全 文 ：第 35卷 第 8期 东　北　林　业　大　学　学　报 Vo .l 35 No. 8
2007年 8月 JOURNAL OF NORTHEAST FORESTRY UN IVERSITY Aug. 2007
短期氧化胁迫对西洋菜抗性的影响 1)
宋关玲
(山东理工大学 ,淄博 , 255049)
　　摘　要　为了提高西洋菜的抗性和在水体修复中的成活率 ,用不同浓度的 H2O2对西洋菜进行不同程度的培养前预处理 , 并研究了氧化胁迫预处理对西洋菜生长的影响。主要测定了叶绿体色素 、可溶性蛋白的质量分数以
及抗氧化系统的几种酶活性的变化 (POD、CAT、SOD)。 结果表明:低浓度的 H2O2对西洋菜进行短期的氧化胁迫预处理可以明显提高西洋菜合成能力和保护酶活性;高浓度的 H2O 2对西洋菜进行短期的氧化胁迫预处理 ,可以
对西洋菜造成严重的过氧化损伤。所以 , 在对西洋菜进行栽培或水体修复之前 , 可以用浓度为 0. 05 mm ol L - 1左
右的 H2O 2对西洋菜进行培养前预处理 ,从而提高西洋菜的抗性和成活率。关键词　西洋菜;水体修复;氧化胁迫;抗氧化酶;成活率
分类号　Q945. 78
Effect of Short-tim eO xidative S tress on Tolerance ofNastu rtium off icina le /Song Guanling(Departm ent o f L ife Sc i-
ence s, Shandong University of Techno logy, Z ibo 255049, P. R. China) / /Journa l o f No rtheast Fo re stry Unive rsity. -
2007, 35(8). - 46 ～ 48
Nasturtium officina le R. B r. w as trea ted in H2O2 w ith diffe rent dosages for shor t tim e be fo re cultiv ation in order to in-
c rease its tolerance and surviva l ra te in w a te r po llution restoration. Chlorophy ll conten t, so lub le pro tein conten t, and ac tiv-
itie s of POD, CAT and SOD we re de term ined. Re su lt show s that the synthe tic ability and the pro tective enzyme activ itie s
inc rease whenN. officinale is treated w ith low concentrations of H2O2 , wh ile h igh concentra tions o fH2O 2 can lead to se ri-
ous ox idative dam age. N. officinale is suitable to be treated w ith H2O 2(abou t 0. 05mmo l L - 1) before cu ltiva tion orw a-
ter body restoration, wh ich can inc rease the to lerance and surv iva l rate o f this k ind o f plan.t
K ey words　Nasturtium officinale R. Br. ;W ater body re sto ra tion;Ox ida tive stress;Antioxidase;Su rv iva l rates
　　目前由于氮 、磷等营养元素大量输入水体而引起的水体
富营养化已经是全球性的环境问题 , 利用既有食用价值又有
