吳際友 王旭軍 程 勇 劉 球 唐水紅 李 斌 劉欲曉 彭早珍

1 湖南省林業(yè)科學(xué)院 長(zhǎng)沙 410004

2 湖南省第二建筑公司 長(zhǎng)沙 410004

3 湖南省攸縣林業(yè)局 湖南攸縣 412300

鉛脅迫對(duì)4種苗木葉片過氧化物酶和超氧化物歧化酶的影響*

吳際友1王旭軍1程 勇1劉 球1唐水紅1李 斌2劉欲曉3彭早珍3

1 湖南省林業(yè)科學(xué)院 長(zhǎng)沙 410004

2 湖南省第二建筑公司 長(zhǎng)沙 410004

3 湖南省攸縣林業(yè)局 湖南攸縣 412300

在湖南省林業(yè)科學(xué)院林場(chǎng)苗圃內(nèi)對(duì)香樟(Cinnamomum camphora)、深山含笑(Michelia maudiae)、欒樹(Koelreuteria paniculata)、鵝掌楸(Liriodendron chinense)4個(gè)樹種的1年生幼苗進(jìn)行鉛脅迫試驗(yàn)，設(shè)定Pb2+濃度為對(duì)照、50 mg/L、400 mg/L、800 mg/L、1 600 mg/L共5個(gè)水平，每一處理重復(fù)3次，研究不同鉛濃度對(duì)4種行道樹幼苗葉片過氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)的影響，得出苗期試驗(yàn)結(jié)果。

鉛脅迫，行道樹，過氧化物酶，超氧化物歧化酶，交互效應(yīng)

目前，很多關(guān)于鉛對(duì)植物形態(tài)和生理生化的影響及植物對(duì)鉛污染的抗性機(jī)制等方面的研究工作主要以農(nóng)作物為研究對(duì)象［1］，而以行道綠化樹種為對(duì)象進(jìn)行鉛污染研究的報(bào)道較少。本文選擇香樟、深山含笑、欒樹、鵝掌楸4個(gè)樹種的1年生幼苗為試材，研究其在不同程度鉛污染土壤中的生理生化反應(yīng)，探討和比較不同樹種的抗重金屬鉛脅迫特性和機(jī)理的差異，以期為今后篩選對(duì)重金屬鉛有較強(qiáng)抗性的行道樹種提供參考和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 供試材料

選用湖南省林業(yè)科學(xué)院林場(chǎng)苗圃內(nèi)香樟、深山含笑、欒樹、鵝掌楸等4個(gè)樹種的1年生幼苗。

1.2 試驗(yàn)方法

將選好的苗木栽植在規(guī)格為18 cm×16 cm的膠皮盆缽中，每盆裝土1.5 kg并種植1株苗木。盆栽土壤為黃土加草木灰(以5∶1混合)。每個(gè)樹種每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)4盆，盆下墊托盤。將重金屬處理濃度相同的苗木栽植在一畦，移植后進(jìn)行常規(guī)管理。

苗木恢復(fù)生長(zhǎng)后進(jìn)行鉛脅迫處理。設(shè)定Pb2+濃度分別為對(duì)照、50 mg/L、400 mg/L、800 mg/L、1 600 mg/L。處理前分別稱取一定量的Pb(N03)2(分析純)，配制成相應(yīng)濃度的溶液。每株均勻澆灌200 mL處理溶液，對(duì)照澆灌等量的清水，并將滲到托盤中的溶液倒回盆中。所有的處理及處理后苗木的生長(zhǎng)都在大棚內(nèi)進(jìn)行，且每次用等量的水澆灌進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，以避免因受雨水或澆灌水的影響而造成植株間處理濃度的差異［2］。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定葉片過氧化物酶(POD)活性，NBT光化還原法測(cè)定超氧化物歧化酶(SOD)活性。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS16.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 鉛脅迫對(duì)4種行道樹幼苗葉片過氧化物酶活性(POD)的影響

對(duì)4種行道樹1年生幼苗于5月進(jìn)行不同濃度Pb脅迫處理，處理后分別于6月、8月、10月對(duì)幼苗葉片的細(xì)胞膜透性進(jìn)行測(cè)定分析，其POD活性測(cè)定結(jié)果如表1。

對(duì)4種行道樹在不同濃度鉛脅迫下的POD活性值進(jìn)行方差分析的結(jié)果表明，濃度主效應(yīng)及樹種×濃度交互效應(yīng)均達(dá)到了極顯著的水平(Sig.＜0.01)，樹種×濃度×?xí)r間交互效應(yīng)達(dá)到了顯著的水平(Sig.＜0.05)。

