全 文 ：久效磷对扁藻的损伤作用 .叶绿素 a
降解与活性氧损伤的相关性*
唐学玺 颜挺进* * 李永祺 黄 健 (青岛海洋大学生命学院, 青岛 266003)
摘要! 扁藻细胞在久效磷的毒性胁迫下, 随着胁迫强度的增加, 叶绿素 a 降解加剧, 其
含量逐渐降低.分析表明, 叶绿素 a含量的降低与活性氧 O2- 含量、膜脂过氧化产物丙二
醛( MDA)含量及细胞的电解质外渗率呈显著负相关; 而与细胞超氧化物歧化酶( SOD)活
性及过氧化物酶( POD)活性的降低呈显著正相关, 说明久效磷胁迫下扁藻细胞叶绿素 a
降解与其活性氧的损伤有明显相关性.
关键词 叶绿素 a 降解作用 超氧化物歧化酶
Damage effect of monocrotophos on Platymonas sp. . Relationship between chlorophylla
degradation and active oxygen. Tang Xuexi, Yan T ing jin, Li Yongqi and Huang Jian ( Qing
dao Oceanology Univer sity , Q ingdao 266003 ) . Chin . J . A ppl . Ecol . , 1998, 9( 6) : 631 ~
634.
Under monocrotophos toxicity stress, t he degradation of chlorophylla in Platymonas sp. cells
ag gravated, and its content decreased gr adually w ith increasing stress intensity . The content of
chloropphylla was negatively correlated w ith those of active oxygen ( O2 - ) and malondialde
hyde ( MDA) and the leaking rate of electrolytes, but positiv ely w ith the act ivities of superox ide
dismutases ( SOD ) and perox idase ( POD ) . The results indicate that under monocro tophos
stress, the degradat ion of chlorophylla in Platymonas sp. cells was obviously correlated w ith
the damage of active oxygen.
Key words Chlor ophylla, Deg radation, Superox ide dismutase.
* * 现在山东省农业科学院作物研究所工作.
* 国家科委 PDB6( PDB 671 )和山东省自然科学
基金( Y94D0335)资助项目.
1997- 04- 02收稿, 1997- 10- 16接受.
1 引 言
叶绿体内活性氧的产生及清除是植物
生理学中的重要研究课题. 目前这方面的
研究已取得重大进展. 近年来发现绿色植
物在逆境(盐害、干旱、冻害、污染等)条件
下,叶绿体内会产生过量的活性氧,这些活
性氧能与体内许多物质起作用而引起叶绿
体的伤害.前人对高等植物叶片中活性氧
的积累与叶绿素破坏的关系已作了大量研
究[ 3~ 5, 8] , 本项研究在前文[ 2]的基础上, 以
低等的海洋单细胞藻为材料, 研究其活性
氧与叶绿素 a 降解的关系, 丰富和发展生
物活性氧伤害学说, 发展海洋环境生态学.
2 材料与方法
2. 1 材料和实验设计
藻种选择、培养条件及毒性实验见前文[ 2] .
2. 2 指标测定方法
超氧阴离子自由基 ( O2- ) 的含量、丙二醛
( MDA )含量、电解质外渗率及过氧化物酶与超氧
化物歧化酶活性的测定同前文[ 2] .
叶绿素 a 含量测定参照 Jensen 方法[ 7] , 用
90%丙酮提取, 用 751G 型分光光度计测定.
2. 3 谷胱甘肽对叶绿素 a降解的抑制作用
在含 0、1. 5、3. 0、4. 5、6. 0、7. 5 和 9. 0mg∀L- 1
应 用 生 态 学 报 1998 年 12 月 第 9 卷 第 6 期
CH INESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY , Dec. 1998, 9( 6)#631~ 634
的久效磷的培养液中分别加入最终浓度达 55mg
∀L - 1的谷胱甘肽( GSH) , 接入扁藻连续培养 72h
后,测定叶绿素 a 和超氧阴离子自由基 ( O2- )的
含量以及 SOD的活性.
2. 4 核黄素对叶绿素 a降解的加剧作用
在含各个浓度久效磷的培养液中, 分别加入
核黄素, 使其最终浓度为 15mg∀ L- 1 . 经 30W 紫
外灯 20cm 处照射 30min 后接入扁藻连续培养
72h后, 测定叶绿素 a和超氧阴离子自由基( O2- )
含量以及 SOD活性.
