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摘要：本文研究了纳米NiO对青萍（duckweed）抗氧化酶系的影响。用分光光度法测定不同浓度的纳米NiO对青萍超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）的影响。研究发现，低浓度纳米NiO促进青萍SOD、CAT、POD活性增加，而高浓度纳米NiO抑制SOD、CAT、POD的活性。
关键词：抗氧化酶系；纳米NiO；酶活性；抑制
中图分类号： Q948.116 文献标识码： A 文章编号： 1674-0432（2013）-08-23-2
随着纳米材料的广泛应用，其所带来的生物安全性问题也随之而来。纳米材料的尺寸微小，比起一般的大颗粒更容易进入生物机体。因此，纳米材料对生物机体可能具有更大的危害。2003年science杂志首次提出纳米材料可能对生物机体产生毒性效应[1]。不久，一篇在Nature上发表的文章也指出，纳米颗粒有可能穿透人体细胞，对细胞产生毒性[2]。Lam等研究碳纳米管对小鼠肺组织的影响发现，碳纳米管到达肺部后，会产生很强的毒性，使小鼠肺部发生严重病变[3]。
为此，我们以青萍作为实验材料，分析纳米NiO对其抗氧化酶活性的影响。希望能够对纳米材料生物毒理学的研究提供一些参考。
1实验材料和方法
1.1 实验材料
青萍（duckweed），采集于马踏湖（淄博），经过除虫水洗后，培养于1/10的Hoagland营养液中。
1.2 试验方法
1.2.1处理液的配置 将纳米NiO与大颗粒NiO，分别加入装有100ml，1/10的Hoagland营养液的大烧杯中，超声处理。NiO的处理液浓度为0、25、50、75、100、125、150mg/L。每组处理设置3个重复。
1.2.2 纳米NiO对青萍生长的影响 每组处理加入4片生长状况良好（叶状体数量一致）的青萍。人工气候箱培养（25±1℃；光暗比14：10），6d后测定青萍根长的变化情况。
1.2.3 纳米NiO对青萍抗氧化酶活性的影响 每组处理加入1.0g，生长状况一致的青萍。人工气候箱培养（25±1℃；光暗比14：10）。6d后测定叶绿素及抗氧化酶（SOD、CAT、POD）活性[4]。
1.2.4数据分析 实验数据采用单因素方差分析并用最小极差法进行多重比较分心（P<0.05）。
2 结果与分析
2.1 纳米NiO对青萍根长的影响
如图所示，全部处理组的根长小于对照组，纳米颗粒会附着在青萍根上。随着处理浓度的提高，根系上的纳米颗粒附着程度越大。
浓度在25～125mg/L 范围内，根长的变化不明显，但浓度达到75mg/L时，青萍开始出现轻微断根现象。当浓度到达150mg/L时，断根现象非常严重。可见纳米NiO在低浓度下，会对青萍根生长产生抑制作用，而高浓度下，可对青萍根系造成严重损伤。
2.2 纳米NiO对青萍SOD活性的影响
SOD（超氧化物歧化酶），是生物的一种重要保护酶，在抗氧化酶系中处于核心地位。纳米NiO引起青萍机体内产生大量的超氧自由基，而SOD能够将机体内的超氧自由基转化为H2O2，最后再由CAT和POD将H2O2分解为H2O和O2。
如图所示，青萍SOD的活性随着NiO浓度的升高出现先升后降的趋势。当纳米NiO浓度低于100mg/L时，SOD的活性随着浓度增加逐渐上升，纳米NiO浓度达到100mg/L时，SOD的活性最强；纳米NiO浓度高于100mg/L时，SOD活性随NiO浓度升高开始逐渐下降。NiO浓度为150mg/L时，SOD活性降至很低水平。
2.3 纳米NiO对青萍CAT活性的影响
CAT（过氧化氢酶）是过氧化物酶体的标志酶，它可以将机体
代谢过程中产生的H2O2分解为H2O和O2，是细胞免于遭受H2O2的毒害[5]。逆境因子对植物生理方面的影响可以通过终端酶CAT表现出来[6]。如图可知，当纳米NiO的浓度低于125mg/L时，CAT活性随着纳米NiO的浓度增加而上升，125mg/L活性达到最大值；纳米NiO浓度大于125mg/L时，CAT活性开始出现下降趋势。
2.4 纳米NiO对青萍POD活性的影响
