李晨暉，儀慧蘭

（山西大學生命科學學院，山西太原030006）

二氧化硫（SO2）是我國最主要的大氣污染物[1]?？諝庵懈邼舛萐O2會使植物葉面失綠，細胞膜透性增加[2]，光合作用效率降低，葉綠體結(jié)構(gòu)損傷[3]，還會誘發(fā)染色體結(jié)構(gòu)畸變[4]，嚴重影響植物的生長和發(fā)育[2-6]。不同植物種類對SO2的敏感性不同[7]，但多數(shù)植物可以吸收SO2，并通過胞內(nèi)氧化還原途徑將其轉(zhuǎn)化為半胱氨酸（Cys）[8]，半胱氨酸是胞內(nèi)其他含巰基的氨基酸、肽和蛋白質(zhì)的巰基來源[9]。

環(huán)境SO2經(jīng)過葉面氣孔進入植物體，溶解于細胞液中形成亞硫酸氫根與亞硫酸根，然后被氧化成硫酸根，此過程中產(chǎn)生大量活性氧[10]。研究表明，SO2熏氣能增加模式植物擬南芥細胞內(nèi)硫同化作用的底物，增強植株硫同化作用，半胱氨酸合成增多，促使谷胱甘肽（GSH）、谷胱甘肽過氧化物酶（GPX）、谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶（GST）水平提高[11]，這些含硫抗氧化物在細胞氧化還原反應中發(fā)揮了重要作用[12]。小白菜是常見的一種葉菜類蔬菜，但SO2對小白菜生理影響的研究僅限于表觀與細胞結(jié)構(gòu)觀察[13]。SO2是否影響小白菜含硫抗氧化物的水平未見報道。

本試驗研究SO2對經(jīng)濟作物小白菜的影響，以便為小白菜的安全生產(chǎn)提供基礎數(shù)據(jù)，也為SO2毒性研究和環(huán)境污染檢測提供試驗依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

以小白菜（Brassica rapa L.ssp.Chinensis var.communis）四季青作為試驗材料。

1.2 試驗方法

選顆粒飽滿、大小均勻的種子，播種于等體積混合的營養(yǎng)土和蛭石中，在植物培養(yǎng)室培養(yǎng)。光照強度 3 000 lx，光暗周期 14 h/10 h，溫度（22±2）℃，相對濕度45%±5%，3 d澆一次水。

將培養(yǎng)14 d的小白菜幼苗分成對照組和SO2熏氣組，分別置于同體積的密閉箱內(nèi)，適應1 d后開始處理，熏氣組暴露于SO2中，對照組暴露于潔凈空氣中。根據(jù)預試驗結(jié)果，SO2熏氣濃度確定為30 mg/m3，每隔3 h換氣一次，持續(xù)熏氣48 h，熏氣期間保持光照強度、光暗周期與幼苗培養(yǎng)時期一致。

1.3 生理指標檢測

觀察熏氣期間小白菜植株的形態(tài)和顏色，取處理 6，12，24，36，48 h 的小白菜葉片，檢測生理指標，各組設3個重復試驗。過氧化氫（H2O2），丙二醛（MDA），GSH含量及GPX，GST活性測定方法參照文獻[14]進行。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)采用SPSS 20.0軟件進行One-Way ANOVA統(tǒng)計分析，以示不同處理組間差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 SO2熏氣對植株葉片形態(tài)的影響

SO2熏氣對小白菜葉片的傷害與熏氣時間呈正相關。30 mg/m3SO2暴露前期，小白菜葉片無明顯可見傷害，24 h后少數(shù)葉片出現(xiàn)小型透明斑。當熏氣時間延長，葉面透明斑變大，部分區(qū)域皺縮，邊緣開始卷曲，SO2熏氣36 h時，葉片的傷害斑清晰可見，并且開始有邊緣卷曲的現(xiàn)象（圖1）。

2.2 SO2熏氣對小白菜葉片的氧化損傷

SO2熏氣一定時間后小白菜葉片組織出現(xiàn)氧化脅迫。在整個試驗期間，小白菜葉片中H2O2含量SO2熏氣組顯著高于對照（圖2），MDA含量在前24 h無明顯變化，36 h后顯著高于對照（圖3）。結(jié)果說明，SO2熏氣引發(fā)了小白菜葉片組織中活性氧水平的升高，進而導致葉組織細胞氧化損傷，細胞膜脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物MDA顯著升高。

2.3 SO2熏氣對小白菜葉片含硫抗氧化物水平的影響

SO2熏氣導致小白菜葉片組織中含硫抗氧化物水平升高。SO2熏氣組葉片GSH含量在熏氣6 h后較對照組顯著升高，其余時段略高于對照組（圖4）。

SO2熏氣組小白菜葉片中GST活性提高，并在整個熏氣期間維持較高水平（圖5）。GST活性在SO2熏氣6 h后即顯著高于對照組；熏氣36 h時升至最大值；SO2熏氣48 h后GST活性雖仍高于對照組，但較前期明顯下降。

