全 文 ：第 27 卷 第 6 期 作　物　学　报 V o l. 27, N o. 6
2001 年 11 月 A CTA A GRONOM ICA S IN ICA N ov. , 2001
高浓度镍对水稻幼苗生长及酶活性的影响Ξ
王海华1　康　健1　曾富华2　蒋明义1
(1湘潭师范学院生物系, 湖南湘潭 411201; 2 湛江师范学院生物系, 广东湛江 524048)
提　要　0. 8、1. 2、2. 0 mmo löL 的N i2+ 处理, 水稻幼苗的生长表现出明显的阻滞现象, 提示此浓度范
围的N i2+ 已对水稻幼苗产生了毒害。同时, 水稻幼苗叶片超氧化物歧化酶 (SOD )、过氧化氢酶 (CA T )
及抗坏血酸过氧化物酶 (A PX ) 的活性降低, H 2O 2 和丙二醛 (M DA ) 含量明显增多, 而过氧化物酶
(POD ) 活性却升高。统计分析表明, H 2O 2 与M DA 含量成显著正相关, 而M DA 含量与稻苗的生长量
成显著负相关。表明高浓度的N i2+ 通过影响植物抗氧化酶活性扰乱活性氧代谢, 由此造成的H 2O 2 和
M DA 积累可能是植物N i2+ 毒的重要生理变化之一, 亦可能是植物生长阻滞的重要原因。
关键词　水稻, 镍毒害, 酶活性, 活性氧
Effect of N ickel a t H igh Concen tra tion s on Growth and Activ it ies of
Enzym es of R ice Seedl ings
W AN G H ai2H ua1　KAN G J ian1　ZEN G Fu2H ua2　J IAN G M ing2Y i1
(1 D ep artm en t of B iology , X iang tan N orm al Colleg e, X iang tan 411201; 2D ep artm en t of B iology , Z hanj iang N orm al
Colleg e, Z hanj iang 524048, Ch ina)
Abstract　　T he grow th of rice seed lings p retrea ted w ith n ickel of 0. 8, 1. 2, 2. 0 mm o löL
w as sign if ican t ly inh ib ited. It w as suggested n ickel a t th is concen tra t ion range w as tox ic to
rice seed lings. T he act ivity of superox ide d ism u tase (SOD ) , ca ta lase (CA T ) and asco rba te
perox idase (A PX ) decreased, accom pan ied by sign if ican t enhancem en t of H 2O 2 and
m alonyld ia ldehyde (M DA ) con ten t after t rea tm en t w ith n ickel. How ever, the act ivity of
perox idase (POD ) increased. Sta t ist ica l ana lysis ind ica ted tha t there w as a sign if ican t ly
po sit ive co rrela t ion betw een H 2O 2 and M DA con ten t, and a sign if ican t ly negat ive one
betw een M DA con ten t and the b iom ass of rice seed lings. T he resu lts show ed tha t n ickel a t
h igh concen tra t ion s affected the act ivity level of an t iox idan t enzym es and distu rbed the
m etabo lism of act ive oxygen s in rice. T he accum u la t ion of H 2O 2 and M DA con ten ts cau sed
by the p rocess m en t ioned above m igh t be one of sign if ican t physio log ica l changes in tox icity
lead by N i2+ in p lan ts, a lso m igh t be an im po rtan t reason by w h ich n ickel tox icity h inders the
grow th of p lan ts.
