全 文 ：书犎２犗２胁迫下豌豆初生根及抗氧化酶
系统对外源犆犪２＋的响应
刘会杰１，李胜１，马绍英１，张品南１，时振振１，杨晓明２
（１．甘肃省干旱生境作物学重点实验室 甘肃农业大学生命科学技术学院，甘肃 兰州７３００７０；
２．甘肃省农业科学院作物研究所，甘肃 兰州７３００７０）
摘要：以豌豆品种“陇豌一号”为材料，通过对豌豆种子萌发初期初生根生理特性的研究，探索提高豌豆初生根外源
Ｈ２Ｏ２ 胁迫条件下抗性能力的途径。运用生理生化方法，测定 Ｈ２Ｏ２ 胁迫下豌豆初生根在外源Ｃａ２＋处理后的弯曲
率和根系活力，并对豌豆初生根内的丙二醛（ＭＤＡ）含量、相对膜透性、超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）、过氧化物酶（ＰＯＤ）、
过氧化氢酶（ＣＡＴ）和抗坏血酸过氧化物酶（ＡＰＸ）活性进行测定。结果显示，８０ｍｍｏｌ／Ｌ的 Ｈ２Ｏ２ 处理下的豌豆初
生根正常生长受到显著抑制，但是经过Ｃａ２＋处理后，根系生长抑制作用得到缓解，根系活力得以恢复。外施１０
ｍｍｏｌ／ＬＣａ２＋初生根 ＭＤＡ值较ＣＫ１ 降低了３７．３２％，并显著地提高了ＰＯＤ，ＳＯＤ，ＣＡＴ和ＡＰＸ的活性，其值分别
为５１．９４６Ｕ／（ｍｇ·ｍｉｎ），８６５．１７４Ｕ／ｇＦＷ，１．９７３９ｍｍｏｌ／（Ｌ·ｇ·ｍｉｎ）和２．５６９μｍｏｌ／（Ｌ·ｇ·ｍｉｎ）。总之，外源
施加Ｃａ２＋能够有效降低 Ｈ２Ｏ２ 造成的氧化胁迫，缓解对初生根细胞膜的伤害，降低质膜透性，增强初生根系抗氧化
酶活性，达到抵抗逆境胁迫的目的。
关键词：豌豆；Ｈ２Ｏ２；初生根；外源Ｃａ２＋；抗氧化物酶
中图分类号：Ｓ８１６；Ｓ５２９．０３４；Ｓ９４５．７８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４５７５９（２０１４）０６０１８９０９
犇犗犐：１０．１１６８６／ｃｙｘｂ２０１４０６２３
豌豆（犘犻狊狌犿狊犪狋犻狏狌犿）属豆科（Ｆａｂａｃｅａｅ）蝶形花亚科（Ｆａｂｏｉｄｅａｅ）豌豆属（犘犻狊狌犿）一年生攀缘草本植物［１］。
它是粮菜饲兼用作物，小杂粮中主要的食用豆，具有极大的农业潜在价值。豌豆还具有很高的生物固氮能力，有
助于富集土壤中的营养肥料减少生产成本，所以对可持续农业的发展起着重要的作用［２］。然而，我国西北地区淡
水资源缺乏，土壤盐渍化日趋严重［３４］，并且伴随着采矿、冶金以及镉（Ｃｄ）处理等工业的发展，我国农业土壤Ｃｄ
污染问题也不断加剧。Ｃｄ是毒性最强的重金属元素之一，被植物吸收后大部分富集在根部，从而抑制根系的正
常生长［５］，限制豆科植物与根瘤菌共生关系的建立，导致作物产量和品质急剧降低，威胁着农业生产和生态环境，
因此对盐渍土及Ｃｄ污染土壤的治理已经引起国内外的广泛重视［６］。
随着生物膜理论和研究技术的发展，越来越多的研究证实了生物膜在植物逆境胁迫中的重要性。研究表明
膜伤害与植物低温胁迫、水分胁迫、盐胁迫和环境污染物胁迫（重金属污染如Ｃｄ）有密切关系［７］。王芳等［８］研究
指出１００ｍｇ／Ｌ的Ｃｄ处理使膜脂过氧化产物丙二醛（ＭＤＡ）含量增加，质膜透性增大，Ｃｄ又能导致拟南芥（犃狉犪
犫犻犱狅狆狊犻狊狋犺犪犾犻犪狀犪）根尖 Ｈ２Ｏ２ 的积累［９］，发生膜脂过氧化伤害，同时盐胁迫导致黄瓜（犆狌犮狌犿犻狊狊犪狋犻狏狌狊）根系
ＭＤＡ含量和电解质渗漏率增加，生物膜受到伤害［１０］。大量实验表明，各种逆境胁迫对植物的伤害首先表现为生
物膜的伤害，而胁迫中产生的羟基自由基（·ＯＨ）是造成膜脂过氧化作用的主要因素。植物在逆境胁迫过程中
会产生大量的活性氧（ＲＯＳ）［１１１２］，主要是 Ｈ２Ｏ２ 能通过 Ｈａｒｂｅｒｗｅｉｓｓ反应产生更活跃、毒性更强的羟基自由基
（·ＯＨ）［１３］，当其产生速度超出细胞抗氧化防御系统的清除能力时，就会引发一系列毒性效应，造成对细胞的“氧
化胁迫”，从而引发或加剧膜脂过氧化作用，造成细胞膜系统的损伤，严重时导致细胞衰老或死亡。因此可以认为
