全 文 ：第38卷　第3期
2010年　3月　
华　中　科　技　大　学　学　报(自然科学版)
J.Huazhong Univ.of Sci.& Tech.(Natural Science Edition)
Vo l.38 No.3
　M ar.　2010
收稿日期:2009-08-16.
作者简介:雷红灵(1967-), 女 , 副教授;吴永尧(通信作者), 教授 , E-mail:yywu357@sohu.com.
基金项目:国家民委 2007 年度科研项目(07H B03);湖北民族学院生物资源保护与利用湖北省重点实验室开放课
题资助项目(2007001).
硒对恩施碎米荠叶片抗氧化酶活性的影响
雷红灵1 , 2 　胡雪雷3 　吴永尧1
(1 湖南农业大学 生物科学技术学院 , 湖南 长沙 410128;2 湖北民族学院 生物资源保护与
利用湖北省重点实验室 , 湖北 恩施 445000;3 暨南大学 生命科学技术学院 , 广东 广州 510632)
摘要:为了探讨硒对富硒植物恩施碎米荠生理生化特性的影响 , 以 Na2 SeO 3 为硒源 ,设置 0 mg· L-1 , 15 mg
· L-1 , 30 mg· L-1 , 45 mg · L-1 , 60 mg· L-1 , 75 mg · L -1和 90 mg· L-1共 7 个不同质量浓度 , 探讨了水培
条件下 ,硒对恩施碎米荠叶片抗氧化酶的影响.结果表明:硒质量浓度在 15 ～ 90 mg· L-1时 , 能促进叶片谷胱
甘肽过氧化物酶(GSH-Px)的活性 ,酶活性与叶片含硒量在 15 ～ 30 mg· L -1呈正相关;≥30 mg · L-1的硒处
理能显著促进 APX , CAT 及 POD的活性;SOD 的活性在硒质量浓度为 30 ～ 60 mg · L-1时与对照组有显著
性差异.促进恩施碎米荠叶片抗氧化酶活力的最适硒质量浓度是 30 ～ 60 mg· L-1 .
关　键　词:硒;谷胱甘肽过氧化物酶;抗坏血酸过氧化物酶;超氧化物歧化酶;恩施碎米荠
中图分类号:Q946.5;Q554　　文献标识码:A　　文章编号:1671-4512(2010)03-0116-04
Effects of selenium on the antioxidant enzyme activity of
Cardamine enshiensis′leaves
Lei Hongl ing1 , 2 　Hu X uelei 3 　Wu Yongyao1
(1 Colleg e of Bioscience and Bio technolog y , Hunan Ag ricultur e Univer sity , Changsha 410128 , China;
2 Key Labo rator y o f Bio lo gical Resources Protection and U tiliza tion of H ubei P ro vince ,
H ubei Univ ersity for Na tionalities , Enshi 445000 , H ubei China;
3 School of L ife Science and Technology , Jinan Univer sity , Guang zhou 510632 , China)
Abstract:T he effects o f selenium on the physiological-biochemical-characteristic in Cardam ine
enshiensis , which is a hyperaccumulato r of selenium , was studied.The plant w as cul tivated in hydro-
ponic culture w ithout selenium and amended w ith increasing dosages of N a2SeO 3(15 mg ·L-1 , 30 mg
·L-1 ,45 mg ·L-1 ,60 mg ·L-1 ,75 mg ·L-1 and 90 mg ·L -1).The leaves w ere analy zed by antioxi-
dative enzymes.The resul ts show that the activity of GSH-Px is promoted when selenium addi tion
ranged from 15 mg ·L-1 to 90 mg ·L-1 , significant increase in the enzyme activi ty is posit ively relat-
ed to selenium content at 15 ～ 30 mg · L-1 .T he activi ties of POD , APX and CA T are signi ficant in-
creased at Se addit ion levels≥30 mg ·L-1 .Increase in the act ivity of SOD show s significant dif ference
to the control g roup at selenium addition 30 ～ 60 mg ·L -1 .The optimum selenium addition is 30 ～ 60
mg ·L -1 , in w hich the antio xidative enzymes activity of leaves can be improved in Cardamineenshien-
sis.