Key words　　R ice; N ickel tox icity; A n t iox idan t enzym es; A ct ive oxygen s
镍是植物生长发育所必需的微量元素[ 1 ]。低浓度的镍可以促进种子的萌发、植株生长和
改善氮素利用[ 1, 2 ]。聂先舟等[ 3, 4 ]报道镍能减缓水稻叶片 CA T 等抗氧化酶活性的下降速度,
提高叶片膜脂不饱和指数, 降低膜脂过氧化水平, 使叶片保持较高水平的叶绿素和蛋白质含Ξ 湖南省教委重点课题 (批准号: 97A 15)
收稿日期: 2000205212, 接受日期: 2001202204
Received on: 2000205212, A ccep ted on: 2001202204

量。石贵玉等[ 5 ]也研究了镍处理的水稻离体叶片中与衰老有关的一些生理变化, SOD 活性升
高, M DA 降低, 抗坏血酸和叶绿素含量升高。这些研究提示镍在延缓叶片衰老方面起作用。
但有关高浓度镍对植物生长、抗氧化酶活性的影响以及两者之间的可能联系未见报道。本文
以水稻幼苗为材料, 研究镍胁迫下植物的生长及有关抗氧化酶的一些生理变化, 为阐明植物
镍毒害的生理机制提供依据。
1　材料与方法
1. 1　水稻培养及处理
浙辐 802 (早籼稻) 为湖南省农科院水稻所提供。种子经 4% 甲醛溶液消毒 15 分钟, 漂洗
后, 于 28℃下浸种、催芽。精选露白种子, 播种在 19 cm ×14 cm 的尼龙网架上, 在人工气候
室中用木村B 溶液培养。光强 4000 lx, 光照 12 höd, 温度 28℃ö20℃, RH 80%。待幼苗长至
3 叶期, 用 0 (对照)、0. 8、1. 2、2. 0 mm o löL 的硝酸镍溶液加 0. 05% (vöv) Tw een 20 进行叶
面喷施, 于不同时间取第 3 叶测定各项生理生化指标, 每项实验均重复 3 次。
1. 2　稻苗生长情况调查
于处理后 3、6、9d 测定 (量)稻苗单株鲜重 (g)、株高 (cm )和根长 (cm ) , 每个处理调查 50
株。
1. 3　酶活性测定
取稻苗第 3 叶按 1∶5 (w öv) 加预冷的 50 mm o löL , pH 7. 8 的磷酸缓冲液, 含 1% (w öv)
PV P, 冰浴研磨, 4℃下, 15000×g 离心 20 m in, 上清液即 SOD、POD、CA T 粗酶液。SOD
活性按王爱国等[ 6 ]的方法测定, 以抑制NBT 光化还原 50% 的酶量为一个酶活力单位。POD
活性按B raber[ 7 ]的方法测定, 以每分钟增加 1. 0 个A 470的酶量为一个酶活力单位。CA T 活性
按D h indsa 等[ 8 ]的方法测定, 以每分钟减少 0. 1 个A 240值所需的酶量为一个酶活力单位。
A PX 活性测定按D u rner 等[ 9 ]的方法进行。提取介质为 pH 7. 0, 50 mm o löL 磷酸钾缓冲液,
含 250 Λm o löL A SA , 0. 1 mm o löL H 2O 2, 1% (w öv) PV P。离心条件同上。以每分钟减少 0. 1
个A 290值所需的酶量为一个酶活力单位。
1. 4　H2O 2 和MDA 含量测定
H 2O 2 含量按沈文飚等[ 10 ]的方法。M DA 含量参照D h indsa 等[ 11 ]的方法。
2　结果分析
2. 1　高浓度镍对水稻幼苗生长的影响
三种浓度的N i2+ 均能阻滞稻苗的生长, 这种阻滞作用随N i2+ 浓度的增大而加剧。从时间
进程上考虑, 处理后 3d, 稻苗的生长情况与对照无明显差异。6d 后, 稻苗的鲜重明显减轻,
但株高和根长的降低不甚明显。到第 9d, N i2+ 抑制稻苗生长的效应更加显著, 2. 0 mm o löL
的N i2+ 处理后稻苗的鲜重和根长比对照分别下降了 19. 1% 和 11. 8% , 但株高的下降程度反
而比其余处理低, 这是因为此浓度处理下的稻苗表现出稻心伸长等严重药害症状所致。
2. 2　高浓度镍对 SOD、POD、CAT、APX 活性的影响
3 种浓度的N i2+ 处理后, 稻苗叶片中 SOD (0. 8、1. 2 mm o löL 处理后 1d 除外)、CA T、
A PX 活性均降低, 其中以 SOD 降低的幅度稍小。如 2. 0 mm o löL 的N i2+ 喷施后 6d, SOD 和
CA T 活性分别下降了 10. 2% (图 1A )、37. 3% (图 1B ) , A PX 活性在处理后 3d 下降幅度最
