硒酸鈉對不同麥類作物谷胱甘肽過氧化物酶活性的影響

梁 勇，陳月星，趙麗那，阮景軍，程劍平，趙 鋼，嚴 俊*

(1. 成都大學藥學與生物工程學院，四川 成都 610106；2.貴州大學麥類作物研究中心，貴州 貴陽 550025)

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硒酸鈉對不同麥類作物谷胱甘肽過氧化物酶活性的影響

梁 勇1，陳月星1，趙麗那2，阮景軍2，程劍平2，趙 鋼1，嚴 俊1*

(1. 成都大學藥學與生物工程學院，四川 成都 610106；2.貴州大學麥類作物研究中心，貴州 貴陽 550025)

【目的】本文探究硒對不同麥類谷胱甘肽酶活性的影響。【方法】分別測定在高硒(施30 g/hm2硒酸鈉)和低硒(不施硒)條件下，不同麥類作物分蘗期第二片葉谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)的活性，分析硒酸鈉與 GSH-Px 活性兩個因素間的相互作用。【結果】麥類 GSH-Px 活性在高硒環境顯著高于低硒環境；不同麥類 GSH-Px 活性對硒敏感度不同。【結論】這為進一步研究麥類硒攝取的生理機制提供了重要依據。

麥類作物；谷胱甘肽過氧化物酶；硒酸鈉

【研究意義】麥類作物是一個需氧代謝的有機體，在呼吸作用和光合作用中，活性氧 Reactive Oxygen Species, ROS ) 含量的升高通常是有機體內線粒體、葉綠體和過氧化物酶等的共同作用引起的。當 ROS 值在麥類作物體內積累到某一極限值時，就會破壞細胞的蛋白質和DNA、RNA 以及生物膜內的呼吸鏈系統，進而對植物造成不可逆的傷害，影響植物正常的生理功能[1]。谷胱甘肽過氧化物酶 (GSH-Px) 是生物機體內一種重要的抗氧化酶[2]，它可以在一定程度上降低 ROS 含量，保護植物免受 ROS 的傷害，保證生物體能正常進行生命活動[3]，對其研究日益受到重視。研究表明，GSH-Px是一種重要的含硒酶，硒是構成該酶活性中心的必需成分，在硒充足的情況下，GSH-Px 在所有細胞中才能有效表達[4]。因此，探究硒對麥類作物體內谷胱甘肽過氧化物酶活性的影響具有重要意義。植物可以把環境中的無機硒轉變為有機硒，供人體利用[5]。通常農業生產中是通過葉面噴硒來實現機體內硒的富集，然而，硒易溶于水，葉面噴硒極易受到外界因素的影響，比如降雨，朝露等造成硒源的流失，很難使機體內硒含量保持穩定。因此，在葉面上噴施硒產生的時效性并不強，并且亞硒酸鈉的作用效果比硒酸鈉的作用效果差[6]。【前人研究進展】在動物體內，硒含量的高低與谷胱甘肽過氧化物酶活性有著密切的關系[7],人體血清中硒的濃度直接決定著谷胱甘肽過氧化物酶的活性[8]，Sag isaka 等發現, 冷處理蘋果的谷胱甘肽過氧化物酶活性升高[9],現在谷胱甘肽過氧化物酶已成功在甜橙和蘆薈中分離出來[10-11]，薛文濤等研究表明，小麥對硒元素的吸收及利用與谷胱甘肽過氧化物酶活性的高低有著直接聯系[12]。【本研究切入點】采用將硒酸鈉噴施于土壤，分別測定噴灑硒酸鈉土壤與沒有噴灑硒酸鈉土壤的麥類作物分蘗期第二葉的谷胱甘肽過氧化物酶的活性。【擬解決的關鍵問題】本研究為進一步研究麥類硒富集的生理機制提供依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

共有73個野生和栽培燕麥、大麥、小麥基因型

和品種用于該研究。這些材料分別由意大利農業研究委員會基因組研究中心，以色列海法大學進化研究所，西北農林科技大學和貴州大學等提供。材料基本情況見表1。

1.2 土壤

分別取噴灑硒酸鈉和未噴灑硒酸鈉的土壤進行曬干，用瑪瑙研缽精研至100目左右[13]，送四川省農科院分析測試中心測定，結果見表2。

1.3 試驗設計

根據Cakmak[14]的實驗設計方案，采用有別于常規葉片噴灑硒酸鈉的方法[15-17]，將定量的硒酸鈉水溶液直接噴施于直徑為24.5 cm花盆的土壤中，再將土壤靶平，使硒酸鈉均勻分布于中上層土壤，每盆6株植株，統一管理，定時定量滴灌。取麥類作物分蘗期第二葉為實驗材料，將其置于冰盒中，保存于-70 ℃冰箱待測。

