高等植物中的谷胱甘肽过氧化物酶及其功能

科学通报
第39卷第6期Cl]INESESCIENCEBULLETIN1哭科年3月
高等植物中的谷眯甘肤过氧化物酶
及其功能
侯少范薛泰麟谭见安
(中国科学院地理研究所，北京1印101)
关健词硒、高等植物、谷肤甘肤过权化物阵、逆境条件
硒是人类、动物和某些微生物的必需微量元素，人类和动物谷胧甘肤过氧化物酶(Gintathione
Peroxidase，GSH一x)的组成成分，其主要生理功能是催化过氧化物分解，阻断脂质过氧化链
锁反应和清除某些有机氢过氧化物，如核酸氢过氧化物，胸腺嗜吮氢过氧化物等，保护膜结构
和功能的完整性.Rosenfekl和Beathlll根据植物对硒累积的倾向性，将植物分为三大类，推测
硒可能为黄茂属(Astr匆alous)所必需外，还没有确切证据表明为其它植物所必需.据世界各
国的报道和20余年我们单位对各种农作物等硒含量及其与环境关系的研究结果表明民3]，所
有农作物、蔬菜、水果均含有不同数量的硒.近年施硒肥的结果证明，硒对低硒环境中的作物
除具有一定的增产作用外，同时还可提高赖氨酸等的含量叽对幼苗的生长亦有一定的促进作
用并能增加叶绿素的含量阎.因此，硒在高等植物中的普遍存在，究竟是其生命活动所必需抑
或是一种伴生性吸收的非必需元素，的确是一个饶有兴趣的问题.为此，我们以禾本科的小
麦、豆科的大豆，十字花科的油菜以及百合科的大蒜为对象，研究了硒的功能酶一一谷肌甘肤
过氧化物酶在这些植物中的活性，同时对其功能进行了探讨.
1材料与方法
1.1供试植物材料及其来源列于表1
表1供试植物材料及其来源
科别植物名称品种来源
十字花科
豆科
禾本科
油菜
白菜
大豆
小麦
玉米
大蒜
中芥5号
绿宝
中黄3号
北京831
中单1号
中国农业科学院油料研究所
中国农业科学院蔬菜研究所
中国农业科学院作物育种栽培研究所
中国农业科学院作物育种栽培研究所
百合科河北围场县地方病研究所
LZ生理生化指标的测定
(l)谷胧甘肤过氧化物酶(GSH一Px)，(2)过氧化产物几AS，(3)超氧化物歧化酶(SOD)，
1卯3习和肠收稿，1卯只珍12收修改稿.科学通报第39卷
(’)过氧化氢酶(CAr)，(5)维生素E队)，(6)硒.具体方法和文献同前文[s.
1.3种子发芽试验和幼苗水培试验
精选大小及色泽一致的种子，以70%的乙醇消毒后，置直径gcm的培养皿中.每皿放大
豆种子20粒，小麦25粒，玉米20粒，油菜100粒，加10nil水或含硒的处理液，在恒温箱内
25士l‘C下暗培养.以HZSeO3或NaZSeO。，NaZSe03供给不同形态的硒.各种处理均设5或8
皿以上，培养期间每天更换一次对照和处理液，根据试验需要培养一定时间后，取样，计算发
芽率，测鲜重，并测定试验

所设计的指标，均重复4次.
待发芽的种子根长至3一scm以上时，根据实验要求将植物苗移至总容量为400士2耐的
三角瓶中，以泡沫塑料固定植株，采用Hoagland完全培养液，置室内22一28’C自然光照下生
长.生长期间每隔3日用1nil0.3%H夕2/L培养液供氧.每4一6天更换一次培养液，至幼苗生
长至3周时收获，分根系与叶茎分别称鲜重、干重和测定各项生理指标.
试验中，按设计要求以NaZse03或NaZSeO4，HZseO3供硒.大蒜系于大田内以叶面喷施法
供硒(NaZse03).所有试剂均为优级或分析纯进口或国产试剂.
2结果与讨论
11
表2
谷肤甘肤过叙化物酶是高等植物中硒的赋存形式
植物组织中GsH一x的活性伽n幻IGsH信
FW·而n).)
科别
十字花科
植物组织
叶片
GSH矛x活性
油菜
豆科大豆
禾本科小麦
发芽种子
叶片
发芽种子
叶片
发芽种子
374.31
1238、2
167，73
2159
.
0
24
、
35
百合科
玉米
大蒜
叶片
鳞茎
竺727
a)Fw，而n为鲜重与分钟.
研究对象中GSH一x活性的测定结果由
表2可见，一般种子中的酶活要高于叶片(以鲜
重计)，但不同植物种之间差异很大，禾本科植
物组织中酶的活性较低，而大蒜鳞茎中的活性
最高，可达到6310脚molGSH/gFW·而n.
Tappel等闷证明，动物体内GSH一x的活性
与饲料中硒的利用率的对数成比例的增加，
并且这种增加可继续到硒的水平达到慢性中
毒量.我们对人体的试验证明门，外源性硒可
诱导GSH一x活性增加，且与硒的利用率呈正
比.故此，我们采用以外源性硒诱导GSH一x
活性增加的试验方法，进一步确定GSH尹x在高等植物中存在的客观真实性.实验表明，水培
油菜幼苗当供硒量大于10.0雌/nil时即发生中毒症状.表3是在中毒水平以下硒诱导油菜
表3水培油菜茎叶硒含量及GSH一x活性
硒水平
《风尹e/m】)
硒含量“)
扭爵e/9DW)
CSH.PX
(声朋。IGSH/gFW·min)
0
0
.
01
0
.
05
0
.
10
0
.
50
1田
5oo
。
.
仪训旧
0
.
斜35
2.131
9
.
礴印
32
.
39
77
.
57
314
.
2
仪未检出)
61义
肠.加
71
.
78
106
.
2
133.8
242
.
3
a)DW为干重.
茎叶中GSH一x活性增加的实验结果，相关
统计分析表明，水培油菜茎叶中的硒含量
与培养液中硒水平之间呈高度正相关，其
r=0.9988，相关方程为夕=2.6620+62.7545Se，
n=7，p<0.01;进而将茎叶中的GSH一x活性
与硒含量之间作相关分析，其r=0.9231，
相关方程为y=59.1066+0.6l4()Se，n=7，
p<0.01.证明GSH一x的活性随外源性硒的
增加而提高，且高度依赖于硒的含量.结果第6期科学通报
与Akiho一okata等因用衣藻(Chlam夕domonasreinhardtii)所进行的试验是一致的.
GSH一x的活性在动物中最适pH范围为8一9，如大鼠肺中的最适pH是8.8一9.0，人细
胞中为8.5

