全 文 ：广 西 植 物 Guihaia Jul． 2013，33(4) :439－442 http:/ / journal． gxzw． gxib． cn
DOI:10． 3969 / j． issn． 1000-3142． 2013． 04． 002
冯汉青，李芳，管冬冬，等． 两种外源化学物影响 PEG胁迫对水稻根系的伤害［J］． 广西植物，2013，33(4) :439－442
Feng HQ，Li F，Guan DD，et al． Effects of two exogenous chemical substances on the osmotic stress-induced damages to rice roots［J］． Guihaia，2013，33
(4) :439－442
两种外源化学物影响 PEG胁迫对水稻根系的伤害
冯汉青* ，李 芳，管冬冬，贾凌云
(西北师范大学 生命科学学院，兰州 730070 )
摘 要:研究过氧化氢内源消除剂和交替氧化酶专一性抑制剂影响渗透胁迫对水稻根系的伤害。结果表明:
PEG 6000胁迫抑制了水稻幼根的生长，降低了相对含水量、增加了 H2O2 含量，并导致细胞死亡。用 5 mmol·L
-1
二甲基硫脲(过氧化氢内源消除剂，dimethylthiourea，DMTU)预处理水稻幼根能明显降低 PEG胁迫下水稻幼根过
氧化氢的含量，缓解细胞死亡和相对含水量的降低，但对水稻根的生长影响较小。在 PEG胁迫下，用 1 mmol·
L-1 水杨基氧肟酸(交替氧化酶专一性抑制剂，salicylhydroxamic acid，SHAM)预处理水稻幼根能显著降低水稻幼
根的生长和相对含水量，并增加水稻幼根的过氧化氢含量和细胞的死亡程度。这说明 DMTU能缓解 PEG胁迫
对水稻根系伤害，而 SHAM加剧了 PEG胁迫对水稻根系伤害。
关键词:过氧化氢;抗氰呼吸;水稻;渗透胁迫
中图分类号:Q945． 3 文献标识码:A 文章编号:1000-3142(2013)04-0439-04
Effects of two exogenous chemical substances on the
osmotic stress-induced damages to rice roots
FENG Han-Qing* ，LI Fang，GUAN Dong-Dong，JIA Ling-Yun
(College of Life Sciences Northwest Normal University，Lanzhou 730070，China)
Abstract:The effects of the scavenger of H2O2 and specific inhibitor of alternative oxidase on the osmotic stress-induced
damages to rice roots were studied． The results showed that PEG 6000 inhibited the growth of rice roots，decreased the
relative water content，inceased the H2O2 content，and caused cell death． Pretreatment with 5 mmol · L
-1
dimethylthiourea(DMTU) ，a scavenger of H2O2，significantly decreased the increment in the H2O2 content and partially
alleviated the root cell death and the decrease of the relative water content induced by PEG 6000． However，DMTU had
little effect on the growth of rice roots exposed to PEG stress． Under the PEG-induced stress，pretreatment with 1 mmol
·L-1 salicylhydroxamic acid(SHAM) ，a specific inhibitor of alternative oxidase，significantly decreased the growth of
rice roots and relative water content，but increased the levels of H2O2 content and cell death． The results suggested that
DMTU could alleviate the osmotic stress-induced damages to rice roots，whereas SHAM could intensify those damages．
Key words:hydrogen peroxide;cyanide-resistant respiration;rice;osmotic stress
环境胁迫通常会导致植物体内过氧化氢、超氧
阴离子、羟自由基等活性氧水平的上升。由于过氧
化氢具有最长的半衰期并能穿过细胞膜，因而被认
为是最稳定和广泛的活性氧(Tsanko et al．，2005)。
收稿日期:2012-10-11 修回日期:2013-01-16
