全 文 ：广 西 植 物 Gu i hai a1 0 ( 4 ) :3 29一 3 4 2 19 9 0
植物单盐毒害和离子拮抗机理研究 1 . 单盐和混
合盐对植物原生质体膜某些特性 、 超氧物
歧化酶和过氧化氢酶活性的影响
何若天 覃 伟
广西农学院第一实验中心 , 南宁
摘要 单盐 ( K C I , C a C I: 或M g C I : ) 和混合盐 ( K C I+ C a C I : 或 K C I+ M g C I: ) 对植 物原
生质体完整率 、 存活率和膜透性等均有明显影响。 K 幸 、 C a 艺千或M g 忍 +等单种阳离子明显降低原生
质体膜完整率和存活率而增加其物质渗漏量 , 其中以单价阳离子K +的影响为甚 。 上述单种阳离子
还明显降低小麦幼叶超氧物歧化酶 ( S O D ) 和过氧化氢酶活性 . 只有由单价和二价阳离子组成的
平衡混合盐才能使原生质体维持较高的完整率 、 存活率和较正常的膜透性 . 并能使细胞维持较 高
的 SO D和过氧化氢酶活性 。
认为单盐毒害机理可能是首先引起细胞膜发生不正常的膜相变或细胞累积较多的有害氧 自 由
基 , 引起膜脂发生过氧化或脱醋化而破坏膜结构。 在离子平衡混合盐作用下 , 膜系才能维持 正 常
液晶相 . 具有较高活性的 SO D和过氧化氢酶等生物保护性酶系是离子拮抗作用之原因 。
关键词 单盐和混合盐 ; 植物原生质体 ; 膜完整性 ; 膜透性 ; 超氧物歧化酶 ; 过氧化 氢酶 ;
单盐毒害和离子拮抗机理
早在本世纪初就已清楚单盐对植物生长有毒害作用 〔 “ 。 〕 。 植物矿质营养研究中单盐毒害
和离子拮抗作用的研究尽管积累 了不少资料 , 但对其生理实质迄今仍仅限于推测可能与原生
质及质膜的亲水胶体有关 〔 ’ 〕 , 到底关系如何 , 知之甚少 。 为究其实质 , 须选用合适的 研 究
系统 。 近年来 , 游离的植物原生质体已越来越受重视 。 因为利用游离原生质 体能直接研究质
膜结构和各种性质 , 因此不少研究者用它作为研究工具 L ` “ 」 。 但迄今尚未见采用游离原生质
体进行有关单盐毒害和离子拮抗作用机理的研究 。 为逐步阐明单盐毒害和离子拮抗作用的实
质提供一些资料 , 本试验在过去工作基础上 仁2 〕 , 采用植物原生质体着重研究了一 价 、 二 价
阳离子及其混合盐对原生质体活力 、 质膜完整率 、 膜透性及 与细胞清除自由基等毒物育关的
酶活性的影响 , 并对单盐毒害和离子拮抗作用机理作初步讨论 。
材料与方法
( 一 ) 洲试单盐与混合盐对原生质体完整率和存活率的影晌时 , 供试材料和处理方法见
下页衰 观测方法与标准 : 1 . 用 O l y m uP s通用研究显微镜检查 ( 40 0 X ) 统计完整和破损原
生质体 , 每处理统计 1 0 个以上视野 , 取平均值 。 用血球计数板测定处理前后完整原生 质 体
数 。 标准 : 质膜清晰完好 , 内部可见结构 ( 主要为液泡膜 ) 完好无损者为完整原生质体 , 否
则为破损原生质体 。
2
. 用 O。 1%酚藏花红染色法检查存活原生质体 , 不着色者为活原生质体 。
( 二 ) 洲试单盆和混合盐对原生质体孩扭性的影晌时 , 供试材料为 小 会 ( 品种 6 2 3 ) 幼
叶 将叶片切成宽约 l m m小碎片后按 .上法用 1 . 5%纤维素酶 O n oz u k a R 一 10 , 0 . 5%果 胶 酶
广 西 植 物 10卷
试验方式补 植 物 名 称 供试材料 原生质体分离和盐液处理
1
.甘蔗 ( Sc a e吞 a r u阴 。介
了`。 ni ar u mL .品种台
糖 13 4 )
田间栽培植株
无菌培养苗
2
.置草 (H eoc r o a el l i s
f
“ I va L
.
)
3
.小麦 (T rit i eu协 a` st i-
口 u沉 L . )
分别用下列介质 (浓度 单位 : ml o . 1一 l ): ( 1 )
K C 10
梢 部 幼 叶 } C场
幼叶、 根尖 0 。 1 4 ;
.
3 9 : ( 2 )C a C I,
·
ZH : 0 0
.
2 5 ; ( 3 )M g
.
3 3 ; ( 4 ) K C I 0
.
1 9+ C a C I:
·
Z H a O
( 5 ) K C I 0
.
1 9 + M g C I: 0
.
1 6 分别配制
幼叶
第一片幼嫩
真叶
子叶 、 下胚
轴
的 E A 3一 86 7 纤维素酶 ( 1 万 , 根尖用 1 . 5多 )
混合液 ( p H S . 6、 5 . 8) 于 30 ℃ 恒温水浴中酶解 1
、 4 小时 ( 视不同材料而异 ) 。
4 马尾松 ( P ` n u s m a s s -
o 称 i a n a L a m b
.
