铜胁迫对小麦幼苗过氧化氢清除酶的影响

张敏敏，赵瑛，张运晖

（甘肃省农业科学院生物技术研究所，甘肃兰州 730070）

铜胁迫对小麦幼苗过氧化氢清除酶的影响

张敏敏，赵瑛，张运晖

（甘肃省农业科学院生物技术研究所，甘肃兰州 730070）

以小麦品种宁春4号为指示材料，研究了浓度为100、300、500 μmol/L的CuCl2对小麦幼苗抗氧化酶（CAT、POD和APX）活性的影响。结果表明，随着Cu2+胁迫浓度的增加，小麦幼苗叶片过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）活性显著上升，且有相似的变化趋势，在Cu2+胁迫浓度为300 μmol/L时活性最高。抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性在100 μmol/L浓度下降低，由300 μmol/L增加到500 μmol/L时先升高后降低。

小麦幼苗；铜胁迫；过氧化氢酶；过氧化物酶；抗坏血酸过氧化物酶

铜（Cu）是植物生长必需的元素，其不仅是生物体内某些氧化酶的组分，而且还是光合作用过程中质体蓝素电子传递体的重要组分［1］。微量的铜可以保证植物正常生命活动，但当它在生物体内富集的含量超过植物体所需时，就使植物体生理代谢紊乱，制约其生长发育［2］。当植物体受到重金属的胁迫，会影响离子间的代谢平衡，产生超氧自由基，导致膜质的过氧化作用，从而影响植物的生长发育过程。但植物体受到金属胁迫时，在其耐受范围内，会启动其体内的一套防御体系，去应对各种生理变化，如通过抗氧化酶（POD、APX和CAT）系统清除体内产生的活性氧，维持其正常的生命活动。我们以我国西北大面积种植的优质小麦品种宁春4号为材料，研究了铜胁迫对小麦幼苗过氧化氢清除酶的影响，分析比较相应生理指标的变化，试图探明铜单一胁迫对小麦的毒性，以揭示铜污染对植物生理生化方面的造成的影响及其耐受机制，为提高作物品质和治理重金属污染提供参考依据。

1 材料和方法

1.1 材料及方法

指示小麦品种为宁春4号。试验共设4个处理，处理1为清水对照（CK）；处理2为100 μmol/L Cu-Cl2；处理3为300 μmol/L CuCl2；处理4为500 μmol/L CuCl2。3次重复。

将小麦种子先用1g/kg的HgCl2表面消毒10min，然后用自来水冲洗24 h。挑取颗粒饱满完整的种子，暗培养萌发24 h后种植于铺有滤纸的培养皿中，按试验设计浓度分别向培养皿中加入CuCl2的1/4 Hoagland营养液进行胁迫处理，于25℃、12 h/12 h（光照/黑暗）和24000 Lx光照强度的培养箱中培养，6 d后取叶片分别测定相应指标。

1.2 测定方法

将0.5g小麦叶片剪碎。用2 mL 50 mmol/L PBS（pH 7.8，含0.1%PVP和0.1 mmol/L EDTA）提取液在4℃冰浴中研磨，12000 r/min下离心30min，取上层清液用于测定过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性。CAT活性的检测参照Aebi的方法［3］，POD活性的检测参照Rao的愈创木酚法［4］，抗坏血酸过氧化物酶（APX）的活性检测参照Nakano和Asada的方法［5］。数据采用SPSS 13.0软件处理，结果用平均值±标准误表示。采用Excel作图。

2 结果与分析

2.1 Cu2+胁迫对小麦CAT活性的影响

从图1可以看出，随着Cu2+浓度增加，小麦叶片CAT活性呈先增加后减弱的趋势。其中，Cu2+为100、300 μmol/L条件下，CAT活性与CK相比分别增加约24%、34%，Cu2+500 μmol/L胁迫则使CAT活性较对照升高20%。由此可见，低浓度的Cu2+胁迫可诱导小麦CAT活性升高，而高浓度的Cu2+处理对CAT活性的诱导作用减弱。

图1 Cu2+对小麦叶片CAT活性的影响

2.2 Cu2+胁迫对小麦POD活性的影响

从图2可以看出，随着Cu2+胁迫程度的增加，小麦POD活性先升高后降低趋势，各药剂处理与对照差异均达到显著水平（P＜0.05），其中Cu2+浓度为300 μmol/L时，POD活性达最高，较对照升高约138%；Cu2+为100、500 μmol/L时，分别较CK增加约41%、47%。说明低浓度的Cu2+可胁迫诱导小麦POD活性升高，而高浓度的Cu2+处理对POD活性的诱导作用会减弱。

图2 Cu2+对小麦叶片POD活性的影响

2.3 Cu2+胁迫对小麦APX含量的影响

从图3可以看出，在Cu2+为300μmol/L的胁迫下，小麦幼苗APX活性最高，较CK约升高7%。当Cu2+胁迫浓度为100 μmol/L、500 μmol/L时，小麦幼苗APX活性较对照降低约4%、3%，但差异不显著。表明Cu2+浓度对小麦幼苗APX活性的影响不显著。

