全 文 :西 北 师 范 大 学 学 报 (自然科学版) 第52卷2016年第3期
Journal of Northwest Normal University(Natural Science) Vol.52 2016 No.3
DOI:10.16783/j.cnki.nwnuz.2016.03.016
收稿日期:2015-10-20;修改稿收到日期:2015-11-12
基金项目:国家自然科学基金资助项目(31360094,31470464)
作者简介:杨颖丽 (1971—),女,甘肃漳县人,教授,博士,博士研究生导师.主要研究方向为植物生理与分子生物学.
E-mail:yangyingli2006@sohu.com
盐胁迫对黄花补血草幼苗叶片抗坏血酸-谷胱
甘肽循环的影响
杨颖丽,马 婷,吕丽荣,李翠祥,滕玉瑾
(西北师范大学 生命科学学院,甘肃 兰州 730070)
摘要:以盐生植物黄花补血草幼苗为供试材料,研究了不同浓度NaCl(0,25,50,100,150mmol·L-1)胁迫下叶片抗坏
血酸-谷胱甘肽(AsA-GSH)循环中抗氧化物质含量和抗氧化酶活性的变化.结果显示:150mmol·L-1 NaCl处理诱导
幼苗叶片AsA和总抗坏血酸含量增加;所有盐浓度诱导脱氢抗坏血酸(DHA)含量、GSH/氧化型谷胱甘肽(GSSG)比
值升高,谷胱甘肽还原酶(GR)、抗坏血酸酶(AAO)和脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)活性增强,而 AsA/DHA比值、
GSSG含量和单脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)活性降低.此外,低浓度盐胁迫下幼苗叶片GSH含量升高,而高浓
度盐处理诱导叶片GSH含量降低.表明盐胁迫下黄花补血草幼苗叶片提高了非酶抗氧化物质含量和抗氧化酶活性,
增强了幼苗清除活性氧的能力,增强了对盐胁迫的耐受能力.
关键词:盐胁迫;黄花补血草;抗坏血酸-谷胱甘肽循环;活性氧
中图分类号:S 512.1+2 文献标志码:A 文章编号:1001-988Ⅹ(2016)03-0084-06
Effects of salinity stress on ascorbate-glutathione cycle
in the leaves of Limonium aureum(L)Hil seedlings
YANG Ying-li,MA Ting,LLi-rong,LI Cui-xiang,TENG Yu-jin
(Colege of Life Science,Northwest Normal University.Lanzhou 730070,Gansu,China)
Abstract:Halophyte Limonium aureum (L)Hil seedlings are used to investigate the changes of
antioxidant substance contents and antioxidant enzyme activities associated with ascorbate-glutathione
(AsA-GSH)cycle in respones to different NaCl concentrations(0,25,50,100,150mmol·L-1).The
amount of ascorbic acid (AsA)and total ascorbic acid contents rise due to only 150mmol·L-1 NaCl.
Differently,al salinity concentrations lead to the increases of dehydroascorbate(DHA)content,GSH/
oxidized glutathione(GSSG)and glutathione reductase(GR),ascorhic oxidas(AAO)and dehydroascorbate
reductase(DHAR)activities,but the decreases of AsA/DHA,GSSG level and monodehydroascorbate
reductase(MDHAR)activities.In addition,GSH content increases in response to low NaCl
concentrations but decreases to high salinity in the leaves of Limonium aureum(L)Hil seedlings.Taken
together,salinity stress results in the increases of non-enzymatic antioxidant levels and antioxidant enzyme
activities in the leaves of Limonium aureum(L)Hil seedlings,which might enhance the ability of reactive
oxygen species scavenging and strengthen seedling resistance to salt stress.
