全 文 ： 一 r。
第 19卷第 4期
1999年 7月
生 态 学 报
ACTA ECOl ()GICA SINICA
Vo】．i9，No．4
July，1999
含硫、硒化合物在油菜中的积累及其对硫甙水
平的影响 5 。／
圭丛生 ，硅 燕 ，李继云
摘要：温室蕞件下．对硫胁迫与供硫充足的油菜植株，分别甩 L一甲硫氨酸和硒酸盐(se0{ )代替营 养渡中的硫酸盐 厦
增加SOi一供应浓度的方法，探讨了不同处理对油菜植株硫甙台成积累的影响 结果说明，增加供硫浓度可明显促进硫甙
的合成速率．且在 48h内对两十供硫水平的植株皆呈密切的二攻回归童递增趋势 ~SeOt对植株硫甙的台成积累具有强
烈的阻抑效应，并对供硫充足的植抹影响更大，48h内呈直线下降}L一甲硫氟酸具有与 s0 浓度提高处理的相似 效果但
程度略低，而 L一甲硫氨酸加 ScOt一处理对植株硫甙的台成积累具有抑制作用。
关麓词： 堕垫 巴 溘哩； 薹 !堕； 垫里
Accumulations of sulphur and selenium com pounds in oilseed rape
tissues and their elfects On glucOsjnO1ates content
WANG Qing—Ren ，LIN Bao ，LI ji—Yun (1 Research 月 rfor＆。Environmental Sciences．Acade ia
Siniea．Beijing，100085，China；2 s and Fertitiz~ Inst．Chinese Acadeny of Agricultural Sdences，Beijlng，100081)
Abstract：The accumulation of sulphur and selenium containing compounds and their effects on glucosino—
lares in plant tissues of oilseed rape(Brassica napus)was investigated．To study the effects of treatments
on accumu]ation of glucosinolates in plant tissues，L—methionine，selermte(Se01)were used to replace
sulphate(SOi一)or increased S0i—supply in the nut~ent solutio衄 used in the culture of oilseed rape
seedlings with sulphur(S)stress and sufficient．The results indicated that synthetic rates of glueosinolate
were signifcantly correlated with S supply．There was a strongly adverse effect of seO：一o“glucosinolate
accumulation．It was a more strong effect for sufficient S supplied plantst and the glucosinolate concentra—
tion was linearly decreased with time．There was a similar pattern but not so strongly by the treatment of
L—methionine compared with Soi concentration increased．Antagonistic function to glueosinolate syn the—
sis existed in the treatment of L—methionlne plus se．Y, ．
Key words：se[enate methioninemilseed rape~glucosinolates~sdverse effects
文章缠号 1000-0933(1999)04 0546—05 中田分娄号 ：X173 文献标识码 ：A
硫甙(即硫代葡萄糖甙)是十字花科植物中特有的次级代谢产物，同时也是油菜或其他十字花科植物
需硫量高的重要原因之一。然而，目前对油菜硫甙的生物合成机理还尚知甚少，对许多重要的代谢建径及
