梁 勇，陳月星，趙麗那，阮景軍，程劍平，趙 鋼，嚴(yán) 俊*

(1. 成都大學(xué)藥學(xué)與生物工程學(xué)院，四川 成都 610106；2.貴州大學(xué)麥類作物研究中心，貴州 貴陽(yáng) 550025)

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硒酸鈉對(duì)不同麥類作物谷胱甘肽過(guò)氧化物酶活性的影響

梁 勇1，陳月星1，趙麗那2，阮景軍2，程劍平2，趙 鋼1，嚴(yán) 俊1*

(1. 成都大學(xué)藥學(xué)與生物工程學(xué)院，四川 成都 610106；2.貴州大學(xué)麥類作物研究中心，貴州 貴陽(yáng) 550025)

【目的】本文探究硒對(duì)不同麥類谷胱甘肽酶活性的影響?！痉椒ā糠謩e測(cè)定在高硒(施30 g/hm2硒酸鈉)和低硒(不施硒)條件下，不同麥類作物分蘗期第二片葉谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GSH-Px)的活性，分析硒酸鈉與 GSH-Px 活性兩個(gè)因素間的相互作用?！窘Y(jié)果】麥類 GSH-Px 活性在高硒環(huán)境顯著高于低硒環(huán)境；不同麥類 GSH-Px 活性對(duì)硒敏感度不同。【結(jié)論】這為進(jìn)一步研究麥類硒攝取的生理機(jī)制提供了重要依據(jù)。

麥類作物；谷胱甘肽過(guò)氧化物酶；硒酸鈉

【研究意義】麥類作物是一個(gè)需氧代謝的有機(jī)體，在呼吸作用和光合作用中，活性氧 Reactive Oxygen Species, ROS ) 含量的升高通常是有機(jī)體內(nèi)線粒體、葉綠體和過(guò)氧化物酶等的共同作用引起的。當(dāng) ROS 值在麥類作物體內(nèi)積累到某一極限值時(shí)，就會(huì)破壞細(xì)胞的蛋白質(zhì)和DNA、RNA 以及生物膜內(nèi)的呼吸鏈系統(tǒng)，進(jìn)而對(duì)植物造成不可逆的傷害，影響植物正常的生理功能[1]。谷胱甘肽過(guò)氧化物酶 (GSH-Px) 是生物機(jī)體內(nèi)一種重要的抗氧化酶[2]，它可以在一定程度上降低 ROS 含量，保護(hù)植物免受 ROS 的傷害，保證生物體能正常進(jìn)行生命活動(dòng)[3]，對(duì)其研究日益受到重視。研究表明，GSH-Px是一種重要的含硒酶，硒是構(gòu)成該酶活性中心的必需成分，在硒充足的情況下，GSH-Px 在所有細(xì)胞中才能有效表達(dá)[4]。因此，探究硒對(duì)麥類作物體內(nèi)谷胱甘肽過(guò)氧化物酶活性的影響具有重要意義。植物可以把環(huán)境中的無(wú)機(jī)硒轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)硒，供人體利用[5]。通常農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中是通過(guò)葉面噴硒來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)體內(nèi)硒的富集，然而，硒易溶于水，葉面噴硒極易受到外界因素的影響，比如降雨，朝露等造成硒源的流失，很難使機(jī)體內(nèi)硒含量保持穩(wěn)定。因此，在葉面上噴施硒產(chǎn)生的時(shí)效性并不強(qiáng)，并且亞硒酸鈉的作用效果比硒酸鈉的作用效果差[6]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】在動(dòng)物體內(nèi)，硒含量的高低與谷胱甘肽過(guò)氧化物酶活性有著密切的關(guān)系[7],人體血清中硒的濃度直接決定著谷胱甘肽過(guò)氧化物酶的活性[8]，Sag isaka 等發(fā)現(xiàn), 冷處理蘋果的谷胱甘肽過(guò)氧化物酶活性升高[9],現(xiàn)在谷胱甘肽過(guò)氧化物酶已成功在甜橙和蘆薈中分離出來(lái)[10-11]，薛文濤等研究表明，小麥對(duì)硒元素的吸收及利用與谷胱甘肽過(guò)氧化物酶活性的高低有著直接聯(lián)系[12]。【本研究切入點(diǎn)】采用將硒酸鈉噴施于土壤，分別測(cè)定噴灑硒酸鈉土壤與沒(méi)有噴灑硒酸鈉土壤的麥類作物分蘗期第二葉的谷胱甘肽過(guò)氧化物酶的活性?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究為進(jìn)一步研究麥類硒富集的生理機(jī)制提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