Key words:salt stress;Limonium aureum(L)Hil;ascorbate-glutathione cycle;reactive oxygen species
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2016年第3期 杨颖丽等:盐胁迫对黄花补血草幼苗叶片抗坏血酸-谷胱甘肽循环的影响
2016 No.3 Effects of salinity stress on ascorbate-glutathione cycle in the leaves of Limonium aureumseedlings
黄花补血草(Limonium aureum(L)Hil)又称
黄花矶松、金色补血草、金匙叶草,是蓝雪科补血
草属多年生泌盐植物,具有耐干旱、耐盐碱、耐土
壤瘠薄的优良特性,多分布于我国呼伦贝尔沙地、
腾格里沙漠地区、甘肃河西走廊沙地和兰州等
地[1-2].该物种具有良好的经济价值,在保护生态
环境方面也有很好的生态价值[3].目前,关于黄
花补血草的组织培养[4]、化学成分[5]、器官结构
解剖学[6]等方面有较多的研究报道.我们在研究
中发现,黄花补血草在盐胁迫下通过积累渗透调节
物和提高抗氧化酶活性,使其具有较强的渗透调节
能力和抗氧化能力,从而增强对盐环境的适应
性[7].但有关盐胁迫对黄花补血草抗坏血酸-谷胱
甘肽(AsA-DSH)循环影响的研究报道较少.
土壤盐渍化问题广泛存在于我国的西北地区,
可导致生态环境恶化,并使农作物的生长速率降
低,农作物产量减少.盐胁迫是影响植物生长发育
的主要环境因子,也是阻碍农业产量的主要因素之
一[8].植物受到盐胁迫时会产生大量的活性氧自
由基,引起膜脂过氧化伤害.活性氧如不能被及时
清除就会造成氧化胁迫,影响植物正常的生理功
能[9].植物体可通过维持 AsA-GSH 循环的快速
有效运转,减轻逆境胁迫下植物的活性氧伤害[10].
AsA和GSH为AsA-GSH循环系统中的抗氧化剂
型非酶组成成分,而谷胱甘肽还原酶(GR)、单脱
氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)、脱氢抗坏血酸还原
酶(DHAR)为该系统中重要的酶促组成成分,在增
强植物的抗氧化防御系统方面发挥着重要的作用.
除此之外,氧化型谷胱甘肽(GSSG)在GR的催化
作用下生成GSH,而抗坏血酸酶(AAO)则是依赖
于AsA的活性氧清除剂[11].本研究以黄花补血草
幼苗为供试材料,探究盐胁迫对黄花补血草幼苗叶
片内AsA-GSH循环中抗氧化酶的活性和抗氧化物
质含量的影响,旨在进一步了解盐胁迫下植物体内
AsA-GSH循环的变化机制,为研究植物耐盐性的
生理机制奠定基础.
1 材料与方法
1.1 植物材料的培养及处理
将籽粒饱满的黄花补血草(Limonium aureum
(Linn)Hil)种子(由甘肃省民勤县沙生植物园提
供)浸泡在10%的次氯酸钠溶液中10min,并分
别用无菌水冲洗3次,75%的乙醇浸泡约30s,
无菌水连续冲洗 5~7 次后,将种子移到 1/4
Hoagland固体培养基中,在其萌发4d后,挑选
生长程度接近的幼苗依次转入含有0,25,50,100和
150mmol·L-1 NaCl的1/4Hoagland固体培养基
上(每个处理设3个重复),置于恒温光照培养箱中,
光暗周期12h/12h,光照强度1 500~2 000lx,
昼夜温度(25±2)℃,处理21d后取叶片进行各生
理指标的检测.
1.2 AsA,DHA和总抗坏血酸(AsA+DHA)含量的
测定
参照 Kampfenkel等[12]的方法测定 AsA 和
AsA+DHA含量.1g幼苗叶片加入4mL 6%的
三氯乙酸(TCA)冰浴研磨,13 000r·min-1离心
10min后,提取上清液备用 .AsA 含量检测时,
取0.2mL上清液依次加入0.6mL 0.2mol·L-1磷
酸缓冲液(PBS,pH 7.4)、0.2mL H2O、1.0mL
10%TCA、0.8 mL 42% 磷 酸 和 0.8 mL 4%
2,2′-联吡啶,最后加入 3% 三氯化铁 (FeCl3),
42℃水浴40min后于525nm处测定OD.AsA+
DHA 含量测定时,在 0.2 mL 上清液中依次
加入0.2mmol·L-1二硫苏糖醇(DTT)和0.4mL
0.2mol·L-1PBS(pH 7.4),于42℃水浴15min,
加入0.2mL 0.5% N-乙基马来酰亚胺(NEM),室
温放置1min,而后重复AsA含量的检测方法,以
nmol·g-1鲜重(FW)为单位.DHA的含量为 AsA
+DHA和AsA的差值,并计算AsA/DHA比值.
