全 文 ：植物生理学通讯 第41卷 第4期，2005年8月 429
谷胱甘肽还原酶和超氧化物歧化酶在玉米幼苗热激诱导的交叉适应中的作用
郭丽红1 吴晓岚2 龚明2,*
1昆明学院生物系，昆明 650031；2 云南师范大学生命科学学院，昆明 650092
提要 玉米幼苗经过热激处理后，在随后的高温、低温、干旱和盐胁迫环境中，其存活率明显高于未热激的幼苗，表明
热激能提高植物的抗热性、抗冷性、抗旱性和抗盐性，证实了玉米幼苗交叉适应现象的存在；热激还可提高谷胱甘肽还
原酶(GR)和超氧化物歧化酶(SOD)的活性，且在上述 4 种胁迫过程中 GR、SOD 活性水平与玉米幼苗的存活率呈正相关，
表明 GR 和 SOD 参与玉米幼苗交叉适应的形成。
关键词 玉米；热激；交叉适应；谷胱甘肽还原酶；超氧化物歧化酶
Roles of Glutathione Reductase and Superoxide Dismutase in Heat-shock-in-
duced Cross Adaptation in Maize Seedlings
GUO Li-Hong1, WU Xiao-Lan2, GONG Ming2,*
1Department of Biology, Kunming College, Kunming 650031, China; 2 School of Life Sciences, Yunnan Normal University, Kunming
650092, China
Abstract Short-term heat-shock pretreatments at 42℃ for 4 h, followed by a 4-h recovery, significantly
increased survival percentage of maize seedlings under severe heat, chilling, drought and salt stress, indicating
that the heat-shock pretreatments not only enhanced the resistantance of maize seedlings to heat, but also
improved their resistances to chilling, drought and salt stress, in other words, heat-shock pretreatments could
simultaneously induce cross adaptation of maize seedlings to heat, chilling, drought and salt stress. Measure-
ments of antioxidant enzymes glutathione reductase (GR) and superoxide dismutase (SOD) showed that the
maize seedlings with heat-shock pretreatment, which induced cross adaptation, could retain relatively higher
activities of GR and SOD under heat, chilling, drought and salt stress as compared with the control seedlings
without heat-shock pretreatments. The enhancements of GR and SOD in maize seedlings under the four stresses
were postively correlated with survival rate of maize seedlings. It imdicated that GR and SOD could play an
important role in the formation of cross adaptation.
Key words maize; heat-shock; cross adaptation; glutathione reductase; superoxide dismutase
收稿 2004-10-13 修定 　 2005-01-18
资助　 国家自然科学基金(39860009)、云南省自然科学基金