)
查草 幼叶
1
. 用 2 拓纤维素酶O n o z u k a R 一 10 , 1拓果胶
酶 ( S e r v a ) 和 o . 6 m o l . l一 1 甘露醇混合液 ( p H
弓. 6 )分离原生质体 ; 艺, 离心 ( 10 09 )法纯化原生
质体后 . 分成 5 等份 , 用与 I 相同的介质分别在
25 ℃水浴中处理 10 小时。
. 试验方式为 I 。 原生质体分离期间单盐和混合盐对原生质体完整性的影响 . 双 . 单盐和混合盐对游离腻生质
体完整性和活力的影响 。 各盐溶液的溶质势均约为 一 15 . 1一 1 6 . 2 巴。
( se vr
a ) 和。 。 5 m ol . 1一 ` 甘露醇混合液 ( p H S . 6~ 5 . 8 ) 分离原生质体。 纯化后分成若干等
份 , 分别用如表 3 所列的五组不同浓度单盐和混合盐 ( 溶质势均在 一 14 ~ 一 15 巴左右 ) 处理 ,
于室温 ( 2 8 土 1 ℃ ) 下静置保温 5 小时后 , 离心 ( 14 20 9 ) 10 分钟 , 取定量上湾液用苟三酮
显色 , 于 5 80 n m处测 O . D .值 , 再计算游离氨基酸量 〔名〕 。
测定介质电阻值时 , 将经各组不同浓度单盐和混合盐处理过 6 小时的原生质体 , 用离心
( 10 0 9 ) 法除去盐溶液后 , 改加 0 . 5 m ol . l一 ’ 甘露醇 溶 液 , 于 室 温 ( 2 8 士 1 ℃ ) 保 温 6 小
时 , 离心 ( 1 4 20 9 ) 10 分钟 , 取定量上清液 , 用蒸馏水稀 释一定倍 数 , 用 D D S 一 1 型 电 导 仪
测其电阻值 。 取同量0 . 5 m ol · 1一 ’ 甘露醇溶液加蒸馏水稀 释同样倍数 , 以其电阻值校 正 各
处理材料的介质 电阻值 。
( 三 ) 超妞物歧化醉 ( S O D ) 的提取和活性瀚定
1
。 将小麦幼叶切成长约 1 c m 切段 , 混合均匀后分别称取 6 份 O。 59叶段置小锥形瓶内 。
分别加定量蒸馏水 , 0 . 3 9 m o l · l 一 ` K o l , 0 . 2 5 m o l 一 l 一 ` o a C I : · ZH Z O , 0 . 3 3 m o l · l一 ’
M g o l
: , 0
.
1 9 m o ,
·
l
一 1 K o l + o
.
i 4m o l
·
1
一 1 o a G I:
·
Z H : O
,
0
.
1 9 m o l
·
1
一 1 K o l +
O
。
16 m ol
·
1
一 ’ M g C I :
, 减压渗入后 , 在室温 ( 2 8 土 1 ℃ ) 静置 15 ~ 16 小时 。 去除处 理 溶
液并用蒸馏水洗两遍 , 冷冻 2 小时后用预冷的磷酸盐缓冲 液 ( p H 7 。 8 ) 冷磨 提 取 。 在 。 一
4 七下离心 ( 1 4 20 9 ) 5 分钟 , 上清液再于 6 00 9下离心 10 分钟 , 上清液为 s O D 粗提液 。
2
. 按 G i a n n o p o l i t i S和 R i e S ( 1 9 7 7 ) 法 [ ’ 。 ]稍加修改测定 S O D 活性 。 在 a m l 反应液
中含有 5 x l o 一 3 m o l · 1一 ’ 磷酸盐缓冲液 ( PH 7 。 s ) 、 1 3 x l o 一 。功 0 1 · 1一 ’ 甲硫氨酸 、 7 5 火 10一
m o l
·
1 一 ’ 氮蓝四哇 、 10 0 n m o l · 1 一 ` E D T A 和 2 x 10一 m o l . 1 一 ’ 核 黄素 。 加入6 0 协1 S O D
后 ( 对照管用磷酸盐缓冲液代替酶液 ) , 在 35 0 L u x 萤光灯下照光 20 分钟 , 中断照光后罩以
4期 何若夭等 : 植物单盐毒害和离子拮抗机理研究 I
质体膜某些特性 、 超氧物歧化酶和过氧化单盐和混合盐对植物原生
3 31
氢酶活性的影响
黑布 。 用 S hi m a zd u U V 一 12。一。 2分光光度计于 65 0 二 m处测 O . D .值 , 计算反应抑制百分数 ,
以能引起反应初速度 ( 不加酶时 ) 半抑制 ( 50 % ) 时的酶量为一个 S O D活性单位 。
( 四 ) 过氛化氮醉的提取和活性测定 1 。 供试材料和盐液处理及酶液提取均同 ( 三 ) ,
但改用 s m l含 1 %聚乙烯毗咯烷酮的 50 m m ol · l一 ` 磷酸盐缓冲液 ( p H 7 . o ) 提取 。
2
. 过氧化氢酶活性测定按李伯林和梅慧生 ( 19 8 9 ) 法 [ ` 〕略加修改 。 5 m l反应 液 中 含
5 0 m m o l
·
l 一 ’ 磷酸盐缓冲液 ( p H 7 . o ) 和 3 0 nI m o l · l ` H Z O : , 加入 10 0拼 l酶液 , 3 0 ℃水
浴中反应 2 分钟后加入 2 m l l0 % H : 5 0 `终止反应 。 用。 . 1 N K M n O 4滴定残 留 H : O : 。 按
H : O
: 消失量计算过氧化氢酶活性 。
实 验 结 果
一 、 单盐和混合盐对原 生质体分离的影晌
单盐 ( 0 K I , C a C 12或M g o l : ) 和混合盐 ( K C I + C a C I : 或 K C I + M g C I : ) 对原生质体
产量有明显影响 ( 表 1 ) 。 二价阳离子 ( C a “ + 或M g Z + ) 对原生质体的分离普遍有不同程度
表 1 单盐和混合盐对植物原生质体产最和完整率的影响荟
T a b l e 1 E f f e e t o f s i n g le s a l t a n d e o m P l e x as l t s o n y i e l d s a n d i n t e g r l i t y
o f P l a n t P r o t o P la s t s
.
植 物 材 料 盐 液 类 型
P l a n t m a t e r i a l s T y P
e o f as l t
完整原生质体 …破损原生质体
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甘蔗梢部幼叶
Y o u n g l e a f o f
S U g a f C a n e
K C I
C a C I :
·
Z H : 0
K C I+ C a C I:
·
Z H : 0
K C I
M g C I :
K C I+ M g C I :
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C a C I :
·
ZH a o
K C I+ C a C I :
·
Z H : 0
K C I
M g C I :
K C I+ M g C I
:
K C I
C a C I
:
·
ZH : 0
K C I+ C a C I :
·
Z H : 0
K C I
M g C I
:
K C I+ M g C I
:
5
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8 9
2
。
0 9
3
.