共有73個(gè)野生和栽培燕麥、大麥、小麥基因型

和品種用于該研究。這些材料分別由意大利農(nóng)業(yè)研究委員會(huì)基因組研究中心，以色列海法大學(xué)進(jìn)化研究所，西北農(nóng)林科技大學(xué)和貴州大學(xué)等提供。材料基本情況見(jiàn)表1。

1.2 土壤

分別取噴灑硒酸鈉和未噴灑硒酸鈉的土壤進(jìn)行曬干，用瑪瑙研缽精研至100目左右[13]，送四川省農(nóng)科院分析測(cè)試中心測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表2。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)Cakmak[14]的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，采用有別于常規(guī)葉片噴灑硒酸鈉的方法[15-17]，將定量的硒酸鈉水溶液直接噴施于直徑為24.5 cm花盆的土壤中，再將土壤靶平，使硒酸鈉均勻分布于中上層土壤，每盆6株植株，統(tǒng)一管理，定時(shí)定量滴灌。取麥類作物分蘗期第二葉為實(shí)驗(yàn)材料，將其置于冰盒中，保存于-70 ℃冰箱待測(cè)。

表1 麥類材料基本情況

表2 土壤基本性質(zhì)

1.4 測(cè)定方法

將葉片用0.2 mol/L pH 6.2的磷酸緩沖液(含1 mmol/L 乙二胺四乙酸二鈉，5 %的聚乙烯吡咯烷酮溶液)提取麥類作物 GSH-Px。以偏磷酸溶液沉淀蛋白質(zhì)，將二硫代對(duì)二硝基苯甲酸 (DTNB) 與 GSH 快速混合5 min后，立即在 412 nm 下測(cè)定酶管和非酶管顯色反應(yīng)的 OD 值來(lái)測(cè)定不同硒處理、不同麥類 GSH-Px 活性的大小。實(shí)驗(yàn)操作步驟參照黃愛(ài)纓和吳珍齡[18]的方法并略作改進(jìn)。每個(gè)樣品重復(fù)3次實(shí)驗(yàn)，測(cè)量結(jié)果取平均值。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

利用JMP6.0等軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用Sigmaplot 12.0軟件繪制柱狀圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 GSH-Px 活性差異分析

如圖1所示，73個(gè)樣品在低硒環(huán)境中，GSH-Px 活性范圍為0.0096～0.2948 mmol/(g FW·min)，平均值為0.0522，最低為BZ-008，最高是ITAO-88。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，紫青1號(hào)、ITAO-88、BZ-030、Nah24的酶活性分別在青稞、栽培燕麥、栽培大麥和野生大麥等樣品中相對(duì)較高，其余栽培大麥、小麥酶活性相差不明顯(方差分析P> 0.05)；然而，在高硒環(huán)境中，其活性范圍為0.2347～3.7527 mmol/(g FW·min)，最低是XO-39，最高是Nah23，平均值為1.4351，而且GSH-Px 活性大小在麥類作物中分布也有所不同，在小麥、青稞、野生大麥活性最高的分別是LDN、紫青1號(hào)及Nah23，并且分析發(fā)現(xiàn)栽培燕麥中相互無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P> 0.05)，而栽培大麥相互間有顯著差異(P< 0.05)；此外通過(guò)對(duì)高硒環(huán)境與低硒環(huán)境 GSH-Px 活性差值比較發(fā)現(xiàn)，最大差值的是Nah23，差值為3.7629，最小的是XO-39，差值為0.2077。

圖1 不同麥類作物 GSH-Px 活性Fig.1 GSH-Px activity of different triticeae crops

2.2 不同硒處理 GSH-Px 酶活性的比較分析

將所有麥類材料作為一個(gè)整體，比較在不同硒環(huán)境中 GSH-Px 酶的活性。在低硒環(huán)境中的 GSH-Px 活性平均值為0.0522 μlmol/(gFW·min)，在高硒環(huán)境中，麥類的 GSH-Px 活性平均值為1.4351 μmol/(gFW·min)，是低硒環(huán)境平均值的27.49倍。 兩環(huán)境中 GSH-Px 活性有顯著差異(P< 0.05)。

