全 文 ：园 　艺 　学 　报 　2006, 33 (1) : 89～94
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2005 - 03 - 23; 修回日期 : 2005 - 05 - 08
基金项目 : 国家自然科学基金项目 (39870490) ; 科技部农业科技成果转化项目 (02EFN216900751)3 通讯作者 Author for correspondence ( E2mail: gaojp@ cau1edu1cn)
谷胱甘肽提高月季切花失水胁迫耐性与 GR活性的
关系
王子华　金基石　高俊平 3
(中国农业大学观赏园艺与园林系 , 北京 100094)
摘 　要 : 本研究确定了切花月季 ‘Samantha’预处理采用的谷胱甘肽 ( GSH ) 及其生物合成抑制剂丁
胱亚磺酰胺 〔L2buthione ( S, R) sulfoxim ine, BSO〕适宜浓度 , 探讨了 GSH和 BSO预处理对花朵水势、花
瓣中 MDA含量、GSH含量以及 GR活性等的影响。结果表明 : 与失水胁迫对照处理相比较 , 2 mmol/L GSH
预处理明显提高了月季切花瓶插期间花朵水势 , 显著降低了花瓣中 MDA含量 , 有效提高了花瓣中 GSH含
量和 GR活性。2 mmol/L BSO预处理获得了理想的反证结果。结果说明 , GSH对切花月季 ‘Samantha’失
水胁迫耐性的改善与花瓣中 GR活性的提高相联系。
关键词 : 月季 ; 切花 ; 失水胁迫 ; 谷胱甘肽 ; 谷胱甘肽还原酶
中图分类号 : S 685112　　文献标识码 : A　　文章编号 : 05132353X (2006) 0120089206
Effect of GSH Pretrea tm en t on the Tolerance to W a ter D ef ic it Stress in Cut
Rose‘Saman tha’and Rela ted to Enhancem en t of GR Activ ity
W ang Zihua, J in J ishi, and Gao Junp ing3
(D epartm ent of O rnam enta l Horticulture and L andscape A rchitecture, China A gricultural U niversity, B eijing 100094, China)
Abstract: In this article, the op timum p retreated concentrations of GSH ( glutathione) and its biosyn2
thetical inhibitor, BSO 〔L2buthione ( S, R) sulfoxim ine〕, were determ ined firstly according to their effects
on vase quality of the flowers after 24 h water deficit stress in cut rose (R osa hybrida)‘Samantha’. Effects of
2mmol/L GSH and 2 mmol/L BSO p retreatments for 12 h on water potential of flower bud, MDA (malondial2
dehyde ) and GSH contents, and GR ( glutathione reductase) activity in petals were investigated. The results
showed that GSH p retreatment markedly increased water potential, but significantly decreased MDA content,
GSH content and GR activity obviously increased during vase when compared with stress control flowers. The
contrary results were obtained in 2 mmol/L BSO p retreated flowers. These results above indicate that the im2
p rovement of GSH on tolerance to water deficit stress is possibly be related to the enhancement of GR activity
in petals of cut rose‘Samantha’.