植物细胞内Ｈ２Ｏ２ 的累积是植物逆境胁迫过程中发挥作用的重要因素，减缓植物细胞内 Ｈ２Ｏ２ 积累降低质膜伤
第２３卷 第６期
Ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．６
草 业 学 报
ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ
１８９－１９７
２０１４年１２月
收稿日期：２０１３１１２７；改回日期：２０１４０１０７
基金项目：现代农业食用豆产业技术体系专项资金（ＣＡＲＳ０９）和国家自然科学基金（３１１６０３０４）资助。
作者简介：刘会杰（１９８６），女，河南开封人，在读硕士。Ｅｍａｉｌ：ｌｈｊｆｒｅｅ＠１２６．ｃｏｍ
通讯作者。Ｅｍａｉｌ：ｌｉｓｈ＠ｇｓａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
害程度是研究植物抗逆性的首要任务。那么施加外源 Ｈ２Ｏ２ 就相当于对植物细胞进行直接的过氧化胁迫也是对
高盐高镉胁迫的模拟，对外源Ｈ２Ｏ２ 胁迫产生缓解效应的物质则能直接缓解各种逆境胁迫对植物的伤害。
本试验初期发现外源Ｈ２Ｏ２ 胁迫抑制了豌豆初生根的正常向地性生长并导致水平弯曲，机理尚不明确，猜想
可能是高浓度Ｈ２Ｏ２ 对豌豆根系生物膜产生了氧化迫害。Ｄｅｍｉｄｃｈｉｋ等［１４］研究发现外源 Ｈ２Ｏ２ 处理可导致拟南
芥根部Ｃａ２＋瞬间大量涌入。张春平等［１５］指出外源Ｃａ２＋可提高紫苏（犘犲狉犻犾犾犪犳狉狌狋犲狊犮犲狀狊）幼苗叶片中抗氧化物酶
的活性，减轻氧化损伤，并显著缓解盐胁迫对紫苏生长的抑制作用，从而提高植株的耐盐性。也有研究表明外源
加入Ｃａ２＋可拮抗Ｃｄ对毛状根生长的抑制或毒害，减少毛状根对Ｃｄ的吸收和吸附［１６］。但关于外源Ｃａ２＋对
Ｈ２Ｏ２ 胁迫下豌豆初生根生长的相关研究报道甚少。本研究以豌豆“陇豌一号”为材料，在高浓度 Ｈ２Ｏ２ 胁迫下
施加不同浓度的外源Ｃａ２＋，测定了外源Ｃａ２＋对Ｈ２Ｏ２ 胁迫下的豌豆初生根膜脂过氧化指标及相关的抗氧化酶系
统变化，探讨不同浓度Ｃａ２＋对 Ｈ２Ｏ２ 胁迫下初生根膜脂过氧化的缓解效应，寻求Ｃａ２＋对 Ｈ２Ｏ２ 胁迫的缓解调节
机制，以期为抗逆境胁迫的调控方法提供理论依据，同时为盐渍土及镉污染土壤的改良提供方法。
１ 材料与方法
１．１ 试验材料
试验于２０１３年４－７月在甘肃农业大学植物细胞工程实验室进行。供试材料为早熟、矮茎、半无叶型豌豆新
品种“陇豌一号”，由甘肃省农业科学院作物所提供。Ｈ２Ｏ２ 和Ｃａ２＋的供体分别为３０％ Ｈ２Ｏ２ 和ＣａＣｌ２，２种供体
均为国产分析纯（天津光复精细化工研究所）。
１．２ 试验处理
挑选籽粒饱满、均匀一致的豌豆种子，消毒后用蒸
馏水冲洗３～４次，然后用吸水纸吸干。将处理好的种
子放入直径为１５ｃｍ且底部铺有纱布的大培养皿中，
于培养箱中（２６±２）℃下进行培养，光照时间为２４ｈ，
光照强度为２０００ｌｘ。每个培养皿６０粒种子，３次重
复，每１２ｈ更换处理液，处理液浓度如表１，ＣＫ组只
加蒸馏水。以上所有的豌豆种子均水平放置在培养皿
的底部，即胚根的方向与培养皿的底面相平行。胁迫
所用的Ｈ２Ｏ２ 浓度为预试验得出的８０ｍｍｏｌ／Ｌ的适
宜浓度。
表１ 试验处理
犜犪犫犾犲１ 犜狉犲犪狋犿犲狀狋狊狅犳狋犺犲犲狓狆犲狉犻犿犲狀狋
处理Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｈ２Ｏ２（ｍｍｏｌ／Ｌ） ＣａＣｌ２（ｍｍｏｌ／Ｌ）
ＣＫ ０ ０
ＣＫ１ ８０ ０
Ｔ１ ８０ ２．５
Ｔ２ ８０ ５．０
Ｔ３ ８０ ７．５
Ｔ４ ８０ １０．０
Ｔ５ ８０ １２．５
Ｔ６ ８０ １５．０
１．３ 幼根相关生理指标的测定
豌豆种子萌发７２ｈ后拍照，进行数据统计后将幼苗从培养皿中取出，根部用蒸馏水清洗，测定不同处理下初
生根的各项生理指标。
