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磷胁迫对滴水观音叶片抗氧化酶活性的影响

来源:用户上传      作者: 朱启红 夏红霞 李强 丁武泉

  摘要:采用水培法研究了不同浓度磷对滴水观音(Alocasia macrorrhiza Schott)叶片抗氧化酶活性的影响。结果表明,低浓度磷(0~1.024 g/L)促进滴水观音叶片过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性,高浓度磷(1.024~5.120 g/L)则抑制滴水观音叶片POD、CAT活性;0~0.512 g/L磷促进滴水观音叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性,0.512~5.120 g/L磷则抑制滴水观音叶片SOD活性。表明低浓度磷可促进滴水观音植物体内活性氧物质的转化、清除,提高植株抗氧化酶活性;但高浓度磷则对滴水观音叶片抗氧化酶活性起抑制作用。
  关键词:滴水观音(Alocasia macrorrhiza Schott);磷胁迫;抗氧化酶
  中图分类号:S682.36 文献标识码:A 文章编号:0439-8114(2012)21-4810-03
  The Effect of Phosphorus Stress on Antioxidant Enzyme Activity of
  Alocasia macrorrhiza
  ZHU Qi-hong,XIA Hong-xia,LI Qiang,DING Wu-quan
  (Key Laboratory of Water Environment Restoration, Chongqing University of Arts and Sciences, Chongqing 402168,China)
  Abstract: The effect of different concentration of phosphorus on antioxidant enzyme activity of Alocasia macrorrhiza leaves was studied by water culture. The experimental results showed that the POD and CAT activity could be promoted by low concentration of phosphorus(0~1.024 g/L); while their activities could be inhibited by high concentration phosphorus(1.024~5.120 g/L). 0~0.512 g/L phosphorus promoted SOD activity; while 0.512~5.120 g/L phosphoras inhibited SOD activity. It was indicated that low concentration of phosphorus could promote the transformation and clearance of reactive oxygen species in Alocasia macrorrhiza, and increase plant antioxidant enzyme activity, but high concentration of phosphorus would act the opposite.
  Key words: Alocasia macrorrhiza; phosphorus stress; antioxidant enzyme
  含磷洗衣粉及含磷农药等的使用使环境中磷含量急剧上升。当大量磷进入水体后易破坏水体生态平衡,引起水体富营养化[1]。相关研究也表明[2],磷是水体富营养化的控制因子。因此,控制水中磷浓度是治理水体富营养化的关键[3]。
  滴水观音(Alocasia macrorrhiza Schott)又名滴水莲、佛手莲,为天南星科海芋属多年生草本植物,具有较强的环境适应能力和较大的生物量,对CODCr150~180 mg/L畜禽养殖废水TP、TN的净化效率均在90%以上,是一种值得推荐的湿地修复植物[4],但目前对滴水观音净化废水方面的研究较少。通过水培试验研究滴水观音抗氧化酶系统对磷胁迫的响应,探寻磷对植物的影响机制,以期寻找对磷具有较强抗性的植物资源。
  1 材料与方法
  1.1 供试材料
  滴水观音购自重庆市永川花卉市场。选取大小均一的植株培养于Hoagland营养液中,待植株长出新叶后用于水培试验。
  无水NaH2PO4,分析纯,购于天津国药集团。
  1.2 营养液培养试验
  将纯化后的植株进行不同浓度的磷胁迫处理。营养液中磷以NaH2PO4加入。NaH2PO4添加量为0、0.032、0.064、0.128、0.512、1.024、2.048、5.120 g/L。植株每天光照12 h,保持24 h连续通气,每3 d换一次营养液。在第20天时测定滴水观音新鲜叶片过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性。每处理均3次重复,取其平均值用于统计分析。
