全 文 ：第 29卷　第 3期
2011年 9月 　　　　
广西师范大学学报:自然科学版
Journa l o f Guangx i No rmal Univ ersity: Na tural Science Edition
　　　　　　 Vol. 29　No. 3
Sept. 2011
收稿日期: 2011-04-11
基金项目: 国家自然科学基金资助项目 ( 30660036)
通讯联系人: 石贵玉 ( 1953— ) ,男 ,广西百色人 ,广西师范大学教授。 E-mail: g lshig y@ 163. com
硒对镉胁迫下罗汉果组培苗生理生化特性的影响
石贵玉 1, 2 ,宜丽娜 1 ,梁超红 1 ,李明霞1
( 1.广西师范大学 生命科学学院 ,广西 桂林 541004;
2. 广西师范大学 珍稀濒危动植物生态与环境保护省部共建教育部重点实验室 ,广西桂林 541004)
摘　要: 重金属镉对植物的生长发育有抑制作用 ,硒对植物生长有益。 实验以罗汉果无菌苗为材料 ,无菌条件
下在培养基中添加 0、 10、 50、 500μmo l· L- 1镉离子和 10μmol· L- 1硒 ,培养 20 d后分析罗汉果幼苗的相关生
理生化指标。 结果表明 ,随着镉离子浓度的增加 ,植株叶片的叶绿素含量一直下降 ;蛋白质、可溶性糖、脯氨酸
和丙二醛含量呈现上升趋势 ;超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶活性先上升后下降 ;加硒则延缓叶绿
素下降 ,增加蛋白质、可溶性糖、脯氨酸含量 ,抑制丙二醛上升 ,同时增加了超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和过
氧化物酶活性。 表明高浓度镉离子的毒害导致体内保护酶活性受到抑制 ,膜系统受到伤害 ,蛋白质、可溶性
糖、脯氨酸发生应激变化 ,从而影响罗汉果幼苗生长。 镉硒混合处理反映硒对镉的毒害有缓解作用。
关键词: 罗汉果 ;保护酶 ;生理生化 ;镉 ;硒
中图分类号: Q945. 78　　　文献标识码: A　　　文章编号: 1001-6600( 2011) 03-0060-05
罗汉果 Siraitia grosvenorii属葫芦科 Cucurbi taceae罗汉果属 Siraitia ,为多年生草质藤本植物 ,广西
永福、临桂和龙胜等县为罗汉果的主要产区 [1 ]。罗汉果果实是我国的传统中药 ,具有清热解毒、止咳润肺等
功效。 果实中还含有丰富的葫芦烷三萜甙类物质 (罗汉果甜甙 ) ,其中罗汉果甜甙Ⅴ的甜度为蔗糖甜度的
256～ 344倍 ,是主要的甜味成分 [ 2]。罗汉果是广西的重要经济作物 ,也是我国出口创汇的重要果品之一 ,
值得进一步大力开发 [3 ]。
但是近年来 ,随着农药、化肥的广泛使用和矿产资源的大量开发利用 ,导致重金属对土壤、水体的污染
越来越严重。 重金属污染也严重影响了罗汉果的产量和品质 , 2006年李斐等对 4种不同产地罗汉果重金
属铜和镉的含量进行测定 ,发现铜的含量符合重金属的限量标准 ,但是镉含量都严重超标 [4 ]。 因此控制和
减轻重金属在罗汉果中的积累已引起人们的广泛关注。
至今有关镉、硒对罗汉果的影响和硒对镉毒害下罗汉果生长的缓解作用报道较少。尤其是对镉毒害作
用的研究对象多为自然环境下生长的植物 ,对光照、温度、水分等难以做到精确掌控 ,实验数据重复性较
差。但采用植物的无菌苗作为实验材料 ,则可以较好地解决这个问题 ,并可以在不同时期重复实验。 本文
以罗汉果无菌苗为材料 ,分析不同剂量镉胁迫下硒对罗汉果幼苗相关生理生化指标的影响 ,旨在探讨镉对
罗汉果幼苗毒害的作用机理和硒缓解镉对罗汉果无菌苗伤害的生理生化机制 ,以期为重金属污染的防治
提供理论依据。
1　材料与方法
1. 1　实验材料
供试材料为广西伯林生物技术有限责任公司提供的罗汉果“青皮果”品种无菌苗。在无菌条件下 ,取无
菌苗的茎进行继代培养 ,培养基为 MS+ BA 0. 5 mg· L-1+ N AA 0. 05 mg· L-1 ,培养约 30 d,待长成 5 cm
高无根苗后转至液体生根培养基 ( 1 /2 M S+ N AA 0. 2 mg· L-1 )中诱导生根 , 15 d后进行重金属胁迫处
理。培养室温度为 ( 25± 2)°C,光照强度为 1 500～ 2 000 lx ,光照 12 h /d。
