油菜素抵抗重金属毒性的生理机制研究

2018-04-03□韩娟

山西农经 2018年15期

□韩娟

（河南师范大学生命科学学院河南新乡 453007）

重金属是地壳中的天然成分，一般以天然浓度广泛存在于自然界中，在大气、水体、土壤、生物体中广泛分布。重金属不能被生物降解，且具有生物累积性，能积累并永久地存在于生态系统中。随着人类对重金属的开采、冶炼、加工及商业制造活动日益增多，不少重金属进入大气、水、土壤中，引起严重的环境污染。了解植物如何应对重金属毒性，对缓解和治理重金属污染具有重要意义。

1 油菜素的概念

植物甾体（油菜素内酯类化合物-BRs）调控植物细胞的扩张和伸长、光形态发生、开花、雄性育性、种子萌发、维管束分化、植物结构、气孔形成和衰老。迄今已鉴定出六十种油菜素内酯化合物，广泛应用于作物研究中的BRs有：油菜素内酯（BR）、28-β-高油菜素内酯和24-表油菜素内酯。

2 油菜素的作用

BRs在植物的生长发育中起着重要作用，同时还在抵御非生物胁迫方面发挥着多种生理作用，包括帮助植物抵御高温、低温、盐度、光照、干旱以及除草剂和农药等。

植物在胁迫下的主要反应之一是活性氧生成的增加。这些自由基包括超氧物、羟基、过羟基、烷氧基，以及非自由基过氧化氢和单线态氧。

植物抗逆性要求激活细胞内复杂的代谢活动，包括抗氧化途径，这反过来又有助于植物在逆境条件下的生长。植物抗氧化防御系统包括超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶、抗坏血酸过氧化物酶、谷胱甘肽还原酶和谷胱甘肽硫转移酶。过量的活性氧及其反应产物逃避抗氧化剂介导的清除系统会引起氧化应激，导致植物初级代谢物的严重损伤。众所周知，重金属的植物毒性与植物的氧化胁迫和由此产生的活性氧有着密切的关系。有趣的是，抗氧化酶的活性也受到BRs的调节。事实上，BRs诱导的耐受性与具有抗氧化功能的基因的表达增加有关。

3 油菜素抵抗重金属毒性的作用机制

重金属镍是一种重要的环境污染物。高浓度的镍离子能与蛋白质和脂质结合，导致氧化损伤。外源应用24-表油菜素内酯可通过提高抗氧化酶活性来缓解芥菜幼苗的镍胁迫。同样，28-高油菜素内酯外源处理提高了小麦的CAT、POD和SOD活性，提高了小麦对镍的抗性。24-表油菜素内酯预处理的萝卜和豇豆的辐射产物中也发现镍的抗氧化活性提高[1]。

镉即使在很低的浓度也是有毒的，因为它积累在生长中植物的可食用部分，从而危及作物的产量和质量。通过提高抗氧化酶的活性，油菜素内酯的叶面肥提高了芥菜对镉的耐受性。以普通绿豆为模型，外源施用24-表油菜素内酯可提高对镉的耐受性。在番茄中，施用28-高油菜素内酯、24-表油菜素内酯可减少镉对番茄的危害[2]。外源BRs在镉胁迫下的茄子植株中的应用提高了抗氧化系统的活性，提高了果实的产量和品质。据报道，使用28-homoBL对鹰嘴豆对镉的防御作用类似。

铜是一种重要的过渡金属，是植物代谢反应中不可缺少的组成部分。此外，铜由于被列入杀菌剂、肥料和农药而变得越来越危险。BR处理可通过降低过氧化氢含量和提高芥菜和萝卜植株CAT、POD和SOD的活性来减轻过量铜的影响。油菜素内酯的补充剂还能帮助植物提高抗氧化酶的活性，以响应锌、铅、铬等重金属。