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Effects of molybdenum application on redox of ascorbic acid in Chinese cabbage (Brassica campestris L. ssp. pekinensis)

钼对小白菜抗坏血酸氧化还原的影响


A pot trial was conducted to investigate the effects of molybdenum (Mo) on redox of ascorbic acid in Chinese cabbage (Brassica campestris L. ssp. pekinensis). Mo was applied at four rates: 0, 0.075, 0.15 and 0.30 mg/kg soil. The fresh weight, concentrations of total ascorbate, reduced ascorbate, dehydroascorbate, and activities of four key enzymes in redox of ascorbic acid were studied. The results showed that Mo applications (0–0.30 mg/kg) increased the fresh weight, concentrations of total ascorbate and reduced ascorbate in Chinese cabbage. The activities of ascorbate peroxidase (APX), monodehydroascorbate reductase (MDHAR) and dehydroascorbate reductase (DHAR) increased due to Mo application. But the activity of ascorbate oxidase (AAO) decreased with increasing Mo application rates. It is hypothesized that Mo may promote the redox process and regeneration of ascorbic acid. It is concluded that Mo applications increased ascorbic acid concentration in Chinese cabbage.


全 文 :收稿日期:!""#$%%$"& 接受日期:!""’$"%$"(
基金项目:教育部新世纪优秀人才支持计划()*+,$"-$"#(%)项目;教育部博士点基金项目资助。
作者简介:聂兆君(%.’%—),女,四川遂宁人,硕士,主要从事植物微量元素机理研究。,/0:"!#$’#!’#"--,*12340:567"&%%8%!9: ;<2
! 通讯作者 ,/0:"!#$’#!’!"-(,*12340:=>;?82340 : =63>: /@>: ;5
钼对小白菜抗坏血酸氧化还原的影响
聂兆君,胡承孝!,孙学成,谭启玲,刘红恩
(华中农业大学微量元素研究中心,湖北武汉 -(""#")
摘要:采用盆栽试验研究了钼对小白菜抗坏血酸含量、氧化还原状态及相关酶活性的影响。结果表明,各施钼水平
均提高了小白菜产量、抗坏血酸总量以及还原型抗坏血酸(AB+)含量。随着施钼水平的提高,抗坏血酸过氧化物酶
(ACD)、单脱氢抗坏血酸还原酶(EFGAH)、脱氢抗坏血酸还原酶(FGAH)活性均呈上升的趋势;抗坏血酸氧化酶
(AAI)活性逐渐下降。表明施用钼肥能够促进小白菜抗坏血酸氧化还原及再生循环过程,从而提高了抗坏血酸的
含量。
关键词:钼;小白菜;抗坏血酸;氧化还原
中图分类号:B9(-:(;J.-&:%- 文献标识码:A 文章编号:%""’$&"&D(!""’)"&$".#9$"9
