外源SA对玉米幼苗Pb2+胁迫下保护酶活性的影响

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摘 要：在Pb2+胁迫下，添加外源水杨酸（sa）培养的玉米幼苗叶片中过氧化氢酶（CAT）的活性提高，过氧化物酶（POD）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性降低，丙二醛（MDA）的积累减少，显示SA对pb2+胁迫下玉米幼苗的保护酶具有不同的影响。

关键词：水杨酸；玉米；保护酶；Pb2+

随着工业和现代农业的发展，重金属污染越来越严重。铅是重金属污染中的主要元素之一，它可随着汽车排放的废气及城市污水而污染空气和土壤。铅不是植物生长的必需元素，而是一种对植物有积累性危害的污染物质，当铅在植物体内积累过多时，并会对植物造成毒害作用，如：铅可抑制种子内蛋白酶、淀粉酶等活性受到抑制，直接影响种子内储藏淀粉和蛋白质的分解，从而影响种子萌发所需的物质和能量，致使种子萌发受到抑制；铅胁迫可导致植物体内酶的失活、变性，甚至酶的破坏；铅也可以破坏叶绿素酸醋还原酶的活性从而导致植物的叶绿素含量减少，影响光合作用。铅可通过食物链在人体和动物组织中蓄积，当铅在体内累积过多时会对动物产生毒害作用，如：铅进入人体后，会阻碍血液的合成，导致人体贫血，出现头痛、眩晕、乏力、困倦、便秘和肢体酸痛等症状。

水杨酸（Salicylicacid，简称SA），即邻羟基苯甲酸，是一种植物体内产生的简单酚类化合物，Raskin提出可以把它看成是一种新的植物内源激素，广泛存在于高等植物中。水杨酸在植物的抗病、抗低温、抗旱和抗盐等方面，以及对果实成熟、园艺产品保鲜和种子萌发等方面具有明显的作用，能缓解逆境对植物造成的伤害，增强植物的抗逆性能力，如：植物在盐胁迫条件下水杨酸含量能够显著提高钠离子向下和钾离子向上运输选择性，因此能够提高植物体的抗盐性；水杨酸也可促进植物叶片中木质素含量的增加，导致细胞壁木质化为植物抵抗病原生物的进一步侵染提供了有效的保护屏障等。那水杨酸对玉米幼苗在抗铅毒害中的效应如何呢？本文研究SA对玉米幼苗Pb2+胁迫下的保护酶活性的影响，测定玉米幼苗在铅胁迫下有无水杨酸时玉米幼苗叶片的保护酶――过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性及MDA含量的变化，以此判断水杨酸对玉米幼苗铅胁迫下保护酶活性的影响效应。

1材料与方法

1.1材料与处理

植物材料为玉米晴三。挑选均匀饱满的种子，经0.1%HgCl2消毒10min后，漂洗干净，用蒸馏水在25℃下浸泡12小时后播种到垫有4层经蒸馏水湿润滤纸的带盖磁盘[24cm×16cm]中，于28℃/25℃（昼/夜）下暗萌发60h。萌发期间的12h、24h、36h、和48h用蒸馏水20mL进行浇灌。60小时后开盖培养，用Hoagland营养液100mL间隔12h继续浇灌，待玉米长出两叶一心时选取长势一致的玉米幼苗进行处理。上述玉米幼苗一组用浓度为（0、200mol・L-1）的SA溶液50mL和浓度为（0、100、200、300、400mg・L-1）的醋酸铅溶液50mL混合浇灌，另一组用浓度为（0、100、200、300、400mg・L-1）的醋酸铅溶液100mL浇灌，每隔12h浇灌一次，待玉米长出三叶一心时测定叶片的POD、APX、CAT活性和的MDA含量，以选取玉米幼苗的第二叶片为测定材料。