1.3 GSH和GSSG含量的测定
依据 Hissin和 Hilf[13]的方法,用荧光光度计
检测GSH 和GSSG含量,1g叶片加入3.75mL
0.1mol·L-1PBS(pH 8.0,含有5mmol·L-1乙二
胺四乙酸二钠(EDTA))和1mL 25%磷酸,冰浴
研磨,并以15 000r·min-1离心30min.GSH 测
定时,0.5mL上清中加入4.5mL 0.1mol·L-1
PBS(pH 8.0,含有5mmol·L-1 EDTA),取稀释的上
清100μL,加入1.8mL 0.1mol·L
-1 PBS(pH 8.0,
含有5mmol·L-1 EDTA)和100μL 0.1%的邻苯二
甲醛,混匀后室温放置15min,于420nm发射光
和350nm激发光下测定荧光值.GSSG测定时,
在0.5mL上清中加入200μL 0.04mol·L
-1 NEM,
室温放置30min后,加入4.3mL 0.1mol·L-1
NaOH,混匀后于420nm发射光和350nm激发光
下测定荧光值.GSH和GSSG含量均以ng·mg-1
FW 为单位.
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西 北 师 范 大 学 学 报 (自然科学版) 第52卷
Journal of Northwest Normal University(Natural Science) Vol.52
1.4 GR,AAO,MDHAR和DHAR活性的测定
参照Foster[14]的方法检测GR的活性.0.5g
叶片,加入2mL 50mmol·L-1 Tris-HCl(pH 7.5,
含0.1mmol·L-1 EDTA和0.1%聚乙烯吡咯烷酮
(PVP)),12 000r·min-1离心30min,取上清液
150μL 加入3mL 50mmol·L
-1 Tris-HCl(pH
7.5,含3mmol·L-1 MgCl2,0.5mmol·L-1 GSSG
和0.15mmol·L-1 NADPH)中,混匀后立即于
340nm处以30s为间隔做3min时间扫描 .以
1min内OD340值变化的0.1为一个酶活单位(U).
参照Shen等[15]的方法检测AAO的活性.1g
叶片材料加入4mL 50mmol·L-1 PBS(pH 7.2,
含2mmol·L-1 EDTA,2mmol·L-1 DTT,20%甘
油和2%PVP),10 000r·min-1离心30min,上
清液用于检测蛋白含量.AAO测定时,取0.1mL
上清加入2.5mL 50mmol·L-1 PBS(pH 5.6,含
1mmol·L-1 AsA和5mmol·L-1 EDTA),混匀后
在265nm处以20s为间隔做2min时间扫描 .以
1min内OD265值变化的0.1为一个酶活单位(U).
参照 Ma 和 Cheng[16]的方法检测 MDHAR 和
DHAR的活性.MDHAR测定时,0.1mL上清中
加入2.9mL 50mmol·L-1 Hepes-NaOH(pH 7.6,
含0.1mmol·L-1 NADH,0.25mmol·L-1 AsA和
0.3U抗坏血酸氧化酶),混匀后于340nm处以
20s为间隔做2min时间扫描 .以1min内OD340
值变化的0.01为一个酶活单位(U).DHAR测定
时,取0.1mL上清加入2.9mL 100mmol·L-1
Hepes-NaOH(pH 7.0,含2.5mmol·L-1 GSH 和
0.6mmol·L-1 DHA),混匀后于265nm处以20s
为间隔做2min时间扫描 .以1min内OD265值变
化的0.01为一个酶活单位(U).
以上酶活性单位均用U·mg-1 protein表示.
