全 文 ：热带亚热带植物学报 2006，l4(3)：213—217
Journa／ofTropical and SubtropicalBotany
外源谷胱甘肽(GSH)对水鳖 Zn 毒害的缓解作用
赵 娟， 施国新 ， 徐勤松， 王 学， 许丙军， 胡金朝
(南京师范大学生命科学学院，南京 21Oo97)
摘要：研究在 l0 mg L。-Zrl2+毒害下外施 l0-50 mg L- 梯度浓度的还原型谷胱甘肽(GSH)对水鳖(Hydrocharis dubia)的
保护酶 (SOD、CAT、POD)活性、GSH、可溶性蛋白质 、叶绿素、H2o2含量以及Oj7 生速率的影响。结果表明，相对单一
的 Zn2+毒害，施用外源 GSH可明显减轻毒害症状，植物体内 GSH含量增加了 10．71％一35．71％，Oi一的产生速率最低降
至 78．2％，H202含量最低降至 62．7％。植物体 内可溶性蛋白含量和 CAT、SOD、POD的活性最大分别增加了 74．2％、
108．2％、61．4％、l9．5％。随GSH浓度增大，缓解能力下降，在培养液中最佳缓解浓度为20-40 mg L- 。
关键词 ：还原型谷胱甘肽；znn；水鳖；缓解作用
中图分类号：Q945．78 文献标识码：A 文章编号：l005—3395(2006)03—02l3—05
Alleviatory Efect of Exogenous Glutathione(GSH)
on Hydrocharis dubia Toxicated by Zn
ZHA0 Juan， SHI Guo-Xin， XU Qin-song， WANG Xue， XU Bing-jun， HU Jin-zhao
(Colege of Life Science，Nanjing Normal University,N ing 210097，China)
Abstract：The efect of 1 0 mg L‘ Zn together with various concentrations of glutathione(GSH1 on the changes
in activity of protective enzymes (SOD，CAT，P0D)，generation rate of 02 ，and the contents of GSH，soluble
protein，chlorophyll and H2O，in leaves of Hydrocharis dubia were determined． The results showed that the
addition of endogenous GSH in treatments obviously increased the content of GSH in leaves bv l 0．7 l％ tO
35．71％， generation rate of 02 was lowered to 78．2％ and H202 was scavenged to 62。7％ as compared to the
treatment witIl 10 mg L—Zn2+alone without GSH．The content of soluble protein increased at most bv 74．2％ ．and
the activities ofCAT、SOD、POD increased at most by l08．2％ 、61．4％ 、l9．5％，respectively．It iS obviOUS that
GSH relieve the toxic of Zn2+to some extent．Th e most efective concentrations Of GSH against Zn2+stress are 20—
40 mgL in culture solution．
Key words：Glutathione(GSH)；Zn ；Hydrocharis dubia；Aleviated efect
重金属污染对植物生长发育的影响已引起了
国内外学者的高度关注，并在缓解植物重金属胁迫
方面做了比较系统的研 ，1。目前所用的缓解物质，
如硒、镍、稀土等，虽在一定程度上提高了植物对重
金属的抗性，但这些物质本身也具有毒性，往往会
引起二次污染和其它逆境胁迫[2-31。
正常生长的植物中富含谷胱甘肽(glutathione，
GSH)，它是有效的酶活性调节物质[4】，能够维持组织
的抗氧化特性，在对氧化还原敏感的信号传导调节
中起关键性作用[5-81。植物体内GSH水平的高低与
