植物生理学实验教学中H_2O_2可视化检测方法的改进

活性氧（reactive oxygen species,ROS）,如超氧阴离子自由基（O2-·）、羟自由基（·OH）和过氧化氢（H2O2）均是植物尤其是高等植物在有氧代谢过程中产生的,     

叶绿体内活性氧产生及清除的酶系统

活性氧是需氧生物正常代谢的产物[1] 。在光照条件下 ,由于光合作用 ,水裂解而产生大量的分子氧 ,造成叶绿体局部氧浓度剧增而引起氧的光还原 ,形成大量的超氧化物阴离子 (Ｏ·-2 )。Ｏ·-2 的歧化及金属离子的作用则可引起Ｈ2 Ｏ2 和·ＯＨ的产生 ,危及叶绿体的膜结构。因此 ,叶绿体活性氧的清除对于维持其正常的生物功能具有重要意义。1 .叶绿体内活性氧的产生氧的光还原是叶绿体活性氧产生的主要方式[2 ] 。在叶绿体内 ,氧的光还原主要有 3条途径 :类囊体途径、叶绿体基质途径和黄素脱氢酶途径。1 .1　类囊体途径　　已经证明 ,在洗去铁…     

活性氧:从毒性分子到信号分子--活性氧与细胞的增殖、分化和凋亡及其信号转导途径

活性氧(reactive oxygen species,ROS)是生物体有氧代谢产生的一类活性含氧化合物的总称,主要包括O2·-、H2O2、·OH等,机体细胞通过多种途径维持ROS产生与消解的动态平衡。近年的研究揭示ROS参与细胞正常的生理过程,与细胞的增殖、分化及凋亡密切相关。不同刺激诱导细胞产生的内源性ROS可作为第二信使,通过改变氧化还原状态调节增殖、分化和凋亡相关的信号转导通路中多种靶分子的活性,最终决定细胞的命运。     

叶绿体中活性氧的产生和清除机制

正常情况下植物细胞内活性氧（reactive oxygen species ROS）的产生和清除是平衡的,但是,一旦植物遭受环境胁迫,ROS的积累超过抗氧化剂防护系统清除能力,就会产生氧胁迫损伤细胞。由于叶绿体作为光合作用的场所与其他细胞器相比更易遭受氧化胁迫的伤害。因此,叶绿体进化了更强的防御机制调控电子传递链的氧化还原平衡及叶绿体基质中的氧化还原状态。活性氧具有双重效应．高浓度的活性氧对植物细胞有很强的毒害作用,低浓度时可充当信号分子参与植物的某些防卫反应过程,本文就叶绿体中活性氧的产生（三线态叶绿素、PSI和PSI I电子传递链）、网络清除（抗氧化剂,SOD,As—Glu循环系统,硫氧还蛋白）机制以及功能作用进行了综述。     

UVA诱发的1O2和O2-·产生与脂质过氧化水平关系的研究

紫外A(UVA,320 nm-400 nm)诱发的脂质过氧化反应是通过活性氧(ROS)介导的。在UVA照射之后,单线态氧(1O2)和超氧阴离子(O2-.)是细胞内最初产生的ROS,它们进一步生成过氧化氢(H2O2),羟自由基(.OH)等其它自由基。为了探讨UVA照射后最早生成的1O2和O2-.与细胞氧化损伤后果的关系,我们采用一种特异性检测1O2和O2-.的高灵敏度化学发光探针MCLA(2-methyl-6-(4-methoxyphenyl)-3,7-dihydroimid-azo[1,2-α]pyrazin-3-one hydrochloride)检测人外周血淋巴细胞经UVA照射后的化学发光变化。发现不同剂量UVA照射后,细胞MCLA化学发光变化和MDA浓度变化一致。结果表明UVA照射后1O2和O2-.的水平与由此引发的脂质过氧化损伤存在正相关关系。因此,MCLA化学发光方法可望作为一种检测UVA诱发脂质过氧化水平的简单快速方法。     

