SO2脅迫對大葉黃楊和貼梗海棠膜脂過氧化及保護酶的影響

何 瑞，徐玉梅

（山西農業大學信息學院，山西太谷030801）

SO2是我國當前主要的大氣污染物，其主要來源于煤、石油等天然氣的燃燒及含硫礦物的冶煉等。隨世界對能源及自然資源需求的不斷增加，SO2對生物和環境造成的危害日趨嚴重。近年來，SO2對植物的危害逐年增加，主要對植物細胞產生氧化傷害，而膜脂過氧化（lipid peroxidation，LP）被認為是測定氧化傷害程度的可靠指標[1]。

植物體內的抗氧化系統是決定植物細胞對SO2脅迫抗性的關鍵因素，超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）是抗氧化系統中重要的保護酶，這些抗氧化酶能清除機體內的活性氧，有利于植物維持體內活性氧產生與猝滅的動態平衡，從而阻止膜脂過氧化的進程，減輕其對細胞的傷害[2]。

近年來，國內外關于SO2對植物生理生化影響的報道很多[3]，但對園林綠化樹種的研究相對較少。在研究SO2對園林植物敏感性研究的基礎上，確定了大葉黃楊為抗性樹種，貼梗海棠為敏感樹種[4]。本試驗主要對在不同的SO2脅迫濃度和持續時間條件下，大葉黃楊和貼梗海棠的SOD，POD，CAT 等保護酶活性以及膜質過氧化產物MDA 含量、質膜透性的變化進行了測定[5-6]，研究這些指標的動態變化及其對SO2抗性的相互聯系，旨在為探討這些指標作為評價樹種對SO2抗性的可行性提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

貼梗海棠和大葉黃楊均采自山西農業大學校園。選取生長勢均勻一致、無病蟲斑的樹種，剪下20 cm 長的枝條，經適當疏剪后，立即插入盛有knop 營養液的三角瓶中待用。

1.2 SO2 熏氣處理方法

在體積為0.474 m3密閉容器中，用0.10，0.50，1.00 mg/L 3 個SO2質量濃度對2 種植物進行4 h熏氣處理。每個處理3 次重復，對照放入同樣條件而無SO2的熏氣裝置中。分別在熏氣結束后0，20，30，44，54 h 采樣測定其生理生化指標。

1.3 生理生化指標測定方法

超氧化物陰離子自由基（O2－）測定參照王愛國等[7]的方法進行；細胞膜透性的測定采用電導儀法；MDA 含量的測定采用硫代巴比妥酸比色法；SOD 酶活性的測定采用NBT 光還原法；POD酶活性測定采用愈創木酚法[8]；CAT 酶活性測定采用高錳酸鉀滴定法[9]。

2 結果與分析

2.1 SO2 對O2-產生速率的影響

試驗結果（圖1，2）表明，經過0.10，0.50 和1.00 mg/L 的SO2處理4 h 后，貼梗海棠和大葉黃楊的O2－產生速率均增加，貼梗海棠O2－產生速率的增加比率遠大于大葉黃楊，且隨SO2質量濃度的增加，O2－產生速率的增加比率呈增加趨勢。在處理初期，2 種植物的O2－產生速率都急劇增加，即產生了氧爆現象；貼梗海棠的O2－產生速率在后期下降；大葉黃楊中的O2－產生速率在中期略有下降，后期又略有回升，出現了雙峰現象。

2.2 SO2 對細胞膜相對透性的影響

試驗結果（圖3，4）表明，貼梗海棠和大葉黃楊經SO2處理后，2 種植物的細胞膜透性均增加，而且貼梗海棠細胞膜相對透性增加比率大于大葉黃楊。不同質量濃度的SO2處理對葉片細胞膜相對透性的增加比率不同，基本上細胞膜相對透性的增加比率隨SO2質量濃度的增加呈上升趨勢。0.10，0.50，1.00 mg/L 這3 種質量濃度對大葉黃楊處理4 h 后細胞膜相對透性的增加比率依次為3.944%，10.772%和16.811%。3 種質量濃度處理貼梗海棠后，其細胞膜相對透性的增加比率依次為6.475%，17.818%和24.086%。

