二氧化硫?qū)Υ蠖褂酌缈寡趸富钚缘挠绊?/h1>
2020-04-01 15:04:02孫建偉
甘肅農(nóng)業(yè)科技 2020年3期
摘要：以中黃24大豆種子為材料，采用酶活性測(cè)定技術(shù)，初步研究了二氧化硫處理對(duì)大豆幼苗葉片細(xì)胞過(guò)氧化氫酶（CAT）、過(guò)氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）的影響。結(jié)果表明，用60 mg/m3 SO2熏氣處理2 h后，大豆幼苗葉片細(xì)胞CAT活性先降低，后又逐漸恢復(fù);POD和SOD的活性在SO2熏氣處理后升高。說(shuō)明60 mg/m3 SO2熏氣處理對(duì)大豆幼苗細(xì)胞抗氧化酶活性的影響不同，這可能與大豆對(duì)SO2的抗性有關(guān)。
關(guān)鍵詞：SO2;大豆;抗氧化酶;影響
中圖分類號(hào)：S565.1? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ?文章編號(hào)：1001-1463（2020）02-0058-04
Abstract：Using Zhonghuang 24 soybean seeds as materials， the effects of SO2 treatment on the activities of antioxidant enzymes， especially CAT， POD and SOD in the leaves of soybean seedlings were elementary studied using assay of enzyme activities. The results showed that CAT activity of soybean seedling leaf cells first decreased， and then recovered gradually after fumigation with a concentration of 60 mg/m3 SO2 for 2 hours. The activity of POD and SOD increased after SO2 fumigation. It was suggested that 60 mg/m3 SO2 fumigation had different effects on antioxidant enzyme activity in soybean seedling cells， which might be related to SO2 resistance of soybean.
Key words：SO2;Soybean;Antioxidant enzymes;Effect
二氧化硫（SO2）是大氣主要污染物之一，全世界每年會(huì)排放大約15 000萬(wàn)t SO2進(jìn)入大氣[1 ]。SO2對(duì)植物的光合作用、呼吸作用、質(zhì)膜透性、酶的活性、氣孔關(guān)閉、細(xì)胞凋亡等很多方面都有影響[2 - 3 ]。植物為了適應(yīng)不良的生長(zhǎng)環(huán)境，也形成了一些抗逆性機(jī)制[2 ]，有人從基因和分子水平上來(lái)探討植物對(duì)SO2的抗性機(jī)制[4 ]，但SO2對(duì)植物影響的機(jī)理和植物的抗逆機(jī)制還有待于進(jìn)一步研究?？寡趸冈谥参锏钟鞣N不良環(huán)境的過(guò)程中起著重要的作用，主要包括超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）和過(guò)氧化氫酶（CAT）等，這些抗氧化酶的活性是判斷植物抗逆性的重要參數(shù)之一，SO2對(duì)植物抗氧化酶的影響對(duì)于揭示植物的抗逆機(jī)理有著重要的意義。大豆是重要的油料作物和經(jīng)濟(jì)作物[5 - 7 ]，我們以大豆為材料，研究SO2處理對(duì)大豆幼苗主要抗氧化酶活性的影響，以探討大豆主要抗氧化酶與大豆的抗逆性之間的關(guān)系，為大豆抗SO2機(jī)理研究提供參考。
1? ?材料與方法
1.1? ?材料
指示大豆品種為中黃24，購(gòu)自山東省臨沂市農(nóng)資城。