用ＴＴＣ法测定初生根根系活力［１７］，双酶法［１８］测定初生根内源Ｈ２Ｏ２ 含量。丙二醛（ＭＤＡ）含量参照Ｖｅｌｉｋ
ｏｖａ等［１９］的硫代巴比妥酸（ＴＢＡ）法检测。相对电导率的测定参照李合生［２０］的方法。
酶液的制备：分别取各处理的初生根液氮研磨后，加入５ｍＬ５０ｍｍｏｌ／Ｌ预冷的磷酸缓冲液（ｐＨ７．８），转入
离心管中在４℃下离心２０ｍｉｎ，上清液即为待测酶液。
超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）采用氮蓝四唑（ＮＢＴ）法检测［２１］，以抑制ＮＢＴ光化还原５０％所需的酶量为１个酶活
力单位（Ｕ）。过氧化氢酶（ＣＡＴ）活性检测采用钼酸铵比色法进行测定［２２］。借鉴陆晓民等［２３］的方法测定过氧化
物酶（ＰＯＤ）活性，以每分钟ＯＤ值变化０．０１为１个酶活性单位（Ｕ）。抗坏血酸过氧化物酶（ＡＰＸ）的测定参照
Ｍｉｓｈｒａ等［２４］的方法。每种指标每个处理重复３次。
１．４ 数据处理
用Ｅｘｃｅｌ软件处理数据和绘图，ＳＰＳＳ１９．０软件进行统计分析，用Ｄｕｎｃａｎ’ｓ新复极差法进行差异显著性检
０９１ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１４） Ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．６
验（犘＜０．０５）。
２ 结果与分析
２．１ 不同处理对豌豆初生根生长的影响
图１ 不同处理对豌豆初生根发生水平弯曲的效应
犉犻犵．１ 犈犳犳犲犮狋狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊狅狀犺狅狉犻狕狅狀狋犪犾
犫犲狀犱犻狀犵狅犳狆犲犪狆狉犻犿犪狉狔狉狅狅狋狊
图２ 不同处理对豌豆初生根弯曲率的影响
犉犻犵．２ 犈犳犳犲犮狋狊狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊狅狀
犮狌狉狏犻狀犵狉犪狋犲狅犳狆犲犪狆狉犻犿犪狉狔狉狅狅狋狊
不同小写字母代表差异显著（犘＜０．０５），下同。Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｍａｌｌｅｔｔｅｒｓ
ｉｎｄｉｃａｔｅｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｙｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｅｓｔ（犘＜０．０５）．
Ｔｈｅｓａｍｅｂｅｌｏｗ．
图３ 不同处理对豌豆初生根内源犎２犗２ 的影响
犉犻犵．３ 犈犳犳犲犮狋狊狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊狅狀犲狀犱狅犵犲狀狅狌狊
犎２犗２狅犳狆犲犪狆狉犻犿犪狉狔狉狅狅狋狊
将清洗干净的豌豆种子水平放置在盛有蒸馏水的
培养皿中培养２４ｈ时，豌豆种子开始萌发，胚根开始
突破种皮，由于重力作用，豌豆的初生根开始沿着重力
的方向发生向地性弯曲（图１，ＣＫ）。然而，如果将豌
豆种子同样水平放置在盛有 Ｈ２Ｏ２ 的培养皿中，则向
地性生长完全受到抑制，而发生水平方向的弯曲，这种
弯曲的方式，不同于向地性的生长。试验中用高浓度
（８０ｍｍｏｌ／Ｌ）Ｈ２Ｏ２ 处理的豌豆种子，初生根７２ｈ后
水平弯曲弧度大于３６０度（图１，ＣＫ１）。若在施加外源
Ｈ２Ｏ２（８０ｍｍｏｌ／Ｌ）的前提下同时加入不同浓度的
Ｃａ２＋，这种水平弯曲的现象将会得到缓解，并且随着
Ｃａ２＋浓度的增加缓解效应越明显（图１）。
试验中以弯曲大于９０度以上的初生根数量占初
生根总数的百分比计算初生根的弯曲率。结合图２更
能说明Ｃａ２＋可以缓解外源 Ｈ２Ｏ２ 诱导的豌豆初生根
水平弯曲的现象。从图２中可知，在ＣＫ１ 处理下，７２
ｈ后初生根弯曲率高达７９．１３％，随着外源Ｃａ２＋浓度
