重金属铬对植物酶系统影响的研究进展

张宇虹

（河南师范大学生命科学学院，河南新乡　453000）

重金属铬对植物酶系统影响的研究进展

张宇虹

（河南师范大学生命科学学院，河南新乡453000）

铬是重金属中最具危害性的元素之一，铬污染影响植物的生理生化特性。本文综述近年来重金属铬胁迫对植物酶系统影响的研究成果。

铬；酶系统；植物；研究进展

正常生长条件下，植物体内活性氧产生和清除处于平衡态，Cr6+胁迫扰乱细胞的氧化还原平衡并促进产生活性氧（ROS）而造成氧化性损伤，损害膜的结构和功能，并扰乱代谢过程，最终抑制植物的生长[1]。Cr6+胁迫促进ROS的积累在一定程度上是由于其对电子传递链的组分如线粒体ATP合酶和拟南芥NADH泛醌氧化还原相关同源蛋白酶的调节，对叶绿体和线粒体的电子传递链产生了负面影响，但在分子水平上的毒性影响仍然不完全所知[2-3]。为应付氧化毒害植物也产生了ROS清除机制，当植物受到Cr6+毒害后，抗氧化系统活性发生相应变化。包括过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）在内的ROS清除酶是植物应对氧化胁迫的一个重要的防御系统，能反映植物抗氧化和Cr6+耐受能力之间的亲和程度。SOD将超氧阴离子O2-转换成细胞中最稳定的活性氧分子H2O2，过氧化物酶体中的CAT或POD则将H2O2去除。抗坏血酸过氧化物酶（APX）是关键H2O2清除酶，它不同于只催化较高浓度H2O2的过氧化氢酶，其表达在铬胁迫下增强，能够保护叶绿体、对抗活性氧[4]。

SOD是生物体内清除自由基的主要参与者，随Cr6+胁迫浓度的增加，其活性大多表现为先升高后下降的两个反应阶段。活性升高的原因可能是铬刺激了植物体本身存在的SOD或诱导合成新的SOD，下降的原因可能是酶对其保护作用有一定限度，超过此限度酶活性就下降。水稻[5]、罗汉果[6]、旱伞草[7]等植物幼苗由于保护酶系统耐铬胁迫能力较差，Cr6+胁迫浓度增加导致SOD活性一直下降。POD与CAT的活性随胁迫浓度的增加逐渐升高，在Cr6+胁迫时发挥了更大作用。POD活性升高是由于植物体内铬达到一定浓度时，膜脂过氧化作用增强，植物体内过氧化物（如过氧化氢等）浓度增加，即POD的底物浓度增加，从而使POD活性上升。CAT在低浓度Cr6+胁迫下活性增加缓慢，高浓度胁迫下增加较快。可能是因为高Cr6+胁迫下膜脂过氧化加剧、细胞受伤害程度增加，过氧化氢酶活性迅速升高以分解体内产生的大量的过氧化氢根离子，以此保护植物细胞。

铬胁迫对保护酶活性的影响与植物品种、抗性有关，如水稻[8]、罗汉果[6]受铬胁迫抵抗能力较差，各种保护酶活性在低浓度铬毒害时就几乎全部下降。保护酶活性也随植物本身的发育程度、器官、组织、部位而不同，如万永吉[9]等对秋茄幼苗根系及叶片的研究表明：在有效防御Cr6+胁迫伤害方面，秋茄幼苗的根系比叶片具有更大的耐受性。

综上所述，人们对于铬毒害下植物保护酶系统的响应机制已经有了比较透彻的了解，植物在铬胁迫下的反应特性可以作为检测土壤和水体受重金属污染程度的重要指标，为环境监测提供有用的参考资料。同时，随着对铬胁迫下植物自身响应机制和保护机制研究的不断深入，未来将会培育和筛选出更高抗性的植物资源并且实施到生产当中。

（收稿：2016-04-25）

[1]Maecka A,Jarmuszkiewicz Wa,Tomaszewska1 B.Antioxidative defense to lead stress in subcellular compartments of pea root cells[J].Acta Bioquimica Polonica,2001,48(3):687-98.

[2]Dixit V,Pandey V,Shyam R.Chromium ions inactivate electron transport and enhance superoxide generation in vivo in pea(Pisum sativum L.cv.Azad)root mitochondria[J].Plant,Cell&Environment, 2002,25(5):687-93.

[3]Keunen E,Remans T,Bohler S,et al.Metal-induced oxidative stress and plant mitochondria[J].International journal of molecular sciences, 2011,12(10):6894-918.

[4]Koussevitzky S,Suzuki N,Huntington S,et al.Ascorbate peroxidase 1 plays a key role in the response of Arabidopsis thaliana to stress combination[J].Journal of Biological Chemistry,2008.

[5]徐芬芬.铬胁迫对水稻幼苗生长和生理特性的影响[J].杂交水稻, 2012,27(3):76-8.

[6]张永霞,石贵玉,李霞,等.铬胁迫对罗汉果幼苗生理生化指标的影响[J].中国农学通报,2011,27(2):12-6.

[7]陈金发.铬胁迫对旱伞草生理生化特性的影响[J].湿地科学,2014, 12(3):356-61.

[8]徐芬芬.铬胁迫对水稻幼苗生长和生理特性的影响[J].杂交水稻, 2012,27(3):76-8.

[9]万永吉,郑文教,方煜,等.重金属铬(Ⅲ)胁迫对红树植物秋茄幼苗SOD,POD活性及其同工酶的影响[J].厦门大学学报:自然科学版, 2008,47(4):571-4.

2014年度河南师范大学校级大学生创新训练计划(编号：20140138）

张宇虹（1996-），女，汉族，河南三门峡人，河南师范大学生命科学学院2013级生物科学专业本科生。