基金项目:国家自然科学基金(30900105 /31260059) ;教育部科学技术研究重点项目(211190) ;校级基金项目(NWNU-kjcxgc-03-77;NWNU-09-
31＆ NWNU-LKQN-10-32)
作者简介:冯汉青(1978-) ，男，河北保定人，博士，硕士生导师，主要从事植物抗逆生理学研究，(E-mail)fenghanq@ nwnu． edu． cn。
* 通讯作者 (Author for correspondence)
低浓度的 H2O2 可能作为信号分子诱导植物的抗逆
反应;而较高浓度的 H2O2 能导致蛋白质、核酸和脂
类等生物分子的氧化损伤，从而降低了植物对于不
良环境的耐受力(De Carvalho，2008)。
根对于植物起着固着和支持的作用，同时也是
植物从土壤中吸收水分和矿物质的重要器官(张司
南等，2010)。在自然环境中，根部频繁地遭到了干
旱和高盐等渗透压力的影响，从而严重限制了植物
整体的生长和发育(Xiong ＆ Zhu，2002)。然而，渗
透压力对植物根部的影响是否和过氧化氢有关则尚
不明确，这在一定程度上制约了人们对渗透胁迫下
植物生理学变化更加全面的认知。
此外，叶绿体和线粒体等氧代谢位点是渗透压
力下植物过氧化氢产生的原初位点(De Carvalho，
2008)。而作为非光合器官，植物根部在渗透压力
下过氧化氢产生的水平很可能取决于线粒体 H2O2
的产生。研究发现，在植物线粒体的电子传递链中
具有一条从泛醌库处开始分支并以交替氧化酶(al-
ternative oxidase，AOX)为末端氧化酶的抗氰呼吸途
径。该呼吸途径的存在能够通过降低线粒体电子传
递链的过度还原而限制线粒体中过氧化氢的生成
(Millenaar et al．，2003)。我们之前的研究发现交替
氧化酶的抑制剂水杨基氧肟酸能引起低温环境下小
麦叶片中过氧化氢水平的显著上升并降低其对于低
温的耐受，表明了交替氧化酶可能是植物调节 H2O2
产生和植物抗逆性的重要机制(Feng et al．，2008)。
但目前关于水杨基氧肟酸对 H2O2 和抗逆性影响的
研究主要集中于叶片等光合组织中，而对于其是否
也会影响根中 H2O2 的生成并影响根对于渗透压力
的耐受尚无明确报道。基于此，本实验以水稻幼根
为材料，揭示了过氧化氢消除剂和抗氰呼吸抑制剂
改变了 PEG胁迫对水稻幼根的伤害程度。相信该
工作有助于进一步了解作物根系在渗透压力下的内
在生理变化和可能的耐受机制。
1 材料和方法
1． 1 材料
实验中水稻种子购买于甘肃省农业科学研究院。
购买的种子装入纸袋，常温保存。两种化学药品 PEG
6000和 SHAM订购于 Sigma公司。
1． 2 方法
将消毒的水稻种子吸胀 24 h后于 27 ℃下露白
萌发 48 h。将纱布紧绷在盛有蒸馏水的培养皿上，
选露白一致的种子置于纱布上，在 27 ℃下使水稻幼
根穿过纱布于蒸馏水中继续生长，2 d 后得到 2 cm
左右的水稻幼根。然后根据测量水稻幼根长度来判
断两种外源化学物质对于水稻幼根的影响。
2 结果与分析
2． 1 PEG 6000 对水稻幼根的影响
在 27 ℃下将 2 cm长的水稻幼根分别放置在蒸
馏水(对照)和 20%的 PEG 6000 溶液中培养 16 h。
测量水稻幼根长度后发现，与对照相比，PEG 6000 胁
迫下的水稻幼根长度较短，表明 PEG 6000 胁迫导致
水稻幼根的生长减缓(表 1)。PEG 6000 的胁迫也降
低了水稻幼根的相对含水量［ＲWC，计算公式为(鲜
重-干重)/(饱和重-干重) ］，并提升了水稻幼根的细
胞死亡水平检测方法，见 Hung et al．(2007) (表 1)。
这些结果表明，PEG 6000 胁迫对水稻幼根造成了生
理损伤，而用硫酸钛法(Feng et al．，2008)检测根
中 H2O2 的含量发现，水稻幼根 H2O2 含量在 PEG
6000胁迫下较之对照有显著增加。
表 1 PEG 6000胁迫对水稻幼根根长、相对含水量、
过氧化氢含量和细胞死亡的影响
Table 1 Effects of PEG 6000 on the root length，
ＲWC，H2O2 content，and cell death
根长 (cm)
Ｒoot length
相对含水量
ＲWC
过氧化氢含量
(μmol·g-1FW)
H2O2 content
相对细胞死亡
Ｒelative cell
death
Control 1． 24±0． 17 0． 97±0． 01 146． 57±12． 18 1． 00±0． 08
PEG 6000 0． 11±0． 03* 0． 75±0． 05* 179． 78±8． 49* 2． 42±0． 14*
注:对照组中根细胞死亡被设为 1． 00。* 代表 PEG 6000 处理组和对照组
间存在显著差异。以上实验结果均为至少 4 次以上测定平均值。下同。
Note:The values in the control were set to 1． 0 to facilitate the comparison among
the different treatments． * indicates statistically significant difference (P＜0． 05
was considered)from the controls． Each value represents the mean of four inde-
pendent experiments． The same below．
2． 2 PEG 6000 胁迫下 DMTU对水稻幼根的影响