的增加，初生根的弯曲率显著降低。Ｃａ２＋浓度增加到
１０ｍｍｏｌ／Ｌ时（Ｔ４），初生根弯曲率降低为１４．７４％，是
外源Ｈ２Ｏ２ 胁迫下（ＣＫ１，７９．１３％）的１／５。在Ｃａ２＋浓
度大于１０ｍｍｏｌ／Ｌ后缓解趋势减弱，差异不显著。
２．２ 不同处理对豌豆初生根内源Ｈ２Ｏ２ 的影响
在正常的状态下，清除系统会保持植物细胞内
Ｈ２Ｏ２ 产生和清除的一种动态平衡。但是，当遇到环
境的胁迫时如盐、干旱、低温等，Ｈ２Ｏ２ 的含量会快速
升高［２５］。为了研究外源Ｈ２Ｏ２ 处理后，是否引起了豌
豆初生根细胞内 Ｈ２Ｏ２ 水平的变化，采用双酶法定量
检测了 Ｈ２Ｏ２ 含量。结果发现，与ＣＫ组相比，ＣＫ１ 处
理内源的Ｈ２Ｏ２ 含量显著降低，即ＣＫ１ 初生根的内源
Ｈ２Ｏ２ 含量（１．０３４ｍｍｏｌ／Ｌ·ｇ）明显低于ＣＫ（１．４９１３
ｍｍｏｌ／Ｌ·ｇ）。但是豌豆种子浸泡在施加了外源Ｃａ２＋
的培养皿中７２ｈ后，因施加浓度的不同变化也各有差
异。当施加的外源Ｃａ２＋浓度从２．５ｍｍｏｌ／Ｌ到７．５
ｍｍｏｌ／Ｌ的处理中初生根的内源 Ｈ２Ｏ２ 水平无显著差
异，但显著低于其他处理。当 Ｃａ２＋ 浓度大于 １０
ｍｍｏｌ／Ｌ时，初生根内源 Ｈ２Ｏ２ 含量则显著高于ＣＫ１
和低浓度Ｃａ２＋处理，较ＣＫ差异不显著。试验结果说
明，外施Ｃａ２＋能缓解 Ｈ２Ｏ２ 胁迫下造成的内源 Ｈ２Ｏ２
１９１第２３卷第６期 草业学报２０１４年
含量的降低，当外施Ｃａ２＋达到一定浓度时，初生根内源Ｈ２Ｏ２ 的产生可恢复至正常生长水平（图３）。
２．３ 不同处理对豌豆初生根根系活力的影响
众所周知，在正常的植物生长代谢中，Ｈ２Ｏ２ 作为代谢的副产物会源源不断地产生，因此内源 Ｈ２Ｏ２ 的产生
与植物组织器官的代谢和生长活力紧密相关。有些实验表明，当植物在遭受外界因子的胁迫或者刺激时，内源
Ｈ２Ｏ２ 水平会迅速的升高，转换成信号进行细胞调节［２６］。为什么在本试验中外源 Ｈ２Ｏ２ 处理后内源 Ｈ２Ｏ２ 水平
会降低，而在施加一定高浓度的外源Ｃａ２＋后又重新升高呢，为了阐明这一问题，用ＴＴＣ法测定了初生根的根活
力。根的活力是一种能够反映植物生长代谢旺盛程度的一个重要指标。无色的ＴＴＣ在接受细胞中线粒体上脱
氢酶传递的电子后转变为粉红色的ＴＦ［２７２８］。因此根的活力与初生根的ＴＦ染色程度或者ＴＦ的含量呈正相关。
图４ 不同处理对豌豆初生根根系活力的影响
犉犻犵．４ 犈犳犳犲犮狋狊狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊狅狀狉狅狅狋犪犮狋犻狏犻狋狔狅犳狆犲犪狆狉犻犿犪狉狔狉狅狅狋狊
Ａ：不同处理下初生根根系活力值；Ｂ：不同处理下初生根ＴＴＣ法染色效果。Ａ：Ｖａｌｕｅｓｏｆｐｒｉｍａｒｙｒｏｏｔａｃｔｉｖｉｔｙｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ；Ｂ：Ｄｙｅ
ｉｎｇｅｆｆｅｃｔｏｆＴＴＣｏｎｐｅａｐｒｉｍａｒｙｒｏｏｔｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ．
检测结果如图４所示，外源 Ｈ２Ｏ２ 降低豌豆初生根的根系活力，而同时施加外源Ｃａ２＋时根系活力又随着
Ｃａ２＋浓度的增加而增强，体现了其缓解效应，如图４Ａ，而染色反应也印证了这一结果（图４Ｂ）。从图４Ａ可看出，
正常生长情况下（ＣＫ）初生根的根系活力达到２１９．２２５μｇ／（ｇ·ｈ），是 Ｈ２Ｏ２ 处理６３．４２９μｇ／（ｇ·ｈ）的３．４５倍。
当Ｃａ２＋浓度为２．５ｍｍｏｌ／Ｌ时豌豆初生根根系活力并没有得到显著提高，随着外源Ｃａ２＋浓度的增加根系活力逐
渐恢复，当Ｃａ２＋浓度增大至１０ｍｍｏｌ／Ｌ时（Ｔ４）初生根的根系活力达到１９４．８４９μｇ／（ｇ·ｈ），但与Ｔ３ 相比并不明
显，也显著低于ＣＫ。当Ｃａ２＋浓度大于１０ｍｍｏｌ／Ｌ时，根系活力又显著降低，在Ｃａ２＋浓度为１５ｍｍｏｌ／Ｌ（Ｔ６）时