表1 麥類材料基本情況

表2 土壤基本性質

1.4 測定方法

將葉片用0.2 mol/L pH 6.2的磷酸緩沖液(含1 mmol/L 乙二胺四乙酸二鈉，5 %的聚乙烯吡咯烷酮溶液)提取麥類作物 GSH-Px。以偏磷酸溶液沉淀蛋白質，將二硫代對二硝基苯甲酸 (DTNB) 與 GSH 快速混合5 min后，立即在 412 nm 下測定酶管和非酶管顯色反應的 OD 值來測定不同硒處理、不同麥類 GSH-Px 活性的大小。實驗操作步驟參照黃愛纓和吳珍齡[18]的方法并略作改進。每個樣品重復3次實驗，測量結果取平均值。

1.5 數據統計分析

利用JMP6.0等軟件對數據進行統計分析，用Sigmaplot 12.0軟件繪制柱狀圖。

2 結果與分析

2.1 GSH-Px 活性差異分析

如圖1所示，73個樣品在低硒環境中，GSH-Px 活性范圍為0.0096～0.2948 mmol/(g FW·min)，平均值為0.0522，最低為BZ-008，最高是ITAO-88。通過比較發現，紫青1號、ITAO-88、BZ-030、Nah24的酶活性分別在青稞、栽培燕麥、栽培大麥和野生大麥等樣品中相對較高，其余栽培大麥、小麥酶活性相差不明顯(方差分析P> 0.05)；然而，在高硒環境中，其活性范圍為0.2347～3.7527 mmol/(g FW·min)，最低是XO-39，最高是Nah23，平均值為1.4351，而且GSH-Px 活性大小在麥類作物中分布也有所不同，在小麥、青稞、野生大麥活性最高的分別是LDN、紫青1號及Nah23，并且分析發現栽培燕麥中相互無統計學差異(P> 0.05)，而栽培大麥相互間有顯著差異(P< 0.05)；此外通過對高硒環境與低硒環境 GSH-Px 活性差值比較發現，最大差值的是Nah23，差值為3.7629，最小的是XO-39，差值為0.2077。

圖1 不同麥類作物 GSH-Px 活性Fig.1 GSH-Px activity of different triticeae crops

2.2 不同硒處理 GSH-Px 酶活性的比較分析

將所有麥類材料作為一個整體，比較在不同硒環境中 GSH-Px 酶的活性。在低硒環境中的 GSH-Px 活性平均值為0.0522 μlmol/(gFW·min)，在高硒環境中，麥類的 GSH-Px 活性平均值為1.4351 μmol/(gFW·min)，是低硒環境平均值的27.49倍。 兩環境中 GSH-Px 活性有顯著差異(P< 0.05)。

將73個麥類品種按其來源及類別來看，在低硒環境中的栽培大麥、野生燕麥、青稞、小麥、野生大麥和栽培燕麥的 GSH-Px 活性平均值分別為0.0297、0.0471、0.0475、0.0503、0.0563、0.0668 μlmol/(gFW·min)；在高硒環境中，其 GSH-Px 活性平均值分別為0.9130、1.0863、1.2079、1.5697、1.6551、1.8569 μmol/(gFW·min)，分別是低硒環境 的39.42、36.58、32.90、25.43、23.50、16.22倍。由此可見，不同麥類 GSH-Px 酶活性對硒敏感度不同，其中栽培大麥GSH-Px受硒的影響最大，而栽培燕麥對硒的敏感度相對較小，但總的來看，在施硒后麥類作物谷胱甘肽過氧化物酶活性均有提高，表明直接噴施硒酸鈉，可明顯提高麥類的 GSH-Px 酶活性水平。

2.3 不同麥類 GHS-Px 酶活性的比較分析

由表3可見，在不同硒環境下 GHS-Px 的活性有顯著變化，低硒環境下野生燕麥為 [(0.0297±0.0241) mmol/(g FW·min)]，低于其他麥類作物該酶的活性，而在高硒環境下栽培大麥達到 [(1.8569±1.2729) mmol/(g FW·min)]，表現出很高的酶活性。總的來看，野生大麥、栽培大麥、小麥、野生燕麥、栽培燕麥和青稞的 GHS-Px 酶活性在高硒時均表現出很高的酶活性，在施硒肥后增幅較大。此外在低硒環境中，各類麥類作物相互間不具有顯著性差異(P>0.05)；在高硒環境中，它們相互間有不同程度的差異性。不同麥類谷胱甘肽過氧化物酶活性對外源硒敏感度略有差異，其中GSH-Px 活性受外源硒含量影響最大的是栽培大麥，最小的是栽培燕麥。

