（农业生物环境与能源工程专业论文）GSH改善月季切花失水胁迫耐性及其对抗氧化酶活性的影响.pdf

摘要 为了探讨g s h 对月季切花失水胁迫耐性的影响，本研究以切花月季s a m a n t h a 为试材，采 用不同浓度的g s h 和b s o 预处理，分别提高和降低花瓣中的g s h 含量，观测g s h 含量变化对 切花失水胁迫耐性影响，依此分别确定了有效提高和降低切花失水胁迫耐性的g s h 和b s o 处理 浓度。荠利用已经确定的g s h 和b s o 有效预处理浓度对月季切花进行预处理，测定胁迫、复水 及瓶插过程中花朵水势、花瓣中m d a 含量以及s o d 、p o d 、c a t 、a p x 、g p x 、g r 等抗氧化 酶的活性和总g s h 、a s a 含量及还原型的g s h 、a s a 含量等生理指标的变化。结果如下： 1 、失水胁迫2 4 h 促进了切花月季s a m a n t h a 花朵的衰老进程，瓶插寿命缩短近5 0 。胁追 3 0 h ，5 0 以上的花枝不能复水，胁迫时间超过3 6 h ，花枝复水率进一步降低，几乎完全失去瓶插 价值。 2 、g s h 预处理能够明显提高切花失水胁追耐性。在2m m o l l 范围内随着处理浓度升高失水 胁迫耐性增强，促进花朵开放延长了瓶插寿命。但是g s h 浓度超过2 m m o l l 后，胁迫耐性得 不到进一步增强效果。因此，确定2m m o l l 为最适g s h 预处理浓度。 3 、b s o 预处理进一步降低切花失水胁迫耐性。花瓣中g s h 总量降低随着b s o 预处理浓度 的提高而下降；当浓度超过2m m o l l 后，g s h 的总量不再降低。2m m o l l 的处理浓度下，花瓣 中g s h 含量显著降低同时，切花失水胁迫耐性明显减弱，花朵开放进一步被抑制，萎蔫进程加 快，瓶插寿命进一步缩短。因此，确定这一浓度为b s o 的最适预处理浓度。 4 、与失水胁迫对照处理相比较，g s h 预处理明显提高了切花月季瓶插期间花朵的水势，显 著降低了花瓣中m d a 的含量，有效提高了花瓣中g s h 含量和g r 活性。b s o 预处理获得了理 想的反证结果。 5 从抗氧化酶活性的响应来看，胁迫对照花瓣中抗氧化酶的活性在胁迫初期均有所提高，随 着胁迫加重开始下降，复水后有所上升，瓶插后期随衰老降低；g s h 预处理提高了胁迫以及复水 期间g r 、g p x 、s o d 和a p x 的活性以及a s a 的含量，对p o d 和c a t 没有影响，降低了m d a 的含量。b s o 预处理明显降低了胁迫过程中g r 、g p x 、s o d 的活性，对复水2 4 h 内的g r 、p o d 、 a p x 影响不大，瓶插期问的g r 、g p x 、s o d 、p o d 、c a t 和a p x 均低于胁迫对照。上述结果 表明，g s h 预处理对切花月季s a m a n t h a 失水胁迫耐性的改善，与花朵抗氧化酶活性的提高相联 系。 关键词：月季切花，谷胱甘肽，谷胱甘肽还原酶，抗氧化酶，水分胁追 a b s t r a c t t h i sw o r kw a sa i m e dt oi n v e s t i g a t et h ee f f e c to fg s ho nt o l e r a n c et ow a t e rd e f i c i ts t r e s s c u tr o s e ( r o s ah y b r i d a ) s a m a n t h a w a sp r e t r e a t e dw i t hg s ha n db s ot oi n c r e a s eo rd e c r e a s eg s hc o n t e n ti n f l o w e r s ，r e s p e c t i v e l y ，a n de f f e c to f c h a n g ei ng s hc o n t e n to nc a tr o s ee x p o s e dt o2 4ho f w a t e rd e f i c i t s t r e s sw a sm e a s u r e d p o t e n tg s hc o n c e n t r a t i o nw a sd e t e r m i n e da n de f f e c t i v ec o n c e n t r a t i o no fb s o ，a r e a g e n tt h a td e c r e a s e sg s hc o n t e n t ，w a sf u r t h e rd e t e r m i n e d t h ea d e q u a t ec o n c e n t r a t i o n so f g s ha n d b s ow e r eu s e dt op r e t r e a tt h ef l o w e r s ，a n dw a t e rp o t e n t i a l ，m d ac o n t e n t ，s o d ，p o