植物细胞中蓝光诱导ROS生成的识别和亚细胞定位检测

以2’,7’-二氯二氢荧光素二乙酯(dichlorofluorescein diacetate,H2DCF-DA)为荧光探针孵育拟南芥叶表皮条,利用荧光光谱和激光共聚焦扫描显微技术,对高辐照蓝光诱导下叶肉细胞活性氧(reactive oxygen spe-cies,ROS)的生成,进行了分子识别和亚细胞定位检测。结果表明:植物细胞在蓝光诱导下,可以产生大量的ROS。过氧化氢酶清除实验表明:高辐照蓝光诱导产生的ROS,主要成分是H2O2,并且主要定位在叶绿体和细胞膜上。     

活性氧对疟原虫的杀伤作用

活性氧族(Reactive oxygen species,简称为ROS)是一组包括过氧化氢(H_2O_2)、超氧化物阴离子(O~-_2)、单线态氧(~1O_2)、羟自由基(·OH)在内的具有杀伤作用的细胞氧化代谢产物。免疫系统的多种效应细胞在受到合适刺激时均能产生和释放ROS。自1982年8月     

强光及外源活性氧对莴苣叶绿素荧光的影响

莴苣叶绿体在强光处理下发生先抑制,主要表现为叶绿素荧光参数Fv／Fm和ΦPSⅡ降低;外源活性氧H2O2、O2·OH和1O2均能引起叶绿体PSⅡ光化学效率Fv／Fm不同程度的下降,其中以1O2影响最明显;H2O2在诱导叶绿体荧光猝灭过程中,引起荧光产量降低,而使qp、qN、ΦPSⅡ、KD上升;在H2O2诱导的叶绿体荧光猝灭过程中,Fe2 能使qN和KD低于对照;由于1O2的产生对PSⅡ反应中心造成了损伤,引起qp和ΦPSⅡ下降。     

海水胁迫对菠菜（Spinacia olerancea L.）叶绿体活性氧和叶绿素代谢的影响

以海水敏感品种圆叶菠菜和耐海水品种‘荷兰3号'为试材,采用水培方法,研究了海水胁迫对菠菜(Spinacia olerancea L.)叶绿体活性氧(ROS)和叶绿素(Chl)代谢的影响.结果表明,海水胁迫下,2个菠菜品种叶绿体内超氧阴离子(O-·2)产生速率、过氧化氢(H2O2)和丙二醛(MDA)含量显著升高,并且圆叶菠菜的提高幅度大于‘荷兰3号';圆叶菠菜叶绿体内的超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)活性和抗坏血酸(AsA)、还原型谷胱甘肽(GSH)含量均低于‘荷兰3号',而过氧化物酶(POD)活性高于‘荷兰3号';光氧化剂甲基紫精(MV)进一步使2个菠菜品种叶绿体内O-·2产生速率加快、H2O2含量提高、膜质过氧化加重,活性氧清除剂AsA明显降低了菠菜叶绿体内ROS水平,缓解了由MV造成的严重的膜质过氧化伤害.海水胁迫下,2个菠菜品种叶片叶绿素b(Chlb)、叶绿素a(Chla)及其合成前体物质原叶绿素酸(Pchl)、镁原卟啉Ⅸ(Mg-protoIX)、原卟啉Ⅸ(ProtoⅨ)和尿卟啉原Ⅲ(UroⅢ)含量明显降低,而胆色素原(PBG)和δ-氨基酮戊酸(ALA)积累,Chl合成受到阻碍,并且圆叶菠菜的受阻程度大于‘荷兰3号';MV进一步加剧了这种受阻程度,而AsA部分缓解了由海水胁迫和MV造成的阻碍作用.海水胁迫明显提高了圆叶菠菜叶片叶绿素酶(Chlase)活性而对‘荷兰3号'没有影响,MV处理对圆叶菠菜Chlase活性的影响程度大于‘荷兰3号',但AsA对2个品种叶片Chlase活性没有明显影响.上述结果说明,海水胁迫下,菠菜叶绿体内ROS与Chl代谢密切相关,不仅通过叶绿体膜的氧化伤害使Chl降解,而且使Chl合成的PBG向UroⅢ转化步骤受阻.耐海水品种‘荷兰3号'叶绿体清除ROS主要通过SOD和AsA-GSH循环系统,清除能力较强,减轻了ROS对叶绿体膜的氧化损伤和Chl合成的受阻程度,并且海水胁迫对其Chlase活性的影响较小;而海水敏感品种圆叶菠菜叶绿体清除ROS主要依赖于SOD和POD,对ROS的清除能力有限,从而导致了ROS大量积累,叶绿体膜的氧化损伤和Chl合成的受阻程度严重,并且海水胁迫显著提高了Chlase活性,加剧了Chl降解.     