表1 鉛脅迫下4種行道樹種幼苗葉片的POD活性 u/(g·min)FW

1)鉛濃度主效應(yīng)分析表明，除Pb2+的濃度為1 600 mg/L的處理下葉片POD活性與對(duì)照差異極顯著表現(xiàn)為受害外，其余濃度與對(duì)照的差異均不顯著，即植株只在高濃度鉛處理下葉片細(xì)胞受到了傷害。

2)樹種與Pb2+濃度交互效應(yīng)的多重比較分析表明(表2)，香樟在50 mg/L鉛處理下POD活性與對(duì)照差異極顯著，在800 mg/L和1 600 mg/L鉛處理下與對(duì)照差異顯著，但在50 mg/L鉛脅迫下POD活性高于對(duì)照，其余兩濃度下則低于對(duì)照。深山含笑和欒樹均只在800 mg/L和1600 mg/L鉛脅迫下POD活性與對(duì)照差異顯著，鵝掌楸則除50 mg/L鉛脅迫外在其余濃度均與對(duì)照差異極顯著。說明深山含笑和欒樹在較低濃度鉛脅迫下均不受害，鵝掌楸則只在低濃度鉛脅迫下不受害。

3)樹種×濃度×?xí)r間的交互效應(yīng)的分析表明(表3)，處理初期香樟在50 mg/L鉛脅迫下，POD活性與對(duì)照差異顯著，且POD活性高于對(duì)照;T2時(shí)在800 mg/L處理下與對(duì)照差異顯著，T3時(shí)在800 mg/L和1 600 mg/L鉛處理下POD活性分別與對(duì)照差異極顯著和顯著，且在這2個(gè)濃度下POD活性均小于對(duì)照，表現(xiàn)為受害。深山含笑處理初期只在800 mg/L、1 600 mg/L鉛脅迫下POD活性與對(duì)照差異顯著，并表現(xiàn)為受害，其余濃度并不受害，但隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，受害加重，逐漸向低濃度延伸，在各個(gè)濃度均表現(xiàn)出受害特征。

表2 樹種×Pb2+濃度交互效應(yīng)對(duì)幼苗葉片POD活性影響的多重比較

欒樹處理初期在800 mg/L和1 600 mg/L鉛脅迫下POD活性分別與對(duì)照差異極顯著和顯著，表現(xiàn)為受害，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng);在T2時(shí)受害程度加劇，在800 mg/L和1 600 mg/L鉛脅迫下均與對(duì)照差異達(dá)到極顯著水平;處理時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)后，受害繼續(xù)加重，只在50 mg/L鉛脅迫下不受害。

鵝掌楸處理初期，只在1 600 mg/L鉛處理下POD活性與對(duì)照差異顯著并表現(xiàn)為受害;隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，受害加重，在除50 mg/L鉛處理下外均受害;處理時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)后，受害程度加劇。除50 mg/L鉛脅迫外在其余鉛濃度處理下POD活性均與對(duì)照差異極顯著。

2.2 鉛脅迫對(duì)4種行道樹幼苗葉片超氧化物歧化酶(SOD)的影響

6月、8月、10月對(duì)幼苗葉片SOD活性的測(cè)定結(jié)果如表4。

表3 樹種×Pb2+濃度×?xí)r間交互效應(yīng)對(duì)不同樹種幼苗葉片POD活性影響的多重比較

表4 鉛脅迫下4種行道樹種幼苗葉片的SOD活性 u/gFW

對(duì)SOD活性值進(jìn)行方差分析得出，濃度主效應(yīng)及樹種×濃度均達(dá)到了極顯著水平(Sig.＜0.01)，樹種×濃度×?xí)r間交互效應(yīng)達(dá)到了顯著的水平(Sig.＜0.05)。

由表5可知，香樟在50 mg/L，800 mg/L和1 600 mg/L鉛脅迫下均與對(duì)照差異極顯著，但在50 mg/L鉛脅迫下SOD活性高于對(duì)照，其余兩濃度下則低于對(duì)照。深山含笑在800 mg/L和1 600 mg/L鉛脅迫下均與對(duì)照差異極顯著，且SOD活性低于對(duì)照。欒樹僅在1 600 mg/L鉛脅迫下與對(duì)照差異顯著，并表現(xiàn)為受害。鵝掌楸在除800 mg/L鉛脅迫下外其余各濃度均與對(duì)照差異極顯著，表現(xiàn)為受害。可見，深山含笑在較高濃度鉛處理均下受害，欒樹只在高濃度鉛處理下受害，鵝掌楸在除800 mg/L鉛脅迫外其余濃度均受害。