d ，c a t ，a p x ， g p xa n dg ra c t i v i t y ，g s ha n da s ac o n t e n tw e r ea s s a y e dt od e t e r m i n et h ee f f e c to f r e g u l a t i n gg s h c o n t e n te l la n t i o x i d a t i v es y s t e ma n dt o l e r a n c et ow a t e rd e f i c i ts t r e s s t h er e s u l t ss h o w e d ： i 2 4 hw a t e rd e f i c i ts t r e s sa c c e l e r a t e dt h es e n e s c e n c ep r o c e s s ，a n dv a s el i r ew a ss h o r t e n e d5 0 w a t e rr e c o v e r yr a t ew a sl o w e ra n do r n a m e n t a lv a l u ew a si o s tw h e nt h ef l o w e r sw e r es t r e s s e df o rm o r e t h a n3 6 h 2 t o l e r a n c et ow a t e rd e f i c i ts t r e s sw a sm a r k e d l yi n c r e a s e db yg s hp r e t r e a t m e n t ，a n dt h e i m p r o v e m e n te f f e c ti n c r e a s e dw i t hi n c r e a s i n gg s hc o n t e n ti fi tw a sn om o r et h a n2m m o l l n ob e h e r e f f e c tw a sf o u n dw h e nt h ec o n c e n t r a t i o nw a sm o r et h a n2m m o l f l 2m m o l lg s hw a sd e t e r m i n e da s t h ea d e q u a t ec o n c e n t r a t i o nf o rg s hp r e t r e a t m e n t 3 g s hc o n t e n td e c r e a s e da f t e rb s op r e t r e a t m e n t , a n dt h ed e c r e a s ew a sg r e a t e rw i t hi n c r e a s i n g b s oc o n t e n t ，a n dn os i g n i f i c a n td e c r e a s ei nt o t a lg s hc o n t e n tw a sf o u n dw h e nb s oc o n t e n tw a sm o r e t h a n2m f o o i l d e c r e a s ej ng s hc o n t e n td e c r e a s e dt h et o l e r a n c et ow a t e rd e f i c i ts t r e s s ，s h o r t e n e dv a s e l i f e ，i n h i b i t e df l o w e ro p e n i n ga n da c c e l e r a t e dw i l t i n gp r o c e s s 4 c o m p a r e dw i t h s t r e s sc o n t r o l ，w a t e rp o t e n t i a lw a ss i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e d ，m d ac o n t e n t m a r k e d l yd e c r e a s e da n dg s hc o n t e n ta n dg ra c t i v i t yw a se f f e c t i v e l yi n c r e a s e db y2m m o l lg s h i d e a lo p p o s i t ee v i d e n c ew a so b t a i n e db y2m m o i lb s o p r e t r e a t m a n t 5 ，i nr e s p o n s et ow a t e rd e f i c i ts t r e s s ，a l la n t i o x i d a t i v ee n z y m e si n c r e a s e di nt h ee a r l ys t a g eo f w a t e r d e f i c i ts