全 文 ：文章编号 :100028551 (2006) 032205203
卫星搭载处理对辣椒萌发过程中抗氧化酶活性的影响
李水凤　汪炳良　管学玉　张　艳
(浙江大学园艺系 ,浙江 杭州　310029)
摘 　要 :测定经卫星搭载后的辣椒种子萌发过程中抗氧化酶的活性。结果表明 :辣椒种子经卫星搭载处
理后 ,其发芽势和发芽率分别比对照提高了 315 %和 513 % ;在萌发过程中 ,可溶性蛋白质 MDA 含量低
于地面对照 ,但 SOD 活性高于对照 ;卫星搭载的种子在萌发 13d 的幼苗体内 SOD、G2POD、APX和 CAT活
性分别较对照提高了 14129 %、25123 %、1184 %和 21152 %。表明卫星搭载处理提高了辣椒种子和幼苗
体内抗氧化酶活性 ,对萌发初期保护膜系统的修复具有重要的意义。
关键词 :辣椒 ;卫星搭载 ;种子活力 ;丙二醛 ;抗氧化酶
EFFECTS OF BOARDING RETURN SATELLITE ON ANTIOXIDANT
ENZYME ACTIVITIES DURING GERMINATION
OF HOT PEPPER SEED
LI Shui2feng 　WANG Bing2liang 　GUAN Xue2yu 　ZHANG Yan
( Department of Horticulture , Zhejiang University , Hangzhou , Zhejiang 　310029)
Abstract :The effect of boarding return satellite on antioxidant enzyme activities during germination of hot pepper seed was
studied. The results showed that the germination potentiality and germination rate of hot pepper seed after boarding return
satellite were increased by 315 % and 513 % , respectively. During seed germination , soluble protein and MDA contents
decreased , however , the SOD activities increased. SOD activity of treated seeds was higher than that of the control especially
during the initial period of germination , while the content of soluble and MDA contents were much lower than those of control .
The activities of SOD , G2POD , APX and CAT in 13d seedlings of treated seeds were increased by 14129 %、25123 %、1184 %
and 21152 % , respectively. It was concluded that space flight enhanced antioxidant enzyme activities of seeds and seedlings ,
which were very important to prevent membrane lipid superoxide.
Key words :hot pepper ; satellite carried ; seed vigor ; malondialdehyde (MDA) ; antioxidant enzyme
收稿日期 :2005208215
基金项目 :杭州市科技局重点资助项目 (2003122B14)
作者简介 :李水凤 (19792) ,女 ,浙江萧山人 , 在读研究生 ,从事蔬菜遗传育种研究。Email :lsfeng55 @eyou. com　　自 1987 年以来 ,我国已成功地利用返回式卫星先后搭载了番茄、水稻、大豆、甜菜、西瓜、甜椒等重要农作物种子 ,并选育了一批优良品系[1 ] 。近年来 ,农作物航天诱变机理成为研究热点之一。研究表明 ,经宇宙飞行后的植物干种子 ,返回地面种植后发生明显的生理性变化或遗传性变异 ,如生长势的变化、染色体数目的改变[2 ] 、叶细胞超微结构的变化[3 ] 、同工酶酶谱带的增减[4 ] 。迄今为止 ,关于空间飞行对辣椒种子活力的影响 与活性氧代谢的关系研究尚未见报道。本研究以卫星搭载处理的辣椒种子为材料 ,研究了经卫星搭载处理后 ,辣椒种子活力的变化及其活性氧代谢的关系 ,为空间生物技术的应用提供参考。1 　材料和方法111 　试验材料辣椒品种‘5 - 11’的种子分为 2 组 ,一组经返回式