Key words: Rose; Cut flower; W ater deficit stress; GSH; Glutathione reductase
目前我国的切花贮藏运输 , 大多采用没有任何水分供应措施的干式贮运〔1〕。月季切花失水胁迫
耐性相对较弱 , 当失水胁迫达到耐性极限时 , 花朵通常不能正常开放 , 甚至出现僵蕾、僵花。有研究
表明 , 失水胁迫引起的膜质过氧化 , 是失水胁迫造成生理失调进而带来生理伤害的重要原因之一〔2〕。
植物对失水胁迫的耐性与抗氧化系统清除活性氧的能力有关〔3〕。活性氧清除系统主要包括清除 O·2 的
SOD、清除 H2 O2 的 POD、CAT以及与 A sA2GSH循环相关的酶和抗坏血酸 (A sA )、谷胱甘肽 ( GSH)
等抗氧化剂〔4〕。在 A sA2GSH循环中 , GSH作为还原剂 , 确保 A sA的再生 , 而 GSH含量的保证是通过
谷胱甘肽还原酶 ( GR) 来完成的。
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提高植物体内抗氧化剂的含量是提高植物抗逆性的重要措施之一。GSH是广泛存在于生物体内
的一种重要抗氧化剂 , 大量研究表明它在组织中的含量变化可以作为植物是否遭受氧化胁迫的标
志〔5〕。γ - 谷氨酰半胱氨肽合成酶 (γ2glutamylcysteinesynthetase, γ2ECS, EC 6131212) 是 GSH生物
合成过程中的关键酶 , 杨树叶片中超量表达γ2ECS基因后 , 叶片中的 GSH含量增加 2倍 , 氧化胁迫
的耐性相应地提高〔6〕。丁胱亚磺酰胺 〔L2buthione ( S, R ) sulfoxim ine, BSO〕是γ2ECS的专一抑制
剂 , 能够有效抑制 GSH的合成〔7〕, 被应用于调节 GSH的研究中〔8〕。在月季切花保鲜方面 , 作者的前
期工作已经证实用抗氧化剂预处理月季切花 , 不同程度地提高了失水胁迫耐性〔9〕。有关 GSH提高切
花胁迫耐性方面尚未见报道。本研究应用外源 GSH与 BSO预处理月季 ‘Samantha’切花 , 研究 GSH
含量变化对失水胁迫耐性的影响 , 进而探讨 GSH含量与 GR活性和失水胁迫耐性之间的关系。
1　材料与方法
试验于 2004年 3月～2005年 6月在中国农业大学进行。瓶插环境条件为 : 温度 (23 ±2) ℃, 相
对湿度用加湿器控制为 40% ～60% , 用荧光灯照明 , 光照强度 80μE·m - 2 ·s- 1 , 光照时间为 8: 00
～20: 00。
试验用切花月季 (R osa hybrida) 品种‘Samantha’, 取自北京市十八里店切花基地温室。采切粗
壮均一的花枝 , 采收标准为萼片下垂 , 花瓣开始松散。采后立即把花枝插入水中 , 在 2 h内带回实验
室 , 在水中修剪枝长成 30 cm, 上部留取 3片复叶 , 复水 2 h后用于处理。
GSH、BSO预处理浓度筛选 : ①蒸馏水瓶插 , 用于观测花朵开放过程的直径和开花级数 , 测量方
法以及开花级数标准均参照高俊平等〔10〕的方法。盛开持续天数指花朵充分开放 (多层花瓣已展开但
尚未露心 ) 到萎蔫或变蓝的天数 , 瓶插寿命指花朵瓶插后到萎蔫的天数。②分别用蒸馏水和 1、2、4
mmol/L的 GSH及 015、1、2、4 mmol/L BSO溶液浸基预处理 12 h。预处理完成后 , 每个处理各取 3支
花测定 GSH含量 , 剩余的 20支花逐支平铺于瓶插室内台面上进行失水胁迫 24 h, 之后复剪瓶插 , 2 h后
记录各处理复水花枝占总花枝数的百分率 , 即复水率。瓶插后每天观测各处理花枝的开花级数和花径。
根据上述确定的浓度进行处理 : ①对照 ; ②失水胁迫对照 (0) ; ③ 2 mmol/L GSH; ④ 2 mmol/L
BSO。预处理及失水胁迫处理方法同上 , 瓶插期间每天每个处理至少取 5支花用改良的 ZIZ25型水势