重点项目(98CO0027)、教育部高校优秀青年教师教学
科研奖励计划(2001 年度)、昆明师范专科学校重点学
科建设项目(Z-002)。
*通讯作者(E-mail: gongming@public.km.yn.cn, Tel: 0871-
5516244)。
植物置于超过其正常生长温度10~15℃的环境
中数个小时(热激)，可快速诱导一系列编码热激
蛋白的基因表达，并提高植物对随后更强的热胁
迫的抗性[1~3]。热激处理不仅能提高植物的抗热
性，还能提高多种植物的抗冷性[4,5]、抗盐性[6]、抗
旱性[7] 和抗重金属离子[8]的能力。我们曾报道两种
抗性不同的玉米品种幼苗热激后其抵抗高温、低
温、干旱和盐渍的能力同时提高[9]。另据报道，
当植物进行某种逆境锻炼时，不仅其对这种逆境
的抗性增强，也增强了对其它几种逆境的抗性，
这即是交叉适应现象[9~11]。交叉适应现象的存在
暗示植物对各种不同逆境的抗性之间可能存在着某
种或某些共同的抗性或适应机制。但目前这一领
域的研究尚在起步阶段，仅证实交叉适应过程中
有新的蛋白质合成[4,11]，交叉适应的启动信号和适
应机制尚不清楚。
另一方面，已知各种逆境胁迫都可诱发细胞
内活性氧浓度的增加而导致氧化胁迫，所以，植
物抗逆性的形成常常与抗氧化系统活性的增强密切
植物生理学通讯 第41卷 第4期，2005年8月430
相关[12,13]。业已查明植物体内的抗氧化酶如超氧
化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD, EC 1.15.1.1)、
谷胱甘肽还原酶(glutathione reductase, GR, EC 1.6.4.2)
等在抗氧化系统和植物对逆境的适应中起重要作
用。逆境胁迫初期常引发 SOD 和 GR 相关基因的
快速上调，而 SOD 和 GR 等过量表达均能提高植
物对各种逆境胁迫的抗性[14~16]。这暗示 SOD和 GR
可能参与植物对逆境胁迫交叉适应的形成过程，
但对此迄今尚无明确报道。
本文研究热激诱导的玉米(Zea mays)幼苗对高
温、低温、干旱和盐渍的交叉适应过程中 GR 和
SOD 的作用，以期能为阐明抗氧化系统参与交叉
适应的形成机制这一假说提供参考。
材料与方法
玉米(Zea mays)品种为大黄。种子以 0.1%
HgCl2 消毒 10 min，漂洗干净后，在25℃下以蒸
馏水浸种12 h，而后播种到垫有6层湿润滤纸的
带盖磁盘中，于 28℃下暗萌发 60 h。取生长均
匀的玉米幼苗用于下列处理：(1)经暗萌发60 h的
1/3幼苗转移到42℃ 暗中热激4 h，后放在28℃
下处理4 h，此即为热激和恢复的幼苗；(2)经上
述暗萌发60 h后的1/3幼苗转移到42℃ 暗中热激
4 h，不经28℃下的恢复就直接转入进行下列4种
胁迫处理，即热激未恢复幼苗；(3)另外的 1/3幼
苗作为对照，其在热激处理期间一直置于28℃下。
热激和未热激的幼苗均转移到下述各种逆境处理
中：(1)50℃下12 h进行高温处理；(2)0.5℃下5 d
进行低温处理；(3)垫有6层干滤纸的带盖磁盘中幼
苗放在28℃下进行干旱处理5 d；(4)于 28℃下以
700 mmol·L-1 NaCl 下处理5 d。上述热激处理和各
种胁迫处理均在暗中进行。所有处理结束后，幼苗
转移到25℃和光照12 h·d-1的环境中恢复8 d后统计
存活率。以恢复8 d后能变绿并重新生长的幼苗算
为存活的幼苗。
GR的测定按文献17的方法，并作一些修改[18]。
SOD 活性测定方法基本按照邹国林等[19]及张
伯科和郑荣梁[20]的方法。
蛋白质含量测定采用Bradford[21]的方法，以
牛血清蛋白为标准蛋白。
上述所有实验均重复 2 次，每次实验中有 2
个取样重复和 4 次测定重复。图中所有数据均为
平均值 ± 标准误。
NADPH、NADP、氧化型谷胱甘肽(GSSG)、
还原型谷胱甘肽(GSH)、DTT、邻苯三酚等均购
自 Sigma 公司。
实验结果
1 热激诱导玉米幼苗对逆境因素的交叉适应
如表1所示，热激处理并经28℃下恢复过的
幼苗存活率，热胁迫下提高 200%，冷胁迫下提
高96.9%，干旱胁迫下提高146.1%，盐胁迫下提
高 112.2%。而经在 42℃下热激处理 4 h 后不作
28℃下恢复就直接转入各种逆境下，即热激未恢
复的幼苗，其存活率仍比不热激幼苗的高。这些
表明热激能提高玉米幼苗的抗热、抗冷、抗旱、