Key words:selenium;g lutathione peroxidase;ascorbate pero xidase;superoxide dismutase;Cardam-
ine enshiensis
　　硒在有益和毒害水平之间非常狭小的浓度范
围内对人和动物的健康有重要影响[ 1] ,而硒在地
球上的分布却极不均匀 ,所以治理硒污染和补硒
受到人们的共同关注.植物在这两方面的关系中
DOI :10.13245/j.hust.2010.03.010
起着枢纽作用 ,特别是一些超富硒能力的植物 ,它
们可以从富硒地区吸收大量的硒 ,对硒毒土壤或
水域进行修复 ,在缺硒地区作为“硒释放系统”把
体内积累的硒归还土壤或供给人和动物[ 2] ,所以
富硒植物的研究有广阔的应用前景.恩施碎米荠
是在恩施高硒区(恩施双河乡鱼塘坝)发现的一种
富硒能力极强的十字花科碎米荠属(Cardam ine
S P)植物 ,其苗期叶片含硒量(质量分数)可以超
过 1 000 mg ·kg-1的超富硒植物的临界标准[ 3] .
文献[ 4]对该植物形态特点 、硒的赋存形式等进行
了探讨 ,文献[ 5]对其硒多糖进行了分离纯化 ,但
关于硒对该植物生理生化特性的影响及富硒机理
还没有深入的研究.
硒对植物的影响是多方面的[ 2] ,与植物的抗
氧化系统关系密切.实验证明 ,硒对不同植物 、不
同器官和不同发育阶段的抗氧化酶的影响都有差
异 ,文献[ 6]发现 ,50×10-6的硒酸钠喷施大豆叶
片 ,可以促进叶片 GSH-Px 和 SOD的活性;文献
[ 7]对生菜的研究显示低硒处理对 SOD 和 POD
具有诱导效应 ,土壤添加 0.1 mg ·kg-1H 2SeO4
可以促进盆栽莴苣幼叶和老叶的 GSH-Px 活性 ,
提高老叶中的 SOD 活性 ,降低幼嫩叶片的 SOD
活性[ 8] .本研究探讨完全培养液中不同浓度的硒
对恩施碎米荠叶片抗氧化酶的影响 ,为进一步从
生化和分子水平研究其富硒机理 ,在补硒和硒转
移应用中合理开发和利用该植物资源提供参考.
1　材料 、主要仪器和试剂
实验材料:7月采集湖北恩施市双河镇鱼塘
坝生长的碎米荠种子 ,阴干 ,4 ℃贮藏.
主要仪器和试剂:北京吉天仪器有限公司
AFS-930 氢化物发生双道原子荧光光度计 ,北京
普析通用仪器有限公司 T U-1810 紫外/可见分光
光度计;考马斯亮 G250 、氮蓝四唑(NBT)、还原
型谷胱甘肽(GSH)、5 , 5′-二硫代对二硝基苯甲酸
(DTNB)为进口分装;过氧化氢 、盐酸 、硝酸为优
级纯;蛋氨酸 、核黄素 、牛白蛋白为生化试剂;硒标
准液(GSB07-1253-2000 , 100 μg/mL)来自环境
保护部标准样品研究所;其他试剂均为国产分析
纯 ,实验用水为双蒸水.
2　方法
2.1　恩施碎米荠的液体培养及样品处理
种子洗净 ,取体积分数为 75%的乙醇浸泡 5
min ,冲洗干净后浸泡 24 h ,播撒种子于蛭石和干
碳(质量比为4∶1)混合的种植盘中 ,22 ～ 25 ℃萌
发 ,待长至 3 ～ 5片叶时 ,转于营养液(大量元素按
绿叶蔬菜配方 ,微量元素采用日本园艺均衡配方)
中培养.打孔泡沫定植 ,苗以下部分遮光.置于光
照和黑暗中各 12 h ,温度22 ～ 25 ℃,每隔 2 h 充
气 45 min.待苗长至一定大小后 ,选取长势一致
的苗分成平行 5 组 ,栽种在含亚硒酸钠 0 mg ·
L
-1 ,15 mg ·L -1 , 30 mg ·L-1 ,45 mg · L-1 , 60
mg ·L -1 , 75 mg ·L-1和 90 mg · L-1的营养液
中.每半个月更换营养液 ,硒处理一月后 ,采集所
有叶片 ,蒸馏水洗净 ,取新鲜叶片测定抗氧化酶活
性 ,其余叶片 105 ℃杀青 5 m in , 55 ℃烘干至恒
重 ,粉碎备用.