t r e s s ，a n dt h e yd e c r e a s e dw h e ns t r e s st i m ew a sp r o l o n g e d ，i n c r e a s e dd u r i n gw a t e rr e c o v e r y p e r i o da n dd e c r e a s e da g a i nd u r i n gv a s i n g ；g r ，g p x ，s o da n da p xa c t i v i t ya n da s ac o n t e n tw a s i n c r e a s e d ，p o da n dc a tw e r en o tg r e a t l yi n f l u e n c e db yg s hp r e t r e a t m e n ta n dt h e r e b yd e c r e a s e dm d a c o n t e n t b s op r e t r e a t m e n tm a r k e d l yd e c r e a s e dg r ，g p xa n ds o da c t i v i t yd u r i n gs t r e s sp e r i o da n dn o g r e a td e c r e a s ei ng r ，p o da n da p xa c t i v i t yw a sf o u n da n dg r ，g p x ，s o d ，p o d ，c a ta n da p x a c t i v i t yw a sl o w e rt h a nt h o s eo f s t r e s sc o n t r 0 1 t h ea b o v er e s u l t ss h o w e d2m m o l lg s hc o u l de f f e c t i v e l yi n c r e a s e dt o l e r a n c et ow a t e rd e f i c i t s t r e s si nc u tr o s e s a m a n t h a ，a n dt h ee f f e c tw a st h r o u g hi n c r e a s i n ga n t i o x i d a t i v ee n z y m ea c t i v i t y k e yw o r d s ：c u tr o s e ，g l u t a t h i o n eg s h ，g l u t a t h i o n er e d u c t a s e ，a n t i o x i d a t i v ee n z y m e ，w a t e rd e f i c i t s i r e s s i i 缩略词表 a b b r e v i a t i o nt a b l e 缩写词垒称 a b a a b s c i s i ca c i d a o sa c t i v eo x y g e ns p e c i e s a p xa s c o r b a t ep e r o x i d a s e a s a a s c o r b a t ea e i d b s a b o v i n es e r u ma l b u m i n c a tc a t a l a s e c u z n - s o dc o p p e r - z l n cs u p e r o x i d ed i s m u t a s e d d a y d d t c d i e t h y l d i t h i o c a r b a m a t e t e c stg l u t a m y l c y s t e i n e s y n t h e t a s e e d 7 f a n a z e t h y l e n e d i u n e t e tr a a c e t i ca c i dd i s o d i u ms a l g a m g - 2 5 0 g - h 2 l】 中文名 脱落酸 激活态氧衍生物 抗坏m 酸过氧化物酶 抗坏血酸 十血清白蛋白 过氧化氢酶 铜锌超氧化物歧化酶 天 一乙基二硫代氨基甲酸钠 y 谷氨酰、r 胱氢肽合成酶 乙二胺四乙酸= 钠 铁超氧化物歧化酶 鲜重 克 考马斯亮监- g 2 5 0 赤霉桑 谷胱甘肽过氧化物酶 谷胱甘肽还原酶 还原型谷胱甘肽 氧化型豁胱甘肚 小时 过氧化氢 升 i m d a m e l m n s o d n b t 1 0 1 0 ，。 