SO2熏氣可以提高小白菜葉片中GPX活性，但當熏氣時間延長，GPX活性下降。SO2熏氣初期，GPX活性與對照無顯著差異；熏氣24 h，較對照顯著升高；熏氣36 h，處理與對照活性水平相當；熏氣48 h，GPX活性較對照顯著降低，呈現(xiàn)出對酶活的抑制現(xiàn)象。

3 討論

植物細胞具有復雜的抗氧化系統(tǒng)，維持胞內(nèi)氧化還原平衡[15]。SO2暴露后植物細胞內(nèi)抗氧化酶SOD，CAT，GPX活性提高，小分子抗氧化物GSH水平增高[10，16]，以增強細胞的氧化還原能力，但當活性氧水平增加到一定程度后，抗氧化酶活性被抑制，不能及時清除過量的活性氧，引起膜脂過氧化，導致細胞氧化損傷[10]。本研究中檢測含硫抗氧化物的水平，發(fā)現(xiàn)SO2熏氣初期，小白菜葉片H2O2水平升高，誘導含硫抗氧化物質(zhì)GSH，GPX，GST水平提高以增強組織抗氧化能力，使植物細胞免于氧化損傷，葉面無可見傷害；暴露中期，H2O2處于較高水平，GPX/GST/GSH參與抗氧化應答，葉面出現(xiàn)少量褪綠斑；SO2暴露后期，因H2O2持續(xù)高水平，抗氧化酶活性被抑制，導致組織氧化損傷，MDA含量增高，葉面出現(xiàn)壞死斑、葉邊緣卷曲。GST，GPX活性下降，GPX活性被抑制，可能的原因是活性氧損傷了蛋白質(zhì)分子，并且引起DNA損傷致使轉(zhuǎn)錄模板活性降低[17]，抑制了相關轉(zhuǎn)錄酶活性，從而使酶基因表達量降低。

研究發(fā)現(xiàn)，SO2熏氣能增強擬南芥植株硫同化作用，促進Cys的合成，使GSH水平提高[11，18]。在本研究中，SO2暴露組吸收SO2后小白菜葉片中GSH水平提高，可能與胞內(nèi)的硫同化作用增強有關。GSH是細胞內(nèi)重要的小分子非酶抗氧化劑，它的巰基可通過氧化還原反應加速清除自由基，同時使蛋白硫醇基團氧化速率降低、保持功能穩(wěn)定[19]。SO2熏氣組中小分子抗氧化劑GSH含量較對照組提高，能增強熏氣組葉片細胞清除活性氧的能力，減少細胞內(nèi)活性氧積累，從而提高小白菜對SO2的耐受性。

李利紅等[11]研究發(fā)現(xiàn)，30 mg/m3SO2暴露能顯著提高擬南芥GSH含量、GPX和GST活性，GSH含量達到峰值后回落。在本研究中，小白菜30 mg/m3SO2暴露初期含硫抗氧化物GSH，GPX，GST有相似變化趨勢，熏氣后期GST和GPX活性下降，GPX活性比對照組顯著降低，呈現(xiàn)出酶活性被抑制的現(xiàn)象。GSH是植物體內(nèi)GPX和GST的作用底物，GPX，GST活性升高消耗GSH，使其增幅減小。GPX與GST是植物細胞內(nèi)非常重要的防御與解毒酶，GST可以催化GSH與胞內(nèi)親電子有毒物質(zhì)結(jié)合使細胞脫離毒害，GPX能利用GSH把脂質(zhì)過氧化物還原成相應的醇，把H2O2還原成H2O，從而緩解逆境對植物造成的損傷[20]。GST，GPX活性處理組高于對照組，說明SO2脅迫后能夠誘導酶活性增高，通過增強GSH/GPX/GST系統(tǒng)的功能，小白菜葉片細胞可以提高清除氧自由基的能力，從而加強小白菜葉片對SO2脅迫的適應性。熏氣后期GST和GPX活性下降，GPX活性比對照組顯著降低，可能是蛋白質(zhì)氧化損傷導致酶活性下降。

本研究發(fā)現(xiàn)，30 mg/m3的SO2暴露24 h后，小白菜葉片就會出現(xiàn)可見傷害，由此建議在小白菜種植環(huán)境中控制SO2濃度，保證農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)。

4 結(jié)論

SO2暴露具有氧化脅迫效應，能誘導小白菜中含硫抗氧化物質(zhì)水平提高。SO2熏氣促使葉組織中GSH水平升高，GPX，GST等含硫抗氧化酶活性增高，使植株對逆境的適應能力加強，但是活性氧積累到一定程度會抑制含硫抗氧化酶活性，使MDA升高，小白菜葉片出現(xiàn)氧化損傷。

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