1.2APX、POD、CAT酶活性和丙二醛（MDA）含量测定

APX的测定：APX可催化AsA与H2O2反应，使AsA氧化成单脱氢抗坏血酸MD-AsA，因此在酶提取液中加入AsA，可测定APX的活性[12]。准确称取玉米叶片0.5g，加入5mL提取液，低温研磨成匀浆，离心（15000r/min，4℃，15min），取3mL上清液稀释至5mL用于酶活性的测定。在290nm处测定OD值，记录OD290变化，以25下℃下1min内OD290变化0.01定义为1个酶活力单位（U），最后以U/g（FW）.min表示酶的活性。

POD、CAT的测定：H2O2在240nm波长下有强烈吸收峰，过氧化氢酶能分解过氧化氢，使反应溶液吸光度随反应时间增加而降低。根测量吸光率的变化速度即可测出过氧化氢酶（CAT）的活性。

在H2O2存在条件下，POD能使愈创木酚氧化，生成茶褐色的4-邻甲氧基苯酚。可用分光光度计测生成物来测定POD的活性。

准确称取玉米叶片0.2g，加入5mLpH为7.8，50mmol/L磷酸缓冲液，低温研磨成匀浆，离心（15000r/min，4℃，15min），上清定容至5mL，用于酶活性的测定。

在240nm处测定CAT酶活力，记录OD240的变化，以25下℃1min内OD240变化0.01定义为1个酶活力单位（U），最后以U/g（FW）.min表示酶的活性。

在470nm处测定POD酶活力，记录OD470变化，以25下℃1min内OD470变化0.01定义为1个酶活力单位（U），最后以U/g（FW）.min表示酶的活性。

MDA的测定：硫代巴比妥酸（（TBA）法测定MDA。准确称取玉米叶片0.5g，加入5.0ml5%三氯醋酸，、研磨成匀浆，离心（4500r/min，10min），取上清夜2.0ml加入0.67%TBA2mL沸水浴30分钟后快速冷却，在离心（4500r/min，10min），取上清液于波长450nm、532nm、600nm处测定其OD值，最后利用公式6.45*（OD532-OD600）-0.56*OD450算出结果，单位为mol/L。

1.3统计方法

数据统计采用SigmaPlot9.0处理。

2实验结果

2.1外源SA对玉米幼苗铅胁迫下CAT酶活性的影响

图1显示：当铅胁迫浓度为100mg/L时显著提高了玉米幼苗叶片的CAT活性，表现为激活效应，随着铅胁迫浓度的升高，其CAT活性显著降低，激活效应转为抑制效应。经单一SA处理的玉米幼苗叶片中的CAT活性也略高于对照组。加入200mol/LSA与铅共同处理幼苗后，其CAT活性上升，表现为在胁迫浓度为200mg/L时的上升效果最显著，说明加入SA后胁迫得以缓解。

2.2外源SA对玉米幼苗铅胁迫下POD酶活性的影响

实验结果（图2）表明：铅胁迫增加了玉米幼苗叶片POD的活性，加入SA可使酶活性有一定程度的降低。经单一SA处理的玉米幼苗叶片的POD活性略低于对照组。玉米幼苗受单一铅胁迫后，叶片中POD活性上升，其上升幅度较小。受铅胁迫的玉米幼苗同时外加SA处理后，叶片中POD活性比未加SA的有所减小，在胁迫浓度在100mg/L到200mg/L时的下降相对明显。

2.3外源SA对玉米幼苗铅胁迫下MDA含量的影响

图3表明，玉米幼苗受铅胁迫后，叶片中MDA含量提高，在胁迫浓度为100mg/L时上升较小，后随着铅浓度的增加，MDA含量迅速上升。未受铅伤害的玉米幼苗在外加SA后，叶中MDA含量略有下降，同时受铅伤害并外加SA的幼苗MDA含量也下降，下降在铅浓度为200mg/L时较为显著。由此认为，一定浓度的SA能降低植物叶中的MDA含量，减弱膜脂的过氧化作用，从而提高植物的抗铅伤害能力。