!""#$%& ’" (’)*+,#-.( /00)1$/%1’- ’- 2#,’3 ’" /&$’2+1$ /$1, 1-
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;R/3T/@ 3T;:#* ;’2,&:2<0WX@/5>2;+=45/T/ ;3XX3N/;3T;钼是土壤中含量较低的微量元素,也是植物生
长所必需的微量元素。施钼可以促进蔬菜生长,提
高产量,改善品质[%$!];在改善蔬菜品质的作用当
中,钼尤其对抗坏血酸含量有显著影响。许多研究
表明,蔬菜施钼后能显著提高抗坏血酸的含量[($&]。
这对提高蔬菜营养保健价值有重要意义。
抗坏血酸(ATA)在植物体内的代谢过程实际上
就是一个氧化还原的过程[9]。ATA是高等植物体内
一种重要的自由基清除剂,它通过参与一系列的氧
化还原反应而发挥其抗氧化剂的功能[(]。ATA在植
物体内通过抗坏血酸氧化酶(AAI)和抗坏血酸过氧
化物酶(ACD)生成单脱氢抗坏血酸(EFGA)。EFGA
在植物体内极不稳定,一方面 EFGA可在单脱氢抗
坏血酸还原酶(EFGAH)的作用下被还原生成还原
型抗坏血酸(AB+),另一方面可发生岐化反应生成
脱氢抗坏血酸(FGA)。而 FGA通过抗坏血酸$谷胱
甘肽(ATA1]BG)循环还原成 AB+,其中,脱氢抗坏血
酸还原酶(FGAH)和谷胱甘肽还原酶(]H)参与了该
植物营养与肥料学报 !""’,%-(&):.#9 $ .’%
""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
C035Q )>QR4Q4<5 35@ ^/RQ4046/R B;4/5;/
循环过程。!"# 在生理 $" 下并不稳定,其可在
!"#% 的作用下还原成 #&#[’]。
已有报道指出,施用钼肥能显著提高植物体内
抗坏血酸的含量。抗坏血酸含量的变化必然与其合
成与代谢(氧化还原)过程有关,但钼影响植物抗坏
血酸合成与代谢的生理及分子机制尚不清楚。虽然
近年来有研究指出,钼影响植物抗坏血酸代谢相关
酶类如抗坏血酸过氧化物酶和抗坏血酸氧化酶的活
性[()*],但这些研究多从活性氧代谢的角度分析钼
对植物抗逆性的影响,并未从抗坏血酸合成及氧化
还原的角度探讨钼对植物抗坏血酸含量的影响。因
此,本试验在研究不同钼水平对小白菜抗坏血酸含
量影响的基础上,从生理生化机制方面入手,研究钼
肥是如何通过影响抗坏血酸氧化还原的过程,进而
提高抗坏血酸的含量。进一步揭示钼在植物体内的
生理功能,推动钼肥在农业生产上的合理利用。
! 材料与方法
! "! 试验设计
盆栽试验采用聚乙烯塑料盆内附聚乙烯塑料薄
膜。供试土壤为湖北省新洲酸性黄棕壤,其理化性
质为:$" +, -(,有机质 .. , +/ 0 1 20,碱解氮 3-4 , +3
50 1 20,速效钾 .3- ,66 50 1 20,速效磷 ’ , ’. 50 1 20,有
效钼 676-’ 50 1 20。供试小白菜品种为五月慢。
试验设:89 6、676(-、673-、6746 50 1 20等 +个钼
水平(分别用 896、893、89.、894 表示),+ 次重复。
肥底为 : 67. 0 1 20、;.<- 673- 0 1 20、=.< 67. 0 1 20,以
分析纯硫酸铵、磷酸二氢钾、氯化钾为肥源。施钼处
理以分析纯钼酸铵为肥源。同时将无钼的阿农营养
液(3666倍)以 3 5> 1 20含量加入,避免其他微量元
素的缺乏。生育期间用去离子水浇灌,以玻璃钢瓦
活动棚防雨水淋洗。试验于 .66’ 年 4 月 3+ 日播
种,每盆栽种 .6株,.66’年 -月 36日取样。将新鲜
小白菜叶片剪下,立即放入液氮中冷冻,之后转入 )
(6?的冰箱保存,测定相应的各项指标。
! "# 测定项目及方法
常规方法测定土壤基本理化性质[/];抗坏血酸
总量采用 .,+@二硝基苯肼比色法测定[/];还原型抗
坏血酸采用 .,’@二氯靛酚滴定法测定[36];氧化型抗
坏血酸采用差减法计算。
小白菜钼含量用 AB;@#CD 测定法:称取 674666
0小白菜干样于瓷坩埚中,在电炉上碳化,待冒烟至