3 7
3
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1 0
0
。
9 6
1
。
3 1
2 3 6
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7 3
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3
1 0 0
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5
4 7
.
8
7 0
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9
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。
6
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。
8
5 5
。
2
7 7
.
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.
4 4
。
8
无菌培养的甘蔗幼
苗叶片
L e a f o f s t e r i l i z e d
e u l t u r a l s u g a r e -
a n e s e e d l i n g
1 0 9
8 1
。
2
1 0 0
3 4
。
0
5 6
.
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3
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.
0
4 4
。
0
3 7
.
7
叮`行1OU性才n八…11
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l
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3 7
l
。
1 3
1
.
2 8
1 0 7
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3
1 0 0
3 4
。
0
6 2
.
0
6 3 0
6 6
.
0
3 8
。
0
3 7
。
0
叫甘蔗根尖
R o o t t i P o f
S U g s r C a l e
2
.
0 5
1
.
2 0
1
.
6 4
7 3
。
2
1 0 0
4 3
。
5
7 1
。
4
8 3
。
2
5 6
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5
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1 6
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l
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2 1
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3
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2
1 0 0
4 9
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3
6 0
7 7
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39
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3
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。
5
33 2 广 西 植 物 1 0卷
续表1
植 物 材 料 盐 液 类 型二
P la n t m
a t e r i a l s T y P e o f sa l t
“ ”臀质体…破损臀质体
I n t a c t {D a m a郎 d
p r o t“ p la “ t“ 多 {p r o t o p la “ t “ 形
…5户O,J几自口d人n!!州|
1
1
1引 l、l0CU芝草叶片
L e a f o f H e 仍 e -
r o e a l l i s f u l v a
K C I
C a C I :
·
Z H : 0
K C I+ C a C I :
·
Z H : 0
K C I
M g C l
z
K C I+ M g C I :
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0 9
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3 5
2 5 7
2 5
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2
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O自厅」
八Uù0自1.n“n甘一qé11CU
O口,土óUJ任,自OU…,几连U,1
小麦幼苗叶片
L e a f o f w h e a t
se e d l i n g
K C I
C a C I :
·
ZH : 0
K C I+ C a C I :
·
ZH : 0
。
4 8
.
3 1
1 1 9
.
4
1 0 6
1
.
2 4
1 2 8
。
7
2 3
.
3
1 0 0
八O一UQó八0nJ,自…1.ùn1占马尾松幼苗子叶C o t y l e d o n o f
尸 i” “ s 阴 a s s o n ia ” a
s e e d l i n g
引.洲!月……l马尾松幼苗下胚轴
H y p o e o t y l o f
尸认 u s m a s s o ” 记 “ a
se e d li n g
K C I
M g C I
:
K C I+ M g C I
:
K C I
C a C I:
·
Z H : 0
K C I+ C a C I :
·
z H : 0
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M g C I名
K C I+ M g C l a
K C I
C a C I :
·
Z H : 0
K C I+ C a C I :
·
Z H : O
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M g C I:
K C I+ M g C I :
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8 6
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1
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0
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.
5 1
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2 5
3 2 4
2 0 4
1 0 0
1 7
.
2
1 6
.
3
6 6
。
7
8 2
。
8
8 3
。
7
3 3
。
3
· 三次实验的平均值
.
T卜e 坦 e a n 丫 a l皿 e o f t h介 e e盆 P e r im e n t s
二 各单盐浓度 ( m o l . 1一 : )为 : K C I 0 . 5 9一 C a C I: · 2H 10 0 . 2 5 , M g C I: o . s a
混合盐中各盐浓度为 : K C I 0 . 1 9 + C a C I: · 2瓦 0 0 . 1`一 K C I 0 . 1 9 + M g C I: 0 . 1 6
二 }乙a e h e o n e e n t r a t i o n (m o l · l一 1 ) o f s i n 恋l e s a l t 15 K C I 0 . 3 9 , C a C I二 Z H : 0 o . Z a , M公e l: 0 . 5 5 .
`
r h o e o n e , n t r a t i o n o f
e o tn p l e x s a l t s a r e K C I 0
.
19 + C a C I:
·
2 1H 0 0
.
1` , K c l 0 . 1 , + M g CI : 。 . 1二
4期 何若夭等 :植物单盐毒害和离子拮抗机理研究 1 .单盐和混合盐对植物原生质体膜某些特性 、 超氧物歧化酶和过氧化氢酶活性的影响 3 3 3
表2 单盐和混合盐对首草叶肉原生质体完整率和存活率的影响
T ab l e 2 E f f e e t o f si n gl e s al t an de o mP l e x s al t o sn t h e P e r e e n t a ge o f i n t e gr i t y
an d vi t al i t yo f i so l at e d me so P h yl l P r o t o P l a st so f H 。 。 e r o e al l落。 f u l v a
处 理 试验编号
E x P e r i -
完整原生质体
In t e at P r o t o P l a st s
( X 10
4
·
ml
一 1)
T r e at爪一
e l t
破坏原生质
体 (多 )
D a m a ge d
完整原生质
休 (万 )
In t a Ct
存活原生质
体 (多 )
V i t al
r D e n t
N o
.
处 理 前
B e f o r e
t r e at me l t
处 理 后
B e h i n d
t r e at me n t
破坏原生质
体数
A mo u n t o f
d a m a ge d
P r o t o P l a st s
(x 0 1一
ml
一 1)
P r o t o P l a st s}P r o t o P l a st s
(多) (形 )
P r o t o P l a st s
(多)
5 9
。
7
3 8
。
8
5 2
。
3
8
。
0
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4
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6 7
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1 2
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1 3
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m o l
.