o h p c d p o d p v p q g r n a r o s s e s o d t b a d t b a r s t c a m a l o n d i a l d e h y d e m e t h i o n i n e m i n u t e m i l l i l i t e r m a n g a n e s es u p e r o x i d ed i s m u t a s e n i t r o t e 订a z o l i u mb l u e c h l o r i d e s i n g l eo x y g e n s u p e r o x i d er a d i c a l h y d r o x y jj _ a d i c a l p r o g r a m m e dc e l ld e a t h g u a l a c o lp e r o x i d a s e p o l y v i n y p y r r o l i d o n e u b i q u i n e n e m i c r o g r a r a m e r i b o n u c l e i ca c i d r e a c t i v eo x y g e ns p e c i e s s t a n d a r de r r o r s u p e r o x i d ed i s m u t a s e t h i o b a r b i t u r i ca c i d t h i o b a r b i t u r i ea c i dr e a c t i v es u b m a n c e s t r i c h l o r o a c e t i ca c i d 丙二醛 l 一甲硫氨酸 分钟 毫升 锰超氧化物歧化酶 氯化硝基四氪唑蓝 单线态氧 超氧阴离子 羟自由摹 程序化细胞死亡 愈创术酚过氧化物酶 聚乙烯吡咯烷酮 辅酶口 微克 核糖核酸 活性氧 标准差 超氧化物歧化酶 硫代巴比妥酸 硫代巴比妥酸反应底物 三氯乙酸 独创性声明 y7 7 溉 率a 声明所星变的论文是我个人在导师指导下避行的研瓮一l ： ! 及取得的轿究成果。尽我 甄翔，豫了文书蒋别翱鞋轹往鞫致瓣瓣逢方外，埝文串甭色禽箕齄凡已经缎装戴撰写过豹研 究成聚也不包含为获得中国农业 学或其它教学机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同二荇豹弼寒对零研究所骰驹任豫贡藤均西在论文串俸了明确的说嚼茧袈示了落意。 疆究生签名； 乏善翠 时越：潞年5 同2 8 薯 l 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农蜓大学有关保留、使弱学位论文的规定，鞠：喾校有投 僳留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被鸯阅和借稠，可阻采用影印、缩印或 蛔描等复制手段保存、汇编学佼论文。闷意中匿农业大学璎虬用不同方式在不问 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 治 密的学位论文在解密后应遵守此潞汉) 研究生签名：影圣绰 删：御棒莎月棚 导髑签寝：名f 知事 时阚：柳年箩月廖爨 中国农业大学博士学位论文 第一章文献综述 几个世纪以来月季一直是花卉业中最重要的栽培植物之- - ( k r u s s m a n n ，1 9 8 1 ) ，月季切花是全 球花卉贸易中的重要商品，其年销售量高达5 0 亿枝。据不完全统计，我国2 0 0 4 年主要鲜切花产 区种植面积约为1 8 万公顷，年产切花近6 0 亿枝，销售额2 1 6 亿元，其中切花月季种植面积0 7 7 万公顷，占总种植面积的4 2 7 ，月季切花销售量2 6 亿枝，销售额1 亿多元，占切花总销售额 的4 6 5 。我国鲜切花的主产区云南省2 0 0 4 年生产鲜切花2 8 7 亿枝，其中月季切花共有1 4 3 亿 枝，占切花总数的4 9 9 ，销售额占6 74 ，无论是种植面积还是生产量均居重要地位( 2 0 0 4 年中国花协统计资料) 。从世界范围来看，由于能源、劳动力价格构上涨，月季种植开始转向气 候适合月季生长、劳动力便宜的国家和地区，产地和消费地分开，而月季的自然寿命一般在8 2 3 d ，大部分品种切花月季瓶插寿命只有3 5 7 d ( v a n d o o m ，1 9 9 7 ) ，这就给月季的采收、贮存、 运输提出了新的挑战。空运快速但运费较高，而且运力有限，尤其是春节前后运力紧张。2 0 0 4 年春节前后云南由于空运运力不足，造成大批月季花积压，无法出口，造成巨大的经济损失。公 路铁路运输虽然运费便宜，调度自由，但由于运输时间长，运输时需要特定的温湿环境，再加上 运输过程中的水分损失对切花的货架期有严重影响，所以在我国以及其它国家仍然没有成为长距 离运输的主流。 如何减少流通中的损失、延长月季切花的观赏期一直是切花采后研究的热点。由于运输距离 加大，切花月季从采收到销售经历环节多，运输时间长，且多采用干式运输( 高俊平等，1 9 9 6 ) ， 切花在采收、预冷、包装、运输以及贮藏等各个采后环节中，都有可能遭到不同程度的失水胁迫 ( m a y a k 和h a l e v y ，1 9 7 1 、1 9 8 5 ) 。失水胁迫，即使是短期的也可能导致花朵无法正常开放、弯颈、 瓶插寿命缩短等严重后果。据统计，月季切花不能正常开放的7 0 是由于失水所致( 高俊平等， 1 9 9 5 ) 。