1.2? ?方法
1.2.1? ? 幼苗培養(yǎng)? ? 準(zhǔn)備直徑約18 cm的花盆10個(gè)，其中6盆用于實(shí)驗(yàn)，4盆用于預(yù)實(shí)驗(yàn)。
每個(gè)花盆中裝等量土壤（3 kg）。將大豆種植在花盆中，盡可能多播，種植后常規(guī)管理。大豆幼苗生長(zhǎng)至約30 cm時(shí)，選擇生長(zhǎng)狀況一致的花盆留苗18株。
1.2.2? ? SO2熏氣濃度的確定? ? 熏氣裝置及SO2氣體的獲得均采用孫建偉的方法[8 ]。選用4盆生長(zhǎng)狀況大體相同的大豆幼苗進(jìn)行預(yù)試驗(yàn)，分別以濃度為20、40、60、80 mg/m3的SO2對(duì)大豆幼苗熏氣處理2 h，24 h后觀察大豆幼苗的生長(zhǎng)狀況。選擇SO2濃度較低，但對(duì)大豆幼苗又有明顯的傷害癥狀的濃度作為試驗(yàn)處理SO2濃度。通過(guò)預(yù)試驗(yàn)，確定60 mg/m3為試驗(yàn)SO2濃度。
1.2.3? ? SO2熏氣處理和酶液提取? ? 大豆幼苗生長(zhǎng)至約30 cm時(shí)，用濃度為60 mg/m3的SO2熏氣對(duì)幼苗處理2 h，以不做任何處理的幼苗作為對(duì)照，試驗(yàn)和對(duì)照各1盆，3次重復(fù)。熏氣處理完成后立即對(duì)試驗(yàn)組和對(duì)照組幼苗葉片提取酶液，以后每隔24 h取樣1次，共取樣6次。用王愛(ài)國(guó)等[9 ]的方法提取酶液，分裝保存于-20 ℃冰箱備用。
1.2.4? ? 測(cè)定內(nèi)容及方法? ? CAT活性采用波欽諾克[10 ]的方法測(cè)定，POD活性利用愈創(chuàng)木酚法進(jìn)行測(cè)定[11 ]，SOD活性采用Giannoplitis等[12 ]的方法測(cè)定。最少測(cè)定3次，取平均值作為最終活性值。采用Excel作圖，分析酶活性的變化趨勢(shì)。
2? ?結(jié)果與分析
2.1? ?SO2熏氣處理對(duì)大豆苗CAT活性的影響
從圖1可以看出，試驗(yàn)組大豆幼苗葉片細(xì)胞中的CAT活性在SO2熏氣處理剛結(jié)束時(shí)下降幅度比較大;從第2次取樣開(kāi)始，試驗(yàn)組的CAT活性與對(duì)照組的差距逐漸縮小，說(shuō)明大豆幼苗CAT活性在逐漸恢復(fù);到第5天時(shí)接近對(duì)照組水平，但試驗(yàn)過(guò)程中試驗(yàn)組大豆苗CAT活性均低于對(duì)照組。說(shuō)明用60 mg/m3 SO2熏氣處理可使大豆幼苗中CAT的活性降低，但終止SO2熏氣處理后CAT活性又緩慢提高。
2.2? ?SO2熏氣處理對(duì)大豆苗POD活性的影響
從圖2可以看出，試驗(yàn)組大豆幼苗葉片細(xì)胞中的POD活性在SO2熏氣處理結(jié)束時(shí)與對(duì)照組變化不大，從第2次取樣至取樣結(jié)束，試驗(yàn)組的POD活性均高于對(duì)照組。說(shuō)明用60 mg/m3 SO2熏氣處理后，大豆幼苗中POD的活性增強(qiáng)。
2.3? ?SO2熏氣處理對(duì)大豆苗SOD活性的影響
從圖3可以看出，試驗(yàn)組大豆幼苗葉片細(xì)胞中的SOD活性在SO2熏氣處理結(jié)束時(shí)與對(duì)照組的SOD活性基本持平，但從第2次取樣至取樣結(jié)束，試驗(yàn)組的SOD活性均都高于對(duì)照組。說(shuō)明用60 mg/m3 SO2 熏氣處理可使大豆幼苗中SOD活性升高。
3? ?小結(jié)與討論
試驗(yàn)結(jié)果表明，用濃度為60 mg/m3 SO2 熏氣處理大豆幼苗2 h，可使大豆幼苗葉片細(xì)胞過(guò)氧化氫酶（CAT）的活性降低，終止處理后，CAT活性逐漸恢復(fù);使過(guò)氧化物酶（POD），超氧化物歧化酶（SOD）的活性升高。說(shuō)明60 mg/m3 SO2熏氣處理對(duì)大豆幼苗不同細(xì)胞抗氧化酶活性的影響不同，這可能與大豆對(duì)SO2的抗性有關(guān)。