2.4外源SA对玉米幼苗铅胁迫下APX酶活性的影响

图4表明：在无铅胁迫时，SA处理略提高了玉米幼苗叶片的APX酶活性。单一铅处理玉米幼苗时，叶片中APX酶活性随铅胁迫强度增大而上升，上升速率在胁迫浓度为100mg/L时最大，外加SA同时处理，减小了叶片中的APX酶活性。

3分析讨论

植物在逆境下，由于体内活性氧代谢加强而使H2O2发生累积。H2O2可进一步生成氢氧自由基。使自由基的产生和消除之间的平衡被打破，氢氧自由基是化学性质最活泼的活性氧，可使膜脂饱和脂肪酸双键被过氧化，造成细胞膜系统的破坏，最终加速细胞的衰老和解体。实验结果显示，受铅胁迫时，叶片中MDA含量提高，其幅度随铅浓度的增加而增大，而MDA是由于逆境条件下，其组织或器官膜脂质发生过氧化反应而产生的，它在细胞内的含量多少表示脂质过氧化强度和膜系统伤害的程度，是逆境生理中一个重要指标。MDA升高，说明生物膜系统脂质过氧化程度升高，造成细胞膜系统的破坏，最终造成生物体的伤害。由此说明，铅胁迫对植物确有伤害作用。

CAT、POD、APX是植物体内的保护酶。过氧化氢酶（CAT）可以清除H2O2、分解氢氧自由基，保护机体细胞稳定的内环境及细胞的正常生活，是植物体内重要的酶促防御系统之一。POD广泛存在于植物体中，是活性较高的一种酶，在植物生长发育过程中它的活性不断发生变化。它与呼吸作用、光合作用及生长素的氧化等都有关系。能清除H2O2。APX是植物AsA-GSH氧化还原途径的重要组分，是植物体内尤其是叶绿体中清除H2O2的关键酶。

单一铅胁迫浓度为100mg/L时显著提高了玉米幼苗叶片的CAT活性，表现为激活效应，随着铅胁迫浓度的升高，其CAT活性显著降低，激活效应转为抑制效应。这与袁金萍、李雪梅等的研究结果相同，与Guo等实验结果相反。CAT活性随铅浓度上升而先增后降的原因可能是：CAT是植物细胞内一个重要的抗氧化酶，其主要功能是清除细胞内过量的过氧化氢，在低浓度铅胁迫时，使植物体内产生较多过氧化氢，作为一种抗体自卫反应，CAT上升提高清除H2O2的能力。当Pb2+浓度超过极限，H2O2明显增加，过多的H2O2会产生更强活性的羟自由基和单线氧，给细胞造成更大的损伤，导致细胞防御活性相应减弱，此时CAT酶活性不能相应提高。外加200mol/LSA与铅共同处理后，幼苗CAT活性明显上升，说明加入SA后胁迫得以缓解，这与李彩霞[22]等的研究结果相同，与陈珍的研究结果相反，这可能是植物种类不同及重金属浓度不同所造成的。

植物体内抗氧化系统在正常条件下保持着尽可能低的水平，玉米幼苗在铅胁迫下，首先启动了体内抗氧化酶POD、APX来驱除由于重金属毒害产生的大量自由基，而使POD活性随重金属浓度的升高而增加，这与前人研究相符。同时APX酶活性也随铅胁迫强度增大而呈上升趋势，SA处理能有效缓解铅引起的细胞伤害和氧化胁迫，因而APX、POD活性比单独铅处理时低。此实验结果与陈珍、陈静的研究结果相等同。

加入SA处理后，叶片的MDA含量下降了，说明植物膜脂的过氧化作用被减弱，由此缓解了铅的毒害作用，提高了植物的抗铅伤害能力，与很多学者的研究结果一致。

综上所述，本研究Y果说明了水杨酸对玉米幼苗铅胁迫下的保护酶有不同的影响，从整体上来看，起到缓解铅对玉米幼苗的毒害作用，为被污染日益严重的农作物提高生产质量寻求一个有效的方法提供了一定的理论依据。

参考文献：

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