用 5 mmol·L-1 DMTU 溶液 (使用浓度参照
Jiang et al．，2002) )在 27 ℃下预处理水稻幼根 4 h，
然后将预处理过的水稻幼根用蒸馏水淋洗后并分别
置于蒸馏水和 20%的 PEG 6000 下培养 16 h。结果
显示，DMTU的处理使得 PEG 6000 胁迫下水稻幼根
的 H2O2 的含量降低到了对照水平(图 1:A) ;DMTU
的处理也显著减缓了 PEG 6000 胁迫下水稻幼根相
对含水量的降低以及细胞死亡水平的上升(图 1:
C，D) ，表明了 PEG 6000 胁迫下水稻幼根相对含
044 广 西 植 物 33卷
图 1 PEG 6000 胁迫下 DMTU对水稻幼根过氧化氢含量(A)、根长(B)、相对含水量(C)和细胞死亡(D)的影响 相
同的字母表示并不存在显著性差异(P＜0． 05)。下同。
Fig． 1 Effects of DMTU on the H2O2 content(A)，root length(B)，ＲWC(relative water content) (C)，and cell death(D)of rice
roots that were exposed to PEG 6000 The same letters do not mean significantly differences at P＜0． 05． The same below．
图 2 PEG 6000胁迫下 SHAM对水稻幼根过氧化氢含量(A)、根长(B)、相对含水量(C)和细胞死亡(D)的影响的影响
Fig． 2 Effects of SHAM on the H2O2 content (A) ，root length (B) ，ＲWC(relative water content) (C) ，and cell death (D)of
rice roots that were exposed to PEG 6000
水量的下降和细胞死亡水平的上升等生理损伤和 H2O2 水平的增加有关。然而，DMTU 的处理并没有
1444期 冯汉青等:两种外源化学物影响 PEG胁迫对水稻根系的伤害
显著影响 PEG 6000 胁迫下水稻幼根的长度(图 1:
B) ，表明 PEG 6000 胁迫下水稻幼根的生长和过氧
化氢水平没有明确关联。
2． 3 PEG 6000 胁迫下 SHAM对水稻幼根的影响
用 1 mmol·L-1 SHAM(使用浓度参照 Bartoli et
al．，2005) ，预处理水稻幼根并将幼根置于 PEG 6000
下培养后发现(方法同 DMTU) ，SHAM 的处理使得
PEG 6000胁迫下水稻幼根过氧化氢含量进一步上升
(图 2:A)。本研究也发现，SHAM进一步导致了 PEG
6000胁迫下水稻幼根细胞死亡水平的上升和相对含
水量的下降(图 2:C，D) ，表明该抑制剂会降低植物对
PEG 6000所引起的渗透胁迫的耐受。本研究也发
现，SHAM的处理也导致了 PEG 6000 胁迫下水稻幼
根生长的进一步降低(图 2:B)。
3 讨论
SHAM是交替氧化酶的抑制剂，交替氧化酶的
存在能通过降低线粒体电子传递链的过度还原而限
制线粒体中过氧化氢的生成(Viacheslav et al．，
2011;Millenaar et al．，2003) ;尤其作为非光合组织，
线粒体在理论上是根在渗透胁迫下产生 H2O2 的主
要位点(De Carvalho，2008)。因而，本研究认为，
SHAM可能是通过抑制交替氧化酶而进一步刺激了
渗透胁迫下植物 H2O2 的生成。介于以上关于 PEG
6000 胁迫下水稻幼根相对含水量和细胞死亡与过
氧化氢关系的观察，推测 SHAM 对水稻幼根渗透胁
迫耐受性的影响可能也和其刺激了植物过氧化氢的
生成有关。实验结果表明在 PEG 介导的渗透胁迫
下，交替氧化酶也和植物幼根的生长存在着一定的
联系，但其内在机理尚需要进一步研究。
参考文献:
Bartoli CG，Gomez F，Gergoff G，et al． 2005． Up-regulation of the
mitochondrial alternative oxidase pathway enhances
photosynthetic electron transport under drought conditions［J］． J
Exp Bot，56:1 269－1 276
De Carvalho MHC． 2008． Drought stress and reactive oxygen spe-
cies:Production，scavenging and signaling［J］． Plant Sign
Behav，3:156－165
Feng HQ，Li Y，Duan JG． et al． 2010． Chilling tolerance of wheat
seedlings is related to an enhanced alternative respiratory
pathway［J］． Crop Sci，46:2 381－2 388
Hung WC，Huang DD，Chien PS，et al． 2007． Protein tyrosine de-
phosphorylation during copper-induced cell death in rice roots
［J］． Chemospher，69:55－62
Jiang M，Zhang J． 2002． Water stress-induced abscisic acid accu-