植物对环境胁迫的耐受性密切相关 。目前尚未见
利用 GSH缓解重金属对水生植物胁迫的报道。本
文通过施用外源 GSH，观察在 Zn2+胁迫下水鳖
(Hydrocharis dubia(B1．)Backer)的叶绿素和可溶性
收稿日期：2005—09—30 接受日期：2006-02—22
基金项目：国家自然科学基金 (30370083)；江苏省教育厅自然科学基金 (03KJBI80062)；江苏省重点实验室开放基金项目资助
通讯作者 Coresponding author
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2l4 热带亚热带植物学报 第 14卷
蛋白质含量、抗氧化酶系统的活性及活性氧产生速
率等的变化，为筛选无毒副作用的缓解重金属胁迫
的物质提供参考依据。
1材料和方法
仪器 Sigma 3K30型冷冻离心机；上海第三
分析仪器厂产的UV一754型紫外分光光度计；上海
天平仪器厂产的 HHS．4s型电热恒温水浴锅。
材料 水鳖(Hydrocharis dubia(B1．)Backer)
属水鳖科(Hydrocharitaceae)植物，为多年生水生经
济植物，在我国南北均有分布。实验用水鳖于 5月
下旬采自太湖水域。
选取生长一致的水鳖，用 自来水在实验室内预
培养 2—3 d后进行处理。以用 1／20 Hoagland培养液
处理 做 原始 对 照 。实 验 处 理 如下 ：0为 用 含
10 mg L-。Zn2+的 1／20 Hoagland培养液处理；l为用
含 10 mg L-。Zn2~和 10 mg L-。GSH的 1／20 Hoagland
培养液处理；2为用含 10 mg L-。Zn2+和 20 mg L-。
GSH 的 1／20 Hoagland培 养 液 处 理 ；3为 用 含
10 mg L-。Zn2~和 30 mg L-。GSH的 1／20 Hoagland培
养液处理；4为用含 10 mg L Zn2+和 40 mg L-。GSH
的 1／20Hoagland培养液处理；5为用含 10 mg L。
Zn2+和 50 mg L GSH的 1／20 Hoagland培养液处
理。用 ZnSO (AR)配制 zn 溶液，含量以zn 计。
5 d后取样进行测定，每处理重复 3次，对数据进行
统计分析。
叶绿素的测定 参照张志良的方法【 。单位
用 mg g。FW表示。
酶液的提取 取新鲜叶片，用蒸馏水洗净，
揩干，电子天平称重。放入研钵中，加 50 mmol／L的
磷酸缓冲液(pH 7．8)，冰浴研磨，4℃、10 000xg下离
心20 min，上清液用来测定超氧化物歧化酶(super—
oxide dismutase，SOD)、过氧化氢酶(catalase，CAT)、
过氧化物酶 (peroxidase，POD)活性和可溶性蛋白
含量 。
SOD活性测定 用黄嘌呤氧化酶法【n】测定，
采用南京建成生物研究所生产的试剂盒，其活力单
位定义为：每毫升反应液中 SOD抑制率达 50％时
所对应的 SOD量为一个亚硝酸盐单位(Nu)。
CAT活性测定 用南京建成生物工程研究
所的 CAT试剂盒测定【 】，其活力单位定义为：以每
克叶片每秒分解 l izmol H：O：的 CAT量为一个活
力单位(U)。
POD活性测定 采用愈创木酚法【“】测定，以
每克叶片每分钟 变化 0．0l为一个酶活力单位。
可溶性蛋白质含量测定 采用 Bradford考
马斯亮蓝 G250、法【-4】测定，以牛血清白蛋白(BSA)为
标准蛋白作标准曲线。单位用 mgg-。FW表示。
o：r产生速率 按照王爱国和罗广华的方
法【 】测定，单位用 OD53o g。FW min-。表示。
H：o：含量测定 用 H2O：试剂盒测定，购自
南京建成生物工程研究所。单位用 mmol g-。FW表
示。
GSH含量测定 用 GSH试剂盒测定，购 自
南京建成生物工程研究所。单位用 mg g-。FW表示。
2结果和分析
2．1 GSH含量的变化
从图 1A可见，在 Zn 的毒害下，GSH的含量
显著降低，只有对照的75．7％；而施用外源 GSH后，
叶片内的GSH含量显著增加。外源 GSH浓度为
30 mg L。时，叶片内 GSH含量比未施外源 GSH的
单一 zn 毒害增加了 35．7％，比原始对照增加了
2．7％。
2．2 外源 GSH 对 Z 毒害下的叶绿素含量的影响
从图 lB可见，Zn2+毒害下叶片的叶绿素含量
降低，是原始对照的88．8％。加入外源 GSH后其含
量增加，在 GSH浓度为30 mg L-时叶绿素含量达