SO2是大氣中分布廣、影響大的污染物，SO2對(duì)植物的傷害作用，最先影響的是酶的活性，然后是細(xì)胞和組織的壞死。因此，測(cè)定SO2污染后酶活性的大小，或許是判斷植物受污染程度最靈敏的方法之? ?一[13 ]。植物受SO2污染后，植物細(xì)胞抗氧化酶的活性會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。其中，SOD、CAT、POD等植物細(xì)胞抗氧化酶在植物的抗性反應(yīng)中具有非常重要的作用。SOD是植物細(xì)胞中最主要的抗氧化酶，其主要功能是使超氧化物陰離子自由基（O2-）發(fā)生歧化反應(yīng)，生成過(guò)氧化氫和氧氣，從而消除超氧化物陰離子自由基（O2-）對(duì)細(xì)胞的毒害作用[14 ]。植物體中過(guò)氧化氫的清除需要依賴CAT和POD的共同作用。SOD和CAT是決定植物細(xì)胞對(duì)SO2抗性的關(guān)鍵酶類[15 ]，其活性大小與植物對(duì)SO2的抗性密切相關(guān)。
在低濃度的SO2處理下，植物體中抗氧化酶的活性隨著SO2處理濃度和時(shí)間的增加而升高[16 ]，但當(dāng)植物出現(xiàn)明顯癥狀后，植物體的抗氧化酶的活性則會(huì)下降。不同的處理方式和試驗(yàn)條件，也使得試驗(yàn)結(jié)果有所不同。在本試驗(yàn)中，所用的SO2濃度較高，已經(jīng)出現(xiàn)明顯的傷害癥狀，所以CAT活性在SO2熏氣處理后是降低的，這與夏宗良等[17 ]的研究結(jié)果一致，即隨著SO2脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，玉米幼苗葉片中過(guò)氧化氫酶的活性呈顯著下降趨勢(shì)。但本試驗(yàn)中SO2熏氣處理可使植物細(xì)胞中POD的活性升高，這與黃芳等[18 - 19 ]的研究結(jié)果一致。同時(shí)，SO2處理也可顯著提高SOD活性[14 ]。
參考文獻(xiàn)：
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[19] 黃? ?芳，王建明，徐玉梅.? SO2對(duì)不同植物幾種酶活性的影響[J].? 山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005（3）：13-17.
（本文責(zé)編：陳? ? 偉）
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關(guān)鍵詞：SO2;大豆;抗氧化酶;影響
中圖分類號(hào)：S565.1? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ?文章編號(hào)：1001-1463（2020）02-0058-04
Abstract：Using Zhonghuang 24 soybean seeds as materials， the effects of SO2 treatment on the activities of antioxidant enzymes， especially CAT， POD and SOD in the leaves of soybean seedlings were elementary studied using assay of enzyme activities. The results showed that CAT activity of soybean seedling leaf cells first decreased， and then recovered gradually after fumigation with a concentration of 60 mg/m3 SO2 for 2 hours. The activity of POD and SOD increased after SO2 fumigation. It was suggested that 60 mg/m3 SO2 fumigation had different effects on antioxidant enzyme activity in soybean seedling cells， which might be related to SO2 resistance of soybean.