，在pH6以下其活性极低或显示不出活性网.我们在0.巧mol/L的磷酸钾一钠缓冲
液中，测定不同pH条件下油菜叶片中的GSH一x与pH的关系，结果表明，GSH一x的活性随
pH的不同而变化，最适范围为pH7左右.
综上可见，GSH一x作为高等植物中硒的一种赋存形式参与其生命活动.
2.2高等植物中GSH一x生物功能的探讨
机体内脂质过氧化的最终产物之一是丙二醛(MDA)，丙二醛与硫代巴比妥酸(TBA)在
酸性条件下可形成红色的产物，通常称为TBAS，且具有很强的荧光，其含量是衡量机体内过氧
化反应发生程度和“抗氧化剂”缺乏之间的指标网.植物成熟和老化是一受控氧化过程，其直
接结果之一是体内累积过氧化氢和脂质过氧化物.我们以TBA·荧光法研究逆境(一12’C
冷冻)条件下高等植物中TBAS的含量及
其与GSH一x的关系，结果示于表4和图1.
由表4可见，植物于逆境条件下TBAS
含量显著升高.图1所示结果为预先用0.1
咫se(IW八nl处理过的大豆发芽种子，分别
在不同温度条件下放置Zh以后种子中
GSH一x与TBAS的变化情况.由图1可
见，GSH一x在处理组均高于对照组，而
TBAS则都低于对照组.但在12一36OC
范围GSH一x变化较平稳，48’C时对种子
组织而言已趋于逆境条件;机体内过氧化
作用强烈，此时两组TBAS均升高，且对照
组又显著高于处理组(p<0.05)，相应GSH-
Px活性亦明显升高，以抵御和适应逆境条
件所形成的不利影响;硒处理组种子GSH-
Px的活性远高于对照组(达到24(X)杯mol
GSH一x/gFW·min)，可抵御或适应48’C
的高温逆境条件，因此TBAS虽有所升高
但变幅不大.在一12’C的低温条件下，机
体内过氧化作用强度剧烈增大，因此两组
GSH一x活性均显著升高，以抵御和适应
逆境下过氧化对机体的不利影响.上述结
果表明，植物体内GSH一x活性的变化，即
抗氧化效应和机体内过氧化产物的变化趋
势是一致的.
不同价态的硒对植物的抗氧化效应在
时间上有一定差异.图2是硒对大豆种子
表4低温(一12’C)冷冻48h对植物样品中TBAS
含量的影响.)
TBAS(n咖IMDA/gFV门
冷冻前
25.62
1.171
3
.
引刃
9.1(又
6
.
，叨
0.73闷4
冷冻后增量(%)
大豆种子匀浆
油菜种子匀浆
小麦种子匀浆
小麦叶片
油菜叶片
玉米幼芽
84.35
3.488
8.245
21.35
17一21
2.811
229.2
197.9
149
.
2
134.5
巧5.7
282.7
a)冷冻前与冷冻后的珊AS测试值之间均p<0.01(n=4
或8)
葺灿之峨自国10任u︶的V的卜100755025—Se.GSH一Px一一一CK0TBAS
、一~一侧?孑
、卜_一_了
夕
少
何八队休付日ILwe卜rereL--?50004000300020001000
︵石日·沐灿伙\国的O一。任3减白。国的O
01224364860
温度(“C)
图1不同温度处理Zh后大豆发芽种子GSH一x
与TBAS的变化
CK为水对照

组，图中结果为4次重复之平均值第39卷
一Se(IV).—.Se(砚)O乃n八‘4八O只︶4通OJQ妇l曰八葺伪切\司Q芝10日u︶SV国卜
0481624324048
培养时间(h)
图2不同价态硒对大豆种子萌发过程中TBAS
的影响
硒处理浓度0.10咫Se阿，，A门犯s法测定
萌发过程中TBAS影响的价态效应.由于6价态
硒(seVr)被植物吸收以后需经过由se砚~seIV~
sen的还原过程才能合成GSH矛x[明，因此其作
用滞后于SeW.但随着时间的推移，两者的最
终效应是一致的.该结果与动物实验中所观察
到的现象极为相似，证明硒的抗氧化效应并不
因其价态或形态之不同而有本质上的区别.
综上可见，植物体内硒以GSH尹x为其赋
存形式之一并以酶促机制参与机体抗氧化作用
(也可能存在非酶促机制[s)，其机理类同于动
物和人体的情况，因此，硒很可能是高等植物
所必需的微量元素.
有关高等植物中硒的抗氧化作用及其与超
氧化物歧化酶(sOD)，过氧化氢酶(CAT)，维生素E队)的关系，文献【5]已有报道.
上述结果显示，硒在动物、人体和高等植物体内生物功能的实验结果，可互为启迪，以深化
对硒在生物界的作用的认识.
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