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卫星搭载处理 (satellite carried seed , SCS) ,另一组未经
卫星搭载的地面对照 (earth based seed , EBS) 。卫星在
太空进行了 18d 的轨道运行 ,运行高度为 180～400km ,
卫星所处空间的真空度为 10 - 3～10 - 6 Pa ,卫星所处轨
道的微重力为 10 - 3～10 - 6 g[5 ] 。对照组在地面作常温
干燥保存。
112 　发芽试验
取处理和对照种子各 150 粒用于发芽试验 ,重复 3
次 ,每重复 50 粒 ;另取处理和对照种子各 200 粒用于
测定萌发过程中的生理生化指标。将种子播于铺有双
层滤纸的培养皿中 ,保持培养皿内滤纸湿润 ,30 ℃智能
人工气候箱内发芽。按国家种子检验规程统计种子发
芽势 (发芽 7d)和发芽率 (发芽 15d) ,计算发芽指数 ( Gi
= ∑GtΠDt) 。
113 　生理生化指标的测定
分别测定萌发 1、4、7d 的种子 (011g ,3 次重复) 和 发芽 10、13d 的幼苗 (011g ,3 次重复) ,抗坏血酸过氧化物酶 (APX)的测定参照 Nakano 等[6 ] 的方法 ;过氧化氢酶 (CAT)的测定参照 Cakmak 等[7 ] 的方法 ;超氧歧化酶(SOD) 的活性测定参照 Giannopolitis 等[8 ] 的方法 ;过氧化物酶 (POD) 活性测定采用愈创木酚法 ;蛋白质含量测定参照张志良等[9 ,10 ]的方法。2 　结果与分析211 　卫星搭载处理对辣椒种子活力的影响试验结果表明 (表 1) ,经 SCS 处理后 ,辣椒种子发芽势和发芽率分别比对照提高了 315 %和 513 % ,发芽指数比对照高 219 % ,说明种子经 SCS 处理后其活力略有提高。另外 ,经 SCS 处理后其发芽进程也略有加快 ,在整个萌发过程中 SCS 处理种子的萌发率始终高于对照 ,但差异未达显著水平。
表 1 　卫星搭载对辣椒种子萌发的影响
Table 1 　Effects of boarding return satellite on germination of hot pepper
处理
treatment
萌发率 germination percent ( %)
1d 4d 7d 10d 13d 15d
发芽势
germination
potential ( %)
发芽指数
germination
index
SCS 0 017 2017 5010 7617 8010 2017 5318
EBS 0 0 2010 4810 7313 7610 2010 5213
注 :SCS:卫星搭载处理 ; EBS: 对照。下表图同。
Note :SCS:satellite carried seed ; EBS: control in the earth. The same as following tables and figures.
212 　卫星搭载处理对辣椒种子萌发过程中蛋白质代
谢的影响
在种子萌发过程中 ,贮存物质的降解是其主要生
理活动之一。从图 1 可知 ,SCS 处理的辣椒种子在萌
动 24h 时可溶性蛋白质含量即达到最大值 ,之后则缓
慢下降 ,至发芽第 7 天开始蛋白质降解速度加快 ,此时
种子的萌发率开始大幅度上升 ;而未处理的辣椒种子
萌发到第 4 天可溶性蛋白质含量达最大值 ,滞后于处
理种子 ,至第 4 天开始急剧降解。结果表明 ,SCS 处理
的种子吸胀快于对照种子 ,这与处理种子萌发启动快
于对照的结果一致。
213 　卫星搭载处理对辣椒种子萌发过程中 MDA 含
量及 SOD、APX、G2POD 和 CAT活性的影响
丙二醛 (MDA) 是衡量膜脂过氧化的重要指标 ,
MDA 含量越高 ,膜脂过氧化程度越大。从图 2 中可以
看出 ,SCS 处理和对照在萌发过程中 MDA 含量均逐渐
下降 ,其中 SCS 处理的种子 MDA 含量从萌发 1d 时的
7108nmol·L - 1 ·FW - 1 下降到萌发 13d 时的 1199 nmol·