图3 Cu2+对小麦叶片APX活性的影响

3 小结与讨论

1）随着Cu2+胁迫浓度的增加，小麦幼苗叶片过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）活性均有显著上升，且有相似的变化趋势，其中Cu2+为300 μmol/L时活性最高。Cu2+浓度为100 μmol/L条件下，抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性降低，Cu2+浓度由300 μmol/L增加到500 μmol/L时，APX活性先升高后降低。说明铜胁迫使小麦幼苗抗氧化酶活性发生改变，保护细胞免受胁迫损伤。这可能与小麦自身抗氧化系统抵御外界胁迫，维持细胞正常的结构与功能，保证其正常生长有关［6］。

2）CAT普遍存在于植物体内的所有组织中，是生物氧化过程一系列抗氧化酶的终端，具有很强的催化能力，能将H2O2分解为O2-和H2O［7］。POD是植物体内广泛存在的一种抗氧化酶类，在植物呼吸中起重要作用，可以在一定程度内降低活性氧对植物的伤害［8～9］。APX是植物氧化还原途径的重要组分，是植物叶绿体中专一清除H2O2的关键酶［10～11］。小麦幼苗抵御Cu胁迫造成的氧化损伤时，CAT、POD、APX 3种抗氧化酶表现出了不同的变化趋势，其中Cu2+对小麦叶片中CAT、POD的影响较为显著，CAT、POD的变化趋势趋同，出现先增加后减小的变化。但二者又有区别，POD的变化趋势更大，可见CAT和POD对Cu毒害反应的敏感性不同。而APX作为叶绿体内重要的抗氧化酶，在Cu2+胁迫下变化并不明显。因此，植物对不同金属离子的抗氧化机制是不同的，不同的抗氧化酶可以发挥不同的抗氧化功能，这可能因胁迫程度和物种不同等造成。

［1］潘瑞炽.植物生理学（第5版）［M］.北京：高等教育出版社，2004.

［2］胡筑兵，陈亚华，王桂萍，等.铜胁迫对玉米幼苗生长、叶绿素荧光参数和抗氧化酶活性的影响［J］.植物学通报，2006，23（2）：129-137.

［3］AEBI H.Catalase in vitro［J］.Methods Enzymol，1984，105：121-126.

［4］RAO M V，PALIYATH C，ORMROD D P.Ultraviolet-B and ozone-induced biochemical changes in antioxidant enzymes of A r-abidopsis thaliana［J］.Plant Physiol，1996，110（1）：125-136.

［5］NAKANO Y，ASADA K.Hydrogen peroxide is scavenged by asorabate specific peroxidase in spinach chloroplasts［J］.Plant Cell Physiol，1981，22：867-880.

［6］李宇洁，安梅.外源NO对Pb胁迫下亚麻幼苗的保护效应［J］.甘肃农业科技，2013（11）：26-29.

［7］孙健，铁柏清，钱湛，等.单一重金属胁迫对灯心草生长及生理生化指标的影响［J］.土壤通报，2007，38（1）：121-127.

［8］孙华.镉、铅胁迫对野生地被植物甘野菊种子萌发、幼苗生长及生理特性的影响［D］.内蒙古：内蒙古农业大学，2008.

［9］史薇，徐海量，赵新风，等.胀果甘草种子萌发对干旱胁迫的生理响应［J］.生态学报，30（8）：2112-2117.

［10］USHIMARU T，KANEMATSU S，SHIBASAKA M，et al.Effect of hypoxia on the antioxidative enzymes in aerobicallygrown rice（Oryza sativa）seedlings［J］. Physiologia Plantarum，1999，107（2）：181-187.

［11］KRAUS T E，FLETCHER R A.Paclobutrazol protects wheat seedlings from heat and paraquat injury is detoxification of active oxygen involved［J］.Plant and Cell Physiology，1994，35：45-52.

（本文责编：陈伟）

Effects of Copper Stress on Hydrogen Peroxide Scavebgubg Enzymes of Wheat Seedlings

ZHANG Min-min，ZHAO Ying，ZHANG Yun-hui
（Institute of Biotechnology Research，Gansu Academy of Agricultural Sciences，Lanzhou Gansu 730070，China）

The Ningchun 4 wheat was used as a material in this test，which studies the influence of the activity on wheat seedling antioxidant enzymes（CAT，POD and APX），under the different concentration（100 μmol/L，300 μmol/L，500 μmol/L、）CuCl2.The results showed that the increase of Cu stress concentration，the activity of wheat seedling leaves catalase（CAT）and peroxidase（POD）rises significantly，and have a similar changing trend.When the concentration of enzymatic is 300 μmol/L，enzymatic is the most active.But when ascorbic acid peroxidase（APX）is 100，μmol/L the activity of enzyme is living lower.And the concentration of enzymatic was 1 300 μmol/L and 500 μmol/L，it increases firstly，and then decreases.

Wheat seedlings；Cu stress；Catalase；Peroxidase；Ascorbic acid peroxidase

S512.1

A

1001-1463（2014）07-0042-03

10.3969/j.issn.1001-1463.2014.07.017

2014-04-18

张敏敏（1985—），女，甘肃武都人，研究实习员，主要从事农产品开发与利用工作。联系电话：（0）18693112939。