1一 i
.然 g户:
的抑制效应 。 而单价阳离子 K + 通常对原生质体分离有明显促进作用 。
但从原生质体的完整率看 , 以单盐处理者 , 在各供试材料中 , 所得完整原生质体百分率
均降低 , 破损率增高 , 尤以 K 干离子的影响为严重 。 以混合盐处理者 , 完整原生质体 百 分 串
广 西 植 物 1 0卷
较高 , 破损率低 。 和单盐处理者相 比 , 在混合盐存在下 , 完整原生质 体在甘蔗梢部幼叶和无
菌培养的甘蔗幼苗叶中分别高 3 5 . 0 %和 1 6 . 2% , 在甘蔗根尖中高 2 4 . 0 % , 在置草 幼 叶 中 高
2 0
。
2%
, 在小麦幼叶中高 3 0 . 4% , 在 马尾松幼苗子叶和下胚轴中分别高 20 . 0 %和 38 . 9% 。
二 、 单盐和混合盐对游离原 生质体完盆率与存活率的影响
由表 2 可见 , 经 K C I , C a C 12 或M g C 12 等单盐处理者 , 残存的完整原生质体分别平均为
34
.
4%
,
50
.
3 %和 50 . 7% , 存活原生质体分别为 2 . 9% , 5 2 . 2% 和 3 7 . 5% 。 经 K C I + o a C I : 或
K 0 1 + M g C I
: 混合盐处理者 , 完整原生质体分别平均为 70 . 6 %和 63 . 4 % , 存活原生质体分别
为 7 3 . 5%和 5 7 . 8% 。 即在 K C I + C a C 12处理下 , 完整原生质体和存活原生质 体分别比K + 处理
者提高 36 . 2%和 70 . 6% , 分别比 C a Z 十处理者提高 20 . 3% 和 2 1 . 3% 。 在 K C I + M g C I : 处理下 ,
完整原生质体和存活原生质 体分 lBJ 比 K 十处理者提高 29 . 0%和 5 4 . 9% , 分别 比M g 么十处理者提
高 1 2 。 7%和 2 0 。 3 % 。
三 、 单盐和混合盐对小交叶肉原生质休游离氮基酸渗漏且和介质电阻值的影晌
为阐明单盐和混合盐对质膜透性的影响 , 我们选用细胞游离氨基酸渗漏量和介质电阻值
表 3 单盐和混合盐对小麦叶肉原生质体游离氨基酸渗漏量和介质电阻值的影响 ·
T a b l e 3 E f f e e t o f s i n g l e as l t a n d e o m P l e x s a l t s o n t h e P e r e o la t i n g a m o u n t o f
f r e e a m i n o a e i d a n d t h e m e d i u m
e l e e t r i e r e s i s t a n e e v a l u e o f w h e a t
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e s o P h y l l p r o t o P l a s t s *
介质游离氨基酸量
A m o u n t o f f r e e
盐 液 类 型 a
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介 质 电 阻 值
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.
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.
5 4 M m a n n i t o l
2
.
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.
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·
Z H: 0 + 0
.
5 4 M m a n n i t o l
s m M K C I+ 0
。
5 4 5M m a n n i t o l
s m M M g C I: + o
.
5 4 M m a n n i t o l
2
.
sm M K C I+ 2
.
sm M M g C I: + 0
.
54 M m a n n it o l
5 0
.
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4 0
.
7士 1 5 . 9
1 2
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.
6
5 0
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3 3
.
6士2 . 5
1 0
.
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2 5
.
8士2 . 8
2 2
.
3 士4 . 2
14
.
4士1 . 7
2 5
.
8 士2 . 8
2 7
.
7士2 . 5
8
.
2士2 . 0
1 5 0
.
8士4 0 。 2
1 2 5
.
1士3 1 . 0
6 1
.
9士1 4 . 6
4 0 9
。
3 3 0
。
1 0 0
1 6
.
5 6士 5 。 1
1 0
.
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2 4
.
5 5土1 0 . 0
1 6
.
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1 4
.
5 0士6 . 2
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.
3 1士3 . 6
13
.
5 4士1 . 6
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.
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1 3
.
5魂士1 . 6
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.
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.
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1 7
.
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2 0
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2 9
。
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6 7
。
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。
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.
5 3 5M m a n n i t o l
1 0m M C
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·
Z H : 0 + 0
.
5 3 m a n n i t o l
s m M K C I+ s m M aC C I
:
·
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.
5 3 M m a n n i t ol
10 m M K C I+ 0
.
5 3 5M m a n n i t ol
10m M M g C I
: + 0
.
5 3 M m a n n i t o l
s m M K C I+ s m M M g C I: + 0
.
5 3 M m a n n i t o l
5 0m M K C I+ 0
。
4 6M m a n n i t o l
5 0m M C
a C I :
·
Z H盆0 + 0
.
4 5 4 M m a n n i t o l
2 5m M K C I+ 2 5 mM C a C I :
·
Z H : 0 + 0
.
4 5 8M m a n n i t o l
2 7
。
8
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。
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4 期
续表 3
何若天等 : 植物单盐毒害和离子拮抗机理研究 1 . 单盐和混质体膜某些特性 、 超氧物歧化酶和过氧化氢酶活霆盐对植物原生的影响
介质游离氨基酸量
A mo u n t o f f r e e
盐 液 类 型 a mi n o aC i di n me 一
i d U m
介 质 电 阻 值
E l e e t r i e r e si st an C e
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.
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。
6 1士6 . 6
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.
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5 0m M M g C I: + 0
.
4 5 4M m a n n i t o l
2 5m M K C I+ z s m M M g C l a + 0
.
4 5 s M m
a n n i t o l
10m M K C I+ 0
.
3 7 8 M m
a n n i t o l
10m M C
a C I ,
·
Z H : 0 + 0
.
3 75 M m
a n n i t o l
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·
ZH : 0 + o
.
3 6 4M m a n n i t o l
1 0 m M K C I+ o
.
3 7 s M m
a n n i t o l
1 0 m M M g C I: + 0
.
3 7 5 M m a n n i t o l
50 m M K C I+ 5 0 m M M g C I: + o
.
3 6 4 M m a n n i t o l
0
.
3 9M K C I
0
.
Z sM C a C I:
·
Z H : 0
0
。
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.
1 4M C a C I
:
·
Z H : 0
0
.
3 9 M K C I
0
.
3 3 M M g C I:
0
.
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.
i 6M M g C I:
9 5
.