Key words：SO2;Soybean;Antioxidant enzymes;Effect
二氧化硫（SO2）是大氣主要污染物之一，全世界每年會(huì)排放大約15 000萬(wàn)t SO2進(jìn)入大氣[1 ]。SO2對(duì)植物的光合作用、呼吸作用、質(zhì)膜透性、酶的活性、氣孔關(guān)閉、細(xì)胞凋亡等很多方面都有影響[2 - 3 ]。植物為了適應(yīng)不良的生長(zhǎng)環(huán)境，也形成了一些抗逆性機(jī)制[2 ]，有人從基因和分子水平上來(lái)探討植物對(duì)SO2的抗性機(jī)制[4 ]，但SO2對(duì)植物影響的機(jī)理和植物的抗逆機(jī)制還有待于進(jìn)一步研究?？寡趸冈谥参锏钟鞣N不良環(huán)境的過(guò)程中起著重要的作用，主要包括超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）和過(guò)氧化氫酶（CAT）等，這些抗氧化酶的活性是判斷植物抗逆性的重要參數(shù)之一，SO2對(duì)植物抗氧化酶的影響對(duì)于揭示植物的抗逆機(jī)理有著重要的意義。大豆是重要的油料作物和經(jīng)濟(jì)作物[5 - 7 ]，我們以大豆為材料，研究SO2處理對(duì)大豆幼苗主要抗氧化酶活性的影響，以探討大豆主要抗氧化酶與大豆的抗逆性之間的關(guān)系，為大豆抗SO2機(jī)理研究提供參考。
1? ?材料與方法
1.1? ?材料
指示大豆品種為中黃24，購(gòu)自山東省臨沂市農(nóng)資城。
1.2? ?方法
1.2.1? ? 幼苗培養(yǎng)? ? 準(zhǔn)備直徑約18 cm的花盆10個(gè)，其中6盆用于實(shí)驗(yàn)，4盆用于預(yù)實(shí)驗(yàn)。
每個(gè)花盆中裝等量土壤（3 kg）。將大豆種植在花盆中，盡可能多播，種植后常規(guī)管理。大豆幼苗生長(zhǎng)至約30 cm時(shí)，選擇生長(zhǎng)狀況一致的花盆留苗18株。
1.2.2? ? SO2熏氣濃度的確定? ? 熏氣裝置及SO2氣體的獲得均采用孫建偉的方法[8 ]。選用4盆生長(zhǎng)狀況大體相同的大豆幼苗進(jìn)行預(yù)試驗(yàn)，分別以濃度為20、40、60、80 mg/m3的SO2對(duì)大豆幼苗熏氣處理2 h，24 h后觀察大豆幼苗的生長(zhǎng)狀況。選擇SO2濃度較低，但對(duì)大豆幼苗又有明顯的傷害癥狀的濃度作為試驗(yàn)處理SO2濃度。通過(guò)預(yù)試驗(yàn)，確定60 mg/m3為試驗(yàn)SO2濃度。
1.2.3? ? SO2熏氣處理和酶液提取? ? 大豆幼苗生長(zhǎng)至約30 cm時(shí)，用濃度為60 mg/m3的SO2熏氣對(duì)幼苗處理2 h，以不做任何處理的幼苗作為對(duì)照，試驗(yàn)和對(duì)照各1盆，3次重復(fù)。熏氣處理完成后立即對(duì)試驗(yàn)組和對(duì)照組幼苗葉片提取酶液，以后每隔24 h取樣1次，共取樣6次。用王愛(ài)國(guó)等[9 ]的方法提取酶液，分裝保存于-20 ℃冰箱備用。
1.2.4? ? 測(cè)定內(nèi)容及方法? ? CAT活性采用波欽諾克[10 ]的方法測(cè)定，POD活性利用愈創(chuàng)木酚法進(jìn)行測(cè)定[11 ]，SOD活性采用Giannoplitis等[12 ]的方法測(cè)定。最少測(cè)定3次，取平均值作為最終活性值。采用Excel作圖，分析酶活性的變化趨勢(shì)。
2? ?結(jié)果與分析
2.1? ?SO2熏氣處理對(duì)大豆苗CAT活性的影響
從圖1可以看出，試驗(yàn)組大豆幼苗葉片細(xì)胞中的CAT活性在SO2熏氣處理剛結(jié)束時(shí)下降幅度比較大;從第2次取樣開(kāi)始，試驗(yàn)組的CAT活性與對(duì)照組的差距逐漸縮小，說(shuō)明大豆幼苗CAT活性在逐漸恢復(fù);到第5天時(shí)接近對(duì)照組水平，但試驗(yàn)過(guò)程中試驗(yàn)組大豆苗CAT活性均低于對(duì)照組。說(shuō)明用60 mg/m3 SO2熏氣處理可使大豆幼苗中CAT的活性降低，但終止SO2熏氣處理后CAT活性又緩慢提高。