由表6可知，香樟在處理后的各個(gè)時(shí)間階段在400 mg/L鉛脅迫下均與對(duì)照差異顯著，且SOD活性低于對(duì)照，表現(xiàn)為受害;T1時(shí)還在50 mg/L和400 mg/L鉛脅迫下SOD活性與對(duì)照差異顯著，SOD活性高于對(duì)照;T2時(shí)在50 mg/L和400 mg/L鉛脅迫下SOD活性分別與差異極顯著和顯著，SOD活性高于對(duì)照;T3時(shí)則僅在50 mg/L鉛脅迫下與對(duì)照差異顯著，SOD活性高于對(duì)照。

表5 樹種×Pb2+濃度交互效應(yīng)對(duì)幼苗葉片SOD活性影響的多重比較

深山含笑處理后的初、中期與香樟類似，在較低濃度脅迫下SOD活性顯著升高，但隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸消失。深山含笑處理在800 mg/L和1 600 mg/L濃度下SOD活性分別與對(duì)照差異顯著和極顯著，且SOD活性低于對(duì)照，表現(xiàn)為受害;隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，受害加劇，SOD活性在這2個(gè)濃度下均與對(duì)照差異極顯著;處理時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)以后，受害情況向較低濃度延伸，只在低濃度鉛脅迫下不受害。

欒樹與鵝掌楸初期在較低濃度鉛脅迫下SOD含量上升，對(duì)鉛脅迫也有一定的保護(hù)能力;隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)呈逐漸減退趨勢(shì)，而受害情況也逐漸加重，由開始只在高脅迫鉛處理下受害到最后在較高濃度鉛脅迫下均受害。

表6 樹種×Pb2+濃度×?xí)r間交互效應(yīng)對(duì)不同樹種幼苗葉片SOD活性影響的多重比較

3 結(jié)論與討論

1)本試驗(yàn)通過對(duì)4個(gè)樹種在不同濃度鉛脅迫下的POD活性的研究，發(fā)現(xiàn)香樟處理后短期內(nèi)在低濃度鉛脅迫下POD活性有了顯著提高，隨處理時(shí)間延長(zhǎng)又逐漸下降。其他3個(gè)樹種也有類似的結(jié)果，但是在處理初期低濃度鉛脅迫下POD活性雖高于對(duì)照，卻均未達(dá)到顯著水平。4個(gè)樹種在低濃度鉛脅迫下，其POD活性在短期內(nèi)先升高后降低，在高濃度鉛脅迫下其POD活性下降。這與許多之前的研究結(jié)果相似［3］。這可能是因?yàn)橹仓暝谀婢硹l件下存在短時(shí)間內(nèi)活性氧大量爆發(fā)的現(xiàn)象，作為本能的防御機(jī)制，植物體內(nèi)迅速啟動(dòng)一系列應(yīng)激反應(yīng)，POD酶被迅速激活，其合成和周轉(zhuǎn)過程迅速運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致短期內(nèi)POD活性迅速上升。低濃度的鉛脅迫下，細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的活性氧量在POD調(diào)節(jié)能力范圍內(nèi)，所以短期內(nèi)能恢復(fù)到正常水平;但在高濃度的鉛脅迫下，細(xì)胞內(nèi)活性氧大量積累，長(zhǎng)時(shí)間維持在較高水平，超過POD調(diào)節(jié)能力，并對(duì)POD功能產(chǎn)生抑制作用，導(dǎo)致活性下降［5］。

2)依據(jù)4個(gè)樹種表現(xiàn)出不同的受害程度，可以看出香樟的抗鉛脅迫能力相對(duì)較強(qiáng)，深山含笑的抗鉛脅迫能力相對(duì)較弱，欒樹和鵝掌楸介于兩者之間。

