唐正义，胡 蓉

(内江师范学院生命科学学院，四川内江641199)

铯对青稞幼苗SOD和CAT活性的影响

唐正义，胡 蓉*

(内江师范学院生命科学学院，四川内江641199)

以青稞三叶期幼苗为材料，分别用质量浓度为10．0、20．0、40．0、80．0和120．0 mg/L Cs+(CsCl)处理1、3、6和10 d后，研究不同质量浓度Cs+胁迫下青稞幼苗超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性的变化．结果表明:青稞幼苗在低质量浓度Cs+的胁迫下，CAT和SOD活性随胁迫时间的延长而不断升高，达到峰值后，不断降低，整个曲线呈抛物线形;在高质量浓度Cs+的胁迫下CAT和SOD活性呈线性下降，随染毒时间越长，CAT和SOD活性越低，表现出明显的抑制作用．所以，Cs+对青稞幼苗具有较强的生理毒性，青稞CAT和SOD对Cs+污染反应灵敏，可作为环境中Cs+污染的监测指标．

Cs+;青稞;超氧化物歧化酶;过氧化氢酶

137Cs主要来自核实验或核事故所释放的裂变产物．铯是一种常见的γ射线发射源的同位素，已经被用在农业、癌症治疗、食品消毒、污水污泥处理以及外科手术设备消毒中［1］．放射性铯的化学性质与钾类似，作为钾的营养类似物易被作物吸收，在植物的组织(如水果、蔬菜等)中聚集，从而进入生态系统，并通过食物链进入人体，危害人们的健康［2－3］．飘浮在大气中的137Cs随着雨水降落到地面、水体中，严重地污染水域和农业生态环境［4－5］．

国内外有关于铯污染植物的研究，主要是研究放射性铯污染土壤植物修复技术，如藜科、苋科、菊科植物［6－7］对铯污染土壤的修复机制和修复能力上．近年来研究发现铯在土壤的分布有增加趋势，主要集中在耕作层［8－9］．青稞(Hordeum vulgare)是禾本科大麦属作物，主要产自我国西藏、青海、四川、云南等高海拔地区，具有丰富的药用以及营养价值，是藏族人民的主要粮食．青稞抗逆性差，在逆境胁迫下，生长缓慢，产量低［10］．在作物抗性研究中，过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)等酶活性的变化已经广泛作为指示植物抵御逆境伤害的指标［11－13］．本实验以青稞幼苗为实验材料，研究青稞在不同Cs+质量浓度的胁迫下其体内CAT和SOD活性的影响，为研究铯对植物的毒害机理提供一定的理论依据．

1 材料与方法

1．1 主要仪器 电子天秤(精天，FA1004A)，紫外分光光度计(UNICo－uv－2100)，超低温冰箱(Thermo－991)，人工气候箱(中捷RQH－250)，冰冻离心机(eppendorf Centrifuge 5417R)等．

1．2 青稞的培养及处理 青稞购自江苏宿迁种子公司，选用饱满均匀的青稞种子，流水冲洗干净后于室温下催芽12 h，25℃培养箱中萌发24 h，精选露白种子植入消毒的石英砂中，置于昼/夜温度(23 ±2)℃/(18±2)℃、光照强度2 000 lx的人工气候培养箱中培养，每天光照13 h，用1/2的Hoagland营养液培养，每天更换一次营养液．三叶期时开始用CsCl处理，处理质量浓度分别为10．0、20．0、40．0、80．0和120．0 mg/L，以Hoagland营养液培养为对照组，在处理第1、3、6和10天时，取幼苗叶片进行各指标测定．实验设1个平行组，重复3次．

1．3 测定方法 参照GB/T 5009．171－2003［14］的邻苯三酚自养化法检测青稞 SOD活性和GB/T 23195－2008［15］的紫外分光光度计检测青稞CAT活性．

1．4 数据处理方法 试验数据用SPSS 17．0计算各处理组的平均值和标准误差，使用t测验分析各质量浓度处理组与对照组的差异显著性，从而判定不同质量浓度的 Cs+以及处理时间不同对青稞SOD和CAT的毒性效应．数据结果为3次试验的平均值±标准误差，用Origin 7．5软件作图．

2 结果与分析

2．1 Cs+对青稞幼苗SOD活性的影响 如图1所示，在染毒之初，用不同质量浓度Cs+处理1 d后，幼苗SOD活性随Cs+质量浓度增大而增加．Cs+质量浓度为10．0、20．0和40．0 mg/L处理组在处理1～3 d内，其SOD活性随处理时间延长而迅速增加，第3天达到峰值;第3天后，SOD活性则呈下降趋势，各处理组与对照组之间差异显著(P＜0．05);而Cs+质量浓度为80．0和120．0 mg/L处理组，SOD活性在处理1 d后达到最大，随处理时间延长 SOD活性迅速下降．120．0 mg/L处理组SOD活性下降速度比80．0 mg/L更快，在第10天时，明显低于对照，除120．0 mg/L处理组外，各处理组在第6天以前高于对照，并且差异极显著(P＜0．01)．在第10天时，各实验组与对照无显著差异(P＞0．05)，说明Cs+对青稞幼苗的SOD酶活性有较大的毒性效应．