目前在保持水分、减少散失方面已有太鼍研究，其中包括用塑料包裹( 高俊平等，1 9 9 6 ) ， 用亲水性物质处理( z i e s l i n ，1 9 8 9 ) ，或在花枝失水胁迫后吸收表面活性剂以提高切花月季的复水 能力( v a nd o o r u ，2 0 0 2 ) 。此外空运和冷链运输技术措施也一定程度上减轻了水分损失，但仍然 没有较好地解决失水胁迫这一难题。因此，研究抗氧化剂提高切花月季失水胁迫耐性，开发新的 采后保鲜处理手段对切花月季的流通和销售具有重要意义。 1 切花与失水胁迫 水分胁迫是指植物失水大于吸水，细胞张力下降，自由水含量减少，从而影响植物体正常生 理代谢的过程。失水胁迫是果菜花等园艺产品采后流通过程中不可避免的胁迫之一( h o d g e s ， 2 0 0 3 5 。对于切花，采切脱离母体后，失去水分供应，花枝的叶片通过蒸腾作用继续失水，花枝 表面也会通过角质层失水，造成水分胁迫( h a l e v y 和m a y a k ，1 9 8 1 ) 。即使是在瓶插过程，也会由 于各种原因使导管阻塞，经常引起切花萎蔫，失去观赏价值。切花月季是由徒长枝发育而来，其 花茎和花梗发育程度不同，花梗相对较嫩，易失水使细胞膨压下降，在花朵重力作用下发生弯曲， 即弯颈，同时花梗木质化程度不高，也是弯颈的主要原因( z i e s l i n 等，1 9 9 2 ) ，使切花丧失商 品价值。目前市场上流行的切花月季品种花梗对失水胁迫的耐性已有明显提高，现已不是研究主 l 第一章文献综述 要问题。 大量研究表明失水胁迫会缩短切花瓶插寿命，促进花瓣衰老( b o r o c h o v 等，1 9 7 6 ，1 9 8 2 ： m a y a k 和h a l e v y , 1 9 7 1 ；m a y a k 等，1 9 8 5 ；唐雪梅等，1 9 9 9 ) 。不同品种切花对失水胁迫的耐性差 异较大，m a y a k 等( 1 9 8 6 ) 的试验表明，切花月季采后在2 2 。c ，相对湿度为6 5 的条件下，干 贮3 6h ，瓶插寿命缩短了2 ，8 d 。切花菊停l e 供水贮存2 4 h 后，瓶插后花枝的水分平衡不能达到菊 花采后立即瓶插的水平，花瓣过早萎蔫( v a nm e e t e r e n ，1 9 9 2 ；v a nm e e t e r e n 和g e l d e r ，1 9 9 9 ) 。唐 雪梅( 1 9 9 9 ) 比较了1 7 个切花月季品种在室温2 0 c 、相对湿度3 0 5 0 下，干贮2 4 h 的水分损 失情况，发现不同品种切花月季保水能力不同，以失水胁追2 4 h 后瓶插寿命缩短百分比作为分类 基准，将供试切花月季品种进行分类：瓶插寿命缩短百分比小于1 0 为耐失水胁迫品种，在l o 到5 0 之间为中等耐失水胁迫品种，大于5 0 为不耐失水胁迫品种，本研究室随后又对新引进 品种进行了研究，分类结果见表1 - 1 。 表1 1 我国切花市场流行切花月季品种对失水胁迫的耐性 f i g u r c l 一1 t o l e r a n c e o f w a t e rd e f i c i ts t r e s so f c u tr o s e i nc h i n a f l o w e r m a r k e t 注；本研究室的研究结果t 有些品种的结果未公开发表 n o t e ：t h er e s u l l s i n t h e t a b l e w c r o u r l a b sr e s e a r c ha n ds o i t i co f t h e m m mn o t p u b l i s h e d i n p u b l i c 近年来，人们逐渐认识到活性氧代谢在逆境胁迫中的重要作用。许多逆境胁迫如盐害、冷害、 干旱以及0 3 、s 0 2 等污染物，会刺激植物细胞产生具有破坏作用的活性氧。活性氧对切花保鲜方 面的影响也开始引人关注。关于失水胁迫对切花生理影响的研究报道很多。对于香石竹切花，短 期的失水胁迫引起细胞膜磷脂分解( d r o r y 等，1 9 9 2 ) ，促进乙烯的生成从而引起衰老( b o r o e h o v 和b r o u n 1 9 8 2 ；b o r o c h o v 等，1 9 8 5 ) 。月季失水萎蔫的花瓣渗透率比正常花瓣高2 5 倍，衰老 后的花瓣渗透率提高2 0 倍( 李永红等，2 0 0 3 ) 。s a m a n t h a 和g o l d e nm e d a i l l o n 随干藏时间 的延长，鲜重损失率增加，乙烯生成量增高，中期维持较高水平，后期迅速下降，瓶插寿命缩短 ( 熊运海，2 0 0 0 ) 。对菊花( b a r t o l i 等，1 9 9 5 、1 9 9 7 ；曾武清等，1 9 9 6 ) 、鸢尾( c h r i s t o p h e 等， 2 0 0 1 ) 、郁金香( 王华等，1 9 9 3 ) 等切花的研究均有失水诱导氧化胁迫加速切花衰老方面的报道。 2 中国农业大学博士学位论立 2 水分胁迫与活性氧 2 1 活性氧的种类 生物一直被有氧环境包围着，植物的代谢也离不开氧。活性氧是指分子氧( 0 2 ) 部分被还原 后生成的一系列比0 2 具有更活泼化学反应性质的某些氧代谢产物及其衍生物，包括超氧阴离子 ( o ：。) ，羟自由基( o h ) ，过氧化氢( h 2 0 2 ) 和单线氧( 1 0 2 ) 等，各种活性氧的能量与形态转化见图 1 1 。 