净后,移入高温电炉中,于 -.-?灰化 .+ E,用 36F
稀 "BG定容至 - 5>,过滤后的滤液直接于 AB;上进
行测定。
##<活性采用碘滴定法[33]测定,并有所改进。
取鲜样 3 ,666 0加 ;H;;(聚乙烯吡咯烷酮)67.- 0及
少许石英砂和 * 5>柠檬酸@磷酸缓冲液($" ’, 6),
冰浴条件下充分研磨成匀浆,放入离心管,36666 I 1
5JK条件下冰冻离心 36 5JK,上清液为酶提取液。在
样品三角瓶中均加入 67+ 5> 柠檬酸@磷酸缓冲液
($" ’,6)、. 5> 673F抗坏血酸;对照三角瓶中均加
入 67+ 5>柠檬酸@磷酸缓冲液($" ’76)、. 5> 673F
抗坏血酸和 67+ 5> 36F偏磷酸。将三角瓶同时放
入恒温水浴中 4 5JK,样品及空白三角瓶中均加入
67+ 5>酶液,置于 46?恒温水浴中准确保温 4 5JK,
立即往样品三角瓶中加入 67+ 5> 36F偏磷酸,以停
止酶的活动。然后加入 4 滴 3F淀粉溶液做指示
剂,用 6766- 59G 1 > 碘液滴定至出现浅兰色为止,记
录消耗碘液的数值。
#;L活性参照 MNK2OG5PKK 和 QIOGOP&O[3.]和 #@
5P29等[34]的方法测定并加以改进。称取样品 37666
0加少量石英砂,- 5> 提取液(-6 559G 1 > ;MD,$"
(7*,含 - 559G 1 > C!Q#)冰浴上研磨成匀浆,转移至
离心管,36666 I 1 5JK条件下冰冻离心 3- 5JK,上清液
为酶提取液。4 5>反应混合液中含 -6 559G 1 > ;MD
($"(76),673 559G 1 > C!Q#,67- 559G 1 > #D#,673
559G 1 > ".<. 和 673 5>酶液,以不加酶液的反应体
系做对照,立即在 .6?下测定 36!46 &内的 #./6变
化,计算单位时间内 #D#减少量及酶活性。酶比活
力以毫克蛋白计。
8!"#%活性测定:称取样品 67-66 0 加 ;H;;
67.- 0,* 5>加 36 5> .- 559G 1 > "C;CD(羟乙基哌嗪
乙硫磺酸)缓冲液($"(7*,含 67. 559G 1 > C!Q#),冰
浴中研磨成匀浆,+?下 3-666 R 0离心 .6 5JK,上清
液测定酶活。采用 "9&&PJK等[3+]的方法:4 5>反应
混合液含有 .- 559G 1 > "C;CD 缓冲液($" (7*,67.
559G 1 > C!Q#),673 559G 1 >抗坏血酸,67-单位抗坏
血酸氧化酶(DJ05P公司),673 559G 1 > :#!"和 673
5>酶液。在 .-?下测定 36 &内的 #4+6变化,计算单
位时间内 :#!"减少量及 8!"#%酶活,酶比活力
以毫克蛋白计。
!"#% 活性测定参照 :P2PK9 和 #&PSP[3-]的方
法,并有所改进:4 5>反应混合液含有 .- 559G 1 >磷
酸缓冲液($" (76,673 559G 1 > C!Q#),47- 559G 1 >
还原型谷胱甘肽(TD")(DJ05P 公司),67+ 559G 1 >
!"#和 673 5>酶液。在 .-?下测定 36 &内的 #.’-
变化,计算单位时间内 !"#减少量及 !"#%酶活。
((/-期 聂兆君,等:钼对小白菜抗坏血酸氧化还原的影响
以 !"#与 $#%的非酶催化还原反应速率作空白校
正。酶比活力以毫克蛋白计。
! 结果与分析
!"# 钼对小白菜产量和钼含量的影响
与不施钼处理相比,随着钼肥施用量的增加,小
白菜的产量有增加的趋势,且在 &’() *+ , -+和 &’.&
*+ , -+水平增产显著,增产幅度分别达 )./和 )0/
(图 ()。说明在一定的浓度范围内(&! &’.& *+ ,
-+),施钼可以提高小白菜的产量。
随着钼肥施用量的增加,小白菜的钼含量比不
施钼处理也有增加的趋势,且在 &’() *+ , -+和 &’.&
*+ , -+水平达到显著性差异,增加幅度分别达 ((1/
和 ((0/(图 2)。说明在一定的浓度范围内(&!