强光下硫化氢通过促进光系统Ⅱ的活性来缓解水稻的光抑制

以水稻品种‘II优084’为材料,测定了强光胁迫下,水稻光合速率、叶绿素荧光快速诱导曲线(OJIP)以及O2ˉ·和H2O2在水稻叶片中积累的影响。结果表明强光胁迫下,水稻的净光合速率及气孔导度下降;光系统II(PSII)反应中心关闭的比例以及电子传递链中光系统II受体侧原初醌受体(QA)的还原程度增加;PSII反应中心电子传递的量子产额、能量以及传递到下游电子链的比率下降;光抑制下PSII的过剩能量向PSI的状态装换减少;自由基的产生增加。而施加作为硫化氢(H2S)供体的外源硫氢化钠(NaHS)后,上述影响PSII活性的指标的负变化被缓解,捕光天线复合体LHC通过在两个光系统之间的移动,来调节两个光系统的能量分配。强光下H2S处理能促进LHC离开PSII,与PSI结合,从而减少PSII分配的激发能,增加PSI分配的激发能,缓解了PSII的过度还原。以上结果表明外源H2S通过促进PSII的光合活性来缓解水稻光抑制伤害。     

防御活性氧保护系统在黑豆抗旱生理中的响应

以黑豆幼苗为材料,研究了水分胁迫下其非酶促保护物质和保护酶系对活性氧的清除作用。结果显示:黑豆皮红色素(17.36%)对DPPH.的清除率高达93.6%,可溶性糖(7.227%)对O2-与.OH的清除率分别为47.71%与68.16%,谷胱甘肽(0.8033mg/g)对O2-与.OH有较明显的清除作用,三种非酶促保护物质随着浓度的升高其清除能力呈逐渐增强的趋势;在水分胁迫下,黑豆幼苗超氧化物歧化酶(33~14 U.mg-1.min-1.2~6d-1),过氧化氢酶(2.87~2.01 mg.mg-1.min-1.3~6d-1)与过氧化物酶(31~14 mg.mg-1.min-1.3~6d-1)三种保护酶活性呈现先升高后降低的变化趋势。研究表明:黑豆体内清除活性氧防御系统作用十分明显,且具有较强的抗氧化、抗衰老、抗逆能力。     

Organization and activity of photosystems in the mesophyll and bundle sheath chloroplasts of maize