仪 (中国科学院西北水土保持所产 ) 分别测定各花朵水势。测完水势后 , 立即取样 , 单枝花样本 , 5
次重复。取样时每支花朵去除最内 3～4层和最外两层花瓣 , 剩余的用液氮冷冻 , 在 - 80℃冰箱中贮
藏 , 用于测定 MDA含量〔11〕、GR活性〔12〕、总 GSH含量和还原型 GSH含量〔13〕。
2　结果与分析
211　GSH和 BSO预处理浓度的筛选
由表 1看出 , 与一直瓶插在蒸馏水中的对照相比 , 24 h失水胁迫处理对照 (蒸馏水预处理 ) , 复
水率降低了 30% , 瓶插寿命缩短了 55% (由 612 d缩短到 218 d)。用 GSH预处理 12 h后 , 花瓣中的
GSH总含量明显增加 , 花枝复水率相应地提高 , 瓶插寿命显著延长。GSH预处理的效果 , 在 4 mmol/
L范围内 , 随着其浓度的升高而提高。与蒸馏水预处理对照相比较 , 2 mmol/L的 GSH预处理使花瓣
中 GSH总含量提高了 54% , 复水率提高了 20% , 瓶插寿命延长了 50% , 主要是延长了盛开持续期。
进一步提高 GSH预处理浓度到 4 mmol/L , 虽然花枝的复水率、瓶插寿命等都有一定的提高 , 但是与
2 mmol/L之间没有显著差异。
分析花朵开放进程 (图 1) , 与一直瓶插在蒸馏水中的对照相比 , 失水胁迫处理对照的花材花朵
开放进程明显加快 , 但是瓶插期间的花径增大率显著变小。GSH预处理明显提高失水胁迫花径增大
率 , 并且改善效果随着处理浓度的升高而提高 , 其中 2 mmol/L的预处理浓度已经获得了稳定的预处
理效果 (但不及未经胁迫处理的对照 )。
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　1期 王子华等 : 谷胱甘肽提高月季切花失水胁迫耐性与 GR活性的关系 　
表 1　GSH和 BSO预处理对切花月季 ‘Saman tha’预处理 12 h后花瓣中 GSH含量及失水胁迫 24 h后复水率和瓶插寿命的影响
Table 1　Effects of GSH and BSO pretrea tm en ts w ith d ifferen t concen tra tion s on tota l GSH con ten t in peta ls after 12 h
pretrea tm en t, wa ter recovery ra te and va se life after 24 h wa ter def ic it stress in cut rose‘Saman tha’
处理 Treatment
预处理 Pretreatment
(mmol/L)
失水胁迫 W ater
deficit stress( h)
花瓣总 GSH含量
GSH in petals
(μg/g FM)
复水率
W ater recovery
( % )
瓶插寿命
Vase life ( d)
盛开持续天数
Full opening to
wilting ( d)
水 W ater(Control) 0 7717d 612a 219a
GSH 0 24 7717d 70 218d 112c
110 24 9113c 80 318c 212b
210 24 11914b 90 412bc 214ab
410 24 13816a 100 416b 310ac
BSO 015 24 6117e 60 216de 111c
110 24 4418f 50 213def 019c
210 24 2515g 50 210ef 017c
410 24 2717g 50 118f 018c
　　注 : 同列中不同字母表示经邓肯氏多重检验在 0105水平上差异显著。
Note: The different letter shows significant difference at 0105 levels by Duncanpis multi2test.