將73個(gè)麥類品種按其來(lái)源及類別來(lái)看，在低硒環(huán)境中的栽培大麥、野生燕麥、青稞、小麥、野生大麥和栽培燕麥的 GSH-Px 活性平均值分別為0.0297、0.0471、0.0475、0.0503、0.0563、0.0668 μlmol/(gFW·min)；在高硒環(huán)境中，其 GSH-Px 活性平均值分別為0.9130、1.0863、1.2079、1.5697、1.6551、1.8569 μmol/(gFW·min)，分別是低硒環(huán)境 的39.42、36.58、32.90、25.43、23.50、16.22倍。由此可見(jiàn)，不同麥類 GSH-Px 酶活性對(duì)硒敏感度不同，其中栽培大麥GSH-Px受硒的影響最大，而栽培燕麥對(duì)硒的敏感度相對(duì)較小，但總的來(lái)看，在施硒后麥類作物谷胱甘肽過(guò)氧化物酶活性均有提高，表明直接噴施硒酸鈉，可明顯提高麥類的 GSH-Px 酶活性水平。

2.3 不同麥類 GHS-Px 酶活性的比較分析

由表3可見(jiàn)，在不同硒環(huán)境下 GHS-Px 的活性有顯著變化，低硒環(huán)境下野生燕麥為 [(0.0297±0.0241) mmol/(g FW·min)]，低于其他麥類作物該酶的活性，而在高硒環(huán)境下栽培大麥達(dá)到 [(1.8569±1.2729) mmol/(g FW·min)]，表現(xiàn)出很高的酶活性?？偟膩?lái)看，野生大麥、栽培大麥、小麥、野生燕麥、栽培燕麥和青稞的 GHS-Px 酶活性在高硒時(shí)均表現(xiàn)出很高的酶活性，在施硒肥后增幅較大。此外在低硒環(huán)境中，各類麥類作物相互間不具有顯著性差異(P>0.05)；在高硒環(huán)境中，它們相互間有不同程度的差異性。不同麥類谷胱甘肽過(guò)氧化物酶活性對(duì)外源硒敏感度略有差異，其中GSH-Px 活性受外源硒含量影響最大的是栽培大麥，最小的是栽培燕麥。

3 討 論

谷胱甘肽過(guò)氧化物酶 (GSH-Px) 作為細(xì)胞內(nèi)重要的抗氧化酶，正日益受到重視，GSH-Px的生物學(xué)功能很多，例如具有清除自由基和保護(hù)細(xì)胞膜及生物大分子結(jié)構(gòu)等[19]。因此，GSH-Px 活性與生物體的生理機(jī)制有重要關(guān)聯(lián)。GSH-Px 的活性中心含有硒代半胱氨酸 (Se-Cys)，植物對(duì)于硒元素的利用和吸收與植物體內(nèi) GSH-Px 活性的高低有著直接的聯(lián)系[20]。生物體內(nèi)最重要的一種含硒酶就是谷胱甘肽過(guò)氧化物酶，大量研究表明硒能夠參與植物的生理代謝，適量的硒可以促進(jìn)植物葉綠素的生成、增強(qiáng)植物的抗逆抗氧化能力[21]，同時(shí)，適量濃度的硒對(duì)許多植物組織的生理功能有著重要的促進(jìn)與保護(hù)作用[22]，此外硒還是 GSH-Px 活性中心的必需成分[23]。因此，利用生物體內(nèi) GSH-Px 活性的大小可以反映機(jī)體的硒含量來(lái)研究 GSH-Px 活性與 Se 的關(guān)系[24]。我們之前采用嚴(yán)俊等[25]同樣方法對(duì)來(lái)自以色列的15個(gè)群體野生二粒小麥和來(lái)自國(guó)內(nèi)6個(gè)省區(qū)的小麥栽培品種進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不僅在高硒和低硒環(huán)境下野生與栽培小麥的GSH-Px活性表現(xiàn)不同，收獲的兩環(huán)境的野生和栽培小麥籽粒硒含量差異也很顯著[26]，說(shuō)明不同麥類作物不僅在攝取硒的生理機(jī)制上有差異，而且不同品種的作物對(duì)土壤硒影響的敏感度也有所不同。作物是否受到體內(nèi)生理及遺傳因素的制約，以及作物對(duì)硒的吸收和轉(zhuǎn)化是否有嚴(yán)格的調(diào)控作用仍需進(jìn)一步研究。