2.3 SO2 對葉片MDA 含量的影響

試驗結果（圖5，6）表明，貼梗海棠和大葉黃楊，經SO2處理4 h 后，葉片的MDA 含量均比對照增加，且貼梗海棠的MDA 含量的增加比率大于大葉黃楊。分析不同質量濃度SO2對植物的影響可看出，無論是貼梗海棠還是大葉黃楊，MDA含量的增加比率均隨SO2質量濃度的增加呈升高趨勢。這表明貼梗海棠和大葉黃楊在SO2脅迫時產生了膜脂過氧化作用，貼梗海棠及高質量濃度的SO2對植物脂質過氧化作用的程度更高。

2.4 SO2 對保護酶活性的影響

試驗結果（圖7，8）表明，貼梗海棠和大葉黃楊經SO2處理4 h 后，葉片體內的POD 活性均上升，抗性植物大葉黃楊增加比率較敏感植物貼梗海棠大。脫離處理后，POD 活性均出現一個應激上升的過程，隨后下降，但是抗性植物大葉黃楊出現應激的時間要比貼梗海棠早。

試驗結果（圖9，10）表明，貼梗海棠和大葉黃楊經SO2處理4 h 后，葉片內的SOD 活性均升高，但是大葉黃楊的增加比率比貼梗海棠大。隨SO2質量濃度的增加，SOD 活性的增減比率增加；用0.1，0.5，1.0 mg/L SO2處理后，大葉黃楊SOD 增加比率依次為17.620%，25.303%，30.392%；貼梗海棠SOD 的增加比率依次為5.515%，11.184%和14.858%。2 種植物在處理后20 h，SOD 活性均出現一個增加峰值，其中，敏感植物貼梗海棠的SOD 活性的增幅在后期下降。而抗性植物大葉黃楊的SOD 活性在后期則呈上升趨勢。

試驗表明（圖11，12），貼梗海棠和大葉黃楊經SO2處理4 h 后，葉片體內的CAT 活性均下降，且貼梗海棠的下降幅度大于大葉黃楊。CAT 活性的下降比率隨SO2質量濃度的增加而增加。

3 結論與討論

植物在逆境條件下會產生大量的活性氧（O2－，H2O2，·OH 和1O2等），體內POD，SOD 等保護酶難以清除，從而使植物細胞內膜發生過氧化作用或脫脂作用，使質膜受到損害，透性改變，損傷膜系統，植物受到傷害[10-12]。丙二醛（MDA）是細胞內膜脂過氧化或脫脂的產物，會嚴重損傷細胞的生物膜，降低膜中不飽和脂肪酸的含量，使膜的流動性降低。質膜是細胞與環境之間物質交換的界面，它能調節和控制細胞內外物質的運輸和交換。當植物處于逆境脅迫時，其選擇透過機能受損，透性增大，使細胞內一些可溶性物質外滲，破壞了酶及代謝作用原有的區域性，這是植物受害的原因之一。MDA 含量和細胞膜相對透性是反映細胞質膜透性的2 個重要生理指標[13]。

本試驗結果表明，SO2處理使貼梗海棠和大葉黃楊產生O2－的速率、MDA 含量和細胞膜相對透性均增加，而且貼梗海棠的增加比率比大葉黃楊大，這可能與大葉黃楊對SO2的抗性強有關。隨SO2質量濃度的增加，這3 個指標的增加比率均呈升高趨勢。說明用這3 個指標作為監測SO2污染程度具有一定的實際意義。

自由基傷害學說[14-15]認為，在正常情況下，植物細胞中存在著活性氧的產生和清除2 個過程。逆境脅迫會促進活性氧產生，損傷膜系統[10]。有些酶如超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）等可清除活性氧自由基，從而防止自由基的毒害，為此將它們稱為保護酶系統[16]。作為酶系統的重要組成成分，硫過多會直接或間接地對自由基清除系統酶的活性產生影響；又由于硫參與作物的呼吸作用和光合作用的電子傳遞以及次生代謝物的產生等過程，其含量的增減必然會影響到植物體內活性氧的產生和清除[17]。超氧化物歧化酶（SOD）是一種重要的自由基清除酶。一些學者認為，SOD 同植物的抗污性密切相關，SOD 含量高的葉片，抗性強，較晚出現傷害癥狀[18-19]。