到峰值，与 10mgL Zn2+毒害相比，叶绿素 a和 b
含量分别增加了37．7％和 3 1．8％，比原始对照增加
了22．2％和 23．4％，说明施用外源 GSH促进了叶绿
素的合成。统计分析显示，叶绿素 a含量在 Zn2+毒
害下与 GSH缓解毒害下相 比：t=2．776，P=0．012<
0．05，外源 GSH的施用显著提高了叶片的叶绿素 a
含量。同样，外源 GSH对叶绿素b的含量也有较大
影响，t=2．77，P=0．0048<0．01。由此可见，施用外源
GSH极显著增加了叶片的叶绿素含量，提高了植物
的光合作用，以达到缓解毒害的目的，并且在外源
GSH浓度为 30 mg L-。时其缓解效果最显著。
2．3 外源 GSH对保护酶活性的影响
图 lC可见，在 Zn 毒害下，SOD的活性上升，
这与低浓度 Zn2+处理时，SOD被诱导表达有关。
SOD在逆境下被诱导表达而活性增加，与多种因素
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第 3期 赵娟等：外源谷胱甘肽 (GSH)对水鳖 Zn 毒害的缓解作用 215
14O
墓 120
i00
80
三 60
三 40
星 20
O
0．06
0．05
0．04
0．03
0．02
0．O1
O
Control 1 2 3 4 5 6
Control 1 2 3 4 5 6
Control 1 2 3 4 5 6
0．020
0．018
— 0 016
盖 0
． 014
0．012
己 0．010
0．OO8
0．006
O 004
0．OO2
O
善
重
量§
1．6
1．4
1．2
1 0
0．8
0．6
0．4
0．2
O
Control 1 2 3 4 5 6
Control 1 2 3 4 5 6
Control 1 2 3 4 5 6
Control 1 2 3 4 5 6 Control 1 2 3 4 5 6
处 理 Treatment
图 l外源 GSH处理对水鳖叶片的GSH(A)、叶绿素 a(B)、可溶性蛋白(F)和 H20 (H)含量、
SOD(c)、CAT(D)、POD(E)活性、及 O 产生速率(G)的影响
Fig．1 Efects ofexogenous GSH on the contents ofGSH(A)、chlorophyl a(B)、soluble protein(F)and H202(H)
，
the activitiesofSOD(C)、CAT(D)、POD(E)and02一generation rate(G)inleaves ofH dubiaunderZn2+sIresss
Treatments from l to 5 ale cultured on 1／20 Hoagland and 10 mg L Zn supplemented with GSH at 10 mg L-l
， 20 mg 30 mg L-l。40 mg L-J and
50 mg L-’，respectively，whereas control respresent 1／20 Hoaglan d and 0 represent 1／20 Hoagland with 10 mg L’Zn
有关，往往是内源激素和活性氧共同调节 SOD的
表达。因此在图 1A中原始对照 GSH含量虽然较
高，但其SOD活性并不高。施用外源 GSH后，SOD
活性明显增大，在 GSH的浓度为 30 mg L。 时达到
峰值，相对于单一 Zn2+毒害其活性增加了61．4％，
统计分析显示，t=-2．599，P=0．048<0．05。外源 GSH
8 7 6 5 4 3 2 1
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216 热带亚热带植物学报 第 14卷
对 SOD活性影响显著。
图 lD可见，外源 GSH的施用对于 CAT的活
性也有较大的影响。CAT活性在 zn 毒害下降低，
是原始对照的85．9％。施用外源 GSH后，其活性增
加。当GSH浓度为 30 mg L。时达到峰值，是 zn 毒
害 的 208．2％。统计分析显示 ，t=3．34，P=0．028<
0．05，外源 GSH作用下 CAT活性显著提高。
POD是植物体内重要的保护酶，它能有效清除
H2O 和其他的氧 自由基。与 SOD类似，在低浓度
Zn斗短时间处理下，POD会应激性地表达，使生物
体能够通过 自身诱导的保护酶清除胁迫产生的超
氧阴离子，达到减轻毒害的目的。当外源 GSH的加
入，POD的活性有了较大变化，如图 lE所示，其活