2.2? ?SO2熏氣處理對(duì)大豆苗POD活性的影響
從圖2可以看出，試驗(yàn)組大豆幼苗葉片細(xì)胞中的POD活性在SO2熏氣處理結(jié)束時(shí)與對(duì)照組變化不大，從第2次取樣至取樣結(jié)束，試驗(yàn)組的POD活性均高于對(duì)照組。說(shuō)明用60 mg/m3 SO2熏氣處理后，大豆幼苗中POD的活性增強(qiáng)。
2.3? ?SO2熏氣處理對(duì)大豆苗SOD活性的影響
從圖3可以看出，試驗(yàn)組大豆幼苗葉片細(xì)胞中的SOD活性在SO2熏氣處理結(jié)束時(shí)與對(duì)照組的SOD活性基本持平，但從第2次取樣至取樣結(jié)束，試驗(yàn)組的SOD活性均都高于對(duì)照組。說(shuō)明用60 mg/m3 SO2 熏氣處理可使大豆幼苗中SOD活性升高。
3? ?小結(jié)與討論
試驗(yàn)結(jié)果表明，用濃度為60 mg/m3 SO2 熏氣處理大豆幼苗2 h，可使大豆幼苗葉片細(xì)胞過(guò)氧化氫酶（CAT）的活性降低，終止處理后，CAT活性逐漸恢復(fù);使過(guò)氧化物酶（POD），超氧化物歧化酶（SOD）的活性升高。說(shuō)明60 mg/m3 SO2熏氣處理對(duì)大豆幼苗不同細(xì)胞抗氧化酶活性的影響不同，這可能與大豆對(duì)SO2的抗性有關(guān)。
SO2是大氣中分布廣、影響大的污染物，SO2對(duì)植物的傷害作用，最先影響的是酶的活性，然后是細(xì)胞和組織的壞死。因此，測(cè)定SO2污染后酶活性的大小，或許是判斷植物受污染程度最靈敏的方法之? ?一[13 ]。植物受SO2污染后，植物細(xì)胞抗氧化酶的活性會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。其中，SOD、CAT、POD等植物細(xì)胞抗氧化酶在植物的抗性反應(yīng)中具有非常重要的作用。SOD是植物細(xì)胞中最主要的抗氧化酶，其主要功能是使超氧化物陰離子自由基（O2-）發(fā)生歧化反應(yīng)，生成過(guò)氧化氫和氧氣，從而消除超氧化物陰離子自由基（O2-）對(duì)細(xì)胞的毒害作用[14 ]。植物體中過(guò)氧化氫的清除需要依賴CAT和POD的共同作用。SOD和CAT是決定植物細(xì)胞對(duì)SO2抗性的關(guān)鍵酶類[15 ]，其活性大小與植物對(duì)SO2的抗性密切相關(guān)。
在低濃度的SO2處理下，植物體中抗氧化酶的活性隨著SO2處理濃度和時(shí)間的增加而升高[16 ]，但當(dāng)植物出現(xiàn)明顯癥狀后，植物體的抗氧化酶的活性則會(huì)下降。不同的處理方式和試驗(yàn)條件，也使得試驗(yàn)結(jié)果有所不同。在本試驗(yàn)中，所用的SO2濃度較高，已經(jīng)出現(xiàn)明顯的傷害癥狀，所以CAT活性在SO2熏氣處理后是降低的，這與夏宗良等[17 ]的研究結(jié)果一致，即隨著SO2脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，玉米幼苗葉片中過(guò)氧化氫酶的活性呈顯著下降趨勢(shì)。但本試驗(yàn)中SO2熏氣處理可使植物細(xì)胞中POD的活性升高，這與黃芳等[18 - 19 ]的研究結(jié)果一致。同時(shí)，SO2處理也可顯著提高SOD活性[14 ]。
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（本文責(zé)編：陳? ? 偉）
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