。 s u p e m x i d e p e r o x i d eo x e n e d i o x y g e n r a d l c a ib ni o ni o n 3 0 2j oo ；_ j o _ 童- 噬一 l| h +j z 汀 0 2h a ；h 2 0 2 o x g e n r a d i c a l f e m x i d a 岫 w a t e r 0 。 | h + o h h 蝴x 计 r a d l c a l o x 耐e i o n 自0 2 - 1 2 h + h 扣 w a t e r 图卜1 基态的氧通过能量转移和连续的还原形成不同种类的活性氧 f i g u r e1 1g e n e r a t i o no f d i f f e r e n tr o sb ye n e r g yt r a n s f e ro ts e q u e n t i a lu n i v a l e n tr e d u c t i o no f g r o u n ds t a t et r i p l e t o x y g e n 2 1 1 超氧化物阴离子自由基 0 2 得到一个电子后成为带一个负电荷的离子，用0 2 。表示，但仍有一个电子未配对，称之为 超氧化物阴离子自由基( s u p e r o x i d ea n i o nr a d i c a l ) ，或简称为超氧化物自由基( s u p e r o x i d er a d i c a l ) 。 它是生物体代谢过程生成的第一个氧自由基，是火部分其它活性氧的前身。 植物在强光条件下会产生大量的激发能，住复合物p s i 中当电子传递给氧分子时就产生了 0 2 ( a s a d a 等，1 9 8 7 ) 。e l s t n e r ( 1 9 9 1 ) 报道，在电子运输的任何位置都可能生成0 2 ，几乎所 有的亚细胞分室都可能有0 2 生成，其中叶绿体、线粒体和过氧化物酶体被认为是0 2 生成的主 要场所( f r i d o v i c h 1 9 8 6 ) 。近来人们发现质膜上的n a d p h 氧化酶在防御病原微生物侵害时产生 大量的0 2 。以阻止病原微生物的繁殖( a p e i 和h i r t ，2 0 0 4 ) 。 2 1 2 过氧化氢( h z 0 2 ) 在正常生长条件下，0 2 在s o d 的作用下转化成过h 2 0 2 。h 2 0 2 比h 2 0 多了一个氧原子( o ) ， 这个氧原子极不稳定，因此具有氧化性。h 2 0 2 可穿透大部分细胞膜，因此比超氧阴离子自由基( 不 能穿透细胞膜) 具有更强的细胞毒性。 2 1 3 羟自由基( o h ) 如果生成的0 2 。不能被及时清除，在f e ”存在和一定的生理条件下，0 2 。通过f e n t o n 反应 或h a b e r - w e i s s 反应 0 2 一十h 2 0 2 _ o h + o h 一+ 0 2 0 2 + f e 2 + + h 2 0 _ o h + o h - + f e “ 生成o h 。o h 是对细胞毒害性最强的一种自由基，其氧化性比高锰酸钾和重铬酸钾还强，它 第一章文献综述 几乎可以和所有细胞成分发生反应 子反应。 2 i 4 单线态氧( 1 0 2 ) 单线态氧( 1 0 ：) 是氧气的激发态 应性。 对有机体危害极大，但它的作用半径小，仅能和它的邻近分 虽不是自由基，但由于没有白旋的限制，因而具有极强的反 2 1 5 脂质过氧化物( l i p i dp e r o x i d e ，l p o 、 脂质过氧化作用是指生物膜上的不饱和脂肪酸发生的一系列自由基反应，在植物体中一些活 性氧可以启动脂类中不饱和脂肪酸的过氧化，从而发生一系列链式反应产生人量的r 、r o 、 r - o o 等自由基合称为脂质过氧化物( a b e d 等，1 9 9 8 ) 。脂类过氧化也可通过酶诱导发生，例 如脂氧含酶催化不饱和脂肪酸过氧化形成形成脂质过氧化物，引起细胞膜的破坏。 2 2 活性氧的功能 2 2 1 活性氧的危害 活性氧会攻击各种蛋白质的氨基酸残基，尤其是结合金属离子位点的氨基酸残基优先被氧 化，如组氨酸、脯氨酸、精氨酸和赖氮酸等残基是氧化作用攻击的主要靶子( s t a d t m a n 等，1 9 9 3 ) 。 它引起的损伤主要是使核酸链断裂、多糖解聚和不饱和脂肪酸过氧化，进而造成膜损伤，引起线 粒体氧化磷酸化作用改变，细胞死亡。o h 能直接启动膜脂过氧化的自由基链式反戍( 王爱国， 1 9 9 8 ) ，而过氧化过程中又产生0 2 一，如此反复，进一步加剧了过氧化作用，使质膜受到严重的 伤害。脂质过氧化物继续分解形成低级氧化产物如丙二醛( m d a ) 等。m d a 对细胞质膜和细胞中 的许多生物功能分子均有很强的破坏作用，降低膜的稳定性，加大膜透性，促进膜的渗漏，使细 胞器膜的结构、功能紊乱。严重时导致细胞死亡。因此m d a 的增加，既是细胞质膜受损的结果， 也是伤害的原因之一( 陈由强等，2 0 0 0 ) 。 