性随GSH浓度的增大先增加后降低，在 GSH浓度
为20 mg L-一时 POD活性达到峰值，是 zn 毒害的
l19．5％ 。
2．4可溶性蛋白质含量的变化
从图 lF可以看出，外源 GSH的施用显著影响
了可溶性蛋白质的含量。在 Zn 毒害下，可溶性蛋
白质含量显著减少，是对照的69．1％。施用 GSH后，
可溶性 蛋 白质含 量显著 增加 ，在 GSH浓度 为
30 mg L-一时达到最大，是 zn 毒害的 174．2％，比对
照高 2O．4％。统计分析显示，t-4．799，P=-0．0087<
0．01，可溶性蛋白质含量极显著增加。
2．5活性氧产生速率的变化
外源 GSH的加入有效地清除了o，·，也减少
了它在植物体内的积累，防止对植物造成大的伤
害。图 1G可见，o -产生速率明显随着 GSH浓度的
增加先降后升，当 GSH浓度为 40 mg L-一时，O ·的
产生速率最低，是 zn斗毒害的 78．2％，其变化趋势
与 SOD的相反，说明 SOD清除了o -。统计分析可
知：t=2．776，P=0．012<0．05，显示 GSH缓解下 o ·
产生速率显著降低。
H2O 的产生速率与 o 的产生速率总体趋势
一 致。当GSH浓度为 30mgL。时，其含量最少，是
Zn斗毒害的 62．7％。经统计分析显示：t=2．776，P=
0．131321 G0．05，外源 GSH缓解下与 Zn斗毒害的差
异显著，表明外源GSH有效地减少了H o 的积累。
3 讨论
Zn2+是植物生长必需的微量元素，但是当 Zn2+
的浓度较高时，就表现出对植物的毒害作用【旧。锌对
生物体的危害一般认为是其与生物大分子的结合
造成的，它能够与酶的活性中心或活性蛋白的巯基
结合，导致蛋白质构象改变，酶活性丧失【嘲。此外，还
可通过生物体内氧化还原反应，产生自由基而导致
细胞的氧化损伤【 。
GSH是一种重要的水溶性抗氧化物质，它可以
直接同活性氧反应，将其还原【捌；又可以作为酶的底
物在活性氧清除中发挥重要作用[2l】，它在植物体内
往往通过 ASA—GSH—NADPH循环 清除植物体内
产生的活性氧，在这一途径中，GSH作为H2o 还原
的再循环中间物而存在。
水鳖对 zn 的毒害较敏感，10 mg L-Zn斗使水
鳖叶片内活性氧产生速率增加，同时叶绿素 a和可
溶性蛋白质含量降低，叶片发黄，光合作用受影响，
这是因为叶绿素的降解与活性氧有关【 。实验表明，
加入外源 GSH后，清除了活性氧，抑制了Zn斗毒害
导致的蛋白质和叶绿素降解，使叶绿素 a和 b及可
溶性 蛋 白质含 量都显 著增加 ，在 GSH浓度 为
50 mg L 时，其含量高于原始对照，表明GSH能促
进叶绿素的合成，缓解了毒害症状。
活性氧除了由GSH直接还原，与植物体内的
抗氧化酶系统关系更密切。SOD、CAT、POD是植物
体内主要的保护酶。SOD可以催化 o -发生歧化反
应生成 H2O 和 O ；CAT和 POD则将 H2O 分解成
水。在正常情况下，植物体内产生和清除 o ·的能
力处于动态平衡，植物体内的 SOD、POD的活性处
于稳定水平。低浓度的zn 毒害诱导植物过量表达
SOD、POD，使其活性升高，以清除积累的 o， 【 ]，
SOD在逆境下被诱导表达而活性增加，与多种因素
有关，往往是内源激素和活性氧共同调节 SOD的
表达的结果【 71。外源 GSH的加入，更有效地提高
了 SOD和 CAT的活性，在 GSH浓度为 30 mg L-l
时，SOD、CAT活性达到最高，POD的活性在 GSH
浓度为20 mg L- 时达到峰值。由于 CAT、SOD保持
较高活性，导致 H2o 浓度下降，使歧化反应正常进
行，o 产生速率低于 zn 毒害，避免对植物的损
伤。
外源 GSH能有效地减缓锌的毒害，其原因可
能是由于植物在受到各种胁迫时，自身会诱导产生
大量的 GSH，加入外源 GSH后，又增加了水鳖叶片
内源 GSH的含量。GSH一方面通过提高保护酶活
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第 3期 赵娟等：外源谷胱甘肽 (GSH)对水鳖 Zn 毒害的缓解作用 217
性，清除活性氧，另一方面 GSH可以螯合重金属1∞1，
而且作为金属螯合肽合成的重要前体，对植物内重
金属胁迫下体内金属螯合肽 的含量有重要的影
响[24l，从而增加了金属螯合肽的合成量，螯合重金
属，降低了游离的重金属离子含量，解除了重金属
与酶蛋白的结合，提高了酶活性，从而减轻其毒害。
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