中间产物的转化等，现有的生理生化知识还不能作出较为圆满的解释[1叫]。但有一点确信无疑，即植物的硫
甙含量除受遗传因素的强烈制约外，在某种程度上还 与植株的硫营养水平密切相关“_5_
sO：一是植物通过根 系可直接吸收的硫素主要形态，其营养水平是调节植抹与子粒硫甙含量的最重要
因素n叫]。甲硫氨酸是重要的含硫氨基酸之一，是油菜植抹硫甙合成代埘中含硫有机化合物的基础原料，可
能对硫甙合成积累具促进作用。在化学性质上 ，硒酸盐与硫酸盐极相似 ．在根系吸收中，因二者对某些载体
基垒基 目：国家 自j}s科学基金(39870134)资助
收藕 日期 ，1907一。1一蚰 ；修订日期 1997—09—05
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4期 王庆仁等 ：古硫、硒化合物在油菜中的积累及其对硫甙水平的影响 547
位有同等亲和力而产生相互竞争性抑制作用早已证明。。 被研究表明，s~ol是植物对 soi一吸收的唯一竞
争性离子。。 ．其吸收、运输及同化按照与 sol相同的途径进行 ，形成硒基半胱氨酸与硒基甲硫氨酸 。
为了确证 sol及含硫氨基酸对油菜植株硫甙合成代谢的必需性 ，进一步探讨影响油菜硫甙台成积累
的主要因素．以及通过化学手段进行植物硫甙谓控 的可能性途径．分别采用增加供硫水平 ，用甲硫氨酸或
seol代替 sol的方法 ，探讨了不同处理在一定时间内对不同硫营养水平油菜植株硫甙台成积累的影响
1 材料与方法
1．1 供试 品种 甘蓝型冬油菜(Brassica napus L．var．Oleifera subvar．bie)mis)中油 821高硫甙栽培种
(子粒总硫甙含量>100~mol／g)。
1．2 方法设计 采用温室石英砂培盆栽试验 ．9月 20日播种+每 日浇灌营养液 (Hewitt配方)．其中硫设置
S 0．75mmo|／L及 0．075mmol／L两个水平 。温室温度为 10~28 C．三 叶期疏苗．培养至 50d后(5～6叶期)
将幼苗取出，先用无离子水小心洗脱根部的石英砂 (注意尽量不伤害根系)分别用上述相应硫浓度的营养
液进行水培(平衡)24h，然后将幼苗分组并分别将根 系畏入含有下列化合物之一的营养渣中(除硫外，基础
营 养液成分 及浓度不变)tCK(相应硫浓度的原营养液)、L一甲硫氨酸 (1mmol／L)、SO l(用 Na。SO．，含 S
lmmol／L)、seOl一(用 Na SeO ．古 Selmmol／L)及 L一甲硫氨酸加 SeOl(各古 lmmol／L)进行 自然状态下
的吸收培养试验 ．维持渣面高度以恰好淹没根 系为止+并设置 3次重复
1．3 采样与分析 分别于 0．5、2．0、24及 48h将幼苗按组取 出，用少量无离子水冲洗后由根部剪断并将
茎 叶立即投入渣氮(一196C)中玲冻 3h以上 ，然后转入一70C的超低温冰箱中保存。分析前用真空冷冻
(<一20c)干燥机抽干水分 。样品磨碎后分别测定植株总硫甙 ：酵解葡萄糖释放、3，5-二硝基水杨酸 比色
法 }植株水溶性硫 (sOi一)：30c温水侵提、BaSO 比浊法 I植株全硒量：3’3-二氨基联苯胺比色法}植株氨基
酸含量 ：氨基酸分析仪法。
2 结果与分析
当幼 苗培养至 50d时，低 S(O．075mmol／L)处理植株已表现 出新叶变小、狭窄、叶绿呈紫色及生长量低
等典型的硫胁迫症状，而供 s充足(0．75mmol／L)植抹生长旺盛、叶色嫩绿．无任何不良症状 。
2．1 对植株水溶性硫(so1)浓度的影响 对缺硫植株提高供硫水平后 ．植株硫浓度在短时间内表现骤
增 ．0．5h即可达到对照的 6O 以上．这与硫吣迫植株所表现的超强吸收或 饥饿效应 有关。然后随着时间
的延长，sol浓度保持平稳或略有降低，但在 48h又急剧增加并达到吸收高峰(图 la)。甲硫氨酸处理表现
为与sol一水平提高相似的趋势．即一定条件下油莱根系可以吸收利用甲硗氨酸并增加植株体内的so l一浓
度。而 seo．~一处理 则使植株水溶 性硫 (SO1)浓 度表现 为持续降低 (图 la)。对供硫 充足植 株水溶性硫
(so l一)的影响与缺硫植株有所不同，4种处理的so l浓度皆表现为消长比较平缓(图lb)，说明植株sol一
浓度不会园哲时供硗水平的提高而急剧增加或园供硫中断而立捌降低，这也反映了植株体内充足的硫素
对外在环境影响的缓冲能力
2．2 植株对 SeO,~一的吸收积 累 由于 seOI与 sO：化学行为的相似性，缺硫植株对 seo,~一的吸收累积以