药用价值的水生蔬菜来治理水体富营养化是研究的热点课题
之一。西洋菜(Nasturtium officinale R. Br. )又名豆瓣菜 , 是我
国引进的水生蔬菜 , 原产于地中海东部 , 属于十字花科草本植
物。其幼嫩的茎叶可供食用 , 质地脆嫩多汁 , 含有丰富的蛋白
质和维生素 , 并且具有重要的药用价值 [ 1] 。 西洋菜味甘苦 、
性寒 , 有清燥润肺 、止咳化痰 、利尿之功效 ,可防治结核 、肺炎 、
皮肤搔痒 、淋浊 、尿频等疾病 [ 2] ,也有人认为西洋菜具有重要
的防癌功能 [ 3] 。基于以上原因西洋菜在水体富营养化治理
中有广阔的应用前景。提高植株的抗性 、适应性和保持成活
率是利用水生植物治理水体污染的前提。笔者探讨了不同程
度的氧化胁迫对西洋菜抗性的影响 , 为西洋菜在水体污染治
理的应用方面 , 做了必要的前期研究。
1　材料与方法
实验所用的西洋菜 ,采自山东省淄博市蒙山水库附近的
溪流中。将取回的西洋菜经流水清洗后 , 用滤纸吸干叶片上
的水分 , 放置 5 m in;然后用浓度分别为 0、 0. 05、 0. 5、5、10、 15
mm o l L - 1的 H2O2浸泡预处理 6 h,然后洗去 H2O 2残留液。
将以上处理过的西洋菜置于 60 cm ×40 cm ×20 cm的水槽中 ,
水槽内装 1 L修改后的 S te inbe rg培养液 [ 4]进行培养 , pH =6. 5
(见表 1);培养温度为 20 ～ 22℃, 光照强度为 2 000 lx, 光照时
1)国家重点基础发展规划研究项目(2002CB412300)。
作者简介:宋关玲 ,女 , 1971年 11月生 , 山东理工大学生命科学
学院 ,博士研究生。
收稿日期:2006年 9月 19日。
责任编辑:潘　华。
间为 16 h,培养箱湿度设置为 60%;培养 72 h后取样测定几种
保护酶的活性以及叶绿体色素和可溶性蛋白质量分数的变化。
每组培养实验均设置 3个重复。预培养 1个月后用于实验研
究。
　　　　　表 1　修改后 S teinb erg培养液的配方 m g L- 1　
配方 质量浓度 配方 质量浓度
KNO 3 350. 00 H3BO 3 0. 120
KH2 PO 4 90. 00 H a2M oO 4 0. 044
K2HPO 4 12. 60 ZnSO 4 7H2O 0. 180
M gSO 4 7H2O 100. 00 FeC l3 6H2O 0. 760
C a(NO 3)2 4H2O 295. 00 Na2EDTA 2H 2O 1. 500
M nC l2 4H2O 0. 18
　　叶绿体色素的量测定 , 用 96%的酒精研磨相同部位的西
洋菜叶片后用比色法测定 [ 5] , 用鲜质量计 , 单位为 mg g - 1。
色素的质量浓度根据如下公式进行计算:
Ca =13. 95OD665 - 6. 88OD649 ,
Cb =24. 96D649 - 7. 32D665 ,
C=Ca +Cb ,
Cxc =(1 000D470 - 2. 05C a -114. 8Cb) /245。
式中:OD表示在下标数字波长下的吸光度值;Ca表示叶绿素 a
的质量浓度;Cb表示叶绿素 b的质量浓度;C表示总叶绿素的质
量浓度;Cxc表示类胡萝卜素的质量浓度 ,单位均为 mg L -1。
酶液的制备:称取部位相同的西洋菜叶片 0. 5 g, 加入 50
mm ol L - 1磷酸缓冲液(pH =7. 8), 研磨。 4℃下 15 000 r /m in
离心 15m in,上清液定容至 5m L,取部分上清液经适当稀释后
用于可溶性蛋白质量分数和酶活性测定。
可溶性蛋白质量分数的测定:用考马斯亮蓝蛋白染色法。
蛋白标准和试剂均购自南京建成生物工程研究所 , 测定方法
DOI牶牨牥牣牨牫牱牭牴牤j牣cnki牣dlxb牣牪牥牥牱牣牥牳牣牥牨牴
按照试剂盒的说明进行。
过氧化物酶 (POD)活性的测定:愈创木酚法测定 [ 6] , 以
470 nm波长 OD增加 0. 01为一个酶的活力单位(U), 酶活性