DOI : 10. 16088 /j . i ssn. 1001 -6600. 2011. 03. 009
1. 2　含镉硒培养基的配置
先配含 Cd2+为 10 mmo l /L的 CdCl2原液 ,胁迫试验培养液为 MS液体培养基 ,根据试验胁迫浓度的
设计量取一定量 CdCl2原液 ,将其添加到配好的培养基中 ,搅拌 ,使其均匀 ,随后进行灭菌处理。 配置含
Se4+ 为 10 mmo l /L的 Na2 SeO3原液 ,在配置含镉培养基的基础上 ,按照试验设计要求量取相应体积的
Na2 SeO3原液 ,将其添加到含镉的培养基中 ,同样搅拌并进行灭菌处理以备用。
1. 3　实验设计
实验处理为 1号 CK(对照 ) ; 2号 ( 10μmo l· L- 1 Cd2+ ) ; 3号 ( 10μmol· L- 1 Cd2+ + 10μmol· L- 1
Se
4+ ) ; 4号 ( 50μmol· L- 1 Cd2+ ) ; 5号 ( 50μmo l· L- 1 Cd2+ + 10μmo l· L- 1 Se4+ ) ; 6号 ( 500μmo l· L- 1
Cd
2+ ) ; 7号 ( 500μmo l· L- 1 Cd2+ + 10μmol· L- 1 Se4+ )
每组组培苗 20株 ,重复 3次 ,分别于处理后 20 d取样 ,测定各项生理生化指标。
1. 4　生理指标测定
叶绿素含量测定: 采用分光光度法 ,以 80%丙酮研磨提取测定 ,按 Arnon法 [5 ]计算叶绿素含量 (每克
鲜质量 )。蛋白质含量测定:参考马斯亮蓝染色法 [6 ] ,以结晶牛血清蛋白为标准 ,测 595 nm处光吸收 ,单位:
mg /g ,每克鲜质量。脯氨酸含量测定:采用 3, 5-二硝基水杨酸法 [7 ]。丙二醛 ( MDA)含量测定:采用硫代巴
比妥酸 ( TBA)法 [5 ] ,以 μmol· g- 1表示每克鲜质量。可溶性糖含量测定:采用蒽酮比色法 [5 ]。 过氧化物酶
( POD)活性测定:采用愈伤木酚氧化法 [5 ] ,以 470 nm波长下每分钟每克材料的光密度变化表示酶活性大
小。 超氧化物歧化酶 ( SO D)活性测定:按 Gi-annopo li tis和 Ries [8 ]的方法 ,以单位时间内抑制光化还原
50%氮蓝四唑 ( NBT)为一个酶活性单位。过氧化氢酶 ( CA T):采用南京生物建成试剂有限公司试剂盒的
测定方法。
采用 Excel、 SPSS统计软件进行数据处理及统计分析。
2　结果与分析
2. 1　镉胁迫下硒对罗汉果组培苗叶绿素含量的影响
由表 1可以看出 ,镉胁迫处理的罗汉果组培苗叶绿素含量与 CK相比显著下降 , 10、 50、 500μmol·
L
- 1镉胁迫的组培苗叶绿素含量分别比 CK降低 22. 65%、 36. 7%和 44. 4% ,这与石贵玉等用镉处理杂交
水稻苗 ,随着镉浓度的增大 ,叶绿素含量下降的结果相似 [9 ] ; 10、 50、 500μmol· L- 1镉胁迫下施 10μmol·
L
- 1硒分别比不施硒的叶绿素含量高 17. 4%、 15. 0%和 10. 2% ,经统计分析均与对照达到显著差异。结果
反映 ,随着镉浓度的增高 ,罗汉果组培苗叶绿素含量明显下降 ,施硒缓解了镉胁迫下叶绿素的降解。
2. 2　镉胁迫下硒对罗汉果组培苗脯氨酸和可溶性糖含量的影响
脯氨酸和可溶性糖含量与植物的抗逆性有关 ,脯氨酸和可溶性糖作为有机渗调物质对增强植株的抗
逆性有很大意义 [10 ]。 由表 1可以看出 ,镉胁迫下 ,罗汉果组培苗叶片脯氨酸和可溶性糖含量变化基本相
表 1　硒对镉胁迫下罗汉果组培苗某些生理指标的影响 1
Tab. 1　 Ef fect of Se on some physiological indexes of lettuce under Cd stress
处理号 可溶性糖 /
(μg· g- 1 )
蛋白质 /
( g· L- 1 )
叶绿素 /
( mg· g- 1 )
丙二醛 /
(μmol· g- 1 )
脯氨酸 /
(μg· g- 1 )
1(对照 ) 3. 47 31. 2 1. 80 4. 33 472. 6
2( 10μmol· L- 1 Cd2+ ) 3. 58* * 35. 5* 1. 06* 6. 56* 482. 1
3( 10μmol· L- 1 Cd2+ + 10μmo l· L- 1 Se4+ ) 3. 87* 43. 6* * 1. 60* 5. 53* 511. 4*