准确称取叶片干粉 0.010 0 g ,参考食品中硒
的测定方法(GB/ T 5009.93—2003)对样品进行
消解并测定含硒量.
2.2　抗氧化酶活性的测定
2.2.1　粗酶液的提取及蛋白质的定量
准确称取同一叶龄的鲜叶 2.000 g ,加适量提
取液(50 mmol/L PBS , pH =7.0 , 内含 0.1%
PVP , 1 mmol/L A sA ,1 mmol/L EDTA-Na2),冰
浴研磨 ,4 ℃离心(10 000 r/min ,20 min),上清液
定容 ,冰浴保存.以牛血清白蛋白为标准品 ,采用
考马斯亮蓝 G-250法测定提取液中蛋白质的质
量分数.
2.2.2　酶活力(z)的测定
谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)采用 DTNB
显色法 ,抗坏血酸过氧化物酶(APX)、过氧化氢
酶(CA T)采用紫外吸收法 ,愈创木酚法测定过氧
化物酶(POD)、氮蓝四唑法测定超氧化物歧化酶
(SOD).酶的活性用酶的总活力 z 1(即每 g 物质
的量所具有的酶活力单位)和 z 2(即粗酶液中每
mg 蛋白质所具有的活力单位)两种方式表示.
2.3　数据处理
数据处理采用 DPS6.2 统计软件 , LSD法多
重比较.
3　结果与分析
3.1　硒对恩施碎米荠叶片含硒量的影响
表 1(表中数据上标单字母的表示 5%水平无
显著性差异 ,双字母的表示有显著性差异 ,n=5 ,
下同)显示 ,当硒处理质量浓度低于 60 mg ·L-1
时 ,叶片中硒的质量分数随营养液中硒质量浓度
的增加而增加 ,在 75 mg ·L-1处有一个小幅度的
·117·第 3 期 　 　 雷红灵等:硒对恩施碎米荠叶片抗氧化酶活性的影响　　 　　
下降.这可能与该植物的富硒能力有关 ,在 45 ～
60 mg ·L-1处 ,植物可以有效富集外源硒 ,并在
叶片积累 ,超过此浓度后 ,植物依赖其转运机制 ,
将叶片的硒沿维管组织向根部转移.随着外源硒
浓度的升高 ,硒的吸收和转运能力达到平衡 ,叶片
含硒量稳定到最高聚硒水平.叶片中可溶性蛋白
质则在 15 ～ 75 mg ·L-1显著高于对照组.可见营
养液中硒质量浓度 ≥75 mg ·L-1可能开始对植
物产生毒害.
表 1　硒对恩施碎米荠叶片含硒及蛋白质量的影响
营养液硒质量浓
度/(mg · L-1)
叶片含硒量/
(μg · g-1)
叶片蛋白质含
量/(mg· g-1)
0 9.68f 7.31c
15 155.29e 7.97bc
30 663.05d 9.35a
45 806.85c 8.31b
60 1 081.09a 8.12bc
75 945.53b 7.79bc
90 1 100.34a 7.39c
3.2　硒对恩施碎米荠叶片抗氧化酶活性的影响
营养液中的亚硒酸钠质量浓度在 15 ～ 90 mg
·L-1时 ,对恩施碎米荠叶片的抗氧化酶活性有
不同程度的促进作用.
3.2.1 　GSH-Px 活性的变化
由表 2可见 ,施硒处理的恩施碎米荠叶片中
的GSH-Px 活性均比未施硒对照高 ,在 30 mg ·
L-1时 ,酶活性 z 1 达到最大值 , 60 mg · L -1 , 75
mg ·L -1 , 90 mg ·L -1处理组间无显著性变化.
GSH-Px 是一种含硒酶 ,硒进入植物体后可以促
进该酶的合成 ,从而提高酶的活性 ,但随着硒质量
浓度的增加 ,硒的掺入及酶的合成趋于饱和 ,使得
酶的活性维持在一个相对稳定的状态.以蛋白质
计的酶活力 z 2 和酶的总活力 z 1 的变化趋势基本
一致 ,说明尽管高硒质量浓度时蛋白质的合成下
降 ,而 GSH-Px 保持相对恒定 ,故 z 2 变化不大.