POD（过氧化物酶）广泛存在于植物体中，是活性较高的一种酶[5]。POD在受到胁迫下，可以清除植物体所产生的过量H2O2，使细胞免受毒害[6]。如图可知，纳米NiO浓度小于125mg/L时，POD活性随着NiO浓度增加而升高，纳米NiO为125mg/L，SOD活性达到最大值；纳米NiO浓度大于125mg/L时，SOD活性开始下降。
3 结束语
许多实验证实，植物在收到外界胁迫下，机体会直接或间接产生过量的活性氧自由基ROS[7]。纳米NiO诱导青萍机体产生ROS，这些活性氧自由基会对植物造成损伤。这时植物体内的保护酶系（SOD、CAT、POD）会被激活，以清除体内过多的ROS。活性氧的生成和氧化应激反应是解释纳米材料引起细胞毒性的主要方式。
青萍受在低浓度纳米NiO的处理下SOD、CAT、POD，都随着处理浓度的增加而升高，说明在受到纳米NiO刺激下，启动了青萍体内的氧化应激反应以对抗外界胁迫，伴随着抗氧化酶活性的升高，清除体内过量的活性氧。低浓度的胁迫下，细胞产生的活性氧在抗氧化酶系在可调节范围内。当纳米NiO达到一定浓度时，由于细胞内活性氧大量积累，长时间保持较高水平，超过了SOD、CAT、POD三种保护酶的调节能力，导致酶活下降。
参考文献
[1]Kelly K L.Nanotechnology grows up.Science，2004，304：1732-1734.
[2]Brumfiel G.A little knowledge.Nature，2003，424（17）：246.
[3]Lam C W，James J T，McCluskey R，et al.Toxicology Sci[J].2004，77：126-134.
[4]陈建勋，王晓峰.植物生理学实验指导[M].广州：华南理工大学出版社，2006.
[5]朱启红，夏红霞，曹优明，李强.Zn2+对滴水观音抗氧化性的影响[J].安徽农业科学，2011，39（18）：11038-11039.
[6]杨小琴，赵运林，孙玉珍.凤仙花生物量及抗氧化酶系统对重金属铅胁迫的生理响应[J].安徽农业科学，2008，36（9）：3526-3528.
[7]李强.环境因子对沉水植物生长发育的影响机制[D].南京：南京师范大学，2007.
作者简介：吴昊（1987-），男，天津人，山东理工大学生命科学学院2010级硕士研究生，研究方向：生态。
关键词：抗氧化酶系；纳米NiO；酶活性；抑制
中图分类号： Q948.116 文献标识码： A 文章编号： 1674-0432（2013）-08-23-2
随着纳米材料的广泛应用，其所带来的生物安全性问题也随之而来。纳米材料的尺寸微小，比起一般的大颗粒更容易进入生物机体。因此，纳米材料对生物机体可能具有更大的危害。2003年science杂志首次提出纳米材料可能对生物机体产生毒性效应[1]。不久，一篇在Nature上发表的文章也指出，纳米颗粒有可能穿透人体细胞，对细胞产生毒性[2]。Lam等研究碳纳米管对小鼠肺组织的影响发现，碳纳米管到达肺部后，会产生很强的毒性，使小鼠肺部发生严重病变[3]。
为此，我们以青萍作为实验材料，分析纳米NiO对其抗氧化酶活性的影响。希望能够对纳米材料生物毒理学的研究提供一些参考。
1实验材料和方法
1.1 实验材料
青萍（duckweed），采集于马踏湖（淄博），经过除虫水洗后，培养于1/10的Hoagland营养液中。
1.2 试验方法
1.2.1处理液的配置 将纳米NiO与大颗粒NiO，分别加入装有100ml，1/10的Hoagland营养液的大烧杯中，超声处理。NiO的处理液浓度为0、25、50、75、100、125、150mg/L。每组处理设置3个重复。
1.2.2 纳米NiO对青萍生长的影响 每组处理加入4片生长状况良好（叶状体数量一致）的青萍。人工气候箱培养（25±1℃；光暗比14：10），6d后测定青萍根长的变化情况。
1.2.3 纳米NiO对青萍抗氧化酶活性的影响 每组处理加入1.0g，生长状况一致的青萍。人工气候箱培养（25±1℃；光暗比14：10）。6d后测定叶绿素及抗氧化酶（SOD、CAT、POD）活性[4]。
1.2.4数据分析 实验数据采用单因素方差分析并用最小极差法进行多重比较分心（P<0.05）。