表3 不同麥類作物 GSH-Px 活性比較

4 結(jié) 論

通過(guò)檢測(cè)不同硒處理對(duì)不同麥類 GSH-Px 活性的影響，發(fā)現(xiàn) GSH-Px 活性在不同硒處理和不同的麥類均有所不同，其中栽培大麥的 GSH-Px 活性受外源硒含量影響最大，栽培燕麥 GSH-Px 活性則對(duì)外源硒的噴施敏感度最小，而小麥、野生大麥、青稞和野生燕麥 GSH-Px 活性對(duì)外源硒噴施的敏感性則居中。

總的來(lái)說(shuō)，硒在麥類植物抗脂質(zhì)過(guò)氧化作用中起著重要作用，在大田作物施肥中，適量增加微量元素硒，將有助于提高作物的抗逆能力，這為進(jìn)一步研究麥類硒攝取的生理機(jī)制提供了重要依據(jù)。

[1]肖 蓉，羅慧珍，張小娟，等. 干旱和鹽脅迫條件下棗樹谷胱甘肽過(guò)氧化物酶基因(ZjGPX)的差異表達(dá)及功能分析[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，48(14)：2806-2817.

[2]張 琛，徐 輝，解書冬，等. 粉棒束孢谷胱甘肽過(guò)氧化物酶對(duì)氧化脅迫的響應(yīng)[J]. 中國(guó)生物防治學(xué)報(bào)，2012，28(3)：444-447.

[3]龔宏偉，馬翎健. 2類小麥雄性不育系育性敏感時(shí)期谷胱甘肽過(guò)氧化物酶活性及丙二醛含量變化[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41(7)：60-62.

[4]張麗麗，徐碧玉，劉菊華，等. 香蕉谷胱甘肽過(guò)氧化物酶基因MaGPX的克隆和表達(dá)分析[J]. 園藝學(xué)報(bào)，2012，39(8)：1471-1481.

[5 ]劉 慶，田 俠，史衍璽，等. 外源硒礦粉對(duì)玉米硒累積及礦質(zhì)元素吸收的影響[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2016，22(2)：403-09.

[6]趙會(huì)杰，劉華山，林學(xué)梧，等. 小麥胞質(zhì)不育系花粉敗育與活性氧代謝關(guān)系的研究[J]. 作物學(xué)報(bào)，1996，22(3)：365-368.

[7]Burk R F. Biological Activity of Selenium[J]. Ann Rev.Nutr, 1983(3):53-70.

[8]Hafeman D G, Sunde R A, Hoeckstra W G. Effect of dietary selenium on erythrocyte and liver glutathione peroxidase in the rat[J]. Nutr, 1996(10):580-587.

[9]Kuroda H, Sagisaka S, Chiba K. Peroxide-scavenging systems during cold acclimation of apple callus in culture[J]. Plant Cell Physiol, 1992, 33: 743-750.

[10]Ben-Hayyim G, Faltin Z, Gepstein S, et al. Isolation and characterization of salt-associated protein in citrus[J]. Plant Sci, 1993, 88: 129-140.

[11]Sabeh F, Wright T,Norton S J. Purification and characterization of a glutathione peroxidase from the Aloe vera plant[J]. Enzyme.Prot, 1993, 47:92-98.

[12]薛文韜，嚴(yán) 俊，楊榮志，等. 硒酸鈉對(duì)小麥谷胱甘肽過(guò)氧化物酶活性的影響[J]. 貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38(12)：89-91.

[13]丁文慈，趙由之，趙彥龍，等. 海南南山長(zhǎng)壽區(qū)土壤微量元素含量分析[J]. 瓊州學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，20(2)：15-18.

[14]Cakmak I, Yilmaz A, Kalayci M, et al. Zinc deficiency as a critical problem in wheat production in Central Anatolia[J]. Plant & Soil, 1996, 180(2):165-172.

[15]劉世亮，馬 闖，介曉磊，等. 噴施亞硒酸鈉對(duì)紫花苜蓿干草產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J]. 草業(yè)科學(xué)，2008，25(8)：73-78.