1.5 蛋白含量的测定
参照Bradford[17]的方法检测蛋白含量,在波
长595nm处测定吸光值,并以牛血清白蛋白为标
准计算蛋白含量.
1.6 数据分析
利用SPSS 17.0进行实验数据的统计分析,并
用Excel和CorelDraw 9.0进行制图与图表处理.
每个处理均设置3个重复,数据用平均值±标准误
表示,用Duncan多重比较的方法进行差异显著性
检验分析,检验显著性水平为0.05.
2 结果与分析
2.1 盐胁迫对黄花补血草幼苗叶片AsA,DHA,AsA
+DHA含量和AsA/DHA比值的影响
如表1所示,在25,50和100mmol·L-1 NaCl
胁迫下,黄花补血草幼苗叶片中 AsA含量没有显
著变化,而在最高浓度150mmol·L-1 NaCl处理
下,叶片中AsA的含量显著增加,相比于对照组
升高了19.51%.
幼苗叶片中DHA的含量与对照组相比均有不
同程度的升高,并分别升高了8.96%,11.94%,
2.99%和20.90%(表1),可见在150mmol·L-1
NaCl胁迫下这一趋势较为显著.
幼 苗 叶 片 中 AsA+DHA 含 量 在 25 和
50mmol·L-1 NaCl胁迫下没有明显的变化,而在
100mmol·L-1 NaCl胁迫下减小,150mmol·L-1
NaCl胁迫下增大,与对照组相比分别变化了
6.71%和20.13%(表1).
由表1可知,25,50和100mmol·L-1 NaCl胁
迫诱导幼苗叶片的 AsA/DHA比值显著降低,而
150mmol·L-1 NaCl胁迫不影响AsA/DHA比值.
2.2 盐胁迫对黄花补血草幼苗叶片GSH,GSSG含
量和GSH/GSSG比值的影响
由图1A可知,盐胁迫诱导黄花补血草幼苗叶
片中的GSH含量呈先升高后降低的变化趋势.与
表1 不同浓度NaCl对黄花补血草幼苗叶片AsA,DHA,AsA+DHA含量和AsA/DHA比值的影响
Tab 1 Effects of different NaCl concentrations on AsA,DHA,AsA+DHA contents and AsA/DHA in L aureumseedling leave
NaCl浓度/(mmol·L-1)
NaCl concentration
抗坏血酸
Ascorbic acid
脱氢抗坏血酸
Dehydroascorbate
总抗坏血酸
Total ascorbic acid
抗坏血酸/
脱氢抗坏血酸
AsA/DHA
0 0.082±0.004a 0.067±0.005a 0.149±0.001b 1.26
25 0.077±0.004a 0.073±0.004ab 0.150±0.001b 1.05
50 0.078±0.002a 0.075±0.002ab 0.153±0.006b 1.04
100 0.070±0.002a 0.069±0.005ab 0.139±0.002a 1.01
150 0.098±0.001b 0.081±0.003b 0.179±0.006c 1.21
注:不同字母表示差异显著P<0.05.
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2016年第3期 杨颖丽等:盐胁迫对黄花补血草幼苗叶片抗坏血酸-谷胱甘肽循环的影响
2016 No.3 Effects of salinity stress on ascorbate-glutathione cycle in the leaves of Limonium aureumseedlings
图1 不同浓度NaCl对黄花补血草幼苗叶片GSH、
GSSG和GSH/GSSG比值的影响
Fig 1 Effects of different NaCl concentrations on GSH,
GSSG and GSH/GSSG in L aureumseedling leaves
对照组相比较,25和50mmol·L-1 NaCl处理诱导
幼苗 叶 片 中 GSH 含 量 分 别 升 高 约 4.9% 和
16.99%,而在100和150mmol·L-1 NaCl处理下,
幼苗叶片中 GSH 含量分别降低约 15.59% 和
16.46%.不同的是,幼苗叶片中的GSSG含量在
盐处理下呈现逐渐减小的变化趋势(图1B),在
25,50,100和150mmol·L-1 NaCl处理下,较对照
组 分 别 降 低 约 13.42%,20.13%,28.19% 和
28.86%.此外,所有盐浓度均导致幼苗叶片的
GSH/GSSG比值升高,且在50mmol·L-1 NaCl
处理时达到最大值(图1C).