1士 1 1 . 7
8 1
.
7士 8 . 0
5 1
.
5士 7 . 8
9 5
.
1士 1 1 . 7
9 0
.
3士4 . 9
4 7
.
8士 1 3 . 9
1 9 8
。
1 8 8
。
1 0 0
5
.
2 5士2 . 0
1 0
.
4 1士4 . 6
25
。
2 8士7 . 0
9 0
.
7士 1 3 . 4
6 4
.
9士6 . 1
4 5
.
9士 1 0 . 1
1 8 5
。
1 3 2
。
1 0 0
2 4
.
1士5 . 1
2 2
.
7士5 . 0
2 4
.
2士 3 . 0
1 6 9
。
1 5 9
。
1 0 0
2
.
5 6士 2 . 7
3
.
4 4士 2 . 8
5
.
5 1士 2 . 0
4
.
5 5士 0 . 5
5
.
0 8士0 , 6
7
.
3 5士 . 0 8
. 均为四次实验的平均值 。
.
T h
e m e a 。 丫 a lu e o f f o u r e x P e r i m e n t :
`
为膜透性的指标 。 表 3 表 明 , 经不同浓度K C I 、 C a 0 1: 或 M g C I : 等单盐处理的小麦叶肉原生
质体游离氨基酸渗漏量均明显高于用 K C I + CaC I : 或 K C I + M g C I : 等混合盐处理的 。 其中用
K OI
、
o aC I
: 等单盐处理者 , 其游离氨基酸渗漏量比用K 十 + C a Z + 混合盐处理的分别高 7 9 . 2~
3 0 9
.
8% 和 3 2 . 7~ 2 30 . 9% , 用 K C I、 M g C I : 等单盐处理的 , 游离氨基酸渗漏量 比 用 K 十 +
M g 要令混合盐处理的分别高 6 9 。 7~ 4 04 %和 5 9 . 9 ~ 2 3 7 . 8% 。
经不同浓度 K C I 、 C aC 1 2或M g C I : 等单盐处理的小麦叶 肉原生质休的介质 电阻值均明显
低于用 K O I + C a C I : 或 K C I 十 M g o l : 等混合盐处理的介质 电阻值 。 经 K o l 、 C叨 l : 等单盐处
理者分别 比用 K + + o a : + 混合盐处理者低 32 . 5一 72 . 7%和 20 . 7一 64 . 0% ; 经 K C I 、 M g C I : 等
单盐处理者分别 比用K + + M g : + 混合盐处理者低 2 7 . 9一 6 7 . 4%和 30 . 7一 59 . 1% 。
质膜渗漏 电解质多 , 电阻就小 〔 6 〕 。 因此 , 上述两项测定结果非常吻合 。 均表明单 盐 明
显破坏膜的正常透性 , 导致外渗电解质和非电解质增多 , 从而介质导电率增高即电阻值低 。
而由单价和二价金属离子 (K 令 + C a Z + 或 K + + M g Z 斗 ) 组成的混合盐对膜透性有明显保护作用 。
不 同浓度的单盐和混合盐对小麦叶肉原生质体游离氨基酸渗漏量和介质 电阻值的影响并
3 3 6广 西 植 物 1 0卷
无 表现随盐浓度增高而渗漏量增加之现象 。 这可能与各批所取试验材料不同有关。
四 、 单盐 和混合盐对小麦叶 S O D 和过舰化氮醉活性的影晌
已知需氧生物在还原O : 至 H ZO 的过程中会产生带有单个电子的氧自由基 O 了 ( 犯P e ro -
幼d e) ,许多生物分子的 自动氧化也能产生 O了。 O 百还能诱生如 H : O : 及轻基自由基O且 · 等
表 4 单盐和混合盐对小麦叶 5 0 0 活性的影响
T a b l e 4 E f f e e t o f s i n g l e s a l t a n d e o m p l
e x s a l t s o n t h e a e t i v i t y o f
s u P e r o x i d e d i s m u t a s e s i n w h e a t l e a f
处 理
万
T r e a t m
e n t
超氧物歧化酶活性
S O D a e t i v i t y ( U n i t s
·
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一 i F w )
E x P
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.
2 E x P
.
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d i s t i l l e d w a t e r
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.
3 9 m o l
·
1一立 K C I
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.
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·
1一皿 C a C I :
·
Z H : 0
0
.
1 9 m o l
·
i 一 1 K C I+ 0
.
1 4 m o l
· 一 1 C a C I: · Z H : 0
0
.
3 9 m
o l
·
1一 1 K C I
0
.
5 3 m
o l
·
1 一 1 M g C I :
0
.
1驴祖 0 1 · 1一 1 K C I+ 0 . 16 m o l · 1一 1 M g C I:
。
2 5 6
.
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.
3
.
6/ 54
.
6 .
6 1 7
。
3
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。
5
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.
8
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.
6 5
。
1 4 5
。
0
7 7
.
6
3 8
,
3
6 3
。
3
1 16
.
6
3 2
.
8
5 4
.
3
1 0 0
O山O
:
7 0
1 2 8
1 7
.
3
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。
3
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.
6
6 6
.
0
1 1 5
。
0
1 2 7
。
7
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.
6
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。
7
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。
2
5 4
.
6
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。
2
1 0 0
一八n一óRō
巨.匹叹一际磕l
. 与K 十 + C a . 令混合盐处理的比为6 6 . 6% , 与 K + + M g , + 混合盐处理的比为 5 4 . 6%。
. T h e 6 6
.
6% 1
5 r a t i o t h
a t t r e a t m e n t 节 i t h K + + C a 蕊十 e o 爪 p l e x s a l t s , a n d t h e 5 4 。 6% 15 r a t i o t h a t
t r e a t m e n t w i t h K + + M g 吕
奋 e o m p l e x s a l t s
.
表 S 单盐和混合盐对小麦叶过氧化氢酶活性的影响
T a b l e 5 E f f e e t o f s i n g l e sa l t a n d e o m p l e x sa l t s o n t h e e a t a l a se
a e t i v i t y i n w h e a t l e a f
处 理
过氧化氢酶活性
C a t a l a s e a e t i v i t y
(卜M H : 0 :
·
g 一 I F w
·
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T r e a t m
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E x P
.