Photosystem I and Photosystem II activities, as well as polypeptide content of chlorophyll (Chl)-protein complexes were analyzed in mesophyll (M) and bundle sheath (BS) chloroplasts of maize (Zea mays L.) growing under moderate and very low irradiance. This paper discusses the application of two techniques: mechanical and enzymatic, for separation of M and BS chloroplasts. The enzymatic isolation method resulted in depletion of polypeptides of oxygen evolving complex (OEC) and alphaCF1 subunit of coupling factor; D1 and D2 polypeptides of PSII were reduced by 50%, whereas light harvesting complex of photosystem II (LHCII) proteins were still detectable. Loss of PSII polypeptides correlated with the decreasing of Chl fluorescence measured at room temperature. Using mechanical isolation of chloroplasts from BS cells, all tested polypeptides could be detected. We found a total lack of O2 evolution in BS chloroplasts, but dichlorophenolindophenol (DCPIP) was photoreduced. PSI activity of chloroplasts isolated from 14- and 28-day-old plants was similar in BS chloroplasts in moderate light (ML), but in low light (LL) it was reduced by about 20%. PSI and PSII activities in M chloroplasts of plants growing in ML decreased with aging of plants. In older LL-grown plants, activities of both photosystems were higher than those observed in chloroplasts from ML-grown plants. We suggest that in BS chloroplasts of maize, PSII complex is assembled typically for the agranal membranes (containing mainly stroma thylakoids) and is able to perform very limited electron transport activity. This in turn suggests the role of PSII for poising the redox state of PSI.     

强光下硫化氢通过促进光系统II的活性来缓解水稻的光抑制

以水稻品种‘II优084’为材料,测定了强光胁迫下,水稻光合速率、叶绿素荧光快速诱导曲线（OJIP）以及O2ˉ·和H2O2在水稻叶片中积累的影响。结果表明强光胁迫下,水稻的净光合速率及气孔导度下降;光系统II（PSII）反应中心关闭的比例以及电子传递链中光系统II受体侧原初醌受体（QA）的还原程度增加;PSII反应中心电子传递的量子产额、能量以及传递到下游电子链的比率下降;光抑制下PSII的过剩能量向PSI的状态装换减少;自由基的产生增加。而施加作为硫化氢（H2S）供体的外源硫氢化钠（NaHS）后,上述影响PSII活性的指标的负变化被缓解,捕光天线复合体LHC通过在两个光系统之间的移动,来调节两个光系统的能量分配。强光下H2S处理能促进LHC离开PSII,与PSI结合,从而减少PSII分配的激发能,增加PSI分配的激发能,缓解了PSII的过度还原。以上结果表明外源H2S通过促进PSII的光合活性来缓解水稻光抑制伤害。     

Responses of the photosynthetic machinery of Spirulina maxima to induced reactive oxygen species

The photosynthetic machinery of Spirulina maxima was studied when subjected to induced reactive oxygen species (ROS) to examine the organism's responses to stress. Significant decreases in both photosynthetic efficiency and growth rate were observed. Exposure to 0.01 mmol H(2)O(2)/(g cell), which induced the lowest specific intracellular ROS level (siROS) led to a 15% decrease in specific growth rate; an increase in siROS by 70-fold led to a 25% decrease in specific growth rate. Similarly, siROS induced by 0.01 mmol H(2)O(2)/(g cell) led to 15% inhibition in photosynthetic efficiency, while an increase in siROS by 40- or 70-fold led to about 60% inhibition in photosynthetic efficiency. To further understand the effects of induced ROS on photosynthetic machinery, we performed a detailed pigmentation analysis as well as analyzed Phycobilisomes (PBS), Photosystem II (PSII), and Photosystem I (PSI), the three important components of cyanobacterial photosynthetic apparatus. We found carotenoids (beta-carotene and lutein) to be most sensitive to siROS. Also, specific levels of phycocyanin and allophycocyanin, which are important PBS pigments, decreased significantly in response to H(2)O(2). Further, electron transport assays revealed that ROS cause damage primarily to PSII, whereas they do not significantly affect PSI in comparison; siROS induced by 0.01 mmol H(2)O(2)/(g cell) led to a 15% inhibition of PSII, and increase in siROS by 9-, 40-, and 70-fold led to 22%, 36%, and 46% inhibition, respectively.     

