全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2011, 37(1): 177181 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家自然科学基金项目(30670317), 湖北省教育厅中青年人才项目(Q20092901), 国家民委科研项目(09HB02), 湖北民族学院博士启
动基金项目和湖北民族学院校内青年科研项目(MYQ2006032)资助。
*
通讯作者(Corresponding author): 郑海雷, E-mail: zhenghl@xmu.edu.cn
第一作者联系方式: E-mail: xiaoqiang761@tom.com, Tel: 15971698508
Received(收稿日期): 2010-05-10; Accepted(接受日期): 2010-09-19.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2011.00177
外源一氧化氮供体硝普钠对水稻叶片中由硒引起的
脂质过氧化的调节作用
肖 强 1 杨 曙 1 郑海雷 2,*
1 湖北民族学院 / 生物资源保护与利用湖北省重点实验室, 湖北恩施 445000; 2 厦门大学生命科学学院, 福建厦门 361005
摘 要: 一氧化氮(nitric oxide, NO)是植物中一种重要的信号分子, 在诱导种子萌发, 影响植物生长发育, 促进植物
细胞衰亡等方面发挥着重要作用。然而对于外源 NO是否参与了 Se诱导的脂质过氧化调节过程仍不为人知。我们研
究了 0.2 μmol L1和 20 μmol L1 Na2SeO3及一氧化氮供体硝普钠(sodium nitroprusside, SNP)处理对水稻叶片叶绿素、
H2O2 和硫代巴比妥酸反应产物(thiobarbituric acid reactive substances, TBARS)含量, 愈创木酚过氧化物酶(guaiacol
peroxidase, GPX)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、过氧化氢酶(catalase, CAT)以及抗坏血酸过氧化物酶
(ascorbate peroxidase, APX)活性等生理生化指标的影响。结果表明, 1 μmol L1 SNP处理促进 GPX、APX和 CAT活
性, 缓解膜脂过氧化, 降低 TBARS含量; 显著提高 0.2 μmol L1 Na2SeO3处理下水稻叶片中叶绿素含量。在 20 μmol
L1 Na2SeO3处理下, 外加 1 μmol L1 SNP更加显著促进 GPX和 CAT活性, 与此同时明显降低 20 μmol L1 Na2SeO3
处理引起的 H2O2含量上升, 并降低 TBARS含量。NO对植物中由 Se引起的脂质过氧化具有调节作用。
关键词: 水稻; 硒; 硝普钠(SNP); 脂质过氧化
Effects of Exogenous Nitric Oxide Donor SNP on Lipid Peroxidation Caused by
Selenium in Rice Seedlings
XIAO Qiang1, YANG Shu1, and ZHENG Hai-Lei2,*
1 Key Laboratory of Biological Resources Protection and Utilization of Hubei Province / Hubei Institutes for Nationalities, Enshi 445000, China;
2 School of Life Sciences, Xiamen University, Xiamen 361005, China
Abstract: Nitric oxide (NO) is a bioactive molecule that has been suggested to act as a signaling molecular in plants. It induces
germination, affects plant growth and development, and promotes plant cell death. NO is also involved in plant response to heat,
salinity, ultraviolet-B, and heavy metal stresses. It is known that some effects of NO may relate to the regulation of reactive oxy-
gen species (ROS) metabolism by means of affecting activities of catalase (CAT) with hemachrome iron, and/or guaiacol peroxi-
dase (GPX) with none-hemachrome iron. However, whether NO regulates lipid peroxidation in rice seedlings induced by selenium
is not yet understood. In this article, we reported some regulative effects of exogenous nitric oxide donor SNP on oxidative
stresses induced by selenium in rice seedlings. The contents of chlorophyll, H2O2, TBARS and the activities of GPX, superoxide
dismutase (SOD), CAT and ascorbate peroxidase (APX) in rice seedlings treated with a varying concentrations of selenium and 1
μmol L1 SNP were investigated. The results showed that the content of chlorophyll increased by treatment with SNP in 0.2 μmol
L1 Na2SeO3 group. SNP alleviated significantly the lipid peroxidation in rice seedlings via promoting GPX, APX and CAT activi-
ties in rice leaf. In 20 μmol L1 Na2SeO3 treated rice seedlings, SNP alleviated significantly TBARS content and the increase of
H2O2 content that resulted from high selenium stress via promoting GPX, especially APX and CAT activities. Taken together, our
results suggested that NO regulates lipid peroxidation caused by selenium in rice seedlings.