1 E x P
.
2 E x P
.
3 又
d i s t i l l e d W a t e r
m
o l
·
1一 1 K C I
m
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·
1
一 1 C a C I :
·
Z H : 0
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·
z
一 1 K C I+ 0
.
1 4 m o l
·
l 一 1 C a C I ,
·
Z H a o
m
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·
1
一 1 K C I
m
o l
·
1一玉 M g C I :
m
o l
·
1
一 1 K C I+ 0
.
1 6 m
o l
·
1一 1 M g C I:
3 4 2 1
.
3
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。
0
1 8 5 6
。
9
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。
5
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。
3
2 2 4 5
.
5
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。
4
2 4 7 9
。
2
1 4 8 8
.
7
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.
0
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。
9 9 1
。
2 5 4 6
。
4
1 7 0 3
。
8
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。
9
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。
8
1 2 2
.
0 / 1 1 8
.
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8 1
。
6
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10 0
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1 5 5 6
.
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1
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.
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。
2
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。
7
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。
9
O甘心JQ口比J内ldl占…O臼nU八U
. 与K + + C a 盆十混合盐处理的比为 12 2 . 。% , 与K 今 + M g 盆令混合盐处理的比为 1 1 8 . 1%。
. T h e 1 2 2
.
0% i
: r a t i o t h
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.
1% 1
5 r a t i o t五a t
t r e a t m e n t 下 i t il K + + M g ` + e e m p l e x s a l t s .
4期 何若天等 :植物单盐毒害和离子拮抗机理研究 1 .单盐和混合盐对植物原生质体膜某些特性 、 超氧物歧化酶和过氧化氢酶活性的影响
〔。 ” “ 一 ’ ` 」。 这些物质对细胞尤其是膜系统有毒害作用 〔 ’ “ j 。 SOD 能清除氧 自由 基 , 其 活
性变化与细胞 内氧 自由基的活动密切相关 。 因此 , 通过测定 S O D 活性可了解细胞内 自由基
的动态 。 小麦幼苗叶片经 K C I 、 C a C 1 2 或 M g C 12等单盐及 K C I 十 C a C 1 2 或 K o l + M g C I : 等
混合盐处理后 , 其 S O D 活性有明显差别 (表 4 ) 。 即凡经单盐处理者 , SO D 活性均极显著地
低于用混合盐处理的 。 用 K C I 处理者 , 其 S O D 活性比 K 十 + C犷 十 或 K 十 + M g 忍小 混合盐处
理者分别低 67 . 2%和 4 5 . 4% ; C a C 1 2处理者 比 K 十 + C a ’ 十处理者低 4 5 . 7% , M g 0 12 处理者比
K
+ + M g
“ 十处理者低 60 . 8% 。 上述结果表明单盐明显降低了细胞 内 S O D 活性 , 而由单价 和
二价金属离子组成的混合液不仅没有降低 S O D 活性 , 反 比经蒸馏水处理的高 。 这意味着 混
合盐对 S O D 活性似乎有激发效应 。 尽管所用盐溶液浓度 ( 溶质势均在 一 14 巴左右 ) 会给细胞
造成水分胁迫 , 有可能改变 S O D 活性 , 但在此看来 , 水分胁迫的影响并非主要因素 。
经单盐处理的小麦幼叶过氧化氢酶活性同样明显地低于用混合盐处理的 。 经 K C I 处理
者 , 其过氧化氢酶活性分别比经 K + + C a Z十 或 K 十 + M g Z + 混合盐处理者低 18 . 4%和 2 % ,
C a o l
Z处理者 , 比 K 十 + C a ’ 十处理者低 1 5 . 9% ; M g C 12处理者比K + + M g “ + 处理者低 4 0 . 7% 。
与 S O D 相反 , 凡经单盐或混合盐处理的 , 其过氧化氢酶活性均明显低于用蒸馏水处理 的 。
这意味着过氧化氢酶活性似乎对水分胁迫和 / 或盐敏感 。
讨 论
1
. 我们所用含一价和二价金属离子的无机盐均为氯化物 , 即只存在一种相 同的单 价 氯
离子 。 本试验结果表明 , 单种 K 十 、 C a Z + 或M g 各 + 的氯化物处理 , 不管对原生质体的酶解分离
中的原生质体或对已游离的原生质体来说 , 破损原生质体均较多 , 存活原生质体明显减少 ,
其中以 K + 处理者为至 , 而含一价和二价阳离子的氯化物混合盐尽管和单盐溶液一样均为高
溶质势溶液 , 但在保护原生质体完整性与存活力等方面却起了重要作用 。
对质膜透性亦有类似影响 , 与含一价和二价阳离子的氯化物混合盐相 比 , 含单种金属离
子的盐类对质膜透性有明显改变 。 从介质游离氨基酸和电阻值来看 , 单种 K 十 、 C a “ 十或M g ’ +
等氯化物均明显地增加 了细胞 电解质和非电解质 .匀渗漏量 。 此种渗漏量的增加表明质膜透性