3 结 果
3. 1 久效磷对扁藻叶绿素 a的降解作用
由图 1可见,久效磷的胁迫可引起扁
藻叶绿素 a 的破坏. 随着久效磷浓度的不
断提高,叶绿素 a的含量依次降低,表明随
着久效磷胁迫强度的加大, 叶绿素 a 的降
解作用越显著.
3. 2 久效磷对 SOD 和 POD活性、O2- 含
量、MDA 含量及电解质外渗率的影响
首先 , 久效磷对扁藻SOD和POD的
图 1 久效磷对扁藻叶绿素 a含量的影响
Fig. 1 Effect of monocrotophos on chlorophyll a
content in Platymonas sp.
活性有抑制作用 (表 1) , 随着久效磷浓度
的不断提高, SOD活性和 POD 活性逐渐
降低.其次, 随着久效磷胁迫强度加大,扁
藻细胞内超氧阴离子自由基( O2- )的相对
含量、MDA 含量及电解质外渗率均逐渐升
表 1 久效磷对扁藻几种指标的影响
Table 1 Effect of monocrotophos on some indicates of Platymonas sp.
项 目
Item
久效磷浓度 Moncorotophos concentrat ion ( mg∀L- 1)
0 1. 5 3. 0 4. 5 6. 0 7. 5 9. 0
SOD活性 SOD act ivity( U/ 3∃ 108 cells) 9. 2 9. 0 8. 5 7. 4 6. 6 5. 7 5. 1
POD活性 POD act ivity( %OD 470/ min. mg protein) 5. 4 5. 1 4. 8 4. 2 3. 4 2. 8 2. 2
O 2
-相对含量 Relat ive content of O2- ( OD 480) 0. 041 0. 049 0. 059 0. 081 0. 109 0. 120 0. 146
MDA含量 MDA content (mol/ 3∃ 108 cells) 0. 032 0. 037 0. 043 0. 052 0. 071 0. 082 0. 094
电解质外渗率 Electrolyte leaking rate( % ) 9. 8 14. 8 23. 7 41. 4 54. 2 69. 7 82. 2
高,表明扁藻受伤的程度逐渐加大.
3. 3 叶绿素 a 的降解与活性氧伤害的相
关性分析
久效磷胁迫下叶绿素 a 含量持续下
降,而活性氧( O2- )的含量、MDA 含量及
电解质外渗率不断上升, 它们与叶绿素 a
含量的变化呈显著负相关(图 2和图 3) .
相关系数分别为- 0. 9975、- 0. 9895 和
- 0. 9987.另一方面,在久效磷胁迫下扁藻
叶绿素 a含量下降的同时,又伴有 SOD和
POD活性的降低. 它们之间呈显著正相关
(图 4) .相关系数分别为0. 9989和 0. 9986.
3. 4 谷胱甘肽对叶绿素 a降解的影响
在含不同浓度久效磷的培养液中各加
55. 00mg∀L- 1的谷胱甘肽, 能有效地抑制
扁藻的叶绿素 a 的降解(表 2) . 与图 1和
表 1相比较,培养液中加入谷胱甘肽后,超
氧阴离子自由其( O2- )的相对含量明显降
低.叶绿素 a的含量显著上升, 而 SOD的
活性变化不十分明显.
3. 5 核黄素对叶绿素 a降解的影响
培养液中加入核黄素并经紫外线照射
632 应 用 生 态 学 报 9 卷
图 2 久效磷胁迫下叶绿素 a含量与 O2- 的产生及电解
质外渗率的相关性
Fig. 2 Relat ionship betw een the Ch1a content and the rela
t ive content of O 2
- an d elect rolyte leaking rate under
monocrotophos st ress.
图 3 久效磷胁迫下叶绿素 a 含量与M DA含量的关系
Fig. 3 Relationship between the Ch1 a content and MDA
content under monocrotophos stress.