表 2　硒对恩施碎米荠叶片 GSH-Px 活性的影响
营养液硒
质量浓度/
(mg· L-1)
GSH-Px活力
z 1/(U ·
(g ·min)-1)
z2/(U ·
(mg ·min)-1)
0 55.92c 7.76c
15 147.73ab 18.52ab
30 174.14a 18.61ab
45 161.36a 19.43ab
60 109.81b 13.52b
75 105.25b 13.51b
90 102.66bc 13.89b
3.2.2　APX ,CA T ,POD及 SOD活性的变化
APX , CAT 和 POD都是植物体内清除过氧
化氢的酶 , APX 主要存在于叶绿体内 , 保护
Calvin循环中的酶类 ,促进光合作用.表 3 显示 ,
当营养液中的硒质量浓度≥30 mg · L-1时 ,恩施
碎米荠叶片的 APX , CA T , POD 活性 z 1 比对照
组有显著增强 , 而 z 2 在硒质量浓度≥45 mg ·
L-1时比对照组有显著增强.75 mg · L-1和 90
mg ·L -1的处理组间无显著差异.可见 , 30 ～ 60
mg ·L-1的硒可通过提高抗氧化酶的活性而促进
植物生长发育.
SOD是惟一催化 O2 - ·转化为 H 2O 2的酶.
表 3显示 ,30 ～ 60 mg ·L -1硒处理可以诱导 SOD
的合成及酶活性的提高 ,与未施硒对照组有显著
差异 ,45 mg ·L-1是最适浓度 ,而对于 z 2 却是在
60 ～ 90 mg ·L-1时与对照组有显著差异 ,这与高
硒浓度处理组蛋白质合成下降而 SOD抗氧化能
表 3　硒对恩施碎米荠叶片 APX , CAT , POD 和 SOD 活性的影响
营养液硒
质量浓度/
(mg· L-1)
z1/(U·(mg·min)-1)
APX CAT POD SOD
z 2/(U ·(g ·min)-1)
APX CAT POD SOD
0 12.61c 33.96e 527.05c 111.10b 1.72c 4.65e 72.14b 15.21c
15 17.41c 35.88e 529.08c 126.46ab 2.18c 4.49e 66.34b 15.86bc
30 23.33bc 52.06d 645.78b 138.32a 2.49c 5.57e 69.04b 14.79c
45 21.09bc 87.89c 825.47a 136.35a 2.54bc 10.58d 99.39a 14.86c
60 31.31b 136.97b 815.54a 142.46a 3.84b 16.87c 100.45a 17.56ab
75 52.45a 183.08a 830.48a 128.77ab 6.72a 23.50b 106.64a 16.55abc
90 52.73a 187.97a 730.39ab 123.43ab 7.15a 25.44a 98.85a 18.46a
力提高有关.
4　结论与讨论
恩施碎米荠具有超富硒能力.不同植物富硒
和耐硒能力不同 ,文献[ 9]对芥菜型油菜 、玉米 、小
麦和水稻等四种作物进行施硒处理 ,研究表明不
同作物耐硒临界值和积累硒的临界值都不一样.
大多数植物叶片中的含硒量在 25 μg · g-1(干
重)以下 ,即使在高硒土壤中生长的植物也很少超
·118· 　　 华　中　科　技　大　学　学　报(自然科学版) 　 第 38 卷
过 100 μg · g-1(干重)[ 3] ,只有极少超富硒植物
含硒量可达几千 μg · g-1(干重).本研究液体培
养的硒处理组叶片中的含硒量在硒质量浓度≤60
mg ·L-1时 ,与外源硒浓度有正相关性 ,最高达到
1 081.09 μg ·g-1 .
低质量浓度的硒(15 mg · L-1)可以明显促
进GSH-Px 的活性 ,而对于其他非含硒酶 ,外源
硒达到一定质量浓度后(≥30 mg · L-1)其活性
才明显提高 ,当≥75 mg ·L-1时 ,各种抗氧酶活
力不再增加或者开始降低.这与植物体内抗氧化
系统的相互作用及植物的耐硒能力有关.硒对植
物的抗氧化作用最直接的方式是通过启动 GSH-
Px 合成的有关基因 ,合成 GSH-Px ,清除植物体
内的过氧化物[ 10] ;当硒质量浓度≥30 mg · L-1
时 ,GSH-Px 的活性达到最大并开始减弱 ,生物体
内要保持抗氧化系统中作用对象之间的动态平
衡 ,所以 APX , CA T 和 POD 活性增强 ,以补充
GSH-Px 的抗氧化的不足;而低硒处理时 ,亚硒酸
钠可以通过非酶促机制[ 10] 直接清除 O 2 - , 所以
SOD活性增加也不明显 ,随着硒浓度的增加 ,植
物体生成更多的 O 2 - · ,SOD的活性得以提高以
清除过多的 O 2 - ·.