以单位时间每毫克可溶性蛋白的酶活表示,单位为 U mg- 1
m in- 1。
过氧化氢酶 (CAT)活性的测定:过氧化氢法测定 [ 6] , 以
240 nm波长 OD降低 0. 01为一个酶的活力单位(U), 酶活性
以单位时间每毫克可溶性蛋白的酶活表示 ,单位为 U mg- 1
m in- 1。
超氧化物歧化酶 (SOD)活性的测定:黄嘌呤氧化法。药
品购自南京建成生物研究所 , 测定方法按照试剂盒说明进行。
单位 U m g -1。
2　结果与讨论
2. 1　短期氧化胁迫下西洋菜叶绿体色素的变化
西洋菜在短期的 H2O2预处理后叶绿体色素的量 (鲜质
量)的变化见图 1。低浓度的 H2O 2预处理后西洋菜叶绿素
a、叶绿素 b、总叶绿素和类胡萝卜素的量都有一定的升高 , 特
别是 H2O2的浓度为 0. 05 mm o l L - 1时几种色素的量最高 ,
当 H2O2的浓度超过 5 mm o l L - 1时几种色素的量开始明显
的降低。
图 1　不同浓度 H 2O2 预处理对西洋菜叶绿体色素质量分数影响
H2O 2预处理后西洋菜叶绿素 a、叶绿素 b、总叶绿素和类
胡萝卜素的量都有一定的升高 ,说明在该条件下植物体利用
光能的能力增强。类胡萝卜素既是植物光合色素 , 又是内源
抗氧化剂 , 它在吸收光能保护叶绿素及猝灭单线态氧 (1O2)
方面起着重要作用。类胡萝卜素的量增高也说明在低浓度的
H2O 2预处理后西洋菜猝灭单线态氧能力的增高 ,植物的抗性
增强。高浓度的 H2O 2预处理后西洋菜叶绿素 a、叶绿素 b、总
叶绿素和类胡萝卜素的量降低说明高强度的氧化胁迫已经对
植物体利用光能的能力造成了障碍 , 对植物体造成了氧化伤
害。 P rasad等证明在常温下对植物进行适当的氧化胁迫 , 可
以提高植物的抗性 [ 7] 。 本研究的叶绿素的量变化也证明这
种胁迫是有一定的限度。
2. 2　短期氧化胁迫处理对西洋菜蛋白质量分数的影响
短期氧化胁迫后西洋菜可溶性蛋白质量分数 (鲜质量 )
的变化见图 2。低浓度的 H2O2预处理后西洋菜可溶性蛋白
的质量分数同对照相比有一定的提高 , 随着 H2O2浓度的升
高西洋菜可溶性蛋白的质量分数开始降低 ,并开始低于对照。
可溶性蛋白的量的升高代表这植物合成能力的提高 , 低
浓度的 H2O2预处理后 , 西洋菜可溶性蛋白的质量分数同对
照相比有一定的提高 , 说明在培养前用低浓度的 H2O2预处
理可以提高西洋菜的合成能力 ,合成能力的提高也代表植物
生长状态比较良好 , 这也应该是植物抗性提高的一种表现。
图 2　不同浓度 H
2
O
2
预处理对西洋菜可溶性蛋白质量分数的影响
2. 3　短期氧化胁迫处理对西洋菜抗氧化酶活性的影响
活性氧(如 O2 、H2O2)是植物体内的正常代谢产物。 在
胁迫的条件下 ,活性氧的质量分数升高从而形成氧化胁迫 , 同
时植物也可以依靠自身可以清除活性氧的各种抗氧化酶(如
POD、CAT和 SOD)来保护细胞抵御活性氧的攻击 ,抑制膜脂
过氧化。生物氧自由基代谢及其生理作用的理论知识已经被
广泛应用于各生命学科领域的研究 , 活性氧构成氧化胁迫毒
害细胞的现象也几乎是一种共识。同时 , 活性氧的清除能力
是决定植物逆境抗性的关键因素之一。活性氧可以充当植物
抗氧化能力的诱导者来提高植物体内的一些保护酶活性 , 从
而提高植物对外界不良环境的抗性 , 这就意味着氧化胁迫也
有其积极的一面 , 即可以通过调节氧化酶的活性达到调节细
胞活力的作用 ,因为植物氧化酶活性的提高通常是植物抗性
提高的表现。
短期 H2O 2预处理后西洋菜 POD活性的变化见图 3。 低
浓度的 H2O 2预处理后西洋菜 POD的活性明显地升高 , 特别
是 H2O 2的浓度为 0. 05 mm o l L - 1时。随着处理 H2O2浓度
的升高西洋菜 POD的活性开始急剧降低。
图 3　不同浓度的 H 2O 2预处理对西洋菜 POD活性的影响
POD是一种涉及到植物生长 、发育以及代谢等的一类
酶 ,它们影响植物体内木质素和乙烯的合成 、 IAA的分解 , 同