&’.& *+ , -+),小白菜体内的钼含量是随着施钼水平
的增加而增加的。
图 # 钼对小白菜产量的影响
$%&’# ())*+,- .) /. 0112%+0,%.3 .3 )4*-5 6*%&5,
.) 75%3*-* +0880&*
图 ! 钼对小白菜钼含量的影响
$%&’! ())*+,- .) /. 0112%+0,%.3 .3 /. +.3+*3,40,%.3
.) 75%3*-* +0880&*
[注(3456):方柱上不同字母表示差异达 )/ 显著水平,下同 $788696:5 ;65569< =>4?6 5@6 >=9< 7:A7B=56 <7+:787B=:5 =5 )/ ;6?6; C D@6 <=*6 >6;4EC]
!"! 钼对小白菜抗坏血酸含量的影响
植物体内的抗坏血酸总量(DFB)主要由还原型
抗坏血酸及氧化型抗坏血酸两部分组成。其中,一
般情况下的抗坏血酸就是指还原型抗坏血酸
(%"G),氧化型抗坏血酸主要是指脱氢抗坏血酸
($#%)。植物体内的抗坏血酸主要通过其氧化还原
过程行使其重要的生理功能。表 (看出,随着钼水
平的逐渐升高,小白菜体内的 DFB逐渐增加,.个施
钼比不施钼处理分别依次增加 1’2&/、H’.&/和
2I’H/。
表 (还看出,%"G的含量随着钼水平的升高呈
先升高后降低的趋势,各施钼处理 %"G的含量均高
于对照,其增幅分别为 .2J/,1)./和 I.1/;而小
白菜体内 $#% 的含量则呈先降低后升高的趋势,
低、中浓度的施钼水平比不施钼分别降低 I’&/和
((’I/,高浓度的施钼水平增加 ((’1/。方差分析
表明,施钼处理均提高了小白菜体内 DFB的含量,且
当钼水平为 &’.& *+ , -+ 时达到显著性差异。施钼
处理均提高了小白菜体内 %"G的含量,当钼水平为
&’() *+ , -+时达到显著性差异;而当钼水平为 &’.&
*+ , -+时又呈现降低的趋势,但仍然高于对照。对
于 $#%,各处理之间无显著性差异。由此可知,施
钼能够提高小白菜体内 DFB、%"G的含量,但对 $#%
无显著影响。
表 # 施钼对小白菜抗坏血酸含量的影响(9& : ;&)
<082* # ())*+,- .) /. 0112%+0,%.3 .3 0-+.48%+ 0+%= +.3+*3,40,%.3- %3 75%3*-* +0880&*
项目 钼水平 K4 ;6?6;
L56* &’&& &’&J) &’() &’.&
抗坏血酸总量 D45=; ==56 JJ(CI M 11C( > 0(HCI M J(CH => 0I2C0 M .2CI => H12CJ M 2&JC( =
还原型抗坏血酸 N6AOB6A ==56 2.CH M 1C. > (&(C1 M J&’1 => (0&’2 M (2(C0 = (2JC0 M (.C) =>
氧化型抗坏血酸 $6@PA94==56 JI0C& M 1(C0 = J(0C& M H.CI = 11.C& M H1C& = 0.)C& M 2&H =
0JH 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 (I卷
! "# 钼对小白菜抗坏血酸氧化作用相关酶的影响
植物体内的还原型抗坏血酸主要在抗坏血酸氧
化酶(!!")和抗坏血酸过氧化物酶(!#$)两种氧化
酶的作用下氧化生成单脱氢抗坏血酸(%&’!)。图
(表明,随着钼水平的提高,小白菜体内 !!" 的比
活力是逐渐降低的,降低幅度分别依次为 ()*+,、
--*.,和 ..*.,,与空白对照相比均达到显著水平,
各施钼处理之间也有显著差异。!#$的比活力随着
钼水平的提高而呈先增加后降低的趋势,且在钼水
平为 /*01和 /*(/ 23 4 53时达到显著性差异。各施
钼处理比对照增幅分别为 )/*.,、60*/,和 1.*-,。
说明施钼能够降低小白菜体内 !!" 的活性,增加
!#$的活性。
图 # 钼对小白菜抗坏血酸氧化还原过程中氧化酶活性的影响
$%&"# ’(()*+, -( .- /001%*/+%-2 -2 -3%4/,), /*+%5%+%), -( /,*-67%* /*%4 6)4-3 %2 89%2),) */77/&)
! ": 钼对抗坏血酸还原作用相关酶的影响
当植物体内的抗坏血酸在 !!"和 !#$的作用
下氧化生成 %&’!进而生成 &’!后,%&’!及 &’!