Keywords: Oryza sativa; Selenium; Sodium nitroprusside; Lipid peroxidation
一氧化氮(nitric oxide, NO)是植物中一种重要的信号
分子, 在诱导种子萌发, 影响植物生长发育, 促进植物细
胞衰亡等方面发挥着重要作用[1]。进一步研究表明, NO在
植物中的某些功能与它对活性氧(reactive oxygen species,
178 作 物 学 报 第 37卷

ROS)代谢水平的调节密切相关, 其主要调节方式是作用
于 ROS 代谢酶, 如含血红素铁和非血红素铁的过氧化氢
酶 (catalase, CAT)和抗坏血酸过氧化物酶 (ascorbate per-
oxidase, APX) [2]。NO 还可能通过提高超氧化物歧化酶
(superoxide dismutase, SOD)活性和降低膜脂过氧化作用
减缓缺水造成的离体水稻叶片的衰老[3]。重金属镉(cadmium,
Cd)和铅(plumbum, Pb)对羽扇豆根的毒害作用可以被 10
µmol L1硝普钠(sodium nitroprusside, SNP)所缓解[4]; 进
一步研究证实 NO 通过促进镉在根部积累并上调铁吸收
相关基因表达增强拟南芥对镉毒抗性 [5]。我们也探讨了
NO 供体 SNP 在缓解高浓度镧对水稻胁迫中所起的作用,
结果表明一定浓度的 SNP (约 0.01 mmol L1)可显著缓解
镧引起的氧化胁迫[6]。
硒(Se)是环境中一个十分重要的生命元素 , 它与硫
元素在化学特性上有很多相似之处 , 硒在动物和人体内
最主要的生物学功能是作为谷胱甘肽过氧化物酶系
(GSH-Px)的组成成分 , 参与体内氧化还原反应 , 清除自
由基, 减少对生物膜等造成的机体过氧化损伤。在植物中,
Se 可以显著增强小麦、玉米、大豆和油菜体内抗氧化能
力, 维持植株的正常生长[7]。其机制在于 Se可以显著提高
植物中抗氧化酶 SOD 和愈创木酚过氧化物酶(guaiacol
peroxidase, GPX)转录水平, 进而激活植物抗氧化保护机
制[8-9]。对 Se在植物中的生理效应已进行了多方面的研究,
有关调节植物 Se 吸收、代谢的因素如土壤环境因子、养
分供应状况等已有较多报道。迄今, 对于信号分子尤其是
外源 NO 是否参与 Se 诱导的脂质过氧化调节过程仍不为
人知, 我们在此报道外源 SNP 对由亚硒酸钠(Na2SeO3)诱
导的水稻叶片中氧化活性变化的调节作用 , 并初步探讨
相关机制。
1 材料与方法
1.1 材料培养与处理
水稻品种金优 58 (Oryza sativa cv. Jinyou 58), 种子
经 0.1% HgCl2消毒, 水洗, 25℃浸种, 催芽。1周后用木村
B溶液[10]水培, 温度 26 , ℃ 光照 400 µmol m2 s1, 光/暗
时间为 12 h/12 h, 至二叶一心期在培养液中加入 Se 和
SNP 同时进行处理。Na2SeO3和 SNP 均购自上海生工生
物工程有限公司(BBI原装)。试验设 3种 Se处理, 分别为
0、0.2和 20.0 μmol L1 Na2SeO3; 每种 Se处理再设 2种
SNP浓度, 分别为 0和 1 μmol L1, 共 6种处理。每个处
理为 3个重复, 每天更换处理液 1次, 在处理 3 d后测定
表明各处理组间叶绿素含量差异显著 , 因由此取相应时
段全展开叶片进行相关生理生化指标测定。
1.2 测定项目与方法
1.2.1 叶绿素含量 取鲜叶 0.1 g, 加入 10 mL 80%丙
酮提取, 按 Arnon法[11]测定。
1.2.2 H2O2 含量 取鲜叶 0.5 g, 加入 5 mL预冷丙酮,
冰浴研磨提取 H2O2, 参照 Mukherjee和 Choudhari[12]的方
法测定。
1.2.3 硫代巴比妥酸反应产物(thiobarbituric acid reactive
substances, TBARS)含量 取鲜叶 0.6 g, 加入 3 mL
10%三氯乙酸 (TCA)研至匀浆 , 离心 , 取上清液 , 参照
Dhindsa等[13]的方法测定。
1.2.4 酶液的制备 取 0.4 g左右新鲜水稻叶片于冰浴
研钵中, 加少许石英砂和 10 mL 预冷的酶提取液(用 50
mmol L1、pH 7.8的磷酸缓冲液配制, 内含 1%的聚乙烯
吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone, PVP), 5 mmol L1的乙二
胺四乙酸(ethylenediamine tetraacetic acid, EDTA), 测定
APX时, 提取液含 5 mmol L1 ASA, 迅速匀浆, 4℃, 20 000×
g离心 20 min, 取上清液备用。
1.2.5 蛋白质含量 采用 Bradford 法[14]测定, 以牛血
清白蛋白(bovine serum albumin, BSA)作为蛋白质标准。
1.2.6 SOD 活性 参照 Beauchamp和 Fridovich[15]所建
立的方法测定, SOD活性分析前过 Sephadex G-25柱以避
免 SNP对活性测定的干扰, 以抑制氮蓝四唑(NBT)在光照
下被还原 50%的酶量为一个酶活性单位(U)。
1.2.7 GPX 活性 参照 Ruan等[16]的方法测定, 以 460
nm吸光值每分钟上升 0.1为一个酶活性单位(U)。
1.2.8 CAT 活性 参照 Chance 和 Maehly[17]的方法测
定, 以 240 nm吸光值每分钟减小 0.1为一个酶活性单位(U)。
1.2.9 APX 活性 参照 Parida 等 [18]的方法测定, 以
280 nm吸光值每分钟减小 0.1为一个酶活性单位(U)。
1.3 数据分析
用 SPSS软件进行数据方差分析, 以 Origin软件绘制
图表。
2 结果与分析
2.1 叶绿素和类胡萝卜素含量的改变
叶绿素含量下降是植物遭受高浓度 Se胁迫的重要特
征之一[19]。本研究也显示了同样特征(表 1), 对水稻叶片
中叶绿素含量, 0.2 μmol L1 Na2SeO3处理无显著影响, 而
20 μmol L1 Na2SeO3处理显著降低。在无 Se 情况下, 1
μmol L1 SNP 对水稻叶片中叶绿素含量没有影响
(P>0.05)。1 μmol L1 SNP显著提高 0.2 μmol L1 Na2SeO3
处理下叶片中叶绿素含量; 但在 20 μmol L1 Na2SeO3处
理的水稻叶片中, 1 μmol L1 SNP则进一步加剧叶片中叶
绿素的丧失。对类胡萝卜素含量影响具有和上述叶绿素相
同规律。
2.2 H2O2和 TBARS含量的改变
图 1显示, 与对照相比, 0.2 μmol L1和 20 μmol L1
Na2SeO3处理的幼苗 H2O2含量显著升高(P<0.05), 但 2种
Na2SeO3浓度处理间差异不显著。外加 1 μmol L1 SNP对
0.2 μmol L1 Na2SeO3处理的幼苗 H2O2含量亦无显著影响;
而 1 μmol L1 SNP和 20 μmol L1 Na2SeO3同时处理的幼苗
H2O2含量明显降低, 达到对照组水平。1 μmol L1 SNP和
2 种 Na2SeO3 浓度分别处理下, TBARS 含量均明显下降
第 1期 肖 强等: 外源一氧化氮供体 SNP对水稻叶片中由硒引起的脂质过氧化的调节作用 179


表 1 SNP对 Se处理下水稻幼苗中叶绿素和类胡萝卜素含量的影响
Table 1 Effect of SNP on the contents of chlorophyll and carotenoid in rice seedlings under selenium treatments
SNP浓度
SNP concentration
Se浓度
Se concentration
总叶绿素含量
Total chlorophyll content (mg g1 FW)
类胡萝卜素含量
Carotenoid content (mg g1 FW)
0 μmol L1 0 μmol L1 2.69±0.08 b 0.47±0.01 b
0.2 μmol L1 2.63±0.14 b 0.46±0.02 b
20.0 μmol L1 2.12±0.06 c 0.38±0.01 c
1 μmol L1 0 μmol L1 2.57±0.02 b 0.45±0.01 b
0.2 μmol L1 3.02±0.09 a 0.53±0.02 a
20.0 μmol L1 1.86±0.05 d 0.32±0.02 d
同一栏内数据后不同字母者在 0.05水平上差异显著。
Values followed by a different letter are significantly different at the 0.05 probability level.