抗盐能力，显示玉米幼苗中交叉适应现象的存
在。但热激未恢复的幼苗存活率与热激并恢复的
幼苗之间有一定的差异，说明玉米幼苗经热激处
理后的恢复期对是否发生交叉适应现象是重要的。
2 玉米幼苗经热激诱导及其后各种胁迫因素影响
下的 GR 活性变化
如图1所示，玉米幼苗在热激(42℃)处理4 h
后，其 GR 活性迅速下降；经热激后并在 28℃下
恢复4 h 后，其 GR 活性基本回升到原来的水平。
而后无论热激与否，玉米幼苗的 GR 活性在各种
胁迫因素的影响下均呈规律性变化，即在胁迫初
期上升直至达到峰值，在胁迫后期降至较低水
平。不同胁迫因素下的 GR 活性变化范围和时间
不一致。在 4 种胁迫因素的影响下，经热激处理
过的玉米幼苗 GR 活性均比未热激处理的高，表
表1 热激与不同的胁迫因素下玉米幼苗的存活率
Table 1 The survival percentages of maize seedlings
under heat, chilling, drought and salt stresses
幼苗存活率/%
处理
　 热胁迫 冷胁迫 干旱胁迫 盐胁迫
不热激 23.8±9.2a 38.5±7.2a 34.7±4.8a 36.2±6.3a
热激后不恢复 55.3±3.6b 58.6±3.0b 60.5±2.9b 53.1±5.4
热激后恢复 71.4±4.7c 75.8±3.8c 85.7±3.7c 76.8±3.6c
　　a、b、c 表示 5% 水平的差异分析结果；相同字母表示差
异不显著，不同字母表示差异显著。
植物生理学通讯 第41卷 第4期，2005年8月 431
明热激处理后玉米幼苗在各种胁迫因素影响下可保
持较高的 G R 活性。
3 玉米幼苗经热激诱导及其后的不同因素影响下
的 SOD 活性变化
如图2所示，玉米幼苗经热激(42℃)处理4 h
后，其 S O D 活性上升，而后下降。无论经热激
处理与否的玉米幼苗，其 SOD 活性在各种胁迫因
素的影响下皆下降。不同的胁迫因素影响下的
SOD 活性变化的范围和时间不一致。在高温、低
温、干旱和盐胁迫过程中，热激处理过的玉米幼
苗 SOD 活性均比未经热激处理的高，表明热激处
理后的玉米幼苗在 4 种胁迫因素影响下可保持较
高的 S O D 活性。
讨 论
植物对逆境胁迫的交叉适应现象已在部分植
物中得到证实[2~8]，但所有的报告仅局限于一个热
激处理可诱导植物另一种抗胁迫能力(如抗冷性、
抗旱性、抗盐性等)的描述。本文结果则表明玉
米幼苗经42℃热激处理4 h 后，其玉米幼苗在低
温、高温、干旱和盐渍下的存活率可显著提高(表1)，
说明热激处理可以诱发玉米幼苗对热、冷、干旱
和盐胁迫的交叉适应。且热激后恢复 4 h 的玉米
幼苗存活率比热激后未经恢复的高，表明热激后
的恢复期对交叉适应能否发生很重要。交叉适应
现象暗示植物对不同逆境因素的抵御能力之间有某
种或某些共同的机制。迄今，人们仅证实交叉适
应过程需新的蛋白质合成[4,11]，钙和活性氧作为信
号分子在此种交叉适应过程中有作用[9,10]，但对交
叉适应的形成机制尚不十分清楚，应该深入探
讨。
各种逆境胁迫都可诱发细胞内活性氧浓度的
增加而导致氧化胁迫，这暗示植物在多种逆境因素
胁迫下发生的交叉适应可能与抗氧化系统有关[12~16]。
本文结果表明，经热激处理过的玉米幼苗中GR和
SOD 活性比未经热激处理过的明显高(图 1、2)，
表明热激可增强高温、低温、干旱和盐渍胁迫下
的玉米幼苗中 GR 和 SOD 活性，并与幼苗的存活
图1 玉米幼苗经热激诱导及其后的不同胁迫
因素影响下的 GR 活性变化
Fig.1 Changes in GR activity in maize seedlings under heat,
chilling, drought and salt stresses after heat shock
图2 玉米幼苗经热激诱导及其后的不同胁迫
因素影响下的 SOD 活性变化
Fig.2 Changes in SOD activity in maize seedlings under heat,
chilling, drought and salt stresses after heat shock
植物生理学通讯 第41卷 第4期，2005年8月432
率呈正相关，显示 GR 和 SOD 在此种交叉适应过
程中起一定的作用。
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