根系活力降低为１３５．７７９μｇ／（ｇ·ｈ），虽然高于ＣＫ１，但显著低于ＣＫ、Ｔ３ 和Ｔ４。
图４Ｂ中可以观察到，ＣＫ培养的豌豆种子初生根活力最强，整个初生根几乎都被染成了ＴＦ的粉红色。当
用Ｈ２Ｏ２ 处理７２ｈ后，初生根的根系活力明显下降，即染色非常浅或者染不上色（图４Ｂ，ＣＫ１）。在施加高浓度的
Ｃａ２＋后，初生根又能够被ＴＴＣ染上色，这表明根系活力得到恢复，但结合图４Ａ的数据分析仍明显低于ＣＫ。在
植物的正常生长代谢中，Ｈ２Ｏ２ 作为信号因子不断地产生，参与植物组织器官的代谢。本试验结果表明，正常处
理的豌豆初生根生长过程中，根的活力强，代谢旺盛，Ｈ２Ｏ２ 作为信号因子产生参与细胞的调控，因此内源的
Ｈ２Ｏ２ 含量高（图３）；反之，外源Ｈ２Ｏ２ 处理后，初生根活力明显受到抑制，因而使初生根自身内源 Ｈ２Ｏ２ 产生含
量降低，恢复后根的活力又明显地反弹。ＴＴＣ染色的实验结果与定量检测的结果一致（图４Ｂ）。
２．４ 不同处理对豌豆初生根膜脂过氧化和质膜透性的影响
膜脂过氧化产物 ＭＤＡ含量及相对膜透性是细胞膜受损伤程度的重要指标。由图５可知，不论是在单独
Ｈ２Ｏ２ 处理下或者同时施加Ｃａ２＋处理，培养７２ｈ后的豌豆初生根中 ＭＤＡ含量和相对电导率均比同期ＣＫ组升
高，但是外施Ｃａ２＋降低了 ＭＤＡ含量和相对电导率的增加幅度。
２９１ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１４） Ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．６
图５Ａ显示，ＣＫ１ 处理豌豆初生根 ＭＤＡ含量较之ＣＫ提高了９７．４０％，同时施加外源Ｃａ２＋后初生根 ＭＤＡ
含量与ＣＫ１ 相比显著降低，但仍高于ＣＫ组，且差异显著。在Ｔ５ 处理下即Ｃａ２＋浓度为１２．５ｍｍｏｌ／Ｌ时初生根
ＭＤＡ含量降低至与ＣＫ组无显著差异，降低至ＣＫ１ 组的６１．３６％，为０．６７３２μｍｏｌ／（Ｌ·ｇ），Ｃａ
２＋浓度增加至１５
ｍｍｏｌ／Ｌ时，ＭＤＡ含量又有所升高，为０．８０８６μｍｏｌ／（Ｌ·ｇ）。
从图５Ｂ可以看出，各处理组相对膜透性的变化趋势与 ＭＤＡ含量的变化趋势相似，ＣＫ１ 的相对膜透性
（３１．９４％）是ＣＫ（１４．１６％）的２．２５倍，且与低浓度Ｃａ２＋处理Ｔ１ 无显著差异。之后，随着外源Ｃａ２＋浓度的增加
相对膜透性逐渐降低，但仍高于ＣＫ，Ｔ５ 与Ｔ６ 组则差异不显著。
图５ 不同处理对豌豆初生根 犕犇犃（犃）和相对膜透性（犅）的影响
犉犻犵．５ 犈犳犳犲犮狋狊狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊狅狀犕犇犃（犃）犪狀犱狉犲犾犪狋犻狏犲犿犲犿犫狉犪狀犲狆犲狉犿犲犪犫犻犾犻狋狔（犅）狅犳狆犲犪狆狉犻犿犪狉狔狉狅狅狋狊
２．５ 不同处理对豌豆初生根抗氧化物酶活性的影响
本试验研究发现，与ＣＫ相比，ＣＫ１ 使豌豆初生根内的ＰＯＤ（图６Ａ）、ＳＯＤ（图６Ｂ）和ＣＡＴ（图６Ｃ）的活性显
著降低，ＡＰＸ活性（图６Ｄ）则与ＣＫ无显著差异。Ｈ２Ｏ２ 胁迫下，ＰＯＤ、ＳＯＤ和ＣＡＴ的活性均随着外施Ｃａ２＋浓
度的增大显著增加，且在Ｔ４ 达到最大值后随之降低，ＡＰＸ活性则在Ｔ４、Ｔ５ 和Ｔ６ 处理无显著差异。
如图６所示，ＣＫ１ 的ＰＯＤ和 ＣＡＴ活性显著低于 ＣＫ。ＣＫ１ 豌豆初生根的ＰＯＤ活性降低为 ＣＫ 组的
５５．１９％（图６Ａ），ＣＡＴ的活性降低为ＣＫ的３７．２９％，降低幅度比ＰＯＤ更大（图６Ｃ）。同时施加Ｃａ２＋处理后，
ＰＯＤ和ＣＡＴ的活性显著提高，在 Ｔ４ 处理下均达最大值，分别为５１．９４６Ｕ／（ｍｇ·ｍｉｎ）和１．９７３９ｍｍｏｌ／
（Ｌ·ｇ·ｍｉｎ），是对应ＣＫ１ 的３．２２和２．９９倍。Ｔ４ 处理下ＰＯＤ活性相对于ＣＫ组的增加幅度比ＣＡＴ更大，Ｔ４
组ＰＯＤ活性比ＣＫ增加了７８．２８％，ＣＡＴ活性则增加了１３．８７％，Ｔ５ 和Ｔ６ 处理下ＰＯＤ和ＣＡＴ活性均有明显