3)本試驗(yàn)通過對(duì)4個(gè)樹種在不同濃度鉛脅迫下的SOD活性的研究，發(fā)現(xiàn)4個(gè)樹種在不同濃度鉛脅迫下，SOD活性均表現(xiàn)出隨濃度的升高先升高后降低，并在某些濃度上表現(xiàn)出隨脅迫時(shí)間先升高后降低。這與許多之前的研究結(jié)果相似［3］。關(guān)于重金屬鉛脅迫下植物體內(nèi)SOD活性的變化，目前主要有兩種情況:一是SOD活性隨重金屬濃度的增加而增加，二是隨著重金屬濃度的增加SOD活性先上升后下降［4－5］。這可能是因?yàn)橹亟饘倜{迫誘發(fā)植物細(xì)胞內(nèi)活性氧反應(yīng)加劇，活性氧自由基含量增加，這時(shí)細(xì)胞采取的積極的防御策略，SOD活性應(yīng)激上升，以清除過多的活性氧，從而有效地消除重金屬脅迫誘發(fā)的氧化脅迫危害。但隨著鉛濃度的增大，過高濃度的重金屬會(huì)導(dǎo)致酶結(jié)構(gòu)變化、活性喪失，最終造成活性氧防御系統(tǒng)瓦解［6－7］。本試驗(yàn)中，低濃度鉛脅迫時(shí)提高了4樹種體內(nèi)的SOD活性，表明這4個(gè)樹種對(duì)Pb脅迫均具有一定的保護(hù)能力，在一定程度上能抵御鉛危害。但是高濃度鉛脅迫脅迫致使植物細(xì)胞長(zhǎng)時(shí)間地維持在較高的O2－濃度時(shí)，細(xì)胞內(nèi)的活性物質(zhì)包括酶也會(huì)受到損傷，導(dǎo)致SOD活性下降。

4)4個(gè)樹種在不同濃度鉛脅迫下的SOD活性變化不盡一致。依據(jù)4個(gè)樹種表現(xiàn)出不同的受害程度，可以看出香樟的抗鉛脅迫能力相對(duì)較強(qiáng)，深山含笑的抗鉛脅迫能力相對(duì)較弱，欒樹和鵝掌楸介于兩者之間。

5)本試驗(yàn)通過對(duì)POD活性的研究得出，鉛脅迫下樹種幼苗葉片的受害情況不僅受主效應(yīng)的影響，還受樹種×濃度、樹種×濃度×?xí)r間交互效應(yīng)的影響。

［1］曹瑩，韓豫，蔣文春，等．鉛脅迫對(duì)花生生長(zhǎng)與鉛積累特性的研究［J］．中國(guó)油料作物學(xué)報(bào)，2008(2):198 －200．

［2］李斌，李志輝，吳際友，等．鉛脅迫對(duì)4種行道樹種幼苗葉片丙二醛含量的影響［J］．湖南林業(yè)科學(xué)，2010，37(2):8 －11．

［3］楊小琴，趙運(yùn)林，孫玉珍．鳳仙花生物量及抗氧化酶系統(tǒng)對(duì)重金屬鉛脅迫的生理響應(yīng)［J］．安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36(9):3526 －3528．

［4］嚴(yán)重玲，洪業(yè)湯，付舜珍，等．錫鉛脅迫對(duì)煙草葉片中活性氧清除系統(tǒng)的影響［J］．生態(tài)學(xué)報(bào)1997，17(5):488－492．

［5］林杰，柯金煉，魏道軍．鉛脅迫對(duì)香根草葉片膜系統(tǒng)及抗氧化系統(tǒng)的影響［J］．福建農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2009，24(3):254 －257．

［6］Dat J，Vandenbeele S，Vranova E，et al．Dual action of the active oxygen species during plant stress responses［J］．Cellular and Molecular Life Sciences，2000，57(5):779 －795．

［7］王慧，郭晉平，張蕓香．山西省高速路路旁土壤—植物重金屬分布格局及相關(guān)性［J］．中國(guó)城市林業(yè)，2011，9(3):31 －33．

Effects of Pb Stress on POD and SOD of Leaves of 4 Species of Street Tree

Wu Jiyou1，Wang Xujun1，Cheng Yong1，Liu Qiu1，Tang Shuihong1，Li Bin2，Liu Yuxiao3，Peng Zaozhen3
(1.Hunan Academy of Forestry，Changsha 410004，China;2.Hunan No.2 Engineering Co.Ltd，Changsha 410004，China;3.Youxian Forestry Bureau，Youxian 412300，China)

Pb stress experiment were carried out on 1－year－old seedlings of 4 species of street tree includingCinnamomum camphora，Michelia maudiae，Koelreuteria paniculataandLiriodendron chinensein the experimental nursery of Hunan Academy of Forestry.The Pb2+concentration was chosen as the control(no Pb2+)，while 50 mg/L，400 mg/L，800 mg/L and 1600 mg/L were set for the experiment，each with 3 replicates.The experiment was done to study the effect of different Pb concentrations on POD and SOD of leaves of the 4 species of street tree.The experiment results were finally obtained for the effect.

Pb stress，street tree，POD，SOD，interaction effect

S731.9

A

1672－4925(2011)05－0009－04

2011－09－02

國(guó)家“十二五”科技支撐項(xiàng)目城鎮(zhèn)景觀生態(tài)林建設(shè)試驗(yàn)與示范(2011BAD38B03)

吳際友，研究員，主要從事森林培育研究，E－mail:hnforestry@sina.com