鎘脅迫對(duì)鎘敏感水稻突變體活性氧代謝及抗氧化酶活性的影響

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1、何俊瑜等：鎘脅迫對(duì)鎘敏感水稻突變體活性氧代謝及抗氧化酶活性的影響1007鎘脅迫對(duì)鎘敏感水稻突變體活性氧代謝及抗氧化酶活性的影響何俊瑜1，任艷芳1，朱誠期2，蔣德安21.貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，貴州貴陽550025；2.浙江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，浙江杭州310058摘要：鎘是一種常見的環(huán)境有毒重金屬元素，不僅影響植物的生長和發(fā)育，而且還通過食物鏈危害人類健康。因此研究鎘對(duì)植物的影響、分析植物逆境生理過程，對(duì)損傷和抗逆機(jī)理研究具有重要意義。以鎘敏感水稻突變體和野生型（OryzasativaL.）為材料，采用營養(yǎng)液培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，研究了不同濃度鎘對(duì)水稻葉片活性氧代謝及抗氧化酶化系統(tǒng)的影響。結(jié)果表明：鎘脅迫使水稻葉片超

2、氧陰離子（O2￣?）、過氧化氫（H2O2）、丙二醛（MDA）含量增加，且突變體的增加幅度明顯大于野生型。隨著鎘濃度的提高，超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(G-POD)活性均表現(xiàn)為先上升后下降，但SOD活性的變化更明顯；過氧化氫酶(CAT)活性則呈一直下降的趨勢。在較高鎘濃度脅迫下（>5μmolL-1），突變體葉片的SOD、CAT活性均明顯低于野生型。研究結(jié)果表明，隨著鎘脅迫濃度的增加，突變體葉片積累更多的活性氧，產(chǎn)生嚴(yán)重的氧化脅迫，引起了更高程度的膜脂過氧化，這可能是突變體對(duì)鎘脅迫更敏感的生理原因之一。關(guān)鍵詞：鎘脅迫；突變體；水稻；活性氧；抗氧化酶中圖分類號(hào)：X173;Q945.78文獻(xiàn)

3、標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-2175（2008）03-1004-05何俊瑜等：鎘脅迫對(duì)鎘敏感水稻突變體活性氧代謝及抗氧化酶活性的影響1007活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS)是植物光合、呼吸、固氮等代謝過程不可避免的產(chǎn)物，在體內(nèi)的抗氧化酶如SOD、CAT、POD以及抗氧化劑的協(xié)同作用下，ROS能不斷地產(chǎn)生和被清除，使得正常生理情況下，植物體內(nèi)ROS可維持于有利無害的極低水平。重金屬能直接或者間接地通過形成ROS使植物體內(nèi)產(chǎn)生氧化脅迫[1-3]，導(dǎo)致細(xì)胞膜脂質(zhì)的過氧化，蛋白質(zhì)、色素、酶、核酸等的氧化損傷，乃至植物死亡。因此，為減輕植物環(huán)境重金屬傷害，提高作物產(chǎn)量，探討

4、植物重金屬作用及其耐性機(jī)制有重要意義。鎘(Cd)是非必需的有毒元素，是農(nóng)業(yè)環(huán)境和農(nóng)產(chǎn)品的重要污染物質(zhì)，通過開礦、冶煉、工業(yè)的“三廢”排放和農(nóng)事操作等途徑進(jìn)入環(huán)境,通過食物鏈富集，危及人體健康。因此鎘污染問題一直是環(huán)境生物學(xué)和環(huán)境保護(hù)研究的重點(diǎn)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國農(nóng)田重金屬鎘污染面積已達(dá)2000萬hm2，每年生產(chǎn)的鎘含量超標(biāo)的農(nóng)產(chǎn)品達(dá)14.6億kg，且有日益加重的趨勢。多年來，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)鎘脅迫引進(jìn)植物體內(nèi)自由基累積，從而導(dǎo)致自由基過氧化損傷方面進(jìn)行了大量的研究，但結(jié)果不盡一致。研究表明不同的植物種類或同種植物不同的基因型對(duì)于重金屬脅迫忍耐的反應(yīng)機(jī)制不完全相同[1,4-8]，因此遺傳背景不同使研

5、究相當(dāng)困難。已有學(xué)者開始利用具有相同遺傳背景的突變體來研究重金屬對(duì)植物的毒害機(jī)理，Howden等從擬南芥突變體中獲得了2個(gè)鎘敏感突變體Cad1和Cad2，通過對(duì)突變體的研究發(fā)現(xiàn)植物體中植物螯合肽的表達(dá)是植物耐受鎘脅迫的重要機(jī)制[9]。我們從農(nóng)桿菌介導(dǎo)的T-DNA插入的水稻突變體庫中發(fā)現(xiàn)了1個(gè)對(duì)鎘敏感水稻突變體CdSTH1，并對(duì)其在鎘脅迫下的根系特征進(jìn)行了研究[10]，但對(duì)其在鎘脅迫下活性氧代謝了解甚少。本試驗(yàn)以水稻突變體為材料研究Cd脅迫對(duì)CdSTH1水稻突變體和野生型葉片膜脂過氧化、ROS及抗氧化酶活性的影響，為從活性氧傷害方面進(jìn)一步明確鎘對(duì)植物毒害的作用機(jī)制及其生化解毒機(jī)理提供理論依據(jù)。1

6、材料與方法1.1材料Cd敏感水稻突變體是由中國水稻研究所孫宗修研究員以粳稻中花11（OryzasativaL.subsp.Japonica,cv.Zhonghua11）為受體，通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)法構(gòu)建的T-DNA插入的水稻突變體庫中，隨機(jī)選1500份獨(dú)立的T2代轉(zhuǎn)基因株系在0.5mmolL-1鎘脅迫下篩選出的一個(gè)鎘敏感株系，并經(jīng)過4代自交后得到的純系（CdSTH1）[10-11]。1.2試驗(yàn)處理粳稻中花11野生型和CdSTH1突變體的種子經(jīng)5%次氯酸鈉溶液消毒25min后，淺播入水稻育秧盤中，溫度保持在30±1oC，蒸餾水培養(yǎng)15d后將何俊瑜等：鎘脅迫對(duì)鎘敏感水稻突變體活性氧代謝及抗氧化酶活性的影

7、響1007水稻幼苗移至含8L營養(yǎng)液的塑料桶中，每桶種16株。營養(yǎng)液按國際水稻研究所（IRRI）推薦配方配置[11]。營養(yǎng)液每5天換一次，pH值為5.0~5.1。將生長一致的35天苗齡幼苗移入含0、1、5、20、50、200μmolL-1（CdCl2）的營養(yǎng)液中進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)液每隔3d換一次，用0.1molL-1NaOH或0.1molL-1HCl調(diào)節(jié)pH值為5.0~5.1。試驗(yàn)設(shè)三次重復(fù)。處理12d