4( 50μmol· L- 1 Cd2+ ) 3. 67* 36. 3* 0. 59* 9. 49* 493. 7
5( 50μmol· L- 1 Cd2+ + 10μmo l· L- 1 Se4+ ) 3. 89* 44. 1* * 0. 96* 8. 20* 513. 2*
6( 500μmo l· L- 1 Cd2+ ) 3. 74* * 38. 5* 0. 34* * 11. 92* * 502. 9*
7( 500μmo l· L- 1 Cd2+ + 10μmol· L- 1 Se4+ ) 4. 01* 42. 5* 0. 55 10. 16 531. 6*
　 1. * 表示差异显著 (P < 0. 05) ,* * 表示差异极显著 (P < 0. 01)
61第 3期　　　　　　　　　　 石贵玉等: 硒对镉胁迫下罗汉果组培苗生理生化特性的影响　　　　　　　　　　
似 ,均随镉胁迫浓度增大而增高 ,与 CK相比均达到极显著水平。 10、 50、 500μmo l· L- 1镉胁迫下施 10
μmo l· L- 1硒都不同程度提高了植株的脯氨酸和可溶性糖含量。结果反映 ,随着镉浓度的增高 ,罗汉果组
培苗脯氨酸和可溶性糖含量明显上升 ,镉胁迫下施硒有助于提高罗汉果组培苗脯氨酸和可溶性糖含量 ,从
而可能利于提高其抗逆性。
2. 3　镉胁迫下硒对罗汉果组培苗可溶性蛋白质含量的影响
表 1可见 ,镉胁迫处理下 ,罗汉果组培苗叶片可溶性蛋白质含量随镉浓度的上升而增加 , 10、 50、 500
μmo l· L- 1镉胁迫的组培苗可溶性蛋白质含量分别比 CK上升 12. 1%、 14. 1%和 19. 0% ; 10、 50、 500
μmo l· L- 1镉胁迫下施 10μmo l· L- 1硒都提高了植株的可溶性蛋白质含量 ,差异达到显著水平。 结果反
映 ,随着镉浓度的增高 ,罗汉果组培苗可溶性蛋白质含量明显上升 ,镉胁迫下施硒有助于提高其可溶性蛋
白质含量。
2. 4　镉胁迫下硒对罗汉果组培苗丙二醛含量的影响
膜脂过氧化主要产物 MDA含量是检测细胞膜受损伤程度的主要指标之一 [11 ]。从表 1可以看出 ,罗汉
果组培苗叶片中本身含有一定量的丙二醛 ,镉胁迫下 ,均随镉胁迫浓度增大而增高 , 10、 50、 500μmo l· L- 1
镉胁迫分别比 CK上升 19. 3%、 35. 6%和 45. 0% ,与 CK相比均达到极显著水平。 10、 50、 500μmol· L- 1
镉胁迫下施 10μmol· L- 1硒都降低了植株的丙二醛含量 ,差异达到显著水平。结果反映 ,随着镉浓度的增
高 ,罗汉果组培苗丙二醛含量明显上升 ,施硒有助于缓解镉胁迫下细胞膜的过氧化作用。
2. 5　镉胁迫下硒对罗汉果组培苗抗氧化酶活性的影响
植物体内抗氧化酶主要为 SOD、 POD和 CAT。 SO D是需氧生物中普遍存在的一种清除自由基酶。
图 1　镉胁迫下硒对罗汉果组培苗 SOD酶活性的影响
Fig . 1　 Effects of Se on SOD activ ity in Siraitia
grosvenorii seeding under Cd2+ str ess
从图 1可知 , Cd2+ 为 10μmo l· L- 1时罗汉果
叶片 SOD活性有个最大值 ,此时 SOD增加以便
清除多余的活性氧维持细胞内的稳定性 ,但随着
Cd
2+ 浓度的增加 ,其活性不断下降 , Cd2+ 为 50、
500μmol· L- 1时 , SOD活性与对照组 CK比较
下降 7. 6%和 12. 9% , 10、 50、 500μmol· L- 1镉
胁迫下施 10μmol· L- 1硒均比同浓度镉胁迫提
高了酶的活性。
POD在植物呼吸代谢中起着重要作用。目
前已有研究表明 , POD在逆境胁迫中被激活的
程度大 ,且持续时间长 ,在逆境胁迫中起关键作
用 [12 ]。 POD与 SOD协同可防御活性氧等自由基
对细胞膜系统的伤害。从图 2可见 ,叶片 POD活
性在 Cd2+ 胁迫后出现了先升高后又降低的变化趋势 ,在 Cd2+为 10μmo l· L- 1时 ,与对照组 CK比较 ,叶
片 PO D活性稍有提高 ,但 50、 500μmo l· L- 1镉胁迫下叶片 POD活性下降 ,显著低于对照。 10、 50、 500
μmo l· L- 1镉胁迫下施 10μmo l· L- 1硒都比同浓度镉胁迫提高了酶的活性 ,差异达到显著水平。