2 2 2 活性氧的积极作用 虽然活性氧对植物细胞有很强的毒害作用，但在有些代谢过程中它却能被有效利用。当病原 体侵染植物后，脂膜结合的n a d p h 氧化酶、细胞壁结合的过氧化物酶和非质体中的胺氧化酶等 活性被诱导升高，使细胞内的活性氧水平迅速提高，从而引起被感染细胞的程序化死亡，阻止病 原体的扩展。活性氧参与细胞壁中富含脯氨酸的糖蛋白交联过程，这也有利于抵御病原体侵入细 胞。h 2 0 2 很可能作为第二信使调控抗病相关基因的表达，并启动植物抗毒素合成基因的转录( i n z 6 和m o n t a g u ，1 9 9 5 ) ，在植物抵御逆境中具有积极作用。 3 活性氧与抗氧化系统 植物在正常代谢过程中，由于物理因素、化学因素、生化因素不可避免的产生具有破坏作用 的活性氧，但植物在进化过程中形成了完备的清除系统，以维持正常的活性氧代谢。植物的抗氧 化系统由抗氧化酶和抗氧化剂两大类组成。 4 中国农业大学博士学位论文 3 1 抗氧化酶 31 1 超氧化物歧化酶( s o d ) s o d ( s u p e r o x i d ed i s m u t a s e ，e c 1 1 5 1 ) 作为植物防御系统的第一道防线( g r a h a m 等，1 9 9 8 ) ， 在活性氧大量生成的部位叶绿体、线粒体以及过氧化物体中分布最多，及时催化0 2 “的岐化反应： 2 0 2 一十2 h + _ h 2 0 2 十0 2 消除0 2 的伤害。 3 1 2 过氧化物酶 过氧化物酶根据催化时所需要的底物不同可以分为以下几类； 愈创木酚过氧化物酶( g u a i a c o lp e r o x i d a s e ，p o d ，e c 1 1 1 1 7 ) p o d 是以愈创木酚为底物测定的一类酶，成份复杂，包括多种同工酶，参与多种代谢，如生 艮素的氧化、木质素的术质化等。它的主要作用之一是清除h 2 0 2 。 抗坏血酸过氧化物酶( a s c o r b i ca c i dp e r o x i d a s e ，a p x ，e c 1 1 1 1 1 1 1 a p x 是植物a s a g s h 氧化还原途径的重要组分之一，a p x 催化的反应为： 2 a s a + h 2 0 2 2 m d h a ( 单脱氢抗坏血酸自由基) + 2 h 2 0 a p x 与经典的愈创木酚过氧化物酶( p o d ) 所催化的反应不同，它对h 2 0 2 的k m 远比c a t 小 ( n a k a n o 和a s a d a ，1 9 8 1 ) ，所以a p x 是植物体中清除h 2 0 2 的关键酶。a p x 晟典型的特征之 一是在a s a 缺少时失活，在a s a 的浓度低于2 0 卟d 时迅速失活( m i y a k e 等，1 9 9 3 ；l s h i k a w a 等， 1 9 9 8 ) 。 谷胱甘肽过氧化物酶( g l u t a t h i o n e p e r o x i d a s e s ，g p x e c 1 1 1 1 9 ) g p x 利用g s h 为还原剂还原h 2 0 2 、有机的氢过氧化物和脂氢过氧化物等，降低对细胞的氧 化胁迫( f l o h e 和g u n z l e r ，1 9 8 4 ) 。g p x 催化反应为： h 2 0 2 + 2 g s h 一2 h 2 0 + g s s g r o o h + 2 g s h - - - - , r o h + g s s g + 2 h 2 0 3 1 3 过氧化氢酶( c a t a l a s e ，c a t , e c1 1 1 1 6 ) c a t 是一个含亚铁血红素的四聚体酶，分布丁_ 所有耗氧的生物中，在植物中主要位于过氧化 物体，参与光呼吸代谢，其催化的反应为： h 2 0 2 + h 2 0 2 - - - - 2 h 2 0 + 0 2 虽然c a t 分解h 2 0 2 不需要其它还原剂，但需要较高的底物浓度。 3 ，1 4 谷胱甘肽还原酶( g l u t a t h i o n er e d u c t a s e ，g r ，c e 1 6 5 g r 以n a d p h 为电子供体催化还原g s s g 的二硫键。催化的反应为： g s s g + n a d p h + h + + 2 g s h + n a d 矿 3 2 抗氧化剂 3 2 1 谷胱甘肽( g l u t a t h i o n e ，g s h ) g s h 是生物体内普遍存在的一种抗氧化剂，由于其具有活泼的s h ，容易脱氢发生氧化还原 5 第一章文献综述 反应，在动植物代谢中参与活性氧代谢。 3 2 2 抗坏血酸( a s c o r b i ca c i d ，a s a ) a s a 是广泛存在于生物体内的一种重要抗氧化剂。植物叶绿体中a s a 含量很高，其总含量 可占叶片总a s a 含量的1 2 3 0 ( f o y e r 等，1 9 9 6 ) 。因为催化其生物合成最后一步的l 。半乳 糖酸一y 内酯脱氢酶( g l d h ) 存在于线粒体( b a r t o l 等，2 0 0 0 ) ，说明a s a 在线粒体中也具有重要 作用。 