图 1　GSH预处理 12 h对失水胁迫 24 h后的切花月季 ‘Saman tha’开花级数和花径增大率的影响
F ig. 1　Effect of pretrea tm en t w ith GSH for 12 h on flower open ing index and flower d iam eter increa se ra te of cut rose
‘Saman tha’dur ing va se after 24 h wa ter def ic it stress
BSO预处理 12 h后 , 有效地降低了花瓣中 GSH的总含量 , 其中 BSO 2 mmol/L预处理 , 花瓣中
GSH含量比对照下降了 65% , 同时 , 花枝复水率进一步降低 , 瓶插寿命缩短 , 花径增大率急剧变小 ,
花朵不能正常开放 (表 1、图 2)。BSO 4 mmol/L预处理与 2 mmol/L处理无显著差异。
综合上述 , GSH 2 mmol/L和 BSO 2 mmol/L能有效地调节花瓣中的 GSH含量 , 直接影响胁迫 24
h后的花枝开放 , 故确定为进一步研究的切花预处理适宜浓度。
图 2　不同浓度 BSO预处理 12 h对失水胁迫 24 h后的切花月季 ‘Saman tha’瓶插期间开花级数和花径增大率的影响
F ig. 2　Effect of pretrea tm en t w ith d ifferen t concen tra tion s of BSO for 12 h on flower open ing index and flower d iam eter
increa se ra te of cut rose‘Saman tha’dur ing va se after 24 h wa ter def ic it stress
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212　GSH和 BSO预处理对失水胁迫后瓶插过程花朵水势的影响
由图 3看出 , 一直用蒸馏水瓶插的对照花朵的水势在瓶插前 5 d保持在相对稳定的较高水平 , 然
后迅速降低 , 而失水胁迫处理对照在瓶插初期水势就降低 , 瓶插 5 d时已经降低到 - 415 MPa。与失
水胁迫处理对照相比 , GSH预处理明显抑制了瓶插期间的水势降低进程 , BSO预处理却进一步加剧了
水势的降低进程。
213 　GSH 和 BSO 预处理对失水胁迫后花瓣
MDA含量的影响
由图 4看出 , 一直瓶插在蒸馏水中对照花瓣
的 MDA含量变化平缓 , 从第 4天起增幅加大。失
水胁迫处理对照花瓣中 MDA含量变化趋势与对
照相同 , 但同一瓶插时间均高于对照 , 说明其膜
脂过氧化程度增高。与失水胁迫处理对照相比较 ,
GSH预处理花瓣中 MDA 含量明显降低 , 而 BSO
预处理花瓣中 MDA 含量却大幅度增高 , 说明
GSH预处理具有降低膜质过氧化的作用。
214　GSH和 BSO预处理对失水胁迫后花瓣 GSH
含量的影响
从图 5看出 , 一直瓶插在蒸馏水中对照花瓣
总 GSH含量和还原型 GSH含量在瓶插期间的变
化趋势基本相同 , 前期略有上升 , 从第 3天起迅
速转向降低。失水胁迫处理对照瓶插过程一直呈
降低趋势 , 并低于对照 , 说明失水胁迫后 GSH的
合成受到了影响。与失水胁迫对照相比 , 2 mmol/
L GSH预处理后 GSH总含量和还原型 GSH含量
显著提高 , 在瓶插初期甚至高于一直用蒸馏水瓶
插的对照 , 而这两个指标在 2 mmol/L BSO预处理
中显著降低。
图 5　2 mm ol/L GSH和 2 mm ol/L BSO预处理 12 h对
切花月季 ‘Saman tha’失水胁迫 24 h后花瓣中
GSH含量的影响
F ig. 5　Effect of pretrea tm en t w ith 2 mm ol/L GSH and
2 mm ol/L BSO on GSH con ten t of peta ls dur ing va se
after 24 h wa ter stress in cut rose‘Saman tha’
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　1期 王子华等 : 谷胱甘肽提高月季切花失水胁迫耐性与 GR活性的关系 　