CAT的作用主要是清除由光呼吸等产生的 H2O2 , Cd2+浓度对罗汉果叶片 CAT活力的影响类似于
POD。从图 2可见 ,罗汉果叶片 CAT活力随着 Cd2+ 浓度的增加出现先增后降低的趋势 , 10、 50、 500
μmo l· L- 1镉胁迫下施 10μmo l· L- 1硒都有提高酶的活性 ,差异达到显著水平。
3　讨论
本实验结果说明 ,重金属镉毒害使罗汉果幼苗抗氧化酶活性先上升后下降 ,蛋白质、可溶性糖、脯氨酸
和丙二醛含量呈现上升趋势。镉、硒复合处理 ,硒有缓解或抑制镉毒害的作用。
POD、 SOD、 CAT是植物体内清除活性氧的重要酶类 ,三者的共同作用 ,才能使植物体内活性氧维持
62 　　　　　　　　　　　　　　　 广西师范大学学报: 自然科学版　　　　　　　　　　　　　　　 第 29卷
图 2　镉胁迫下硒对罗汉果组培苗 POD、 C AT酶活性的影响
Fig . 2　 Effects o f Se on POD and CAT activity in Siraitia grosvenorii seeding under Cd2+ str ess
在较低的水平 ,从而降低其对植物细胞的伤害程度 ,使植物正常地生长和代谢。 实验反映 , SO D、 POD、
CAT低浓度 Cd2+ 处理下酶活性增强 ,对 Cd2+ 胁迫产生的活性氧有一定的清除作用 ;但高浓度 Cd2+ 对
SOD、 POD、 CAT活性有明显的抑制作用。这可能是高 Cd2+ 胁迫下 , Cd2+ 影响了保护酶的分子结构或改变
了其空间结构 ,使活性氧在植物体内的积累速度快于 POD和 CAT的清除速度 ,加剧了膜脂的过氧化 [13 ] ,
但其确切的原因还有待于进一步研究。硒可以降低植物体内 H2O2水平 ,清除活性氧 ,降低膜脂质过氧
化 [12 ]。本实验结果说明 ,镉与硒混合培养后 ,与单一镉处理相比 ,罗汉果组培苗体内 SOD、 CA T和 POD活
性提高 ,可能是硒缓解或抑制罗汉果组培苗镉毒害的机制之一。
正常生长条件下植物体内游离脯氨酸含量很低 ,但是植物在逆境胁迫时 ,细胞内游离脯氨酸会大量增
加 ,脯氨酸是细胞进行渗透调节、稳定细胞结构、降低氧化的重要物质 [ 9]。而可溶性糖不仅是植物合成其他
有机溶质的碳架和能量来源 ,而且是重要渗透调节剂 ,对细胞膜和原生质胶体起稳定作用。研究表明 [9 ] ,逆
境胁迫下 ,植物积累的可溶性糖越多 ,其抗逆性越强 ,而 Cd2+ 胁迫下罗汉果体内的可溶性蛋白质含量增加
可能与逆境下植物体内某些特异性蛋白增加有关。 因此 Cd2+胁迫下脯氨酸、可溶性蛋白质与可溶性糖含
量增加 ,可能是罗汉果组培苗在胁迫环境下的一种适应性调节 ,但具体机理有待进一步研究。
罗汉果组培苗在 Cd2+ 处理条件下 , M DA含量急剧增加 ,这是镉可诱导产生活性氧造成膜脂的过氧
化 ,并由此产生脂质过氧化产物 MDA,从而破坏膜系统的结构和功能。研究证明 ,重金属是脂质过氧化的
诱变剂 ,浓度越高脂质的过氧化产物 MDA积累越多。当罗汉果幼苗受到重金属胁迫时 ,其细胞膜机能受
损 ,透性增大 ,细胞内一些酶遭到破坏 ,这可能就是罗汉果受伤害的原因之一。
植物体内叶绿素含量的高低与光合作用水平的强弱密切相关。重金属镉毒害引起的植株失绿 ,叶绿素
含量下降 ,V an Assche和 Clijsters[ 14]认为 ,这是由于重金属离子抑制原叶绿素酸酯还原酶活性引起的。本
实验得到的镉毒害使罗汉果叶片叶绿素含量下降可能与上述原因有关。加硒培养 ,使镉毒害罗汉果幼苗叶
片叶绿素含量的下降缓解 ,这可能是硒与重金属等污染元素之间多表现为拮抗关系 ,硒能增强植物对重金
属、环境污染物和生理逆境的抵抗力 [15 ]有关 ,但具体机理有待研究。植物在不同生长环境下的抗重金属胁
迫能力存在差异 ,为了进一步了解罗汉果的抗重金属污染能力 ,还需进一步开展更多的试验研究。
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Effects o f Se on Some Physiological-Biochemical Characteris tics of
Siraitia grosvenorii Seedling Under Cd2+ Stress
SHI Gui-yu
1, 2
, YI Li-na
1
, LIANG Chao-hong
1
, LI Ming-xia