l - 1·FW - 1 ,降低了 71189 % ,而对照的MDA 含量从萌发 图 1 　卫星搭载处理对辣椒种子萌发过程中可溶性蛋白质含量的影响Fig. 1 　Effects of boarding return satellite onsoluble protein metabolism of hot pepper seeds1d 时的 11135 nmol·L - 1 ·FW - 1 下降到萌发 13d 时的3192nmol·L - 1·FW - 1 ,降低了 65146 % ;在整个萌发过程中 ,SCS 处理的种子 MDA 含量始终低于对照。另一方面 ,为了避免因膜脂过氧化导致膜脂系统的伤害 ,植物在长期的进化过程中形成了一套活性氧清除体系 ,其中包括由 SOD、APX、G2POD 和 CAT 构成
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图 2 　卫星搭载处理对辣椒种子萌发
过程中 MDA 含量的影响
Fig. 2 　Effect of boarding return satellite
on MDA content of hot pepper seeds
的酶促防御系统 ,在这套酶促防御系统中 ,SOD 最为重
要。分析结果表明 (图 3) ,辣椒种子在萌发过程中 ,其
SOD 活性均逐渐提高 ,其中 SCS 处理的种子的 SOD 活
性较对照更高 ,特别是在萌发初期差异更明显 ,如 SCS
处理的种子从萌发第 1 天至第 4 天 , SOD 活性提高
37158 % ,而对照仅提高 16100 % ;即使在发芽第 13 天 ,
SCS处理的 SOD 活性 (152124 U·L - 1·FW - 1 ) 也比对照
(133120 U·L - 1 ·FW - 1 ) 高 14129 %。APX、G2POD 和
CAT活性的变化也与 SOD 相似 ,如在萌发第 13 天时 ,
SCS 处理的 APX、G2POD 和 CAT 活性依次为 33171
μmol AsA·g - 1 FW·min - 1 、1134μmol Guaiacol·mg - 1protein
·min - 1 和 0196μmol H2O2 ·mg - 1 protein·min - 1 ,而 EBS
对照则分别为 33110 μmol AsA·g - 1 FW·min - 1 、1107
μmol Guaiacol·mg - 1 protein·min - 1 和 0179μmol H2O2 ·
mg - 1 protein·min - 1 ,SCS 处理较 EBS 对照依次提高了
1184 %、25123 %和 21152 %。结果说明卫星搭载处理
后辣椒种子内不仅具有较高的 SOD、APX、G2POD 和
CAT活性 ,而且 SOD 活性的激活也明显加快 ,这对增
强辣椒种子抗氧化能力和萌发初期保护膜系统的修复
均有重要的意义。
3 　讨论
膜的过氧化作用与细胞内 O2 、H2O2 、OH 等活性氧
密切相关 ,这些活性氧都很容易使细胞膜的不饱和脂
肪酸发生过氧化作用 ,而其过氧化产物 (MDA) 可以与
蛋白质、核酸等生物大分子发生交联反应 ,使蛋白质
(酶) 、核酶等失去生物活性 ,从而降低种子活力[11 ] 。
近年来许多研究表明 ,诱变处理可以提高植物种
图 3 　卫星搭载处理对辣椒种子萌发
过程中 SOD 活性的影响
Fig. 3 　Effects of boarding return satellite on
SOD activity of hot pepper seeds
子的抗氧化酶活性。吕杰等[12 ] 发现用离子注入紫花
苜蓿种子可促进种子萌发和幼苗生长 ,细胞内 SOD、
POD、CAT活性均有不同程度的提高 ;郭金华等[13 ] 用激
光预处理大豆种子发现细胞内 SOD、CAT、POD 活性提
高 ,而幼苗子叶中 MDA 含量和超氧阴离子则下降 ;吴
跃进等[14 ]用离子注入水稻种子发现种子内自由基增
加 ,同时诱导 SOD 活性提高 ,这种情况与种子在空间
飞行期间所受宇宙辐射的影响类似。从试验结果看 ,
卫星搭载处理在提高辣椒种子活力的同时 ,提高了种
子内 SOD 等防御系统的活性 ,增强了种子的抗氧化能
力。在种子萌发初期 ,处理种子体内 SOD 活性迅速提
高 ,且在幼苗生长的初期体内防御系统活性较高 ,这将
有利于种子吸胀过程中膜及大分子的局部修复和完善
作用 ,这与吴岳轩等[11 ]的研究相一致。
此外 ,试验结果还显示 ,处理种子的萌发及体内蛋
白质代谢的启动都快于对照 ,表明处理种子的吸胀速度
快 ,这可能是由于空间飞行增加了种皮的通透性。其他
类似的研究[3 ,15] 也证实在微重力条件下或卫星发射过
程中强烈的冲击使植物细胞壁通透性增加 ,造成种子吸
水力提高和导电性提高 ,从而促使植物生长发育。
由于空间环境条件极为复杂 ,影响因素很多 ,究竟
哪些因素在植物种子诱变中起主导作用有待进一步研
究。
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