表 2 谷胱甘肽对叶绿素 a含量的影响
Table 2 Effect of reduced glutathione on the content of Ch1a
项 目
Item
久效磷浓度 Moncorotophos concentrat ion ( mg∀L- 1)
0 1. 5 3. 0 4. 5 6. 0 7. 5 9. 0
谷胱甘肽浓度 GSH concent rat ion( mg∀L- 1) 55. 0 55. 0 55. 0 55. 0 55. 0 55. 0 55. 0
SOD活性 SOD act ivity( U/ 3∃ 108 cells) 9. 0 9. 1 8. 7 7. 0 6. 8 5. 5 5. 2
O 2
-相对含量 Relat ive content of O2- ( OD 480) 0. 033 0. 040 0. 055 0. 074 0. 092 0. 100 0. 142
叶绿素 a含量 Chla content ( 10- 6g/ cell) 7. 1 7. 3 6. 6 5. 9 4. 8 4. 3 3. 9
表 3 核黄素对叶绿素 a含量的影响
Table 3 Effect of riboflavin on the content of Chla
项 目
Item
久效磷浓度 Moncorotophos concentrat ion ( mg∀L- 1)
0 1. 5 3. 0 4. 5 6. 0 7. 5 9. 0
核黄素浓度 Riboflavin concent rat ion( mg∀L- 1) 15. 0 15. 0 15. 0 15. 0 15. 0 15. 0 15. 0
SOD活性 SOD act ivity( U/ 3∃ 108cells) 9. 1 9. 2 8. 9 8. 1 7. 0 6. 2 5. 6
O 2
-相对含量 Relat ive content of O2- ( OD 480) 0. 058 0. 068 0. 087 0. 104 0. 119 0. 132 0. 141
叶绿素含量 Chla content ( 10- 6g/ cell) 7. 5 6. 8 5. 1 4. 0 2. 4 1. 9 1. 2
后,叶绿素 a含量的变化如表 3所示,结果
同表 1和图 1相比, 叶绿素 a的含量下降,
超氧阴离子自由基( O2- ) 的相对含量上
升,而 SOD活性的变化仍不明显. 核黄素
的加入增加了扁藻细胞中活性氧的含量,
进而加剧了叶绿素 a的降解作用.
4 讨 论
4. 1 叶绿素 a降解与活性氧损伤相关性
逆境胁迫可使叶绿素的含量降
低[ 5, 8, 9] . Alberte[ 5]认为, 逆境胁迫下叶绿
素含量降低的主要原因是叶绿体片层中捕
光 Chla/ bPro复合体合成受到抑制. 本文
进一步证实, 久效磷胁迫下扁藻叶绿素 a
的降解与活性氧的损伤有关.首先,在久效
磷胁迫下叶绿素 a 的含量变化与活性氧
( O2
- )相对含量、MDA 含量及电解质外渗
率的变化呈极显著负相关性.其次,活性氧
清除剂 谷胱甘肽( GSH)能有效地降低
O2
- 的含量和提高叶绿 a的含量;再者,紫
外线照射能激发氧分子分解成高能态的活
性氧,而核黄素经照射也能产生 O2- [ 1, 6] .
培养液中加入核黄素并经照射,实际上是
人为诱发并增加了活性氧的含量,从而使
扁藻叶绿素 a的降解加剧. 这些都证实扁
藻叶绿素 a降解与活性氧的伤害有关.
6336 期 唐学玺等:久效磷对扁藻的损伤作用
图 4 久效磷胁迫下叶绿素 a 含量与 SOD 和 POD
活性的关系
Fig. 4 Relationship betw een the Ch1 a content and the
act ivity of SOD and POD under monocrotophos st ress.
4. 2 叶绿素 a 降解与 SOD 和 POD 的相
关性
叶绿体产生的有害活性氧使得叶绿体
膜断裂,叶绿素降解, 基质外漏, 造成叶绿
体内代谢的紊乱.但是在叶绿体内也存在
一些特殊的防护系统, 使活性氧的产生与
清除呈动态平衡,从而减少活性氧的伤害.
叶绿体中所产生的 O2- 是氧毒害的最基本
物质,因为它还可以形成其它的活性氧.而
SOD是清除系统中的一个关键酶, 它能催
化 O2- 歧化反应生成基态的氧和过氧化氢
(H2O2 ) , 从而除去了活性氧中最根本的
O2
- 的毒害. H2O2 的清除主要通过过氧化
物酶来完成. 抗坏血酸过氧化物酶是叶绿
体内H 2O2 分解系统的关键酶. 但是, 诸多
因素(如污染、水分胁迫、低温、强光等)都
可能对 SOD 和 POD的活性有一定影响,
使其清除能力下降, 造成活性氧增加及叶
绿体的破坏. 本文的结果也充分证实了这
一点. 久效磷胁迫降低了 SOD 和 POD的
活性,叶绿素 a 的含量降低,且这种变化与
SOD和 POD 活性的变化呈极显著正相
关.本实验再次证明, 扁藻叶绿素 a的降解
由活性氧的伤害引起, 而活性氧的过量产
生与活性氧清除酶 SOD的 POD 活性
下降有关.
参考文献
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634 应 用 生 态 学 报 9 卷