323 生育酚( a - t o c o p h e r 0 1 ) n t o e o p h e r o l 也叫维生素e ，是植物体内的脂溶性抗氧化剂，主要存在于叶绿体的类囊体膜上， 是0 2 的有效清除剂，对叶绿体膜系统的结构具有稳定作用。在脂质过氧化过程中，起连锁反应 关键作用的r o o 在遇到a - t o c o p h e r o l 时，可转化为化学性质较不活泼的r o o h ，使脂质过氧 化的链式反应中断。此外，它还能与超氧阴离子发生反应，但反应速度较慢。 此外，抗氧化剂还包括类胡萝h 素( c a r ) ，类黄酮、生物碱、半胱氨酸( c y s ) ，氢醌及甘露 醇等有机小分子等，也在抗氧化过程中具有重要的作用。 4 抗氧化系统与失水胁迫 大量研究表明。植物遭受失水胁迫后，光台速率降低，呼吸加快，电子传递过程中的溢流导 致超氧阴离子生成量增加，引起氧化胁迫，加速植物衰老进程( 王建华等，1 9 8 9 ；陈少裕等，1 9 8 9 ； i n 矗和m o n t a g u ，1 9 9 5 ) 。干旱时活性氧自由基还会使膜脂发生脱脂化作用，使不饱和脂肪酸含 量减少，不饱和脂肪酸指数( i u f a ) 下降，影响膜脂流动性，从而引起膜的渗漏和细胞超微结构的 变化，导致细胞膜系统功能减弱( 沈秀瑛等，1 9 9 5 ) 。 在失水胁迫下，植物抗氧化系统的作用十分关键( g o s s e t l 等，1 9 9 6 ) 。原核生物、植物、动 物中均已发现氧化胁追可以诱导抗氧化酶产生( 秦小琼等，1 9 9 7 ) 。对植物体的大量研究表明， s o d 基因的表达受各种环境胁迫控制，而且还与胁迫强度、植物品种、生理年龄等多种因素有关。 s o d 可以保护细胞免受水分诱导的氧化胁迫的伤害( s m i m o f f , 1 9 9 3 ) 。任安芝等人( 1 9 9 9 ) 也报 道水分胁迫能增加植物体内的活性氧含量。当水分胁迫导致活性氧增加时，细胞中s o d 基因的 表达合成升高，例如干旱引起番茄细胞质c u z n s o d 基因的转录产物急剧积累( p e r l 等，1 9 9 1 ) ； 干旱诱导小麦m n s o d 基因的表达( w u 等，1 9 9 9 ) ；小麦幼苗经脱水处理后s o d 活性升高( 武 宝纤和托德，1 9 8 5 ) ；嫩茎花椰菜s o d 的活性在严重干早胁迫下先下降后升高，而在轻度干旱胁 迫f 急剧升高( y a n g ，1 9 9 8 ) ：槭树在干旱胁迫下叶片中s o d 活性先下降而后逐渐回升至接近正 常的水平( h u 等，1 9 9 9 ) ：白桦实生苗遭受干早胁迫而，s o d 、p o d 、c a t 开始有所升高，随 后下降，复水后叉恢复到正常水平( 孙国荣等，2 0 0 3 ) ；玉米的根系在渗透胁迫过程中也有类似 的变化趋势( 王娟和李德全，2 0 0 2 ) 。唐雪梅等( 1 9 9 7 ) 的研究表明，耐水分胁迫胃季品种s a m a n t h a 和不耐水分胁迫品种g a b r i e l l a 经过2 4 h 胁迫处理后，花瓣和叶片中s o d 和p o d 活性均高于对 照，但s a m a n t h a 比g a b r i e l l a 增加的程度大，经过3 6 h 胁追后，s a m a n t h a 花瓣和叶片s o d 和p o d 活性仍高于对照，但g a b r i e l l a 花瓣和叶片s o d 和p o d 活性却有所下降，并低于对照。 李永红( 2 0 0 0 ) 研究发现切花月季拉边达失水胁迫处理后，s o d 活性高于对照。王华等( 1 9 9 4 ) 报道郁金番切花在整个瓶插过程中，叶片s o d 活性呈下降趋势，花瓣s o d 活性则随花蕾发育 6 中国农业大学博士学位论文 而迅速上升，3 d 后随花朵开放后开始降低。苏军等( 1 9 9 1 ) 报道切花菊在衰老过程中p o d 活性 增加。孙守家等( 2 0 0 4 ) 研究平阴玫瑰鲜花采后衰老时得到了同样的结果。非洲菊、蝴蝶兰切花 衰老过程中活性氧代谢活跃，采用以抑制活性氧危害为土要成分的瓶插液能有效缓解切花衰老 ( 吴岚芳等，2 0 0 2 、2 0 0 3 ) 。抗氧化荆预处理可延长失水胁迫月季切花瓶插寿命，其中以抗坏血 酸和b 胡萝h 素处理效果最好( 李永红等，2 0 0 0 ) 。 植物体内a p x 的活性在受到环境胁迫，诸如臭氧、高温、低温、高盐等逆境时发生改变( t a n a k a 等1 9 8 5 ；m i t t l e r 等，1 9 9 4 ；p r a s a d 等，1 9 9 5 ) 。通常情况下，在植物对各种环境胁迫作出反应时， a p x 与其他的抗氧化酶活性一起提高，表明活性氧清除系统是共同被调控的。在对玉米的研究中 发现，水分胁迫抗性强的品种比敏感品种a p x 活性提高得更多，同时谷胱甘肽还原酶的活性也 提高( p a s t o r i 和t r i p p i ，1 9 9 2 ) 。反义r n a 转化的烟草叶片中a p x 活性只有对照的4 5 5 5 ，植 株表现为对臭氧更敏感( o v a l 和e l l i s ，1 9 9