[16]王淑珍，趙喜茹，王喜枝，等. 葉面噴施亞硒酸鈉對(duì)大蒜光合作用及產(chǎn)量品質(zhì)的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2008，24(4)：294-297.

[17]吳正景，郭大龍，高 文. 不同時(shí)期噴施亞硒酸鈉對(duì)豌豆芽苗生長(zhǎng)及硒含量的影響[J]. 種子，2008，27(8)：40-42.

[18]黃愛(ài)纓，吳珍齡. 水稻谷胱甘肽過(guò)氧化物酶的測(cè)定法[J]. 西南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，1999(4)：324-327.

[19]R Corrocher, M Casaril, G Bellisola, et al. Severe impairment of antioxidant system in human hepatoma[J]. Cancer, 1986, 58(8): 1658-1662.

[20]薛文韜，嚴(yán) 俊，楊榮志，等. 硒酸鈉對(duì)小麥谷胱甘肽過(guò)氧化物酶活性的影響[J]. 貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38(12)：89-91.

[21]覃思躍，趙文龍，李 俊，等. 硒與硫單一及交互作用對(duì)小白菜生長(zhǎng)及硒生物有效性的影響[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2016，36(4)：1500-1507.

[22]馬小靈，唐維龍，劉 芳，等. 施肥富硒對(duì)茶油主要化學(xué)特性及功能性成分的影響[J]. 糧食與油脂，2015，40(11)：148-154.

[23]郭 玲. 含硒的谷胱甘肽過(guò)氧化物酶與人類健康的關(guān)系[J]. 微量元素與健康研究，2002，19(1)：69-72.

[24]董衛(wèi)華，吳珍齡. Na2SeO3對(duì)麥苗谷胱甘肽過(guò)氧化物酶影響的研究[J]. 西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，26(4)：474-478.

[25]嚴(yán) 俊，薛文韜，何 躍，等. 以色列二穗短柄草谷胱甘肽過(guò)氧化物酶活性分析[J]. 山地農(nóng)業(yè)生物學(xué)報(bào)，2011，30(3)：198-202.

[26]Yan Jun. Grain Mineral and Protein Concentrations of Wild Emmer Wheat (Triticumdicoccoides) and Wild Barley (Hordeumspontaneum) and Their Potential for Crop Improvement[D]. Haifa, University of Haifa, 2010.

(責(zé)任編輯 陳 虹)

Effect of Sodium Selenate on Glutathione PeroxidaseActivity of Different Triticeae Crops

LIANG Yong1，CHEN Yue-xing1，ZHAO Li-na2，RUAN Jing-jun2，CHENG Jian-ping2，ZHAO Gang1，YAN Jun1 *

(1.School of Pharmacy and Bioengineering, Chengdu University, Sichuan Chengdu 610106, China; 2.Institute of Triticeae Crops, Guizhou University, Guizhou Guiyang 550025, China)

【Objective】The present study was conducted to explore the effect of selenium (Se) on different triticeae crops glutathione enzyme activity. 【Method】Under the different condition of low Se (not applied Se) and high Se (30 g/hm2sodium selenate), the activity of the glutathione enzyme of the second leaf of triticeae crops in tillering stage was tested, respectively. The interaction between sodium selenate and glutathione enzyme (GSH-Px) activity was analyzed. 【Result】The glutathione enzyme activity of the triticeae crops in the high Se environment was significantly higher than low Se environment, and different triticeae crops glutathione enzyme activities had different sensitivity for Se. 【Conclusion】This study would provide important basis for further research of the physiological mechanism of sodium selenate intake of triticeae crops.

Triticeae crops; Glutathione peroxidase; Sodium selenate

1001-4829(2017)7-1511-05

10.16213/j.cnki.scjas.2017.7.008

2016-07-10

國(guó)家國(guó)際科技合作專項(xiàng)項(xiàng)目(2013DFA32200)；成都大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃孵化培育項(xiàng)目(CDU-CX-2016152)

梁 勇(1993-)，男，河北承德人，藥學(xué)與生物工程學(xué)院生物工程專業(yè)，E-mail：2838574796@qq.com；*為通訊作者：嚴(yán) 俊，博士，教授，E-mail：yanjun62@qq.com。

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