mulation triggers the increased generation of reactive oxygen spe-
cies and up-regulates the activities of antioxidant enzymes in
maize leaves［J］． J Exp Bot，53:2 401－2 410
Millenaar FF，Lambers H． 2003． The Alternative oxidase:in vivo
regulation and function［J］． Plant Biol，5:2－15
Tsanko SG，Jacques H． 2005． Hydrogen peroxide as a signal con-
trolling plant programmed cell death［J］． J Cell Biol，168:17－20
Viacheslav VD， Igor V， et al． 2011． Beznoussenko
mmunolocalization of an alternative respiratory chain in antonos-
pora(Para Nosema)locustae spores:mitosomes retain Their role
in microsporidial energy metabolism［J］． Eukaryot Cell，10(4) :
588－593
Xiong L，Zhu JK． 2002． Molecular and genetic aspects of plant re-
sponses to osmotic stress［J］． Plant Cell ＆ Environ，25:131－139
Zhang SN(张司南) ，Gao PY(高培尧) ，Xie QN(谢庆恩) ，et al．
2010． Cadmium-induced root growth inhibition is mediated by
hydrogen peroxide production in root tip of Arabidopsis(镉诱导
拟南芥根尖过氧化氢积累导致植物根生长抑制) ［J］． Chin J
Eco-Agri(中国生态农业学报) ，18(1) :136－140
檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽
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53(3) :593－596
Song XL，Wang Z，Qiang S． 2011． Agronomic performance of F1，F2
and F3 hybrids between weedy rice and transgenic glufosinate-re-
sistant rice［J］． Pest Manag Sci ，67:921－931
Tang J，Xia H，Cao M，et al． 2004． A comparison of rice chloroplast
genomes［J］． Plant Physiol，135 (1) :412－420
Tang L，Ma DＲ，Xu ZJ，et al． 2011． Utilization of weedy rice for de-
velopment of japonica hybrid rice(Oryza sativa L．) ［J］． Plant
Sci，180:733－740
Xia HB，Xia H，Norman CE，et al． 2011． Ｒapid evolutionary diver-
gence and ecotypic diversication of germination behavior in
weedy rice populations［J］． New Phytol，191(4) :1 119－1 127
Xiong ZY，Zhang SJ，Wang YY，et al． 2010． Differentiation and dis-
tribution of indica and japonica rice varieties along the altitude
gradients in Yunnan Province of China as revealed by InDel mo-
lecular markers［J］． Gen Ｒes Crop Evol，57:891－902
Zhang LJ，Dai WM，Wu C，et al． 2012． Genetic diversity and origin
of Japonica- and Indica-like rice biotypes of weedy rice in the
Guangdong and Liaoning provinces of China［J］． Gen Ｒes Crop
Evol，59(3) :399－410
Zuo J，Zhang LJ，Song XL，et al． 2011． Innate factors causing differ-
ences in gene ow frequency fromtransgenic rice to different
weedy rice biotypes［J］． Pest Manag Sci，67:677－690
244 广 西 植 物 33卷