2.3 盐胁迫对黄花补血草幼苗叶片 GR,AAO,
MDHAR和DHAR活性的影响
由表2可知,所有盐浓度诱导黄花补血草幼苗
叶片GR活性显著增强,此效应具有浓度依赖性.
与未处理幼苗相比,25,50,100和150mmol·L-1
NaCl胁迫诱导幼苗叶片中的GR活性分别增强约
1.76倍、1.76倍、2.24倍和4.59倍.
黄花补血草幼苗叶片的AAO活性在25,50和
100mmol·L-1 NaCl胁迫下显著增强,且分别升高
为对照组的1.67倍、1.84倍和1.42倍,但在最
高浓度(150mmol·L-1)NaCl处理时与对照比没有
明显变化(表2).
幼苗叶片的 MDHAR活性在盐处理下较对照均
有所降低,但50mmol·L-1 NaCl处理时的变化与对
照比无明显差异,而25,100和150mmol·L-1 NaCl
处理下分别降低约45.4%,49.58%和70.08%.
所有盐胁迫均诱导幼苗叶片DHAR的活性显
著增强,且在25,50,100和150mmol·L-1 NaCl
胁迫下,分别增强为对照组的1.63倍、3.81倍、
3.75倍和2.43倍.
表2 不同浓度NaCl对黄花补血草幼苗叶片GR,AAO,MDHAR和DHAR活性的影响
Tab 2 Effects of different NaCl concentrations on GR,AAO,MDHAR and DHAR activities in L aureumseedling leaves
NaCl浓度
/(mmol·L-1)
NaCl concentration
谷胱甘肽还原酶
Glutathione eductase
抗坏血酸酶
Ascorhic oxidas
单脱氢抗坏血酸还原酶
Monodehydroascorbate
reductase
脱氢抗坏血酸还原酶
Dehydroascorbate
reductase
0 0.17±0.004a 55.23±2.58a 45.50±2.13c 32.92±1.44a
25 0.30±0.035b 92.23±1.71c 24.84±2.11b 53.45±4.51b
50 0.30±0.007b 101.74±2.99c 41.49±2.53c 125.57±5.95d
100 0.38±0.032b 78.31±6.26b 22.94±2.34b 123.58±0.62d
150 0.78±0.071c 50.17±4.21a 13.61±1.47a 80.13±6.91c
注:不同字母表示差异显著P<0.05.
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西 北 师 范 大 学 学 报 (自然科学版) 第52卷
Journal of Northwest Normal University(Natural Science) Vol.52
3 讨论
盐胁迫对植物的破坏作用主要是通过渗透胁
迫、离子毒害、营养失衡,并导致盐胁迫的次级反
应如氧化胁迫等的产生[18].AsA-GSH在植物抵抗
氧化胁迫、清除活性氧自由基方面具有重要作
用[10],其中AsA含量、氧化还原状态(AsA/DHA
比值)及其相关代谢合成酶的活性变化与植物对生
态环境胁迫的响应息息相关[19].盐处理(NaCl)罗
勒叶片30d后,对AsA+DHA含量没有影响,且
叶片内 AsA含量和 AsA/DHA比值保持不变[20].
而NaCl胁迫下番茄幼苗叶片AsA含量显著提高,
AsA/DHA比值降低[21].本研究中NaCl胁迫下黄
花补血草幼苗叶片AsA,DHA和AsA+DHA的含
量在25,50和100mmol·L-1 NaCl胁迫下并没有
发生明显变化,而在最高浓度(150mmol·L-1)处
理时均明显升高,但 AsA/DHA比值在25,50和
100mmol·L-1 NaCl处理时均显著低于对照组(表
1).表明高浓度盐胁迫下黄花补血草幼苗通过增加
叶片中AsA和DHA的积累,调节叶片内的氧化
还原状态来响应盐胁迫,使幼苗的抗逆境胁迫能力
增强.