图 1 SNP和 Na2SeO3对水稻叶片 H2O2和 TBARS含量的影响
Fig. 1 Effect of SNP on H2O2 production and the contents of TBARS in rice seedlings under selenium treatments
图中不同字母表示在 0.05水平差异具有显著性。
Bars with different letters are significantly different at P< 0.05.

(P<0.05), 但 2 种 Na2SeO3浓度处理间差异不显著。而用
1 μmol L1 SNP和 Na2SeO3同时处理幼苗的 TBARS含量
较用 SNP或者 Na2SeO3单独处理时进一步下降。
2.3 抗氧化酶活性的改变
作为植物抗氧化系统的一个重要组分, 抗氧化酶在
消除 ROS方面具重要作用。APX、CAT、GPX及 SOD的
活性在各种胁迫下经常发生改变。与对照相比, 1 μmol L1
SNP 和 2 种浓度 Na2SeO3分别处理的叶片中 SOD 的活性
均显著上升, 但 2种 Na2SeO3浓度处理间差异不显著。而
SNP 和 2 种 Na2SeO3同时处理的叶片中 SOD 的活性与单
独处理并无显著区别(图 2-A)。
与 SOD 活性相比, 不同处理条件下, GPX 活性表现
出不同的特征。2 种 Na2SeO3浓度处理的幼苗 GPX 的活
性与对照相比显著下降(P<0.05), 但 2 种 Na2SeO3浓度处
理间差异不显著。外加 1 μmol L1 SNP 显著促进了 0.2
μmol L1 Na2SeO3 处理幼苗的 GPX 活性; 与此同时, 1
μmol L1 SNP和 20 μmol L1 Na2SeO3同时处理幼苗 GPX
活性上升较 1 μmol L1 SNP和 0.2 μmol L1 Na2SeO3联合处
理幼苗更加显著; Se诱导的 GPX活性下降因 SNP的加入
而反转(图 2-B)。
CAT 活性变化如图 2-C 所示 , 与水稻幼苗叶片中
GPX活性变化类似, 2种浓度 Na2SeO3处理的幼苗 CAT活
性与对照相比显著下降(P<0.05), 但 2 种 Na2SeO3浓度处
理间差异不显著; 单独 SNP 处理并不影响 CAT 活性。外
加 1 μmol L1 SNP显著促进了 0.2 μmol L1 Na2SeO3处理
幼苗的 CAT活性; 与此同时, 1 μmol L1 SNP和 20 μmol
L1 Na2SeO3同时处理幼苗 CAT 活性上升较 1 μmol L1
SNP和 0.2 μmol L1 Na2SeO3联合处理幼苗更加显著。
如图 2-D 所示 , 与对照相比 , 幼苗经 2 种浓度
Na2SeO3分别处理后, 其 APX活性显著下降(P<0.05), 但 2
种 Na2SeO3浓度处理间差异不显著; 单独 SNP 处理降低
了 APX 活性(P<0.05); 在 SNP 和 2 种浓度 Na2SeO3联合
处理下, APX活性恢复到对照组水平。但 1 μmol L1 SNP
和 20 μmol L1 Na2SeO3同时处理幼苗 APX活性上升程度
与 1 μmol L1 SNP和 0.2 μmol L1 Na2SeO3联合处理幼苗
差异不显著。
3 讨论
SNP普遍作为 NO的外源供体, Delledonne等[20]发现
0.5 mmol L1 SNP大约释放 2.0 μmol L1 NO。我们的预备
实验以 0、0.2、0.5、1、2、5、10和 50 μmol L1 SNP处
理水稻根系, 结果表明浓度达到 1 μmol L1时, 根系长度
显著高于对照组, 而浓度超过 5 μmol L1时, 根系生长与
对照不存在差异, 据此确定了本试验 SNP 浓度; 同时研
究了 0、0.2、2、10和 20 μmol L1 Na2SeO3对叶绿素含量
的影响, 结果显示在 2 μmol L1以下, 差异不显著, 而 10
180 作 物 学 报 第 37卷



图 2 SNP和 Na2SeO3对水稻叶片 SOD(A)、GPX(B)、CAT(C)和 APX(D)活性的影响
Fig. 2 Effects of SNP on the activities of SOD(A), GPX(B), CAT(C), and APX(D) in rice seedlings under selenium treatments
图中不同字母表示在 0.05水平差异具有显著性。
Bars with different letters are significantly different at P< 0.05.