1
( 1. Colleg e o f Life Sciences, Guangxi No rmal Univ ersity , Guilin Guangx i 541004, China;
2. Key Labo ra to ry o f Eco log y o f Rare and Endangered Species and Envir onmental Pr otection, M inistr y of Educa tion,
Guangxi No rmal Univ er sity , Guilin Guangxi 541004, China)
Abstract: Heavy metal Cd
2+
has the inhibitory action to plant s g row th, w hile Se is beneficial to plant s
g row th. Sirai tia grosvenorii seedling is selected as the resea rch object in this study. By adding dif ferent
concentra tions of Cd
2+
( 0、 10、 50、 500μmol· L- 1 ) and Se2+ ( 10μmol· L- 1 ) into medium under sterile
conditions analysis the co rrelativ e Physio logical-Biochemical Indices o f Siraitia grosvenorii seedling af ter
cultiva ting 20 days. The results show ed that w ith the increase o f Cd
2+
concentration, the contents of
chlorophyll w ere steadily decline, but the rising t rends appea red in the contents of pro tein, soluble sugar,
proline ( PRO) and malondialdehyde ( MDA). The activi ties o f superoxide dismutase ( SOD) , peroxidase
( PO D) and ca talase ( CAT) w ere fi rst increased and then decreased. The addition of Se dalayed the de-
cline of chlorophyll, and raised protein and soluble ca rbohydrates and pro line content , but inhibited the
increase of malondialdehyde lev el. Meanwhi le increased the activi ties of CAT, POD and SOD. Studies
show ed that the to xici ty o f high concentrations o f cadmium ions can also inhibi t the pro tective enzyme
activi ty , hur t the membrane system , and change the pro tein, so luble sugar, proline, then a ffect the g row th
o f Siraitia grosvenorii seedling. The mixed treatment of cadmium and selenium ref lects that selenium has
alleviate function on the toxicity of cadmium.
Key words: Sirait ia grosvenorii; protectiv e enzyme; phy siolog ical-biochemical; Cd
2+
; Se
(责任编辑　马殷华 )
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