外源γ-氨基丁酸对低氧胁迫下甜瓜幼苗活性氧代谢的影响

以甜瓜品种‘西域一号’幼苗为材料,采用营养液水培方法,设置正常通气(对照)、正常通气+GABA(5mmol.L-1)、低氧胁迫、低氧胁迫+GABA(5mmol.L-1)4个处理,研究了外源γ-氨基丁酸(GABA)对正常通气和低氧胁迫下甜瓜幼苗活性氧代谢的影响。结果表明:与正常通气处理相比,低氧胁迫处理导致甜瓜幼苗体内O2.-产生速率和H2O2、MDA含量显著增加,同时SOD、POD、CAT、APX、GR等抗氧化酶活性和抗氧化物质AsA、GSH含量显著提高。低氧胁迫下外源GABA能显著提高甜瓜幼苗叶片SOD、CAT、APX、GR等酶活性和AsA、GSH含量,降低了植株体内O2.-产生速率和H2O2、MDA含量;而正常通气条件下添加外源GABA处理对甜瓜幼苗活性氧代谢的影响较小,仅CAT、GR活性和AsA、GSH含量显著提高,而H2O2、MDA含量显著降低。结果证明,添加外源GABA可以通过显著提高低氧胁迫下抗氧化酶活性和抗氧化物质含量来降低甜瓜幼苗活性氧积累,维持其细胞膜结构稳定性,从而有效减轻低氧胁迫对甜瓜幼苗的伤害。     

线粒体呼吸链与活性氧

已知有氧真核生物细胞吸收的氧分子绝大部分都是在线粒体呼吸链末端细胞色素氧化酶上通过四步单电子还原生成水。但同时也有1％-2％的氧可在呼吸链中途接受单电子或双电子被部分还原生成超氧（O2·^-和过氧化氢（H2O2）作为呼吸作用的正常代谢产物。此种来源于线粒体呼吸链的O2·^-和H2O2不但在多种病理的氧化损伤中起关键作用,同样它们也是正常生理条件下对多种细胞过程具有基本调控意义的氧还信号。基于Chance实验室约自20世纪70到90年代的早期研究贡献以及20世纪90年代后其他各实验室的研究新进展,我们聚焦于下述四个相关问题的评述和讨论：（1）由于线粒体内膜面积及其含有的呼吸链复合体酶活力远远高出细胞中所有膜系数量和相关酶活力之总和,因而线粒体呼吸链产生的O2·^-和H2O2构成生物体内最大数量ROS的恒定来源;（2）线粒体呼吸链复合体III的Q循环中Qo位点中半醌自由基（UQH·）已明确是O2·^-的单电子来源;还原细胞色素C-P66^SHC是生成H2O2的双电子供体。虽然复合体I也是产生线粒体基质内O2·^-的主要来源,但由于其确切生成位点尚未明确,在invivo条件下能否产生大量O2·^-也尚有争议;（3）线粒体呼吸链产生O2·^-后的分配和跨膜转移涉及其生理病理作用机制和作用靶点等复杂而重要的问题,直到目前尚未意见一致。“质子和O2·^-循环双回路解偶联模型”整合了目前提出的几种假说的联系点,指出H^＋和O2·^-相互作用生成HO2·及其跨膜很可能是这一复杂问题的中心环节,并与O2·^-对“脂肪酸shuttling model”或O2·^-对“UCPS激活”模型形成了内在的联系;（4）线粒体呼吸形成的△P（△ψ和△pH）能直接控制呼吸链的ROS生成,并以非线性（非欧姆）相关方式通过影响Q循环中的Qo半醌的氧还态和寿命来调节O2·^-生成的急速?     