时也参与植物体内对病菌 、伤害等的防御和保护作用 [ 8 - 9] 。
通常植物体受到环境胁迫均会表现出 POD活性的升高或降
低。一般的情况为植物在受到伤害时 , 升高 POD的活性来减
轻对机体的伤害 , POD活性的升高同时也是植物体抗性增高
的一种表现 ,植物在此时具有高的清除细胞内活性氧的能力
来抵御不良的外界环境。
本研究中低浓度的 H2O 2预处理后西洋菜 POD的活性明
显地升高 , 说明短期低浓度的 H2O 2预处理后西洋菜清除活
性氧的能力增强 , 通过短期的 H2O 2胁迫有利于西洋菜抗性
的提高。
短期 H2O2预处理后西洋菜 CAT活性的变化规律类似于
短期 H2O 2预处理后西洋菜 POD活性的变化规律(见图 4)。
47第 8期　　　　　　　　　　　　　　宋关玲:短期氧化胁迫对西洋菜抗性的影响　　　　　　　　　　
在 H2O2浓度为 0. 05 mm ol L - 1和 H2O 2浓度为 0. 5 mm o l
L - 1时西洋菜 CAT活性升高 , 特别是 H2O2浓度为 0. 05 mmo l
L - 1时 CAT的活性最高 , H2O2 浓度为 5 mmo l L - 1始西洋菜
CAT的活性开始明显地降低。
CAT属于植物细胞内清除活性氧的一种重要酶。这种酶
参与清除过氧化氢的积累和毒害 [ 10] , 从而来保持细胞内
H2O 2的正常水平。 CAT的作用是把 H2O 2分解成水和氧
气 [ 11] ,细胞 CAT的活性是 H2O2转化的一个重要信号 [ 12] 。
短期低浓度 H2O 2的氧化胁迫预处理后西洋菜 CAT活性
的升高说明西洋菜经短期的氧化胁迫后清除过氧化氢的积累
和毒害的能力增强 ,这也是此时植物抗性增强的一种表现。这
种增强是有一定限度的 , 当 H2O2浓度为 5 mmo l L - 1时西洋
菜 CAT的活性开始明显地降低 , 说明胁迫超过了植物细胞的
调节能力 ,植物细胞无法通过提高其 CAT的活性来提高清除
过氧化氢的积累和毒害;对于植物来说已经不是抗性锻炼, 植
物无法适应这种超高强度的胁迫来提高其对不良环境的抗性。
图 4　不同浓度的 H2O 2 预处理对西洋菜 CAT活性的影响
短期 H2O2预处理后西洋菜 SOD活性的变化见图 5。西
洋菜 SOD的活性随着预处理过程中 H2O2浓度的增高而升
高。
图 5　不同浓度的 H2O 2 预处理对西洋菜 SOD活性的影响
SOD是一种广泛存在于生物界的金属酶类 , 其存在与细
胞的需氧代谢密切相关 [ 13] 。 SOD作为植物抗氧化系统的第
1道防线 ,清除细胞中多余的超氧根阴离子 [ 14] 。
仅从 SOD活性的变化规律来看 , 似乎是随着预处理中
H2O 2浓度的升高 , 西洋菜清除细胞中多余的超氧根阴离子的
能力增强 , 植物体抵御外界不良环境的能力也增强。但是当
预处理中 H2O 2为 5mm o l L - 1时西洋菜 POD活性 、CAT活性
开始降低(图 3和图 4), SOD的活性升高(图 5),西洋菜细胞
内保护酶活性的调节出现了不同步现象。细胞内保护酶调节
的不同步通常是细胞调节功能紊乱的表现 , 说明利用高浓度
H2O2进行预处理不但不能提高其抗性 , 反而已经对西洋菜造
成了严重的过氧化损伤。
3　结论
低浓度的 H2O2对西洋菜进行短期预处理可以提高西洋
菜的抗性。在 H
2
O
2
的浓度小于 0. 5 mmo l L - 1 , 特别是 H
2
O
2
的浓度在 0. 05mm o l L -1左右时 , 西洋菜叶绿体色素 、可溶性
蛋白的质量分数以及 POD、CAT、SOD的活性都明显地升高;高
浓度的 H2O 2对西洋菜进行短期预处理可以使西洋菜保护酶
活性调节出现不同步而造成严重的过氧化损伤;在对西洋菜的
栽培和利用及进行水体修复之前 , 可以用浓度为 0. 05mmo l
L- 1左右的 H2O2对其进行预处理从而提高其抗性和成活率。
参　考　文　献
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