文献[ 11]对毒麦的研究表明 ,低质量浓度的
硒是抗氧化剂 ,促进 GSH-Px 的活性 ,当土壤中
硒质量浓度 ≥10 mg/kg ,硒则成了促氧化剂 ,他
们认为 ,硒对植物的毒害一方面是取代硫进入蛋
白质 ,影响蛋白质的活性 ,另一方面可能就是通过
促氧化.恩施碎米荠具有较强的富硒和耐硒能力 ,
但当外源硒(75 ～ 90 mg · L-1)或植物含硒量超
过其临界值后 ,抗氧化酶活力被抑制 ,硒对植物产
生毒害.说明硒对富硒植物同样具有双重作
用[ 11] .
生物的抗氧化机制非常复杂 ,硒对其抗氧化
系统的影响也涉及到多因素的相互影响 ,无机硒
进入植物体后转化为硒蛋白 、硒多糖 、硒核酸等有
机形式[ 12] ,也可以多方式的参与体内的抗氧化 ,
所以还需要从分子水平进一步探讨.本课题组也
正在对该植物的含硒有机大分子的分离和纯化 、
抗氧化性 、硒吸收和转运的分子机制及调控模式
进行更深入研究.
参 考 文 献
[ 1] Pa trick L.Selenium biochemistry and cancer:a re-
view o f the lite rature[ J] .Alte rnative Medicine Re-
view , 2004 , 9(3):239-258.
[ 2] Ter ry N , Zayed A M , Souzade M P , et al.Selenium
in highe r plants[ J] .Annual Review of P lant Physio l-
ogy and Plant Mo lecular Bio lo gy , 2000 , 51:401-
433.
[ 3] Ellis D R , Salt D E.Plants , selenium and human
hea lth[ J] .Current Opinion Plant Bio lo gy , 2003(6):
273-279.
[ 4] 向天勇.恩施碎米荠的生物学特性及叶片含硒化合物
的研究[ D] .长沙:湖南农业大学生物科学技术学院 ,
2006.
[ 5] 杨大伟.恩施高含硒植物碎米荠含硒多糖的研究
[ D] .长沙:湖南农业大学生物科学技术学院 , 2007.
[ 6] Djanaguiraman M , Devi D D , Shanker A K.Seleni-
um-an antio xidativ e pro tectant in soybean during se-
nescence[ J] .Plant and Soil , 2005 , 272:77-86.
[ 7] 杜慧玲 , 冯两蕊 ,牛志峰 , 等.硒对生菜抗氧化酶活性
及光合作用的影响[ J] .中国农学通报 , 2007 , 23
(5):226-229.
[ 8] Xue T L , Hartikainen H , Piironen V.Antio xidativ e
and g row th-promo ting effect o f selenium on senescing
le ttuce[ J] .Plant and Soil , 2001 , 237:55-61.
[ 9] Rani N , Dhillon K S , Dhillon S K.Critical lev els o f
selenium in diffe rent crops gr ow n in an alkaline silty
lo am soil treated with selenite-Se[ J] .Plant and Soil ,
2005 , 277:367-374.
[ 10] 薛泰麟 , 侯少范 ,谭见安 , 等.硒在高等植物体内抗氧
化作用———硒对过氧化作用的抑制效应及酶促机制
的探讨[ J] .科学通报 , 1993 , 38(3):274-277.
[ 11] Har tikainen H , Xue T L , Piironen V.Selenium as
an anti-oxidant and pro-oxidant in ryeg ra ss [ J] .
P lant and Soil , 2000 , 225:193-200.
[ 12] Ing rid J P , Carrie W , Ben B , et al.Chemical form
and distribution of selenium and sulfur in the seleni-
um hyper accumulato r Astragalus bisulcatus [ J ] .
P lant Phy siolog y , 2003 , 131(3):1 460-1 467.
·119·第 3 期 　 　 雷红灵等:硒对恩施碎米荠叶片抗氧化酶活性的影响