2．2 Cs+对青稞幼苗CAT活性的影响 如图2所示，在染毒1 d后，幼苗CAT活性随Cs+质量浓度增大而增加．Cs+质量浓度为10．0、20．0和40．0 mg/L处理组在处理1～3 d内，其CAT活性随处理时间延长而增加，第3天达到峰值，第3天后，CAT活性则呈下降趋势，各处理组与对照组之间差异显著(P＜0．05);Cs+质量浓度为80．0和120．0 mg/L处理组，CAT活性在处理1 d后达到最大，随后迅速下降．80．0 mg/L处理组在第6天低于对照组，随后CAT酶活性有所回升，而120．0 mg/L处理组则继续下降，处理组与对照组之间差异不显著(P＜0．10)．到第10天时，各实验组的青稞幼苗CAT活性均高于对照组，说明Cs+对青稞幼苗的CAT酶活性有较大影响．

3 讨论

1)在有毒物质的胁迫下，植物细胞将产生氧化作用很强的活性氧(ROS)来解毒．但过高的ROS水平对细胞内的核酸、蛋白质、脂质等生物大分子造成损坏，影响细胞的正常功能．随着ROS含量增加，其体内保护酶系统启动，如SOD和CAT等酶活性增加以清除过量的ROS，维持ROS代谢平衡．在清除植物细胞内的O－2·、OH·和H2O2等ROS的过程中，SOD和 CAT占据十分重要的地位［16－17］．SOD主要催化从而消除O－2·对细胞和DNA结构的损害．SOD在清除 O－2·的同时又生成 H2O2，造成 H2O2的积累［18］．CAT催化

从而使H2O2控制在较低的水平［18］．

2)在低质量浓度Cs+作用下，青稞幼苗SOD、CAT活性增加来消除由Cs+胁迫诱导产生的ROS对细胞的伤害;高质量浓度Cs+长时间作用，导致细胞内的ROS不断积累，超过青稞幼苗自身清除ROS的能力，甚至自身调节系统被破坏，从而导致SOD、CAT活性下降，引发细胞代谢紊乱，最终使植物体的生长和发育受到影响［19］．

研究结果表明，在低质量浓度Cs+的胁迫下，青稞叶片内SOD和CAT活性高于对照组，曲线呈抛物线变化，抛物线顶点为中毒反应的临界值．当青稞细胞内的Cs+超过临界点，超过了青稞幼苗自身清除活性氧的能力，SOD和CAT酶活性受到抑制．在高质量浓度Cs+的胁迫下，染毒初期，SOD和CAT活性很高，随后呈线性降低．染毒初期，大量的Cs+进入青稞细胞内诱导SOD和CAT活性迅速升高来清除Cs+的危害，随染毒时间延长，细胞积累的Cs+质量浓度过大，以致严重中毒，导致SOD和CAT活性迅速下降．该结果与安冰等［20－21］对小麦、玉米的研究结果相似，在Cs+作用下，青稞幼苗抗氧化体系在一定程度上被破坏，说明Cs+对青稞幼苗的CAT、SOD酶活性有较大的毒性效应．

3)CAT、SOD活性对环境Cs+污染反应灵敏，中、低质量浓度Cs+污染在较短时间内CAT、SOD活性均出现峰值．CAT、SOD活性峰值是青稞幼苗对Cs+污染从适应到中毒反应的临界值，说明青稞幼苗体内CAT、SOD活性变化对环境Cs+污染具有较早的预警指示作用．

4 结论

1)轻度Cs+长时间胁迫或重度Cs+短时间胁迫均会诱导青稞幼苗体内的CAT、SOD活性增加;重度Cs+长时间胁迫下，CAT、SOD活性受到抑制．

2)染毒初期各质量浓度组对CAT、SOD活性均有诱导作用，随染毒时间的延长，中、低质量浓度的Cs+诱导作用逐渐减弱，高质量浓度的Cs+有抑制作用．因此，CAT和SOD可被用作指示活性氧产生的生物标记物．

3)青稞幼苗体内的CAT、SOD活性曲线随染毒时间的延长呈“抛物线”形变化．CAT、SOD对环境Cs+污染反应灵敏，且酶活性均有峰值出现，其峰值是青稞幼苗中毒反应的临界点．因此，可以通过检测其SOD和CAT活性来监测环境中Cs+污染程度．

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Effects of Cs+on SOD and CAT Activities of Hordeum vulgare

TANG Zhengyi，HU Rong

(College of Life Science，Neijiang Normal College，Neijiang 641100，Sichuan)

The influence of Cs+on activities of superoxide dismutase(SOD)and catalase(CAT)in Hordeum vulgare seedlings was investigated．Hordeum vulgare seedlings were treated with 10．0，20．0，40．0 80．0 and 120．0 mg/L Cs+with various days．After 1，3，6 and 10 days treatments，respectively，activities of SOD and CAT were determined．The results showed that，activities of CAT and SOD increase at first with prolonged treatment under low concentrations of Cs+，then decrease after reaching a peak．Both activity curves exhibit parabolic shapes．On the other hand，high concentration of Cs+inhibits activities of CAT and SOD．Both activities linearly decrease along with treating time．Overall，Cs+reveals strong physiological toxicity to Hordeum vulgare seedling．Activities of CAT and SOD of Hordeum vulgare seedlings are sensitive to Cs+pollution．Therefore，Hordeum vulgare seedling can be utilized as an indicator of Cs+pollution in environment monitoring．

Cs+;Hordeum vulgare;superoxide dismutase;catalase

X171．5

A

1001－8395(2016)04－0593－04

10．3969/j．issn．1001－8395．2016．04．025

(编辑 李德华)

2015－01－18

四川省应用基础研究项目(2014JY0130)和四川省教育厅自然科学重点培育项目(11ZZ006)

*通信作者简介:胡 蓉(1958—)，女，教授，主要从事生态毒理学的研究，E－mail:tanghurui@126．com