降低，但都高于ＣＫ１（图６Ａ，Ｃ）。
ＳＯＤ是一种重要的抗氧化酶类，能保护植物细胞受到氧化伤害。如图６Ｂ所示，ＣＫ１ 组ＳＯＤ活性比ＣＫ组
降低了９．８２８％，随着施加外源Ｃａ２＋浓度的增加，ＳＯＤ活性随之显著增加，在 Ｔ４ 处理下活性达到８６５．１７４
Ｕ／ｇＦＷ，比ＣＫ和ＣＫ１ 分别高出１０１．０６和１７２．０２６Ｕ／ｇ，均差异显著。Ｔ５、Ｔ６ 处理下，酶活性降低，但是仍高
于ＣＫ１，与ＣＫ组相比差异不大。
ＡＰＸ是清除细胞内Ｈ２Ｏ２ 的主要酶类。如图６Ｄ所示，在ＣＫ１ 处理下ＡＰＸ活性并没有像其他抗氧化酶类
一样降低，却与ＣＫ无显著差异。但施加外源Ｃａ２＋后酶活性又有显著的提高，当Ｃａ２＋浓度增加到１０ｍｍｏｌ／Ｌ
（Ｔ４）达到稳定，与Ｔ５、Ｔ６ 无显著差异。
３ 讨论
３．１ 外源Ｃａ２＋对Ｈ２Ｏ２ 胁迫下豌豆初生根生长的缓解效应
大量研究表明，施加低浓度外源Ｈ２Ｏ２ 对植物的生长发育有着积极的作用，例如能够促进种子萌发、增强很
３９１第２３卷第６期 草业学报２０１４年
多植物的抗干旱、抗低温、耐盐等能力［２９３１］。本试验中发现，对豌豆外施高浓度（８０ｍｍｏｌ／Ｌ）Ｈ２Ｏ２ 能抑制初生
根正常向地性生长并发生水平弯曲现象（图１，ＣＫ１）。众所周知，向地性生长与细胞内的Ｈ２Ｏ２ 信号有关，也许是
外源的Ｈ２Ｏ２ 扰乱了细胞内的氧化还原平衡，加剧了膜脂过氧化作用，造成细胞膜系统的伤害，从而导致了一系
列的反应，使对重力的刺激信号无法向下传递。试验结果表明，外源施加Ｃａ２＋能明显的缓解 Ｈ２Ｏ２ 对豌豆初生
根的伤害，使其恢复正常生长。
图６ 不同处理对豌豆初生根犘犗犇（犃），犛犗犇（犅），犆犃犜（犆）和犃犘犡（犇）活性的影响
犉犻犵．６ 犈犳犳犲犮狋狊狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊狅狀犘犗犇（犃），犛犗犇（犅），犆犃犜（犆）犪狀犱犃犘犡（犇）犪犮狋犻狏犻狋狔狅犳狆犲犪狆狉犻犿犪狉狔狉狅狅狋狊
根系活力是根生长或者代谢旺盛程度的一个重要指标，根系活力的测定发现，初生根的活力也明显受到了外
施 Ｈ２Ｏ２ 的抑制（图４），这表明根细胞的正常代谢也受到了外源的 Ｈ２Ｏ２ 抑制。施加外源Ｃａ２＋能够有效地缓解
Ｈ２Ｏ２ 诱导的水平弯曲生长，使根系生长趋于正常，根系活力得到恢复（图４）。
一般认为，外源 Ｈ２Ｏ２ 是一种特殊的化学物质，对植物的根产生胁迫。当植物受到逆境胁迫后，内源的
Ｈ２Ｏ２ 水平会明显的升高从而产生信号。但本研究结果与这一结论恰恰相反，在检测了细胞内的 Ｈ２Ｏ２ 水平后
发现，Ｈ２Ｏ２ 胁迫下初生根内源Ｈ２Ｏ２（ＣＫ１）水平明显低于正常处理下（ＣＫ）初生根内源Ｈ２Ｏ２ 水平（图３）。因此
认为，面对持续的外源Ｈ２Ｏ２ 处理，豌豆的种子或胚发生了自发的调节和反馈的抑制，抑制了自身的生长和代谢。
植物根系通过呼吸作用产生的Ｈ２Ｏ２ 是其主要来源之一，本试验中 Ｈ２Ｏ２ 胁迫使初生根代谢降低，呼吸作用减
弱，产生的 Ｈ２Ｏ２ 也随之减少。施加一定浓度的外源Ｃａ２＋后根系活力及代谢得以恢复，内源 Ｈ２Ｏ２ 含量也随之
升高。
３．２ 外源Ｃａ２＋对Ｈ２Ｏ２ 胁迫下豌豆初生根膜脂过氧化和抗氧化酶系统的缓解
有研究表明高盐胁迫使植物的生长受到严重的阻碍，生物膜受到伤害［３２］。王贺正等［３３］指出水稻结实期随
水分胁迫加剧，细胞膜脂过氧化加剧。目前有关铝诱导大豆的氧化胁迫也有报道，结果显示高铝胁迫使大豆根系
质膜透性增大，使植株抵抗逆境的能力下降受到伤害［３４］。当豌豆初生根受到胁迫时，首先受到伤害的是细胞膜，
这很大程度上是通过破坏细胞生物膜的生理功能引起的，主要表现在细胞膜结构的破坏和功能的紊乱以及膜透
４９１ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１４） Ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．６