增加或受损 〔 ` “ 〕 , 其中亦以 K 十处理者为甚 。 而含一价和二价 阳离子的氯化物混合盐处理者 ,
渗漏量明显降低 。 这与上述混合盐在保护质膜的完整性方面起重要作用的结论是一致的 。
显然 , 由于我们所用的盐类均为氯化物 , 所不同者仅为阳离子 , 因此 , 对原生质体完整
性和存活力及膜透性的影响起主要作用的是阳离子而非阴离子 C I 。 这与大多数生理学者的
看法 [ ` “ 】一致 。
2
。 迄今对单盐毒害和离子拮抗作用机理主要有两种看法 。 一种认为单价阳离子能 增 加
膜透性 , 二价阳离子降低膜透性 , 此种单方向透性变化最终会导致细胞死亡 , 只有一价和二
价 阳离子以合适比例共存才能维持膜的正常透性 〔 2 。 〕 。 另一种看法认为二价阳离子对原生质
结构具有浓缩作用 , 而一价阳离子则有稀 释作用 , 这些作用之产生主要是由于它们改变了原
生质 内大分子 ( 如蛋白质 ) 间的平均距离 , 当两类阳离子以合适比例共存时才能维持原生质
结构的正常状态 〔” 〕 。 前者侧重于膜透性的改变 , 后者着重于细胞质 内物相 之变化 。 此外 ,
再没有提出更进一步的看法和实验证据 。 按本实验观测结果 , 单价和二价阳离子不仅引起质
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4期 何若天等 : _植物单盐毒害和离子拮抗机理研究 1 . 单盐和混合盐对植物原生质体膜某些特性 、 超氧物歧化酶和过氧化氢酶活性的影响
膜发生不同程度的破裂 , 而且引起内部可见 的液泡膜也发生破裂 , 其中以单价 阳离子的破损
作用为甚 。 此种现象之产生 , 我们初步认为单价 K 十离子和二价 C a Z + 或M g Z 十离子可能首先改
变膜的物相变化 , 继而导致细胞正常结构破坏 。 在正常生理条件下 , 膜相表现为液晶态 , 单
价阳离子 ( 如 K + ) 可能促使膜双脂层由液晶态转为液态而引起膜破裂 。 二价 阳离子 (如C a Z十
或M g “ 十 ) 可能促使膜双脂层由液晶态转变为凝胶态 。 B os s和M ot 七 ( 1 9 80 ) 曾借 助 5 一硝 酞
硬脂酸为探针 , 测定胡箩 卜原生质 体的电子自旋共振所得曲线图谱证明 10 m M和更高浓度的
C a
“ 十 明显降低膜脂的流动性 [ “ 。 O n i o h i 和 I t o ( 1 97 3 , 1 9 7 4 ) 据其人工膜试验所得结果 ,
认为 C a Z ` 结合到负电荷的磷脂上 , 会使双脂层中的脂类集结成不连继的群 丛 [ ’ ` ’ “ 2 〕 。 这
些结果均表明二价阳离子使膜脂转变为凝胶态 , 此种膜相变结果会使膜收缩而发生 “ 龟裂 ”
〔 ` 日〕 , 从而导致膜破裂 , 但破裂程度可能不 如单价离子的影响那么大 。
此外 , 鉴于盐害会引起细胞 内产生诸如 O 万 、 H Z O : 、 H O ’ 和 ’ O : 等对细胞有毒害的自
由基 , 。 〕 。 这些 自由基累积量超过伤害阂值时会首先破坏膜的结构 。 它们会引起膜脂过 氧 化
加剧和膜脂脱醋化增加 , 从而破坏膜结构的完整性 , 表现为选择透性增大 , 电解质和某些小
分子有机物 ( 如氨基酸 ) 漏失 t “ ” 。 〕 。 因此 , 我们不能排除在高浓度的单种盐类作用下 , 有
可能诱发自由基产生或积累较多而导致膜破坏 。 SO D 和过氧化氢酶均为生物保护性酶 , 它们
能清除机体中有害氧 自由基和 H Z O : 以保护生物膜免遭伤害 7 ’ . ” ` 〕 。 通过测定 S O D 活性
还可以洞察细胞内自由基的动态 口 〕 。 本试验结果表明 , 单种金属离子明显降低 S O D 和过氧
化氢酶活性 , 而单价和二价金属离子混合物处理则提高 S O D活性 , 对过氧化氢酶活性并无多
大影 响 。 这些结果意味着在单盐作用下 , 细胞内超氧物阴离子 自由基可能高于用混合盐处理
的 。 再因过氧化氢酶活性降低 , 其细胞内残留 H : O : 较多 , 有可能会通过 O 百+ H : O : ` O H .
+ O H
一 + ’ O : 反应产生毒性更强的氢氧 自由基 O H ’ 和单线态氧 ’ O : 〔。 ’ 吕」。 这些产物的累
积 , 有可能引起膜脂发生过氧化而遭受破坏 。 这些结果和上述透性的破坏以及膜破裂较多的
现象一致 。 因此 , 综上所述 , 我们初步提出简图 1 来表示单盐对植物细胞毒害的可能机理 。
只有在单价和二价金属离子以合适 比例共存时 , 才能使膜系维持正常的液晶态和维持较高活
性的 S O D和过氧化氢酶等生物保护性酶 。 这也许是所谓 “ 离子拮抗作用 ” 的原 因 。
〔 1 〕
( 2 〕
〔 8 〕
参 考 文 献
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、 ,é .,尹、护.、J、 .沪勺U月生民JnD阶`月沪、r`气2.了曲r生、
3 4七 广 西 植 物 1 0卷
〔 9 〕 B o s s , W . F . , a n d R . L . M o t t , 2 9 8 0 : E f f e e t s o f d i v a l e n t e a t i o n s a n d p o l y e t h y l e n e
g l y e o l o n t h e m e m b r a n e f l u id i t y o f p r o t o p l a s t
.
P l a n t P h y s i o l
.
6 6 : 5 3 5、 5 3 7
〔1 0 〕 C u r t i s , 0 . F . a n d D . G . C l a r k , x 9 5 o : A n I n t e r o d u e t i o n t o P l a n t P h y s i o l昭 y . M e -
G r a w
一
H i l l B o o k C o
.
I n e
.
N e w Y o r k
,
P
.
3 5 3
.
〔n ) C a6 o H o H , 八 . A . , ( 刘富林译 ) , 1 9 5 7 : 植物营养生理学原理 。 科学出版社 . 北京 , 205 页 。
〔1 2 〕 F r i d o v i e h , 1 . , 1 9 7 5 : S u P e r o x i d e d i s m u t a s e . A n n . R e v . B i o e h e m . 4 4 : 1 4 7、 1 5 9 .
〔1 5 〕 F r i d o v i e h , 1 . , 1 9 7 6 : o x yg e n r a d i e a l s , h y d r o g e n p e r o x i d e , a n d o x y g e n t o X i c i t y .
I n
:
F r e e R a d i e a l I n B i o l馆 y ( e d . b y W . A . P r y o r ) , A e a d e m i e P r e s s , Ne w Y o r k ,
C h a P
.
6
.
