全 文 ：植物生理学通讯 第 41卷 第 1期，2005年 2月 19
水杨酸诱导的玉米幼苗适应高温和低温胁迫的能力与抗氧化酶系统的关系
杜朝昆 李忠光 龚明*
云南师范大学生命科学学院，昆明 650092
提要 玉米种子经水杨酸(SA)预处理后其幼苗的耐热性与耐冷性提高。其中以 300 mmol·L-1 SA 预处理的玉米幼苗对 46℃
高温胁迫 2 d 的耐热性提高最大，150 mmol·L-1 SA 预处理的玉米幼苗对 1℃低温胁迫 5 d 的耐冷性提高最大。在高温和低
温胁迫过程中，SA 预处理过的玉米幼苗中过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、过氧化物酶(GPX)、超氧化物
歧化酶(SOD)和谷胱甘肽还原酶(GR)的活性水平均高于未经 SA 处理的。
关键词 水杨酸; 高温胁迫；低温胁迫; 玉米幼苗; 抗氧化酶
The Adaptations to Heat and Chilling Stresses and Relation to Antioxidant
Enzymes of Maize Seedlings Induced by Salicylic Acid
DU Chao-Kun, LI Zhong-Guang, GONG Ming*
School of Life Sciences, Yunnan Normal University, Kunming 650092
Abstract Salicylic acid (SA) treatment of maize seeds could markedly enhanced heat and chilling tolerance of
maize seedlings. 300 mmol·L-1 of SA could increase the heat tolerance of maize seedlings under 46℃ for 2 d and
150 mmol·L-1 of SA could enhance the chilling tolerance under 1℃ for 5 d. The activities of antioxidant enzymes
CAT，APX，GPX，SOD and GR in maize seedlings induced by SA during heat and chilling stress were all
higher than the control.
Key words salicylic acid; heat stress; chilling stress; maize (Zea mays) seedlings; antioxidant enzymes
收稿 2004-05-08 修定 　 2004-10-26
资助　 国家自然科学基金(30060009)、云南省自然科学基金
重点项目(98C002Z)、教育部优秀高校青年教师教学
科研奖励计划(2001 年度)。
* 通讯作者(E-mail: gongming@public.km.yn.cn, Tel:
0871-5516244)。
水杨酸是一种普遍存在于高等植物体内的酚
酸类化合物和参与植物对逆境胁迫反应尤其是生物
胁迫反应的胞内信号分子[1~4]。近年来的研究报告
逐渐显示，SA及其类似物在诱导植物抗非生物胁
迫中也起一定作用[5~10]，尤其在诱导植物的耐热
性[5,6]与耐冷性[7,8]中起作用，这些结果都是以不同
植物材料或在不同的实验体系得出的。但在同一
种植物及同一个实验体系中，SA能否既诱导植物
的耐热性又诱导它的耐冷性？SA诱导植物抗逆性
的生理基础是什么？这些问题尚未见报告。本文
研究SA预处理玉米种子对其幼苗耐热性及耐冷性
的效应，并同时测定玉米幼苗在高温和低温胁迫
过程中5种抗氧化酶——过氧化氢酶(CAT)、过氧
化物酶(GPX)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、超
氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽还原酶(GR)活性的
动态变化，以探讨抗氧化酶在SA诱导植物的耐热
性和耐冷性形成中的作用。
材料与方法
植物材料为玉米(Zea mays)品种大黄。挑选均
匀饱满的种子，经0.1% HgCl2消毒10 min后，漂
洗干净，吸干种子表面水分，用于处理。
上述消毒过的玉米种子分别用 9 个不同浓度
(0、100、150、200、250、300、350、400、
450 mmol·L-1)的 SA 溶液(用 NaOH 调 pH 至 6.8)，
在25℃下浸种12 h, 而后把吸胀的种子播种到垫有
6 层经相应浓度 SA 溶液湿润滤纸的带盖磁盘(24
cm×16 cm)中，于28℃/25℃(昼/夜)下暗萌发60 h。
分别在萌发期间的12 和36 h用相应浓度的SA溶
液 60 mL 进行根际浇灌。选取萌发后生长一致的
植物生理学通讯 第 41卷 第 1期，2005年 2月20
玉米幼苗，转入46℃下高温处理2 d或转入1℃下
低温处理5 d。高温和低温处理均在暗中进行。处
理结束后，幼苗转入28℃/25℃(昼/夜)、光照16
h·d-1 (平均光照度为65 mmol·m-2·s-1)的环境中恢复
培养8 d 后，计算存活率。以在恢复期间能转绿
并能够恢复生长的玉米幼苗计为存活的幼苗。
测定抗氧化酶活性时，取经 SA 预处理并经
高温或低温处理下的玉米黄化幼苗的胚芽鞘0.5 g，
转入液氮中冷冻保存。按前法提取并同时测定
CAT、GPX、APX、SOD 和 GR 5 种抗氧化酶活
性的变化[11]。
上述所有实验均重复 3 次，每次实验中有 2
次测定重复，图中所有数据均为平均值 ± 标准误。
所用药品 GS H、G S S G、D T T、N A D P H、氮蓝
四唑(NBT)等购自Sigma公司，其余药品为国产分
析 纯 。
实验结果
1 不同浓度SA预处理种子后的玉米幼苗耐热性和