  1.3 抗氧化酶活性测定方法
  POD、SOD、CAT活性采用分光光度法测定[5]。
  2 结果与分析
  2.1 磷对滴水观音叶片POD活性的影响
  POD是植物体内普遍存在的、活性较高的一种酶,它与植物代谢及抗逆性都有密切关系[6,7]。当植物处于逆境时,POD等保护酶能有效消除过氧化所产生的活性氧物质,防御植物细胞膜过氧化,故POD活性可反映植物生长环境的好坏。试验结果(图1)显示,当磷浓度为0~1.024 g/L时,POD浓度呈上升趋势,说明滴水观音在低磷胁迫下产生大量的过氧化物酶来清除过氧化所产生的活性氧物质H2O2,以防止植物细胞膜过度氧化。当磷浓度从1.024 g/L增加到5.120 g/L时,叶片中POD 的活性逐渐下降。这是因为POD具有双重作用[8],当POD在逆境或衰老初期发挥作用时,表现为细胞活性氧保护酶系统的成员之一,清除H2O2,起着保护细胞的作用;但当POD在逆境或衰老后期时,表现为伤害作用,参与活性氧的生成、叶绿素的降解,并能引起膜脂过氧化作用。   2.2 磷对滴水观音叶片CAT活性的影响
  CAT是植物保护系统中的重要酶,位于过氧化物体、乙醛酸循环体以及相关氧化酶定位的细胞器中,可以清除线粒体电子传递、脂肪酸β-氧化及光呼吸氧化过程中产生的H2O2[9],还可以防御植物细胞膜过氧化,降低植物细胞受伤害的程度,在植物抗逆境胁迫中起着关键作用。从图2可以看出,CAT活性的变化趋势与POD相似。当磷浓度为0~1.024 g/L时,CAT浓度随磷浓度的增加而逐渐上升,表明植物为了减少体内的H2O2,防御植物细胞膜过氧化,降低植物细胞受伤害的程度,从而生成大量的过氧化氢酶;1.024 g/L后,CAT浓度呈下降趋势,可能是由于植物体内产生了大量的活性氧自由基,超过了保护酶的清除范围,并且浓度过高的磷元素导致过氧化氢酶的结构变化、活性丧失[10,11]。
  2.3 磷对滴水观音叶片SOD活性的影响
  SOD是植物体内清除自由基的关键酶之一,能催化生物体内分子氧活化的第一中间产物O2-·发生歧化反应产生O2和H2O2,同时又是一种典型诱导酶,其在抵抗环境胁迫中起着非常重要的作用[12]。植物在逆境下受到的伤害以及植物对逆境的抵抗能力往往与体内的超氧化物歧化酶的活性水平有关[13]。试验结果(图3)显示,当磷浓度为0~0.512 g/L时,植物体内的SOD浓度呈上升趋势;0.512 g/L后,SOD浓度逐渐降低。这是因为随着磷浓度的增大,植物体内产生的O2-·增大,使得滴水观音叶片的SOD活性逐渐下降。在高浓度磷胁迫下,植物体内会诱发许多诸如·OH活性氧自由基[13],使细胞膜的膜脂产生各种次生自由基,最终导致膜脂过氧化和膜的损伤,从而使膜的结构功能及体内各生理生化反应受到损伤。
  3 小结
  磷是植物生长必需的大量元素之一,参与植物生长的各个阶段。但许多研究[14]表明,磷浓度过高或过低都会抑制植物的生长甚至使植物死亡。试验结果表明,低磷和高磷均降低了植株叶片抗氧化系统酶活性,对植株生长产生了一定影响,但却没有出现死亡,这可能是因为供试植物对磷的抗性较强。
  SOD、CAT、POD是植物体内酶促防御系统的3个重要保护酶,相互之间起着协同保护的作用。植物体内活性氧的清除主要是由这些酶系统和抗氧化物质来完成的,其中SOD、POD是重要的O2-·清除酶系统。外界条件胁迫会诱发植物细胞内产生超氧阴离子自由基(O2-·)、氢氧根(OH-)、羟自由基(·OH)、过氧化氢(H2O2)等活性氧物质(ROS)[15]。这些活性氧类物质破坏膜脂类物质、蛋白质以及核酸,影响植物体的生长发育[16]。磷浓度上升导致活性氧反应加剧,活性氧自由基含量增加,这时抗氧化酶保护系统中SOD、POD、CAT等活性酶应激上升,通过各自作用及相互间的协调作用来消除或减少活性氧物质造成的伤害,从而减少O2-·和H2O2的积累,使机体内的ROS含量降低,抑制这些自由基对膜脂过氧化的诱发[8],从而有效消除氧化胁迫的危害[17]。试验结果表明,在0~1.024 g/L范围内,外界磷浓度有利于POD、CAT活性的增强,这利于对滴水观音植物体内活性氧物质的转化、清除;但磷浓度超过1.024 g/L后,则对滴水观音POD、CAT活性具有一定的抑制作用;0~0.512 g/L磷促进滴水观音叶片SOD活性,0.512~5.120 g/L磷则抑制植株叶片SOD活性。
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  收稿日期:2012-02-13
  基金项目:重庆市自然科学基金资助项目(cstc2011jjA1236);重庆市教委资助项目(KJ121215)
  作者简介:朱启红(1978-),男,重庆人,副教授,硕士,主要从事环境修复方面的教学和科研工作,(电话)13696486913(电子信箱)
  zhuqh05@163.com;通讯作者,夏红霞,(电子信箱)287670325@qq.com。
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