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大, 为对照的 59. 3% (图 1C)。但 POD 活性随N i2+ 处理浓度增大而升高 (图 1D )。0. 8、1. 2
mm o löL 的N i2+ 喷施幼苗 1d 后, SOD 活性分别比对照上升了 2. 5% 和 1. 4% , 可能是N i2+ 诱
发O -2 产生 (王海华硕士论文, 1999) , SOD 活性升高是稻苗的应急响应, 在镉毒上也观察到
表 1　　镍对水稻幼苗生长的影响
Table 1　　Effect of n ickel on the growth of r ice seedl ings
处理
T reatm ent
(mmo löL ) 处理后天数D ays after treatm ent3 6 9鲜重
F resh
w eigh t
株高
P lan t
heigh t
根长
Roo t
length
鲜重
F resh
w eigh t
株高
P lan t
heigh t
根长
Roo t
length
鲜重
F resh
w eigh t
株高
P lan t
heigh t
根长
Roo t
length
CK 0. 103a 14. 57a 10. 66a 0. 116a 15. 34a 11. 59a 0. 131a 15. 93a 12. 35a
0. 8 0. 100a 14. 46a 10. 62a 0. 109b 14. 92a 11. 28a 0. 124b 15. 20a 11. 87a
1. 2 0. 097a 14. 41a 10. 57a 0. 107b 14. 86a 11. 22a 0. 110c 15. 04b 11. 48ab
2. 0 0. 097a 14. 35a 10. 54a 0. 104b 15. 10a 10. 73a 0. 106c 15. 43a 10. 89b
　　同列中不同的大、小写字母分别表示在 P< 0. 01、P< 0. 05 水平上有显著差异。
　　V alues in a co lum n fo llow ed by the differen t cap ital o r sm all let ters are sign ifican tly differen t at P < 0. 01 o r P < 0. 05
level respectively
图 1　　不同浓度N i2+ 对水稻叶片酶活性的影响
F ig 1　　Effect of N i2+ at various concentrations on activity of enzym es in rice leaves
5596 期　　　　　　　　王海华等: 高浓度镍对水稻幼苗生长及酶活性的影响　　　　　　　　　　　　　　

这种现象[ 12 ]。而 2. 0 mm o löL N i2+ 处理 1d, SOD 活性未见上升, 我们分析可能是因为N i2+ 浓
度增大, 诱发产生O -2 对 SOD 活性的诱导作用时间小于 1d 的缘故, 但尚需证实。上述结果
表明 3 种浓度的N i2+ 已经影响到稻苗叶片中抗氧化酶系的活性, 活性氧代谢平衡被打破。一
些研究[ 13 ]认为高的 POD 活性表明细胞内正经历着一系列过氧化反应, 镍处理下 POD 活性升
高, 可能从侧面反映了叶片组织已受到氧化胁迫。
2. 3　高浓度镍处理下稻苗 H2O 2、MDA 含量与抗氧化酶活性的关系
从图 2、3 可以看出处理的稻苗叶片中H 2O 2 和M DA 含量比对照明显升高, 且处理浓度
越大, 其升高的幅度也大。在所调查的时间内, 两者的含量一直上升。2. 2 mm o löL 的N i2+ 处
理后 1～ 9d 幼苗叶片中H 2O 2 含量上升了 15. 5%～ 63. 4%。回归分析显示, H 2O 2 含量与其降
解酶类 CA T、A PX 之间的回归方程分别为: y (H 2O 2 ) = 53. 8557 - 0. 1315x (CA T ) , r =
- 0. 85053 3 ; y (H 2O 2 ) = 59. 4193 - 0. 3799x (A PX ) , r = - 0. 72803 3 , 都呈显著负相关。
M DA 含量与 H 2O 2 含量、SOD 酶活性之间的回归方程分别为: y (M DA ) = - 0. 1877+ 0.
