镉胁迫对镉敏感水稻突变体活性氧代谢及抗氧化酶系统 b...b - 生态环境学报

生态环境 2008, 17(3): 1004-1008 http://wendang.chazidian.com
Ecology and Environment E-mail: editor@http://wendang.chazidian.com
基金项目：国家重点基础研究发展规划（973）项目（2002CB410804）；贵州省自然科学基金（20072058）；贵州大学人才基金（X060036）
作者简介：何俊瑜(1975－), 男, 副教授, 博士, 主要从事环境生理生态及土壤污染防治方面的研究。E-mail: junyuhe0303@http://wendang.chazidian.com
收稿日期：2007-11-25


镉胁迫对镉敏感水稻突变体活性氧代谢
及抗氧化酶活性的影响
何俊瑜
1
，任艳芳
1
，朱诚期
2
，蒋德安
2

1. 贵州大学农学院，贵州 贵阳 550025；2. 浙江大学生命科学学院，浙江 杭州 310058

摘要：镉是一种常见的环境有毒重金属元素，不仅影响植物的生长和发育，而且还通过食物链危害人类健康。因此研究镉对
植物的影响、分析植物逆境生理过程，对损伤和抗逆机理研究具有重要意义。以镉敏感水稻突变体和野生型（Oryza sativa L.）
为材料，采用营养液培养实验，研究了不同浓度镉对水稻叶片活性氧代谢及抗氧化酶化系统的影响。结果表明：镉胁迫使水
稻叶片超氧阴离子（O
2
?
?）、过氧化氢（H
2
O
2
）、丙二醛（MDA）含量增加，且突变体的增加幅度明显大于野生型。随着镉
浓度的提高，超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(G-POD)活性均表现为先上升后下降，但SOD活性的变化更明显；过氧化
氢酶(CAT)活性则呈一直下降的趋势。在较高镉浓度胁迫下（>5 μmol L
-1
），突变体叶片的SOD、CAT活性均明显低于野生
型。研究结果表明，随着镉胁迫浓度的增加，突变体叶片积累更多的活性氧，产生严重的氧化胁迫，引起了更高程度的膜脂
过氧化，这可能是突变体对镉胁迫更敏感的生理原因之一。
关键词：镉胁迫；突变体；水稻；活性氧；抗氧化酶
中图分类号：X173; Q945. 78 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2008）03-1004-05
活性氧(reactive oxygen species, ROS)是植物光
合、呼吸、固氮等代谢过程不可避免的产物，在体
内的抗氧化酶如SOD、CAT、POD以及抗氧化剂的
协同作用下，ROS能不断地产生和被清除，使得正
常生理情况下，植物体内ROS可维持于有利无害的
极低水平。重金属能直接或者间接地通过形成ROS
使植物体内产生氧化胁迫
[1-3]
，导致细胞膜脂质的过
氧化，蛋白质、色素、酶、核酸等的氧化损伤，乃
至植物死亡。因此，为减轻植物环境重金属伤害，
提高作物产量，探讨植物重金属作用及其耐性机制
有重要意义。
镉(Cd)是非必需的有毒元素，是农业环境和农
产品的重要污染物质，通过开矿、冶炼、工业的“三
废”排放和农事操作等途径进入环境,通过食物链富
集，危及人体健康。因此镉污染问题一直是环境生
物学和环境保护研究的重点。据不完全统计，我国
农田重金属镉污染面积已达2 000万hm
2
，每年生产
的镉含量超标的农产品达14.6亿kg，且有日益加重
的趋势。多年来，国内外学者对镉胁迫引进植物体
内自由基累积，从而导致自由基过氧化损伤方面进
行了大量的研究，但结果不尽一致。研究表明不同
的植物种类或同种植物不同的基因型对于重金属
胁迫忍耐的反应机制不完全相同
[1, 4-8]
，因此遗传背
景不同使研究相当困难。已有学者开始利用具有相
同遗传背景的突变体来研究重金属对植物的毒害
机理，Howden等从拟南芥突变体中获得了2个镉敏
感突变体Cad1和Cad2，通过对突变体的研究发现植
物体中植物螯合肽的表达是植物耐受镉胁迫的重
要机制
[9]
。我们从农杆菌介导的T-DNA 插入的水稻
突变体库中发现了1 个对镉敏感水稻突变体
CdSTH1，并对其在镉胁迫下的根系特征进行了研
究
[10]
，但对其在镉胁迫下活性氧代谢了解甚少。本
试验以水稻突变体为材料研究Cd胁迫对CdSTH1水
稻突变体和野生型叶片膜脂过氧化、ROS及抗氧化
酶活性的影响，为从活性氧伤害方面进一步明确镉
对植物毒害的作用机制及其生化解毒机理提供理
论依据。
1 材料与方法
1.1 材料
Cd敏感水稻突变体是由中国水稻研究所孙宗
修研究员以粳稻中花11（Oryza sativa L. subsp.
Japonica, cv. Zhonghua 11）为受体，通过农杆菌介
导法构建的T-DNA插入的水稻突变体库 中，随机选
1 500份独立的T
2
代转基因株系在0.5 mmol L
-1
镉胁
迫下筛选出的一个镉敏感株系，并经过4代自交后
得到的纯系（CdSTH1）
[10-11]
。
1.2 试验处理
粳稻中花11野生型和CdSTH1突变体的种子经
5%次氯酸钠溶液消毒25 min后，浅播入水稻育秧盘
中，温度保持在30±1
o
C，蒸馏水培养15 d后将水稻