μmol L1和 20 μmol L1均显著降低叶绿素含量, 据此确
定了本试验硒浓度。
从本研究可以看出对叶绿素含量, SNP和 Se 之间存
在协同效应：SNP协同低浓度 Se可以提高叶绿素含量, 而
SNP与高浓度 Se共同处理则进一步加剧叶绿素丧失。其
可能原因在于, 叶绿体是植物碳、氮代谢以及 ROS 产生
的主要场所, NO 可以通过降低叶绿体电子传递速率抑制
类囊体跨膜电势以及光合 ATP合成[21-22]。已有研究表明,
低浓度 Se 可引起叶绿体电子传递速率上升; 而高浓度硒
导致叶绿体电子传递速率下降[23]。在本研究中, NO 通过
降低低浓度 Se 引起的叶绿体电子传递速率上升而发挥抗
氧化功能, 保护了叶绿体; 另一方面, NO 也加剧高浓度
硒引起的叶绿体电子传递速率下降 , 进一步抑制了类囊
体跨膜电势以及光合 ATP合成, 进而影响叶绿素合成。
已有报道, 低浓度硒可以显著提高植物中抗氧化酶
SOD 转录水平, 进而激活植物抗氧化保护机制[8-9], 本研
究结果与此相似。Laxalt等[24]认为 NO介导的叶绿素保护
来源于对抗 ROS毒性, 保护膜的完整性。在本研究中, 0.2
μmol L1 Na2SeO3处理显著提高水稻叶片中 SOD活性, 1
μmol L1SNP 处理也可以提高 SOD 活性, 二者都可以有
效清除ROS, 保护叶绿体。Beligni和 Lamattina[25]认为, 作
为一种抗氧化剂, NO可以抵消许多由 ROS介导的细胞毒
害作用。在本研究中, 总体来看, 0.2 μmol L1 Na2SeO3处
理下, 外加 1 μmol L1 SNP对于水稻幼苗叶片中 GPX、
CAT 和 APX 酶活性有显著提高效应, 与此同时, TBARS
含量显著降低; 表明膜脂过氧化显著减轻。20 μmol L1
Na2SeO3 处理下 , 外加 1 μmol L1 SNP 进一步提高了
GPX、CAT 和 APX 酶活性, 与此同时, H2O2 含量以及
TBARS 含量均显著下降, 表明 NO 对于高浓度硒引起的
H2O2 含量上升效应发挥了抑制作用, 同时也减轻了膜脂
过氧化损伤。另一方面, 在 20 μmol L1 Na2SeO3处理下,
SNP 对 GPX 和 CAT 酶活性的促进作用要显著高于其在
0.2 μmol L1 Na2SeO3处理下酶活性水平, 我们认为这种
更高的抗氧化酶活性是植物应对氧化性损伤的一种标志,
提示 NO与高浓度硒诱导的 ROS形成 ONOO分子结构[26]
对水稻叶绿体造成的氧化性损伤进一步加剧 , 这也部分
揭示了 SNP对 20 μmol L1 Na2SeO3处理下叶绿素含量下
降具有的促进效应。
已有研究证实叶绿体是高等植物叶片中 NO 合成的
主要场所[26]。我们的初步研究表明, 外源 NO 供体 SNP
对于水稻叶片中由硒引起的脂质过氧化具有显著影响 ,
SNP 促进了低浓度硒的抗氧化活性, 对叶绿体发挥了保
护作用; 但 SNP 也加剧了高浓度硒对叶绿体的过氧化损
伤, 加剧了叶绿素的丧失。下一步, 采用 NO 合成途径抑
制剂、植物内源 NO 清除剂等手段研究 NO 对植物 Se 吸
收、转运和代谢途径的影响有助于阐明 NO 对植物中 Se
引起的生理生化效应的调节途径; 而进一步研究 NO对植
物硒吸收、转运、代谢相关酶基因表达的调控作用以及
第 1期 肖 强等: 外源一氧化氮供体 SNP对水稻叶片中由硒引起的脂质过氧化的调节作用 181


NO对植物硒调控基因表达的影响机制将为彻底阐明信号
分子 NO 在植物 Se 代谢中的地位提供最有力证据。在完
成上述工作基础上, 采用 NO合成途径抑制剂或清除剂从
调节水稻内源 NO水平以及采用外源 NO等途径着手, 对
于有效改善高硒地区水稻对硒耐受性以及促进富硒稻谷
开发具有重要实践意义。
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