过氧化氢酶(catalase,CAT)普遍存在于植物组织中,是重要的保护酶之一,其作用是清除代谢中产生的H2O2,以避免H2O2积累对细胞的氧化破坏作用,因而其活性的高低与植物的抗逆性有关。
CAT参与的胁迫反应 在植物遭受生物和理化因子伤害时,膜上受体接受并传递胁迫信号,引发质膜和细胞器的氧化猝发,产生ROS,ROS在传递和放大信号过程中会改变离子的分布和启动核基因的表达,从而使植物耐受各种胁迫。同时CAT通过清除作用使ROS保持一定的浓度范围,CAT的这种保护机制,也体现在植物的各种抗逆反应中。 1.1 参与抗病反应 近年来的研究发现CAT参与了植物的抗病反应,例如在CAT基因缺失的烟草中, H2O2含量升高 ,并产生类似于凋亡的细胞死亡,植物的抗病因子水杨酸 (SA) 则能够抑 制CAT的活性,产生过多的ROS,从而引起系统性防卫反应,或者在植物受到病原微生物侵染的氧化迸发初期阶段,CAT分解H2O2,生成氧分子,触发了苯甲酸生成SA,导致SAR反应发生,如转玉米CAT2基因的烟草引起更为严重的超敏反应,从而有效地控制细菌感染。
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作用机制 不同的非生物胁迫可以激发相似的信号途径。H2O2、NO和ABA都能够诱导气孔关闭, 并且ABA诱导NO的产生和气孔的关闭依赖于H2O2的生成,通过激光共聚焦扫描显微镜观察蚕豆气孔开度的大小时 ,也发现外施CAT可抑 制ABA诱导保卫细胞NO的产生;利用同样的技术,发现定位在人参不定根中的NO能够减缓铜离子对植物造成的伤害 ,其机制可能也是随着H2O2的增加,启动了CAT等抗氧化酶活性。
在分析玉米的过氧化氢酶基因 CA T1~ CA T3的启动子结构时发现 ,其上都有许多与信号转导有关的转录因子的结合位点, 如 NF2kB、ARE、AP21和ABRE。由此提出玉米施用外源植物激素ABA或者受到渗透胁迫时的可能信号传导途径,这些外界因素会诱导ROS分子的产生,z终激活转录因子ARE、ABRE22、CBF1和CBF2,从而导致了抗氧化基因Cat1的表达来平衡H2O2的含量。但胁迫作用机制会随环境中胁迫因子的不同而存在着交叉和分歧,从而构成了复杂的信号网络(图 1)。CAT可能是这些途径中关键调控蛋白之一,对它和与之相关蛋白的研究有助于全 面了解H2O2作为第 二信使的作用机制。
测定原理: H2O2 在 240nm 下有特征吸收峰,CAT 能够分解H2O2,使反应溶液240nm 下的吸光度随反应时间而下降, 根据吸光度的变化率可计算出CAT 活性。