性发生变化，而细胞膜的破坏将加速整个细胞的伤害。而当植物体受到逆境胁迫时，体内的 ＭＤＡ含量会升高，
并且氧化程度越高，含量越高。
本研究中豌豆初生根的相对膜透性及 ＭＤＡ含量在不同的处理下均有不同程度的变化。Ｈ２Ｏ２ 处理导致初
生根 ＭＤＡ含量的积累，相对膜透性增加。施加外源Ｃａ２＋后结果显示，外施Ｃａ２＋有效减缓了初生根中 ＭＤＡ的
升高，同时降低了细胞膜的相对透性，对细胞膜具有较好的修复和保护作用，从而减轻了外源 Ｈ２Ｏ２ 对豌豆初生
根细胞膜系统的伤害。
在遭受长时间各种逆境胁迫后植物的抗氧化系统包括ＳＯＤ、ＣＡＴ、ＡＰＸ、ＡＳＣ、ＧＳＨ、ＧＰＸ、ＰＯＤ等一些抗
氧化的酶或者抗氧化剂均会降低或者减少。本试验检测了ＣＡＴ、ＳＯＤ、ＰＯＤ和ＡＰＸ的活性，与大多数的研究结
果一致，发现在外源Ｈ２Ｏ２ 处理下４种酶活性均明显的降低（图６）。柳斌等［３５］曾报道施加外源钙能缓解ＮａＣｌ对
苜蓿（犕犲犱犻犮犪犵狅狊犪狋犻狏犪）幼苗根系的伤害。１０ｍｍｏｌ／Ｌ的Ｃａ２＋能有效防护盐胁迫导致的氧化损伤，抑制脂质过氧
化作用［３６］。同时，外源Ｃａ２＋能通过维持高的总抗氧化能力和抗氧化物质含量等途径来增强黑藻对Ｃｄ胁迫的抗
性［３７］。本研究结果表明，外源Ｃａ２＋对ＣＡＴ、ＳＯＤ、ＰＯＤ和ＡＰＸ等酶活性具有明显的促进作用，外施Ｃａ２＋后４种
抗氧化酶活性持续升高。这个结果解释了为什么内源 Ｈ２Ｏ２ 水平会降低，同时也证明强大的清除系统缓解了逆
境胁迫下产生的过量ＲＯＳ造成的氧化胁迫，降低初生根的膜脂过氧化程度，保护初生根不被伤害。
４ 结论
直接施加外源Ｈ２Ｏ２ 使豌豆初生根内 ＭＤＡ含量增加，相对膜透性增强，抗氧化物酶活性降低，对初生根造
成膜脂过氧化伤害从而影响根系的正常生长。而同时施加１０ｍｍｏｌ／Ｌ外源Ｃａ２＋能有效地缓解 Ｈ２Ｏ２ 对豌豆初
生根造成的氧化胁迫，减轻对细胞膜的伤害，降低质膜透性及 ＭＤＡ含量，增强初生根系抗氧化物酶活性，因此施
加外源Ｃａ２＋能有效地缓解逆境胁迫对植物造成的氧化伤害。同时对农业生产中盐渍及污染土壤的改良除了调
整作物品种和改变耕作制度的方法外，外源施加一定浓度的Ｃａ２＋也是一种有效的技术手段。
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５９１第２３卷第６期 草业学报２０１４年
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犚犲狊狆狅狀狊犲狊狅犳狆狉犻犿犪狉狔狉狅狅狋犪狀犱犪狀狋犻狅狓犻犱犪狊犲狊狔狊狋犲犿狋狅犲狓狅犵犲狀狅狌狊犆犪２＋犻狀狆犲犪狌狀犱犲狉犎２犗２狊狋狉犲狊狊
ＬＩＵＨｕｉｊｉｅ１，ＬＩＳｈｅｎｇ１，ＭＡＳｈａｏｙｉｎｇ１，ＺＨＡＮＧＰｉｎｎａｎ１，ＳＨＩＺｈｅｎｚｈｅｎ１，ＹＡＮＧＸｉａｏｍｉｎｇ２
（１．ＧａｎｓｕＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＫｅｙＬａｂｏｆＡｒｉｄｌａｎｄＣｒｏｐＳｃｉｅｎｃｅ，ＣｏｌｅｇｅｏｆＬｉｆｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇａｎｓｕ
ＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００７０，Ｃｈｉｎａ；２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｒｏｐ，ＧａｎｓｕＡｃａｄｅｍｙｏｆ
ＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００７０，Ｃｈｉｎａ）
犃犫狊狋狉犪犮狋：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｅｘｐｌｏｒｅｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙｆｏｒｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｐｅａｐｒｉｍａｒｙｒｏｏｔｓｔｏＨ２Ｏ２ｓｔｒｅｓｓ，