近乎直线的趋势上升．而对于充足供硗植株 SeO,~的吸收累积在 24h内与对照无明显差异，但在 24~48h
却出现急剧增加(图 za．b) 前者表现了硫胁迫植株对竞争性离子 seO；一的强烈吸收效应，而后者可能因中
断供硫后在一定时间 (如 24h)内 ，植 株体内仍贮有 一定浓 度的 sol一，库强 度相对较弱 或对拈抗性离子
seO：一的吸收运输产生一定的阻碍作用有关 。
2．3 对 甲硫氨酸吸收及植株其他氨基酸含量的影响 测定结果说 明．植株对甲硫氨酸具有较强的吸收能
力，尤其在 2h时，缺硫与非缺硫植株体内的甲硫氨酸含量分别较对照高 38 及47 ，此后保持平稳或略
有下降。提高供硫水平同样可在短时间(2h)内增加 甲硫氨酸含量．但两个供硫水平植株的表现略有 不同．
缺 硫植株在测定时间内呈持续增加趋势．而非缺硫植株则表现 为起初快速增加 ，然后保持平稳或略有下
降。这可能与植株欲维持正常生长，体内的甲硫氮酸含量必氟达到一定水平有关．而so：一浓度的提高显然
可以促进植株古硫氨基酸的合成与代谢。因据测定，胱氮酸含量也随着硫浓度的提高明显增 加并与甲硫氨
酸含量呈饭量著的正相关( 0．13605+0．09547xr=0 78 —20)。
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548 生 态 学 报 19卷
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囤 1 不同处理对油菜植株 So t_维度的影响(1 99S
Fig．1 Effect of treatments o力SO }
oilseed rape
a，献硫植株 S deficient plants}b．不块碱 植株 Non S
deficient plants
对缺硫植株，甲硫氨酸加 SeO：一处理也 使植 株 0硫
氨酸含量随处理时间的延长具有明显增加的趋势。相
反．seOj处理则使 甲硫氮酸含量持续下降。对非缺硫
植株 ．seo：处理的植株 甲硫氪酸含量 明显低于对照 ．
而 SeOi加甲硫氮酸处理在 0．5～2．0h，植株 甲硫氨酸
含量明显下降．然后 叉出现逐渐增加的趋势。
含硫氪基酸的增减变化可能会引起植株体 内其他
氮基酸含量的相应改变。有报道指出，含硫氪基酸(耽
氮酸 +甲硫氮酸)的增 加会导致作物子粒内其他氮基
酸 ，如天冬氪酸 、精氪酸及苏氪酸含量的降低 ”]。然
而对植株氮基酸含量的影响 目前尚未见报道 ；但据对
42个群品 17种氪基酸的测定 ，随着植株体 内舍硫氨基
酸的增加 。除各氪酸有所下降外 ，其他氮基酸表现平缓
或略有增加(图 3)。
2．4 对植株硫甙含量的影响 与对照相比，对两种供
硫水平的植株。增加供 硫水平 皆可促进植株硫甙的明
o
0
● SeO4-2一Se
— L—
图 ± 硒酸盐对油蒹植株硒浓度的影响
、
Fig．2 Effect of SeOj—ON Se,~ontent of plant tissue in
oi]seed rape
a．缺硫植株 S defMient p Lants；b 不 缺硫植 株 Non—S
d rficient p Lants
3 油菜古硫氪基醴与其他氨基酸音量的相关
Fig．3 Corre]atiort between S containing and other
amino acids in plant tissue of oi]seed rape
显积累，尤其对硫胁迫植株，增加供硫水平后 2h，植株硫甙就较对照高 26％f甲硫氨酸对植 株硫甙合成积
累的促进效应在 24~48h才表现 出明显差异 ；对缺硫与非缺硫植株 seO}一处理在 48h使植株硫甙降低为零
或接近于零 ；甲硫氮酸加 Oj一处理对硫胁迫植株在 0．5~24h可维持植株硫甙水平稳定 。但在 24~48h却
急剧下降并达到零 。而非缺硫植株硫甙含量与 seo!一处理相似 ，皆表现 为直线或近乎直线的下降趋势 (表
1)。
表 1结果还说明 。油菜植株硫甙含量与供硫水平密切相关 ，并且缺硫植 株增加供硫水平后 ，对植株硫
甙台成积累的促进效应显著高于非缺硫植株。在供试因子中，植株s0i一浓度是决定硫甙含量的最重要因
素。因硫甙含量与植株so：一维度呈显著的对数相关(图 4)。而随着植株含硒量的增加。硫甙含量呈对数下
降(图 5)。其原因主要是，随着含硒量 的不断 吸收积累 。植株 的 s0i一浓度 呈显著的指 数下降趋势 ( 一
