环境胁迫下植物抗氧化酶的反应规律研究.pdf

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1、环境胁迫下植物抗氧化酶的反应规律研究1李璇、岳红、黄璐琦，郭兰萍(中国中医科学院中药研究所,北京100700)摘要：在正常情况下，植物体内会产生活性氧。植物在环境胁迫下，活性氧的产生增加，植物体内有一套完整的抗氧化酶系统对抗其有害作用。本文介绍了抗氧化酶的种类和结构特点，总结了植物的在不同种类、器官和发育阶段下，体内抗氧化酶活性的变化规律，概述了外界条件对抗氧化酶活性的影响。并提出了植物抗氧化酶的研究策略。关键词：抗氧化酶，生理状态，环境胁迫，活性植物在自身有氧代谢过程中以及外界逆境胁迫下，体内会产生大量活性氧，这类物质在植物体内如不能及时清除，将会对植物的生长发育产

2、生严重的毒害作用。植物为了维持正常的生长，通过抗氧化酶系统和抗氧化剂对活性氧进行清除[1]。在抗氧化酶系统中，超氧化物歧化酶(SOD)是植物抗氧化的第一道防线，能清除细胞中多余的超氧阴离子。过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)可以使H2O2歧化成水和氧分子。通过这三种酶的作用，有效的控制植物体内活性氧的积累。1植物体抗氧化酶的种类结构、关系和功能植物体主要含有三种类型的SOD：Cu-ZnSOD，Mn-SOD和Fe-SOD。Cu-ZnSOD一般存在于细胞质和叶绿体中，Mn-SOD和Fe-SOD存在于线粒体和[2]-叶绿体中。植物细胞内的产生的超氧化物O2在超氧化物

3、歧化酶SOD的催化下，歧化为H2O2和O2，生成的H2O2，在过氧化氢歧化酶CAT和过氧化物酶POD的催化下，歧化为O2和H2O。植物中的CAT是四聚体的含亚铁血红素的蛋白，主要分布于过氧化物酶体。过氧化物酶POD是一种以铁卟啉为辅基的酶类，其消除H2O2的过程和CAT不同，从底物中获得电子后传递给过氧化氢，POD[3]催化的反应除了需要H2O2以外还需要供电子体的存在,只要有足量的供电子体，过氧化物酶POD在低浓度H2O2的情况下也可以发挥高效的催化作用，因此是生物体内还需要供电子体再生系统与之关联。机体内与谷胱甘肽还原酶（GR）[收稿日期]2010-9-15[基金

4、项目]国家自然科学基金（81072989），国家科技重大专项（2009ZX09502-026，2009ZX09301-005，2009ZX09308-002）；中国中医科学院自主选题研究项目课题（ZZ20090302）；云南省科技计划项目（云南重点产业创新工程2008IF025-4），国家中医药管理局行业科研专项（201107009）[通信作者]郭兰萍，email:glp01@126.com[4]偶联的再生系统对POD供电子体的循环最为重要。在植物的抗氧化酶系统中，SOD、CAT、POD反应效果可相互协同。SOD把超氧化物歧化为H2O2后，CAT和POD在一定强度的环

5、境胁迫下有互补的作用，因此不论H2O2浓度的高低，都可以发挥高效将其消除。张永志等在使用Pb对番茄幼苗进行试验时，在受胁迫初期，POD和CAT的活性都有显著增加，后[5]期随着CAT活性逐步减弱，POD活性的随之增加。RobertC.Bray等人在实验-中发现SOD在清除O2的时候，酶的活力随着生成的H2O2的增加而降低，加入[6]CAT消耗H2O2后，可以保护SOD活性，由此也可以看出抗氧化酶系统的协同作用。2植物自身因素对抗氧化酶活性的影响2.1植物种类不同的植物在同种环境胁迫下抗氧化酶变化有一定差异。C4植物比C3植物更能适应高温、光照强烈和干旱的环境，其抗氧化

6、的保护能力也是重要的原因之一。C3和C4植物在同种环境胁迫下的光合作用差异较明显，C4植物的光合效率较C3植物高，抗氧化酶在轻度胁迫中差异不大，但在高强度的胁迫下植物体内H2O2含量差异较大，显示出其对环境胁迫的敏感度不同。从HarshNayyar等人对小麦（C3）和玉米（C4）进行水分胁迫的实验中可以看出，胁迫强度增大后，小麦体内的H2O2含量较玉米中高，细胞受到的损伤程度较大，谷胱甘肽还原酶含[7]量比玉米中低，SOD、POD、CAT活性也略比玉米根中低。自然条件下玉米和花生的实验中可以看出：中午时、玉米在自然条件下叶片中SOD活性与花生相[8]近，早上和下午都高

7、于花生；玉米的POD活性也明显高于花生。2.2不同器官在同一植物不同组织和器官中，抗氧化酶活性也不同。由于植物体内抗氧化酶分布在不同器官中的含量有所差别，不同的环境胁迫对植物不同器官的伤害程度也有差异，因此植物体内不同组织器官在胁迫时间里的变化略有不同。对于大部分植物，在高盐、干旱等胁迫中，通常根最先受到伤害，也是适应反应的起点，根中的抗氧化酶活性变化最为敏感、也较叶片中活性要强。NeelamMisra和AjayK.Gupta在对长春花幼苗使用高盐胁迫时，发现根中的SOD、CAT、POD的活性[9]都较叶片中强，LeiJiang和HongYang在研