3 討 論

谷胱甘肽過氧化物酶 (GSH-Px) 作為細胞內重要的抗氧化酶，正日益受到重視，GSH-Px的生物學功能很多，例如具有清除自由基和保護細胞膜及生物大分子結構等[19]。因此，GSH-Px 活性與生物體的生理機制有重要關聯。GSH-Px 的活性中心含有硒代半胱氨酸 (Se-Cys)，植物對于硒元素的利用和吸收與植物體內 GSH-Px 活性的高低有著直接的聯系[20]。生物體內最重要的一種含硒酶就是谷胱甘肽過氧化物酶，大量研究表明硒能夠參與植物的生理代謝，適量的硒可以促進植物葉綠素的生成、增強植物的抗逆抗氧化能力[21]，同時，適量濃度的硒對許多植物組織的生理功能有著重要的促進與保護作用[22]，此外硒還是 GSH-Px 活性中心的必需成分[23]。因此，利用生物體內 GSH-Px 活性的大小可以反映機體的硒含量來研究 GSH-Px 活性與 Se 的關系[24]。我們之前采用嚴俊等[25]同樣方法對來自以色列的15個群體野生二粒小麥和來自國內6個省區的小麥栽培品種進行實驗，不僅在高硒和低硒環境下野生與栽培小麥的GSH-Px活性表現不同，收獲的兩環境的野生和栽培小麥籽粒硒含量差異也很顯著[26]，說明不同麥類作物不僅在攝取硒的生理機制上有差異，而且不同品種的作物對土壤硒影響的敏感度也有所不同。作物是否受到體內生理及遺傳因素的制約，以及作物對硒的吸收和轉化是否有嚴格的調控作用仍需進一步研究。

表3 不同麥類作物 GSH-Px 活性比較

4 結 論

通過檢測不同硒處理對不同麥類 GSH-Px 活性的影響，發現 GSH-Px 活性在不同硒處理和不同的麥類均有所不同，其中栽培大麥的 GSH-Px 活性受外源硒含量影響最大，栽培燕麥 GSH-Px 活性則對外源硒的噴施敏感度最小，而小麥、野生大麥、青稞和野生燕麥 GSH-Px 活性對外源硒噴施的敏感性則居中。

總的來說，硒在麥類植物抗脂質過氧化作用中起著重要作用，在大田作物施肥中，適量增加微量元素硒，將有助于提高作物的抗逆能力，這為進一步研究麥類硒攝取的生理機制提供了重要依據。

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(責任編輯 陳 虹)

Effect of Sodium Selenate on Glutathione PeroxidaseActivity of Different Triticeae Crops

LIANG Yong1，CHEN Yue-xing1，ZHAO Li-na2，RUAN Jing-jun2，CHENG Jian-ping2，ZHAO Gang1，YAN Jun1 *

(1.School of Pharmacy and Bioengineering, Chengdu University, Sichuan Chengdu 610106, China; 2.Institute of Triticeae Crops, Guizhou University, Guizhou Guiyang 550025, China)

【Objective】The present study was conducted to explore the effect of selenium (Se) on different triticeae crops glutathione enzyme activity. 【Method】Under the different condition of low Se (not applied Se) and high Se (30 g/hm2sodium selenate), the activity of the glutathione enzyme of the second leaf of triticeae crops in tillering stage was tested, respectively. The interaction between sodium selenate and glutathione enzyme (GSH-Px) activity was analyzed. 【Result】The glutathione enzyme activity of the triticeae crops in the high Se environment was significantly higher than low Se environment, and different triticeae crops glutathione enzyme activities had different sensitivity for Se. 【Conclusion】This study would provide important basis for further research of the physiological mechanism of sodium selenate intake of triticeae crops.

Triticeae crops; Glutathione peroxidase; Sodium selenate

1001-4829(2017)7-1511-05

10.16213/j.cnki.scjas.2017.7.008

2016-07-10

國家國際科技合作專項項目(2013DFA32200)；成都大學大學生創新訓練計劃孵化培育項目(CDU-CX-2016152)

梁 勇(1993-)，男，河北承德人，藥學與生物工程學院生物工程專業，E-mail：2838574796@qq.com；*為通訊作者：嚴 俊，博士，教授，E-mail：yanjun62@qq.com。

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