0．192e ” r一0．61， 一22)(图 6)。
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4期 王庆仁等 含硫 、硒化台物在油菜中的积 累及其对硫甙水平的影响 549
3 问题讨论
对不同硫营养水平油菜增加 s0：供应 水
平后，均表现 出植株 S()：的明显积累，而缺 硫
植 株表现为短期 的“饥饿效应”+这与 Marshner
1976对小麦的研究结果相一致。甲硫氨酸处理
的植株 S()：浓度也较高，说明油菜根系可直接
吸收利用 甲硫氨酸，而且甲硫氨酸具 有较强 的
生物活性并表现出较高的氧化能力。如与对照
相 比，缺 硫 植 株 在 0．5h至 少 有 约 为 s5 的
so：一是 由甲硫氨酸氧化产生的。然而这一氧化
速率在 2h时已下降为 18 +24h时低于对照．
但在 48h时复叉升高，达 59％。而非缺硫植株对
甲硫氨酸的氧化能力相对较弱 +在 2～48h内仅
有 9 ～27 ，说 明植株的硫营养状况会影响对
表 1 不同处理对油藁擅株硫甙含量的影响
Table l Effecl of treatment On gluc~sinoiate contents of plant
tissue in oilseed rape
供硫水平 时间 CK L一甲硫氪酸 so} se0i seo}+
S supp Ly Time L—metb L 甲硫氨 酸
(mmo[／1)(h) ionine Se0j 4-
L—metbionine
可利用氨基酸一甲硫氨酸的氧化能力 这与 Clarkson等m 对热带豆硫同位素离体根 的试验结果相吻合 。
so}一{
圈 4 植株 sot一浓度与硫甙含量散点图 图 5 植株 se与硫甙维度的相关性
Fig．4 Scatter distribution of p Lant SOi—and g Lueosi—
no[ates
F ．5 Corre[ation between se and gluco．
0f pla呲 ti~ue
对于 一般作物 ．硒是有益元素+一定含量可促进作物 牛长，但过高不仅导致生长受阻、代谢紊乱 ．而且
会使作物产生毒害甚至死亡 。如硫脐迫植株加硒处珲
在 48h时可见 明显的硒 毒害症状。然而 ，较高的 s()
浓度可以在某种程度上抵钾硒 的毒害，因非缺硫 怕侏
相同处理并未出现任何可见的毒害症状 。
对植株硫 甙的台成积累，提高供硫水平与甲硫氨
酸处理 虽对缺硫与非缺硫植 株皆有促进作用 ，但非缺
硫植株表现平缓，可能与预处理植株的硫营养相对较
充足，对硫甙台成所需硫 素或含硫化台物 的库源矛盾
相对较 弱有关 ，而缺硫 植株则 表现了较强 的 激发效
应 。seO：对植株硫甙台成积累所产生的阻抑作用也
因植株的硫营养水平而异 ，缺硫植株硫甙下降平缓 ，而
非缺硫植株呈直线下降(见表 1)。其原因可能是供硫充
薹 ：
圈 6 植摊 Se与 s0i一浓度的相关性散点圈
F 昏 6 Sc arer distribution of Se and SOt— in plant
tissue
， 一 ～和 。 。 ．
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550 生 态 学 报 19卷
足条件下，植株已积累了较高水平的硫甙，中断供硫后(用seoj代替s()：)，肝积累的硫甙会在芥子酶的
作用下迅速水解 提供植株旺盛基础代谢(如氰基酸、蛋白质等)的硫紊来源。据研究，植株硫苷具有缓解
短暂硫胁迫而具有硫索储藏库的功能 川
研究结果表明，甲硫氰酸虽可被油菜根 系直接 吸收利用，而且对植株硫甙的合成积 累具有一定的促进
作用 ，但 甲硫氰酸经根系吸收后是 否直接 参与硫甙的合戚代谢 、还是经氧化分解 为无机 的 s0i后再进入
有机代谢途径 ，目前尚不清楚。因研究结果表明，甲硫氰酸处理确实引起植株体内 sOi的积累(觅图 i)。此
外，甲硫 氰酸加 Oj～处理虽使植株 sOj一曾一度在非缺硫植株中积 累(见图 lb)，但硫甙 含量却呈近乎直
线的速率持续下降。原因可能主要是 seo：的存在对某些硫甙合成酶产生钝化或失活所致 ，SeOi一含量过
高会导致对植株的直接毒害效应。然而．通过对油菜硫苷合成积累影响因素及其机制的进一步认识，有可
能 为采取化学或生物措旌控制菜籽硫甙的合成积 累或 由植 株向子粒的过度转运等提供某些有益的启示
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