( 1 4〕 F r i d o v i e h , 1 . , 1 9 7 5 : T h e b i o l昭 y o f o x y g e n r a d i e a l s . T h e s u p e r o x i d e r a d i c a l 15
a n a g e n t o f o x y g e n t o x i e i t y ; S u p e r o x i d e d i s m
u t a s e p r o v i d e a n im P o r t a n t d e f
-
e n e e
.
S e i e n e e
,
2 0 1
:
8 7 5、 8 8 0 .
〔15 〕 G a l u n , E . , 1 9 5 0 : P a n t p r o t o p l a s t s a s p h y s i o l o g i e a l t o o l s . A n n , R e v . P l a n t P h y -
5 10 1
.
3 2 : 2 3 7、 2 6 6 .
〔16 ) G i a n n o P o l i t s , C . N . a n d S . K . R i e s , 1 9 7 7 : S u P e r o x i d e D i s m u t a se s 1 . o e c u r r e n e e
i n h i g h e r P l a n t s
.
P l a n t P h y s i o l
.
5 9 : 3 0。、 3 1 4 .
( 17二 G r e e n h a m , C . G . a n d H . D a da y , 1 9 5 7 · E l e e t r i e a l d e t e r m i n a t i o n o f e o l d 加 r d i n e s s
i n T r i f o l i u m er P e n s L
.
a n d M e d i e a g o sa t i v a L
.
N a t u r e 1 5 0 ( 4 5 8 5 )
: 5 4 1、 5魂3 .
( 18 〕 L y o n s , J . M . , 1 9 7 3 : C h i l l i n g i n j住 r y i n p l a 牡 t s . A n n . R e v . P l a n t P h y ia o l ’ 24 : 4 4 5
、 4 6 6 。
( 1 , ) M e a d
,
J
.
F
. ,
1 9 7 6
:
F r e e r a d i e a l m
e e h a n i 3m s o f l iP id d a m
a g e a n d e o n瞬 q u e n e e s
f o r e e l l u l a r m
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m b ar n e s
.
I n : F r e e R a d i e a l I n B i o l呀 y ( e d . b y W . A . P r y o r ) ,
A e a d e r m i e P er s s
,
N e w Y o r k
,
C h a p
.
2
.
〔20 〕 M i l l e r , E . C . , z o 3 a : P l a n t P h y is o 1Og y . M e G r a w 一H i l l B o o k C o . I n e . N e w Y o r k ,
P
.
2 6 8~ 2 7 1
.
〔2 1 ) o h n i s h i , S一 1. a n d T . I t o , 1 9 7 3 : C l u s t e r i n g o f le e i t h i n m o l e e u l e s i n p h o s p h a t i d -
y l se r i n e m e m b r a n e s i n d u e e d b y e a l e i u m i o n b i n d i n g t o P h o s p h a t i b y l se r i n e
.
B i o e h e m
.
B i o P h y s
.
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.
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: 15 2、 15 5 .
( 2 2 ) o h n i hs i
,
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.
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.
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1 9 7 4 : aC l
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一 P h o s p h a t i d y l e h o l i n e m e m b ar n e e s
.
B i o e h e m i st r y 1 5
:
5 5 1、 5 5 7 .
4期 何若天等 :
质体膜某些特性 、
离子拮抗机理研究 1 . 单盐和混合盐对植物原生超氧物歧化酶和过氧化氢酶活性的影响 3
4 1
S T U D IE S O N M EC HA N !S M O F HA RM F U L E F F E C T O F S !NG LE
SA L T A N D 10嘴 A N TAG O N IS M 1 . E F F EC T O F S I NG LE S A L T
A N D C O M P LE X S A L T S O N SO M E C HA RAC T E R IS T !C S O F
P RO TO P LA S T M E M B RA N E
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a n d w h e a t ( T r`* i e“ 川 a e s t f t, “ 川 L . ) . e o t y l e d o n a n d h y p o e o t y l o f m a s s o n p i n e ( P ”` 。 s
勿 a s s o n i a ” a L a m b . ) w e r e d e e r e a se d o b v i o u s l y d u r i n g e n z y m a t i c i s o l a t i o n w h e n t h e
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T h e a b o v e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s i n d i e a t e d t h a t t h e h a r m f
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, a n d
t h e a m
o u n t o f f r e e r a d i e a l a e e u m u l a t i o n e o u l d b e o v e r t h r e s h o l d v a l u e
, a n d e o n ,
-
q u e n t t h e p e r o x i d a t i o n a n d /o r d e e s t e r i f i e a t i o n o f l i p id i n m e m b r a n e w e er i n e er a跨 d .
43 2 广 西 植 物 10 卷
A s a r e s u l t o f a b o v e P e rm
e a b i li ty
,
t h e i n t e g r i t y o f m e m b r a n e w e r e d a m a g e d
,
d i f f e r e n t i a l l y P e r m e
a b i l i t y w e r e d e s t r o y e d
, a n d t h e e le e t r o l y t e s a n d s m
a l l m o le e u la r
s u b s t a n e e s w e r e P e r e o la t e d l a gf
e l y
, a n d t h e r e f o r e t h e m e t a b o l i s m w a s d i s o r d e r e d
a n d t h e p l a n t e e l l w a s u l t i m a t
e l y d i e d
.
T h e n o r m
a l l i q u i d 一 e r y s t a l s t r u e t u r e o f e e l l
m
e
m b
r a n e a n d t h e h i g h e r a e t i v i t i e s o f S O D a n d e a t a l a s e e a n b e m a i n t a i n e d w h e n
t h e u n i v a l e n t e a t i o n s a n d b i v a l e n t e a t i o n s a r e e o e x i s t e d w i t h a P P r o P r i a t e P r o P o r t i o n
.
K e y w o r d s s i n g l e sa l t a n d e o m P l e x sa l t s : P l a n t P r o t o P l a s t ; i n t e g r i t y o f m e m b r
-
a n e : p e r m
e a b i l i t y o f m e m b
r a n e ; s u P e r o x id e d i s m u t a se ; e a t a l a se : m e e h a 几 i 3m o n
h a r m f
u l e f f e e t o f s i n g l e sa l t a n d i o n a n t a g o n i s m
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