耐冷性
种子经SA预处理后所培养成的玉米幼苗，分
别转入46℃下高温处理2 d或转入1℃下低温处理
5 d后，于 28℃/25℃下恢复8 d。从图 1可以看
出，150~450 mmol·L-1 的 SA 均可提高玉米幼苗在
高温胁迫后的存活率，其中以300 mmol·L-1 SA 的
效果最好。
从图1可同时看出，100~300 mmol·L-1 的 SA
能提高玉米幼苗在低温胁迫下的存活率，其中以
150 mmol·L-1 SA 的存活率为最高。
2 种子经SA预处理后的玉米幼苗抗氧化酶活性在
高温胁迫过程中的变化
如图2所示，经300 mmol·L-1 SA预处理的玉
米幼苗和未经预处理的对照相比，在46℃高温胁
迫处理前，CAT 及 APX 活性无明显差异，GPX、
GR 和 SOD 活性略有提高。在 46℃高温胁迫过程
中， SA 预处理与否的玉米幼苗中 CAT 、APX 及
GPX 活性均有不同程度的下降；经 SA 预处理的
玉米幼苗 SOD 和 GR 活性在胁迫前期上升，后期
下降，未经 SA 处理的则一直呈下降趋势。从总
体上看，在整个高温胁迫期间，经 SA 预处理的
玉米幼苗的 C A T、A P X、G P X、S O D 和 G R 活
性下降幅度较小，明显高于未经 S A 处理的。
3 种子经SA预处理后的玉米幼苗抗氧化酶活性在
低温胁迫过程中的变化
如图3所示，种子经150 mmol·L-1 SA预处理
后玉米幼苗在低温胁迫处理前的 CAT 及 APX 活性
与未经 SA 处理的无差异，G P X、G R 和 S O D 活
性均略有提高。在 1℃低温胁迫下，经 SA 预处
理与否的玉米幼苗中 CAT 、APX 及 GR 活性均有
不同程度的下降；而经 SA 预处理的玉米幼苗的
GP X 和 S O D 活性在胁迫前期上升，后期快速下
降。总体上讲，经 S A 预处理的玉米幼苗 C A T、
APX、GP X、SO D 和 GR 活性在整个低温胁迫期
间均明显高于未经 SA 处理的。
讨　　论
从本文结果来看，SA预处理种子可同时提高
玉米幼苗耐热性和耐冷性，但SA诱导玉米幼苗耐
热性与耐冷性的适宜 SA 浓度不同。与未经 SA 预
处理的相比，以300 mmol·L-1 SA 预处理的玉米幼
苗耐热性效果最好，而以150 mmol·L-1 SA诱导的
玉米幼苗耐冷热性效果最好(图1)，即诱导抗热性
的适宜SA浓度较诱导抗冷性的高。出现这一差异
可能有以下几个原因：(1)高温与低温胁迫中玉米
幼苗的水杨酸信号传递途径或组分以及各信号分子
之间相互作用的时空性存在差异；(2)SA是可转移
的信号分子，当植物某个部位受到高温胁迫时，
SA向外输出即受到抑制[12,13]; (3)高温胁迫过程中植
图1 SA预处理种子后玉米幼苗在高温(46℃)
和低温(1℃)胁迫下的存活率
Fig.1 The survival percentage of maize seedlings under
heat(46℃) and chilling(1℃) stress after
pretreatment of maize seeds by SA
植物生理学通讯 第 41卷 第 1期，2005年 2月 21
图3 SA预处理种子后玉米幼苗抗氧化酶
活性在低温胁迫过程中的变化
Fig.3 The activities of antioxidant enzymes in
maize seedlings during chilling stress after
pretreatment of maize seeds by SA
物内SA在转运时，可能转化为其它物质[13]; (4)高
温与低温胁迫下植物细胞超微结构和膜相变化可能
有差异[14]。
图2 种子经SA预处理后的玉米幼苗抗氧化酶
活性在高温胁迫过程中的变化
Fig.2 The activities of antioxidant enzymes in
maize seedlings during heat stress after
pretreatment of maize seeds by SA
植物生理学通讯 第 41卷 第 1期，2005年 2月22
已知各种逆境胁迫都可引起细胞内活性氧水
平增加而导致氧化胁迫[15~17], 而一般认为植物抗逆
性的强弱是与抗氧化酶活性高低密切相关的 [18~20]。
Conrath等[21]和Chen等[22]的实验结果显示, SA预处
理的植物在生物或非生物胁迫前的 CAT 活性显著
受抑。但也有研究表明，在体外浓度低于 0.25
mmol·L-1 的 SA对玉米等植物的CAT活性没有明显
的抑制作用[23~26]。而另有研究结果则表明，SA和
乙酰水杨酸(ASA)能提高植物在常温下的 CAT 活
性[6,27] 。本文结果显示，种子经 SA 预处理的玉
米幼苗的 CAT 活性在高温胁迫前和低温胁迫前不
受到SA的明显抑制，与上面提及的文献报道中认
为 SA 明显抑制或增强 CAT 活性的结果不同。我
们认为，这可能是 SA 处理的方式和 SA 浓度不同
对不同植物 CAT 活性的影响不同所致。
此外，在高温和低温胁迫过程中，经 SA 预
处理的玉米幼苗 5 种抗氧化酶( C A T 、A P X 、
GP X、APX、SO D 和 GR)活性均高于未经 SA 处
理的(图 2、3)，可见保持较高的抗氧化酶活性可
能是SA处理的玉米幼苗耐热性和耐冷性提高的原
因。在高温和低温胁迫中，GR 和 SOD 的活性显
著高于未经 SA 处理的，表明较高的 GR 和 SOD 活
性是玉米幼苗在高温和低温胁迫中对SA预处理响
应的关键。总之，本文结果表明，无论在高温
胁迫还是在低温胁迫下，种子经SA预处理的玉米
幼苗均表现出类似的生理反应，幼苗抗氧化酶活
性提高与幼苗的耐热性及耐冷性的增强相吻合。
这暗示SA预处理后细胞抗氧化酶活性的提高，是
SA诱导的玉米幼苗耐热性和耐冷性形成的生理基础。
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