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Ｃａ２＋ ｕｎｄｅｒＨ２Ｏ２ｓｔｒｅｓｓ．Ｓｅｖｅｒａｌｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌｉｎｄｅｘｅｓｌｉｋｅｔｈｅｃｕｒｖａｔｕｒｅｒａｔｅａｎｄｒｏｏｔａｃｔｉｖｉｔｙｏｆｐｅａｐｒｉｍａｒｙ
ｒｏｏｔｓｗｅｒｅｍｅａｓｕｒｅｄｕｓｉｎｇｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌａｎｄｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｓ．Ｓｏｍｅｏｔｈｅｒｉｎｄｅｘｅｓｌｉｋｅｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｍｅｍ
ｂｒａｎｅｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｐｒｉｍａｒｙｒｏｏｔｓ，ｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｍａｌｏｎｄｉａｌｄｅｈｙｄｅ（ＭＤＡ）ｉｎｐｒｉｍａｒｙｒｏｏｔｓ，ｔｈｅａｃｔｉｖｉ
ｔｉｅｓｏｆｓｕｐｅｒｏｘｉｄｅｄｉｓｍｕｔａｓｅ（ＳＯＤ），ｐｅｒｏｘｉｄａｓｅ（ＰＯＤ），ｃａｔａｌａｓｅ（ＣＡＴ）ａｎｄａｓｃｏｒｂａｔｅｐｅｒｏｘｉｄａｓｅ（ＡＰＸ）ｅｎ
ｚｙｍｅｓｗｅｒｅａｌｓｏｍｅａｓｕｒｅｄ．Ｔｈｅｎｏｒｍａｌｇｒｏｗｔｈｏｆｐｅａｐｒｉｍａｒｙｒｏｏｔｓｕｎｄｅｒ８０ｍｍｏｌ／ＬＨ２Ｏ２ｓｔｒｅｓｓｗａｓｏｂｖｉ
ｏｕｓｌｙｉｎｈｉｂｉｔｅｄ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｉｎｈｉｂｉｔｏｒｙｅｆｆｅｃｔｏｎｒｏｏｔｇｒｏｗｔｈｗａｓｒｅｄｕｃｅｄａｎｄｔｈｅｒｏｏｔａｃｔｉｖｉｔｙｗａｓｒｅｓｔｏｒｅｄ
ａｆｔｅｒｔｒｅａｔｉｎｇｗｉｔｈＣａ２＋．ＴｈｅＭＤＡｃｏｎｔｅｎｔｄｅｃｒｅａｓｅｄ３７．３２％ｃｏｍｐａｒｅｄｔｏｃｏｎｔｒｏｌｓａｆｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｗｉｔｈ１０
ｍｍｏｌ／ＬｅｘｏｇｅｎｏｕｓＣａ２＋．ＴｈｅａｃｔｉｖｉｔｉｅｓｏｆｆｏｕｒｅｎｚｙｍｅｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇＰＯＤ，ＳＯＤ，ＣＡＴａｎｄＡＰＸｗｅｒｅｅｎｈａｎｃｅｄ
ａｎｄｒｅａｃｈｅｄ５１．９４６Ｕ／（ｍｇ·ｍｉｎ），８６５．１７４Ｕ／ｇＦＷ，１．９７３９ｍｍｏｌ／（Ｌ·ｇ·ｍｉｎ）ａｎｄ２．５６９μｍｏｌ／（Ｌ·ｇ·
ｍｉｎ），ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｉｎｓｕｍｍａｒｙ，Ｃａ２＋（１０ｍｍｏｌ／Ｌ）ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙａｌｅｖｉａｔｅｄｔｈｅｄａｍａｇｅｔｏｐｅａｐｒｉｍａｒｙｒｏｏｔｃｅｌ
ｍｅｍｂｒａｎｅｓｃａｕｓｅｄｂｙＨ２Ｏ２ｓｔｒｅｓｓ，ｒｅｄｕｃｅｄｍｅｍｂｒａｎｅｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙａｎｄｐｒｏｍｏｔｅｄｔｈｅａｎｔｉｏｘｉｄａｎｔｃａｐａｃｉｔｙｏｆ
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