全 文 ：　1997-04-07收稿
　第一作者简介:李美茹 ,女 , 1966年出生 ,博士 ,助理研究员 ,从事植物低温逆境生理生化研究。
水稻幼苗根质膜氧化还原系统活性与抗冷性的关系
李美茹　刘鸿先　王以柔(中国科学院华南植物研究所 , 广州 510650)
摘　要　本试验以水稻幼苗为材料 ,研究冷胁迫和钙浸种 、低温锻炼 、低温锻炼结合钙浸种预处理
分别对幼苗根质膜 Fe(CN)3-6 还原活性的影响。实验结果表明:冷胁迫降低了质膜 Fe(CN)3-6 还
原活性;钙浸种 、低温锻炼 、低温锻炼结合钙浸种预处理均提高了质膜 Fe(CN)3-6 还源活性 ,尤其
是削减了冷胁迫降低质膜 Fe(CN)3-6 还原活性的作用。根质膜 Fe(CN)3-6 还原活性与水稻幼苗抗
冷力密切相关。
关键词　水稻幼苗;根质膜 Fe(CN)3-6 还原活性;抗冷性
STUDYON THE RELATIONSHIP BETWEEN THE ACTIVITY
OF ROOT PLASMA MEMBRANE Fe(CN)3-6 REDUCTION
AND COLD TOLERANCE IN RICE SEEDLINGS
Li Meiru　Liu Hongxian　Wang Yirou
(South China Instituteof Botany , The Chi nese Academy of Sciences , Guang zhou 510650)
Abstract　Rice seedlings were used as experimental material to study effects of chilling stress and pretreat-
ments of CaCl2 treatment , cold hardening and cold hardening combined with CaCl2 treatment on the activity
of plasma membrane Fe (CN)3-6 from roots.Results indicated that the activity of plasma membrane Fe
(CN)3-6 reduction was decreased by chilling stress;The activity of plasma membrane Fe(CN)3-6 reduction
was increased by CaCl2 treatment , cold hardening and cold hardening combined with CaCl2 treatment , es-
pecially , the decrease of plasma membrane Fe(CN)3-6 reduction activity caused by chilling stress w as in-
hibited by the above pretreatments.It is suggested that roo t plasma membrane Fe(CN)3-6 reduction activi-
ty is closely associated with cold tolerance of rice seedlings.
Key words　Rice seedlings;root plasma membrane Fe(CN)3-6 reduction;cold tolerance
质膜氧化还原系统是质膜中除 ATP 酶外的另一重要的能量转换系统 ,它在能量传递 、营
养物质的吸收和运转 、生长发育 、信息传导和抵御病原物等方面起着重要的作用〔1〕 。该系统
对逆境胁迫很敏感。Barr等〔7〕曾发现盐胁迫下萝卜细胞质膜氧化还原系统对盐胁迫极为敏
感 ,质膜 NADH氧化 、Fe(CN)3-6 还原以及 H+分泌等受到抑制 ,同时细胞的生长也受到影响 。
邱全胜等也发现水分胁迫下小麦根细胞质膜 NADH 和 NADPH 的氧化速率及 Fe (CN)3-6 和
广 西 植 物 Guihaia　17(4):375—378　1997
EDTA-Fe3+的还原速率明显降低 。Zhao 等〔10〕(1995)首次报道冷锻炼提高了黑松幼苗根细
胞质膜氧化还原系统的活性 ,推测质膜氧化还原系统在植物冷锻炼中可能起着重要的调节作
用。植物遭受冷胁迫伤害时 ,其质膜氧化还原系统活性变化如何 ,目前还没见这方面的报道 。
通常以 NAD(P)H 为电子供体 ,还原 Fe (CN)3-6 ,但不能还原 EDTA-Fe3+ ,被称为标准系统
(standard system),本文研究冷胁迫对水稻幼苗根细胞质膜氧化还原系统活性(Fe (CN)3-6 还
原活性)的影响 ,以及钙浸种 、低温锻炼等对该活性 、该活性冷适应性的影响 ,阐明水稻幼苗根
细胞质膜氧化还原系统活性与抗冷性的关系 。
1　材料和方法