2352x (H 2O 2) , r= 0. 88803 3 ; y (M DA ) = 27. 7627- 0. 1474x (SOD ) , r= - 0. 72573 3 (3 3 ,
P < 0. 01, 下同) , 都呈显著正相关。这表明镍处理下水稻叶片组织中 H 2O 2 含量升高是由于
CA T、A PX 活性降低、降解速度减慢所致; 而M DA 含量增多与H 2O 2 积累和 SOD 活性下降
密切相关。
2. 4　高浓度镍处理下稻苗MDA 含量与生长的关系
对处理后 6d 和 9d 稻苗的相对鲜重 (% )、相对根长 (% ) 与相对M DA 含量 (% ) 的关系作
了相关分析, 回归方程分别为: y (FW ) = 123. 8366- 0. 1728X (M DA ) , r= - 0. 75823 (3 ,
P< 0. 05) ; y (根长) = 120. 2833- 0. 1314x (M DA ) , r= - 0. 93743 3 。都呈显著负相关, 说明
高浓度的N i2+ 诱发M DA 的形成与积累正是阻滞稻苗生长的原因。
图 2　　不同浓度N i2+ 对水稻叶片H 2O 2 含量的影响
F ig. 2　　Effect of N i2+ at various concentrations
on H 2O 2 conten t in rice leaves
图 3　　不同浓度N i2+ 对水稻叶片M DA 含量的影响
F ig. 3　　Effect of N i2+ at various concentrations
on M DA conten t in rice leaves
3　讨论
环境胁迫因子通过影响植物抗氧化酶的活性, 引起活性氧代谢失调, 由此导致的活性氧
累积和膜脂过氧化损伤, 可能是需氧生物遭受逆境的重要特征, 这已在铝毒[ 14 ]、镉毒[ 12 ]等许
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多逆境下得到了证实。本实验中, 0. 8～ 2. 0 mm o löL 的N i2+ 处理稻苗, 叶片中 SOD、CA T 和
A PX 均有所下降, H 2O 2 和M DA 含量也明显高于对照, 这与聂先舟等[ 3, 4 ]、石贵玉等[ 5 ]在水
稻旗叶和水稻离体叶片 (N i2+ 处理浓度均为 1. 0 mm o löL ) 中的结论不一致。这可能是他们所
选用的浓度合适N i2+ 发挥其有益的生理作用, 而本研究的N i2+ 已超出适合浙辐 802 生长的浓
度范围所致, 提示同类植物的不同品种对N i2+ 的忍耐能力也有差别。
本实验中H 2O 2 的积累可能是由CA T、A PX 活性下降所致。N i2+ 处理下 SOD 活性下降,
可能导致 O -2 积累。在植物体内, O -2 和 H 2O 2 等活性氧可以通过 H arber2W eiss 反应和
Fen ton 反应产生更具有毒害性的·OH。O -2 和·OH 均可启动膜脂过氧化。M DA 含量升高表
明高浓度的镍处理下稻苗体内自由基的高水平活动状态, 这些生理变化无疑会通过某些机制
影响到稻苗的生长。黄玉山等[ 12 ]证实了Cd2+ 毒害对紫羊茅生长的影响是通过自由基介导的,
并且发现M DA 水平和植物苗高存在着某种负相关。我们的实验也证明, N i2+ 浓度越高,
H 2O 2 和M DA 积累越多, 稻苗的生物量越小。这进一步证明活性氧代谢紊乱, 造成活性氧和
M DA 在体内的积累, 可能是众多逆境下植物生长受阻滞的重要原因。
参　考　文　献
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2　王夔主编. 生命科学中的微量元素. 北京: 中国计量出版社, 1992. 482～ 507
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