古侧柏种子活力与树龄的关系研究

以陕西黄帝陵、河南嵩阳书院、山东岱庙、山西晋祠、北京中山公园、北京卧佛寺不同树龄侧柏(20～3 000年)种子为试材,测定其千粒重、发芽指数、活性氧(ROS)、丙二醛(MDA)、ROS清除酶(SOD、POD、CAT、GR、APX)活性,分析各指标与树龄的变化关系,探讨通过古侧柏种子活力判断古树衰老程度的可能性。结果表明:所选6个地点侧柏种子千粒重和树龄无相关关系;6个地点20年侧柏种子的发芽率和各ROS清除酶活性均高于其他树龄侧柏种子,古侧柏种子ROS和MDA含量并没有随树龄增加而增大;6个地点侧柏种子发芽指数、ROS(O2.-、H2O2、.OH)、MDA、各ROS清除酶活性与树龄无显著相关关系;3 000年古侧柏与20年侧柏相比,种子发芽指数和ROS清除酶活性仍较高,而ROS和MDA含量相对较低。可见,高龄古侧柏的种子生理机能没有明显衰退迹象。     

铅胁迫对玉米幼苗叶片光系统功能及光合作用的影响

通过同时测定玉米叶片的叶绿素荧光快速诱导动力学曲线和对820 nm光的吸收、分析叶片的气体交换过程以及叶绿体活性氧清除关键酶的活性,研究了不同浓度的铅(Pb)胁迫对玉米光系统Ⅰ(PSⅠ)、光系统Ⅱ(PSⅡ)的光化学活性和光合作用的影响,并分析了Pb胁迫下两个光系统的相互关系.结果表明:铅胁迫显著抑制了玉米地上部分和地下部分的生长、降低了叶片光合色素含量、并通过非气孔因素限制了光合作用、导致过剩激发能的增加;铅胁迫显著抑制了超氧化物歧化酶(SOD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性、伤害了PSII反应中心、PSII的受体侧和供体侧(放氧复合体)以及PSI光化学活性.     

甘草提取物的体外抗氧化活性

为研究甘草提取物的体外抗氧化作用,采用60%乙醇回流提取甘草(LF),甘草粗提物(LF0)通过AB-8吸附树脂纯化制取甘草精提物(LF1),对LF0和LF1主要活性成分的含量进行测定。分别采用DPPH法、2-脱氧-D-核糖法和NBT-NADH-PMS体系、β-胡萝卜素-亚油酸体系测定LF0和LF1对1,1-二苯基-2-苦苯肼自由基(DPPH.)、羟自由基(OH.)、超氧阴离子自由基(.O-2)的清除能力以及LF0和LF1的总抗氧化能力;通过对LF0和LF1还原能力的测定分析LF0和LF1的抗氧化活性。研究结果显示,LF0和LF1能有效清除.O2-、DPPH.和OH.,具有良好的总抗氧化能力和还原能力,且LF1的作用比LF0好。     

γ-氨基丁酸浸种对番茄种子及幼苗耐盐性调节的生理机制

以番茄‘金棚一号’为材料,研究了外源γ-氨基丁酸(GABA)浸种处理对NaCl胁迫下种子萌发及幼苗生长和生理代谢的影响。结果显示:(1)NaCl胁迫显著抑制了番茄种子的萌发和胚根生长,同时导致番茄幼苗体内活性氧(O2.-、H2O2)大量积累,膜脂过氧化程度加重,幼苗叶片光合系统Ⅱ活性显著降低,幼苗的生长受到严重抑制。(2)外源GABA浸种能够显著提高盐胁迫下番茄种子的萌发和胚根的生长,并以10.00mmol.L-1 GABA浸种处理效果最好。(3)外源GABA浸种处理显著提高了NaCl胁迫下番茄幼苗根系和叶片抗氧化酶(SOD、POD和CAT)活性,降低了活性氧(O2.-、H2O2)的产生和膜脂过氧化程度,通过维持较高的光合系统Ⅱ活性,促进了幼苗的生长及生物量积累,但GABA的缓解效应存在较大的浓度差异,其中以10.00mmol.L-1 GABA处理效果较好。研究表明,10.00mmol.L-1 GABA浸种处理能够通过促进番茄种子萌发和幼苗生长来缓解盐胁迫的伤害。