本研究結果表明，經SO2處理后，貼梗海棠和大葉黃楊的SOD 和POD 活性均上升，抗性植物大葉黃楊的增加比率大于敏感植物貼梗海棠，隨SO2質量濃度的增加，SOD 和POD 活性的增加比率升高。脫離處理后，POD 活性均出現一個應激上升的過程，隨后下降，抗性植物大葉黃楊出現應激反應早于貼梗海棠。SOD 作為主要的抗氧化酶之一，在保護細胞膜免受氧化損傷中具有特殊重要的意義，在SO2脅迫下，O2－產生速率增加，SOD 酶活性升高，使植物體內活性氧的清除達到平衡，從而防止活性氧的積累對細胞膜造成的損傷。貼梗海棠和大葉黃楊經SO2處理后，CAT 活性下降，且隨SO2質量濃度的增加下降比率增加。

［1］ Jita P. Comparison of biochemical responses to oxidative and metal stress in Seedlings of barieyⅡ，Hordeumvulgate L[J].Environmental Pollution，1998，101：99-105.

［2］鄒志榮，陸幗一.低溫對辣椒幼苗膜質過氧化和保護酶系統變化的影響[J].西北農業學報，1994，3（3）：51-56.

［3］黃芳，王建明，徐玉梅.SO2對不同抗性植物幾種酶活性的影響[J].山西農業科學，2005，33（3）：26-28.

［4］徐玉梅，王建明，高俊明，等.42 種園林植物對SO2敏感性研究[J].山西農業大學學報，2006，26（1）：32-35.

［5］胡丁猛，孫明高，王太明，等.SO2對三種園林綠化苗木葉片膜脂過氧化和保護酶的影響[J].山東農業大學學報：自然科學版，2005，36（2）：175-180.

［6］鄒曉燕，劉厚田，柳若安.植物對二氧化硫的敏感性與超氧化物歧化酶活性的關系[J]. 中國環境科學，1989，9（6）：427-432.

［7］王愛國，羅廣華.植物的超氧自由基與羥胺反應的定量反應[J].植物生理學通訊，1990，26（6）：55-57.

［8］鄒琦.植物生理學實驗指導[M].北京：中國農業出版社，2000.

［9］李合生.植物生理生化實驗原理和技術[M].北京：高等教育出版社，2000.

［10］陳少裕.膜脂過氧化對植物細胞的傷害[J].植物生理學通訊，1991，27（2）：84-90.

［11］馮緒猛，羅時石，胡建偉，等.農藥對水稻葉片丙二醛及葉綠素含量的影響[J].核農學報，2003，17（6）：481-484.

［12］胡蕾，施益華，劉鵬，等.錳對大豆膜脂過氧化及POD 和CAT 活性的影響研究[J]. 金華職業技術學報，2003（1）：29-32.

［13］任安之，高玉葆，劉爽.鉻、鎘、鉛脅迫對青菜葉片幾種生理生化指標的影響[J]. 應用與環境生物學報，2000，6（2）：112-116.

［14］ Mccord J M，Fridovich J. Superoxide dismutase: an enzymic function for erythrocuprein （Hemocaprein）[J]. Biol Chem，1969，224：6049-6055.

［15］Frdovich I，Handler P. Detection of free radical in illuminated dye solutions by initiation of sulfite oxidation [J].J Biol Chem，1960，235：1835-1838.

［16］ Fridovich I. The biology of oxygen radical [J]. Science，1975，201：875-880.

［17］張秋芳，黃躍東，林真.缺硫脅迫對水稻膜脂過氧化及保護酶系統活性的影響[J].上海交通大學學報：農業科學版，2003，21（1）：25-33.

［18］鄭美珠，陳冬基.樹木吸收二氧化硫的研究[J].浙江林學院學報，1985，2（1）：21-27.

［19］Lee E H，Berrett J H.Superoxide dismutase [J].Plant Physiol，1982，69：1444-1449.