1.1　材料的培养 、处理　同前文〔3 , 4〕
1.2　NADH氧化还原速率的测定
按焦新之等〔5〕方法 ,3 ml含蔗糖 0.25 mol·L -1和 Tris-MES 10 mmol·L-1 pH 8的反应
介质置石英比色杯中 ,依次加入 15 μl NADH 50 mmol·L-1及 30 μl Fe (CN)3-6 100 mmol·
L-1 ,加入 20 μg 膜蛋白开始反应 ,于Beckman DU-7记录 340 nm 消光系数的变化 ,以不加膜
蛋白的为空白 ,按 NADH 1 mmol·L-1消光系统为 6.23计算被氧化的 NADH量 。
1.3　Fe(CN)3-6 还原速率的测定
测定方法与测定 NADH 的氧化还原速率相同 , 测定波长改为 420 nm , 按 Fe (CN)3-6 1
mmol·L-1消光系数为 1计算被还原的 Fe (CN)3-6 量 。
2　结　果
表 1　外源 NADH和 Fe(CN)3-6 对水稻幼苗根细胞质膜氧化还源活性的作用
Table 1 Effects of NADH and Fe (CN)3-6 on
the plasma membrane redox activity
from roots of rice seedlings
NADH oxidat ion
(nmo1/mg Prot min)
Fe(CN)3-6 reduction
(nmo1/mg Prot min)
NADH 　　30
NADH+Fe(CN)3-6 　　229 　　1300
Fe(CN)3-6 　　70
2.1　膜制剂的氧化还原活性
当向反应系统加入 0.25 mmol·L-1
NADH时 , NADH 即被缓慢地氧化 , 而当加
入人工电子受体 Fe (CN)3-6 时 , NADH 被氧
化的速率迅速提高。同样地 , 当向反应系统
单独加入 Fe (CN)3-6 时 , Fe (CN)3-6 被还原
的速率比较低 ,加入 NADH 则可显著地促进
Fe(CN)3-6 的还原(表 1),这表明了水稻根质
膜具有氧化 NADH 、还原 Fe (CN)3-6 的氧化
还原活性 。
2.2　钙与低温锻炼对水稻幼苗根细胞质膜还原 Fe(CN)3-6 活性的影响
实验结果表明冷胁迫处理明显降低了质膜还原 Fe(CN)3-6 的能力;钙浸种明显提高了质
膜还原 Fe(CN)3-6 的能力 ,而且冷胁迫后 ,这种效果仍然明显存在 ,说明钙浸种有提高和稳定
冷胁迫下质膜氧化还原活性的作用(图 1);低温锻炼和低温锻炼结合钙浸种也表现出钙浸种
的效果 ,并对该系统有更明显的激活作用(图 2)。
3　讨　论
376 广 西 植 物 17 卷
以上实验表明水稻根细胞质膜也具有氧化 NADH 和还原 Fe (CN)3-6 的活性(表 1),冷胁
迫明显降低了质膜 Fe(CN)3-6 还原活性(图1)。Qiu和 Liang〔8〕(1995)证明质膜氧化还原系统
产生的活性氧自由基引发了膜脂过氧化 ,因此 ,推测由于水分胁迫中断了质膜氧化还原系统的
电子传递〔2 , 8〕 ,使产生大量活性氧 ,引发膜脂过氧化 ,损伤细胞膜 。冷胁迫致使质膜氧化还原
活性受损 ,是否因此导致了膜脂过氧化程度的加重 ,尚有待进一步的研究。
冷锻炼能提高某些植物的抗冷力 ,Zhao 等报道冷锻炼提高了黑松幼苗根细胞质膜氧化还
原 Fe(CN)3-6 的活性。前文〔3 , 4〕报道钙浸种 、低温锻炼 、低温锻炼结合钙浸种均有提高水稻幼
图 1　冷胁迫及钙浸种对水稻幼苗根细胞质膜
还原 Fe(CN)3-6 活性的影响
Fig.1　Effects of chilling stress and CaCl2
treatment on the activity of plasma
membrane Fe(CN)3-6 reduction from
roots of rice seedlings
Control—control seedlings;N—untreated with CaCl2 but
treated with chilling stress;Ca— treated by CaCl2;
B—before chilling stress;C—after chilling stress
图 2　低温锻炼及结合钙浸种对水稻幼苗根
细胞质膜还原 Fe(CN)3-6 活性的影响
F ig.2　Effects of cold hardening and CaCl2
treatment on the activity of plasma
membrane Fe(CN)3-6 reduction
from roots of rice seedlings
H —pretreated by cold hardening;HCa—pretreated by CaCl2
combined with cold hardening;A—after cold hardening;
Control and C are as same as Fig.1.