GSH与AsA都是植物调节细胞功能的必需代
谢物,在植物抗氧化防御中发挥着关键作用[22].
有研究者指出,AsA/DHA和GSH/GSSG的比值
变化可能与植物的耐盐性有关,有助于植物有效防
止氧化损伤,在植物细胞抵抗氧化应激方面比
AsA和GSH 的含量更具有重要意义[23].盐胁迫
导致葡萄叶片中 GSH 含量、GSH/GSSG比值明
显降低,而GSSG含量明显升高[24].而水稻幼苗
叶片中GSH含量在150和250mmol·L-1 NaCl胁
迫下显著增加,GSH/GSSG比值在两种盐浓度处
理下显著下降[25].本研究中黄花补血草幼苗叶片
GSH含量在低浓度(25和50mmol·L-1)NaCl胁
迫下升高,而高浓度(100和150mmol·L-1)NaCl
胁迫下降低,此外,所有盐浓度均 诱 导 幼 苗
叶片GSH/GSSG比值的升高,此效应在(25和
50mmol·L-1)NaCl处理时更加显著,但幼苗叶片
中GSSG含量在盐胁迫下呈下降趋势.这些结果
表明,在盐胁迫下黄花补血草幼苗叶片通过提高
GSH的含量和GSH/GSSG的比值,并降低GSSG
的含量,来维持细胞相对稳定的氧化还原平衡,增
强幼苗清除活性氧的能力,从而提高了植株抗盐胁
迫的能力,缓解了盐胁迫对幼苗造成的伤害,而高
盐浓度下GSH 含量降低可能是由于 GSH 的合成
代谢过程受到了破坏.
盐胁迫下植株体内会产生大量自由基引起植株
代谢失衡,AsA和GSH在盐胁迫下的再生,使得
AsA-GSH循环快速高效运转,进而维持了植物较
强的氧化还原力和高水平的抗氧化物质,使过量产
生的 活 性 氧 可 以 及 时 被 清 除[26].GR,AAO,
MDHAR和DHAR是AsA-GSH系统中重要的酶
促组成成分,控制着植物细胞中抗坏血酸的含量.
文献报道,盐处理增强了菜豆叶片GR的活性,降
低了其叶片 MDHAR和 DHAR的活性.不同的
是,水稻幼苗叶片的GR,MDHAR和DHAR活性
在盐胁迫下均逐渐增强[23,25].除此之外,非生物
胁迫诱导黄瓜幼苗叶片中AAO活性增强,随着胁
迫时间的延长,酶活性又慢慢降低[11].本实验盐
胁迫诱导黄花补血草幼苗叶片GR和DHAR的活
性增强,MDHAR活性降低,而幼苗叶片AAO的
活性在25,50和100mmol·L-1 NaCl条件下显著
增强,但150mmol·L-1 NaCl处理不影响AAO的
活性.这些结果表明,GR活性的增强有效实现了
黄花补血草幼苗体内 AsA的再生,在清除活性氧
的过程中起到重要的作用.此外,在AsA-GSH循
环中,AsA 也可通过 MDHAR 和 DHAR 利用
NADPH和 GSH 作为电子供体由 DHA 再生[25].
因此,黄花补血草幼苗叶片中较高的DHAR活性
保证了幼苗叶片中AsA含量的增加,促进了AsA
的再生,实现抗坏血酸的循环再利用,而幼苗叶片
AAO活性的增强赋予了幼苗在盐胁迫下较强的活
性氧清除能力.由此可见,保持较高的抗氧化酶活
性可清除过量活性氧,且能较好地维持AsA-GSH
循环系统的完整性,这也可能是黄花补血草幼苗耐
NaCl胁迫的主要原因之一.
综上可知,盐胁迫下黄花补血草幼苗叶片可能
通过提高非酶抗氧化物质AsA,GSH含量和GSH/
GSSG比值,并增强GR,DHAR和AAO等抗氧化
酶活性,进而增强幼苗的抗氧化能力,缓解了
NaCl对幼苗造成的氧化损伤.
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(责任编辑 俞诗源)
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