2 结果与分析
2.1 纳米NiO对青萍根长的影响
如图所示，全部处理组的根长小于对照组，纳米颗粒会附着在青萍根上。随着处理浓度的提高，根系上的纳米颗粒附着程度越大。
浓度在25～125mg/L 范围内，根长的变化不明显，但浓度达到75mg/L时，青萍开始出现轻微断根现象。当浓度到达150mg/L时，断根现象非常严重。可见纳米NiO在低浓度下，会对青萍根生长产生抑制作用，而高浓度下，可对青萍根系造成严重损伤。
2.2 纳米NiO对青萍SOD活性的影响
SOD（超氧化物歧化酶），是生物的一种重要保护酶，在抗氧化酶系中处于核心地位。纳米NiO引起青萍机体内产生大量的超氧自由基，而SOD能够将机体内的超氧自由基转化为H2O2，最后再由CAT和POD将H2O2分解为H2O和O2。
如图所示，青萍SOD的活性随着NiO浓度的升高出现先升后降的趋势。当纳米NiO浓度低于100mg/L时，SOD的活性随着浓度增加逐渐上升，纳米NiO浓度达到100mg/L时，SOD的活性最强；纳米NiO浓度高于100mg/L时，SOD活性随NiO浓度升高开始逐渐下降。NiO浓度为150mg/L时，SOD活性降至很低水平。
2.3 纳米NiO对青萍CAT活性的影响
CAT（过氧化氢酶）是过氧化物酶体的标志酶，它可以将机体
代谢过程中产生的H2O2分解为H2O和O2，是细胞免于遭受H2O2的毒害[5]。逆境因子对植物生理方面的影响可以通过终端酶CAT表现出来[6]。如图可知，当纳米NiO的浓度低于125mg/L时，CAT活性随着纳米NiO的浓度增加而上升，125mg/L活性达到最大值；纳米NiO浓度大于125mg/L时，CAT活性开始出现下降趋势。
2.4 纳米NiO对青萍POD活性的影响
POD（过氧化物酶）广泛存在于植物体中，是活性较高的一种酶[5]。POD在受到胁迫下，可以清除植物体所产生的过量H2O2，使细胞免受毒害[6]。如图可知，纳米NiO浓度小于125mg/L时，POD活性随着NiO浓度增加而升高，纳米NiO为125mg/L，SOD活性达到最大值；纳米NiO浓度大于125mg/L时，SOD活性开始下降。
3 结束语
许多实验证实，植物在收到外界胁迫下，机体会直接或间接产生过量的活性氧自由基ROS[7]。纳米NiO诱导青萍机体产生ROS，这些活性氧自由基会对植物造成损伤。这时植物体内的保护酶系（SOD、CAT、POD）会被激活，以清除体内过多的ROS。活性氧的生成和氧化应激反应是解释纳米材料引起细胞毒性的主要方式。
青萍受在低浓度纳米NiO的处理下SOD、CAT、POD，都随着处理浓度的增加而升高，说明在受到纳米NiO刺激下，启动了青萍体内的氧化应激反应以对抗外界胁迫，伴随着抗氧化酶活性的升高，清除体内过量的活性氧。低浓度的胁迫下，细胞产生的活性氧在抗氧化酶系在可调节范围内。当纳米NiO达到一定浓度时，由于细胞内活性氧大量积累，长时间保持较高水平，超过了SOD、CAT、POD三种保护酶的调节能力，导致酶活下降。
参考文献
[1]Kelly K L.Nanotechnology grows up.Science，2004，304：1732-1734.
[2]Brumfiel G.A little knowledge.Nature，2003，424（17）：246.
[3]Lam C W，James J T，McCluskey R，et al.Toxicology Sci[J].2004，77：126-134.
[4]陈建勋，王晓峰.植物生理学实验指导[M].广州：华南理工大学出版社，2006.
[5]朱启红，夏红霞，曹优明，李强.Zn2+对滴水观音抗氧化性的影响[J].安徽农业科学，2011，39（18）：11038-11039.
[6]杨小琴，赵运林，孙玉珍.凤仙花生物量及抗氧化酶系统对重金属铅胁迫的生理响应[J].安徽农业科学，2008，36（9）：3526-3528.
[7]李强.环境因子对沉水植物生长发育的影响机制[D].南京：南京师范大学，2007.
作者简介：吴昊（1987-），男，天津人，山东理工大学生命科学学院2010级硕士研究生，研究方向：生态。