苗的抗冷力。本实验的这几种提高水稻幼苗抗冷力的方法亦均相同地有提高质膜 Fe (CN)3-6
活性 ,特别是消除冷胁迫削减该系统活性的作用 ,维持或稳定了该系统结构的完整 ,使该系统
活性在冷胁迫后仍处于高水平(图 1 , 2)。提高水稻幼苗抗冷力的措施也表现了有提高细胞内
源抗氧化剂(抗坏血酸(AsA),还原型谷胱甘肽(GSH))含量的作用〔3 , 4〕 ,现已证明 GSH 、AsA
可以充当质膜氧化还原系统的电子供体〔6〕 。据此 ,推测提高水稻幼苗抗冷力的方法(钙浸种 、
低温锻炼等)提高了质膜氧化还原系统活性可能与这些方法有提高细胞中 GSH 、AsA 的含量
有关 。Rubinstein和 Luster〔9〕认为质膜氧化还原系统活性氧的产生可能为逆境信号诱导所致 ,
并且成为逆境信号传导的一部分而共同完成细胞的防御功能。质膜氧化还原系统是否有积极
调节细胞冷适应性的代谢 ,它在植物冷适应或冷反应中的作用如何 ,尚有待进一步深入的研
究。
参 考 文 献
1　陈思学 , 焦新之.植物质膜氧化还原系统的生理作用.生命科学 , 1995 , 7(4):24～ 31
2　邱全胜 , 李　琳 , 梁厚果等.水分胁迫对小麦根细胞质膜氧化还原系统的影响.植物生理学报 , 1994 , 20(2):145～ 151
377　4期 李美茹等:　水稻幼苗根质膜氧化还原系统活性与抗冷性的关系
3　李美茹 , 刘鸿先 , 王以柔等.水稻幼苗冷锻炼过程中钙的效应.植物学报 , 1996 , 38(9):735～ 742
4　李美茹 , 刘鸿先 , 王以柔等.钙对水稻幼苗抗冷性的影响.植物生理学报 , 1996 , 22(4):379～ 384
5　焦新之 , 李　琳 , 倪晋山.花生幼苗下胚轴质膜氧化还原系统.植物生理学报 , 1992 , 18(1):63～ 68
6　陈　珈 , 岳才军.依赖于谷胱甘肽的跨质膜电子传递和质子运输.中国植物生理学会第七次全国会议学术论文汇编 ,
1996 , P271
7　Barr R.The possible role of redox-associated protons in grow th of plant cells.J Bioenerg Biomembr , 1991 , 23:443～ 450
8　Qiu Q S , Liang H G.Lipid peroxidation caused by the redox system of plasma membrane from wheat roots.J Plant Physiol
1995 , 145:261～ 265
9　Rubinstein B , Luster D G.Plasma membrane redox activity:componen ts and role in plant processes.Ann Rev Plant Physiol
Plant Mol Biol , 1993 , 44:131～ 155
10　Zhao S , Colombo S J , Blumwald E.The induction of freezing tolerance in jack pine seedlings:the role of root plasma membrane
H+-ATP ase and redox activities.Physiol P lant , 1995, 93:55～ 60
378 广 西 植 物 17 卷