215　GSH和 BSO 预处理对失水胁迫后花瓣 GR
活性的影响
GR对维持组织中还原型 GSH的含量具有重
要作用。一直用蒸馏水瓶插的对照处理花瓣中
GR活性在瓶插前期保持在相对稳定的水平 , 瓶
插后期明显下降。失水胁迫处理对照在复水后瓶
插第 1天明显高于对照 , 但是在瓶插期间迅速降
低。GSH预处理显著提高了 GR活性 , 整个瓶插
期间均高于胁迫对照 , 甚至在瓶插前 3 d还高于
一直瓶插在蒸馏水中的对照。而 BSO预处理显著
降低了 GR活性 (图 6)。
综上所述 , 与蒸馏水瓶插对照相比较 , 24 h
失水胁迫对照显著降低了瓶插期间的花朵水势 ,
提高了花瓣中的 MDA 含量 , 降低了花瓣中的
GSH含量和 GR活性。与失水胁迫对照相比较 ,
图 6　2 mm ol/L GSH和 2 mm ol/L BSO预处理 12 h对
切花月季 ‘Saman tha’失水胁迫 24 h后花瓣
谷胱甘肽还原酶 ( GR) 活性的影响
F ig. 6　Effect of pretrea tm en t w ith 2 mm ol/L GSH and
2 mm ol/L BSO for 12 h on GR activ ity of peta ls dur ing
va se after 24 h wa ter def ic it stress in cut rose‘Saman tha’
GSH预处理明显提高了瓶插期间的花朵水势 , 显著降低了花瓣中的 MDA含量 , 有效提高了花瓣中的
GSH总含量和 GR活性。BSO预处理正相反。结果说明 , GSH对切花月季 ‘Samantha’切花失水胁迫
耐性的改善与花瓣中 GR活性的提高有关。
3　讨论
植物耐氧化胁迫能力的改善 , 可以通过非酶促调节途径 , 即抗氧化剂的作用来实现。用抗坏血
酸、β -胡萝卜素等抗氧化剂预处理可以提高月季切花花瓣 SOD、POD等抗氧化酶的活性 , 一定程度
上缓解失水胁迫的危害〔12〕。本试验中 , 谷胱甘肽预处理提高了花瓣中 GSH的含量 (因为 GSH具有
特异的γ肽键 , 结构稳定 , 不易分解 ) , 说明 GSH可以被吸收、运输 , 并有效地提高了胁迫后月季切
花的复水率 , 保障了花朵的充分开放。GSH预处理后在瓶插期间花瓣中的 GSH总含量和还原型 GSH
含量一直高于其它胁迫处理 , BSO预处理有效降低了花瓣中 GSH的含量 , 抑制了花朵的开放 , 促进
了衰老 , 从反面证明了 GSH的保护作用。
植物耐氧化胁迫能力的改善 , 还可以通过酶促调节途径 , 即随抗氧化酶活性的提高而提高清除活
性氧的能力。GSH可以直接与活性氧作用被氧化成氧化型的谷胱甘肽 ( GSSG) , 但反应速度较慢 ,
主要还是通过还原脱氢型抗坏血酸而被氧化成 GSSG〔21〕。GSSG是 GR的底物 , 在 NADPH存在下被还
原成还原型 GSH。因此 GR在抗氧化系统中占有重要地位 , 干旱胁迫经常引起 GSH含量提高 , GR活
性也相应升高〔4, 14〕。本研究中也得到了同样的结果 , GSH预处理后 GSH总含量和还原型 GSH含量都
高于未经预处理的胁迫对照 , 同时 GR的活性也高于胁迫对照 , 并且还原型 GSH所占 GSH总含量的
比例也有所提高 , BSO预处理获得了相反的结果 , 再次证明了 GR活性与 GSH含量之间的相关性。
GR活性的提高可能是由于氧化胁迫使 GSSG含量提高 , 作为底物诱导了其活性升高。用 GSH处理苏
格兰松并没有促进 GR的活性提高 , 相反用 GSSG处理不仅提高了 GR的活性 , 而且还有新的同工酶
合成〔15〕, 表明 GSSG确有活化 GR蛋白的作用。此外 , GSSG还能调节 GR的基因传录 , Creissen等在
豌豆中发现 GSSG可能结合于 GR基因的调节区从而调节 GR基因的表达〔16〕。至于 GSH对 GR的调节
机理还需进一步从分子水平进行深入研究。
综上所述 , 外源 GSH预处理不仅能够提高花瓣中 GSH的含量 , 而且可以调节 GR的活性 , 提高
抗氧化系统的清除能力 , 从而提高月季切花对失水胁迫的耐性。作为一种无毒环保型的抗氧化剂 ,
GSH有望成为预处液的主要成分。
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