不具备生理活性,使抗坏血酸的抗氧化能力降低。
但是,%&’! 和 &’! 在植物体内并不稳定,其中
%&’!在单脱氢抗坏血酸还原酶(%&’!7)的作用
下还原生成抗坏血酸,&’!在脱氢抗坏血酸还原酶
(&’!7)的作用下同样还原生成抗坏血酸。因此,
%&’!7和 &’!7对抗坏血酸的再生具有非常重要
的作用。
图 )显示,随着钼水平的提高,小白菜体内 %&8
’!7的比活力是逐渐增加的,且当钼水平为 /*01
23 4 53和 /*(/ 23 4 53时达到显著差异。各施钼处理
比对照分别增加 9.*1,、1-*/,和 -1*0,。&’!7
的比活力在钼水平为 /*/.1 23 4 53 时达到最大值,
在 /*01 23 4 53和 /*(/ 23 4 53时又降低,但仍然高于
未施钼处理,增幅分别为 069,,-1*),和 -9*/,,差
异均达到显著水平,各施钼处理之间也有显著性差
异。说明施钼能够显著增加小白菜体内 %&’!7和
&’!7的活性。
图 : 钼对小白菜抗坏血酸还原过程中还原酶活性的影响
$%&": ’(()*+, -( .- /001%*/+%-2 -2 6)4;*+/,), /*+%5%+%), -( /,*-67%* /*%4 6)4-3 %2 89%2),) */77/&)
+.+1期 聂兆君,等:钼对小白菜抗坏血酸氧化还原的影响
! 讨论
试验结果表明,施钼能显著提高小白菜的产量
(图 !),这可能是由于施用钼肥后,增加了小白菜体
内的钼含量(图 "),提高硝酸还原酶、醛氧化酶等含
钼酶的活性,充分发挥其在植物体内的生理功能,促
进小白菜的物质代谢过程,从而促进了小白菜的生
长,提高其产量。
许多研究报道指出,施钼能够提高马铃薯和小
白菜抗坏血酸的含量[#$%]。在本试验中,施钼能提
高小白菜体内 &’(及 )*+的含量,并且在适宜的施
钼浓度范围内,钼水平越高,其含量也越高(表 !)。
高浓度施钼水平(,-#, ./ 0 1/)虽然提高了其产量和
&’(含量,但是 )*+的含量稍有降低却仍然高于对
照。不同的施钼水平均能提高小白菜抗坏血酸总量
及还原型抗坏血酸的含量,其原因可能是因为不同
的施钼水平影响了小白菜体内抗坏血酸氧化还原过
程中相关酶的活性。因为在抗坏血酸氧化还原过程
中包含了 ))2、)34、567)8、67)8 % 种比较重要
的酶类。))2和 )34都是植物体内抗坏血酸氧化
还原过程中的氧化酶,催化 )*+ 氧化生成 567)。
施钼降低了小白菜体内 ))2的活性,从而导致了较
少的 )*+向 567)的转化,并且施钼水平越高,这
种作用就越明显;施钼又导致了小白菜 )34活性的
增加,从而能够促进小白菜清除 7"2" 的能力,提高
其抗氧化能力(图 #)。施钼水平越高,))2的活性
越低,且 )34的活性越高。刘鹏和杨玉爱[!9]及徐晓
燕等[!:]在对大豆和烟草的研究中也得出了相似的
结果。需要指出的是,))2和 )34都能影响小白菜
体内 )*+和 67)的含量,))2活性的降低能够导
致较少的 )*+向 567)的转换;然而,)34活性的
增加又会导致较多的 )*+向 567)的转换。因此,
植物体内 )*+含量的高低可能与 ))2与 )34活性
的相对大小有关,且与这两种酶在植物体内行使的
功能不同而相关。567)8和 67)8是植物体内抗
坏血酸氧化还原过程中的还原酶,分别催化 567)
和 67)还原生成 )*+,促进抗坏血酸的再生。不同
的施钼水平均提高了小白菜体内 567)8和 67)8
的活性,促进了 567)和 67)向 )*+的还原,从而
增加了 )*+的含量(图 %)。
在植物体内,还原型抗坏血酸含量的高低与
))2、)34、567)8和 67)8的活性有关。一方面,
))2活性的降低会导致较少的 )*+向 567)的转
化。施钼降低了小白菜体内 ))2的活性,从而增加
了 )*+的含量;另一方面,567)8和 67)8活性的
增加也会导致较多的 567) 和 67) 被还原生成
)*+。施钼提高了小白菜体内 567)8和 67)8的
活性,促进了 567)和 67)向 )*+的还原,从而增
加了 )*+的含量。
因此,施钼影响了小白菜体内抗坏血酸氧化还
原过程中相关酶的活性,从而影响了小白菜体内的
抗坏血酸含量,这解释了施钼能够提高小白菜抗坏
血酸含量的原因。此外,植物体内抗坏血酸水平的
高低除了受到代谢过程的影响之外,还与其合成途
径密切相关。因此,研究施钼对于小白菜体内抗坏
血酸合成途径中相关中间产物以及基因与酶的调
控,也具有十分重要的意义。
参 考 文 献:
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