摘要：用沙培法探究綠豆幼苗在生長(zhǎng)過(guò)程中受到Hg2+脅迫后的生理響應(yīng)。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)Hg2+濃度小于1 mg/L，根活力有所增強(qiáng)，而隨Hg2+脅迫濃度增加，根活力下降；當(dāng)Hg2+濃度為80 mg/L時(shí)，其活力為對(duì)照組的21%，根老化加速。植株葉綠素含量隨Hg2+濃度的增加而呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，Hg2+濃度大于10 mg/L時(shí)，對(duì)葉綠素含量的影響尤為明顯；綠豆幼苗體內(nèi)SOD、CAT活力對(duì)Hg2+脅迫反應(yīng)相似，當(dāng)Hg2+濃度為1～10 mg/L時(shí)，其SOD、CAT活力呈現(xiàn)上升趨勢(shì)并高于對(duì)照組；之后則呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，并低于對(duì)照組。當(dāng)Hg2+濃度為80 mg/L時(shí)，SOD、CAT活力分別為對(duì)照組的36%和32%。綠豆幼苗體內(nèi)脯氨酸和丙二醛的含量隨Hg2+濃度增加而增加。

關(guān)鍵詞：汞離子；脅迫；綠豆；幼苗；生理響應(yīng)

中圖分類(lèi)號(hào)：S522 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2012）21-4736-03

Physiological Response of Mung Bean Seedling to Hg2+ Stress

LIU Zhi-wei，WANG Xiao-ping，MAO Shan-guo

（Department of Biology Chemistry and Environmental Engineering，Nanjing Xiaozhuang College，Nanjing 211171，China）

Abstract： The physiological response of mung bean seedling under Hg2+ stress was studied by sand culture method. The results showed that when concentration of Hg2+ was lower than 1 mg/L， the root vigor was enhanced. As the stress concentration of Hg2+ increased， root the vigor was weakened； when Hg2+ concentration was 80 mg/L， the root vigor was 21% of that in control； and the aging of root was speed up. The chlorophyll content decreased with the increase of Hg2+ concentration； the impact was especially strong when Hg2+ concentration was higher than 10 mg/L. The SOD and CAT activity reacted similarly to Hg2+ stress. SOD and CAT activity increased and was higher than that of control when Hg2+ concentration was 1～10 mg/L， then decreased with the increase of Hg2+ concentration and was lower than that of control. When Hg2+ concentration was 80 mg/L， SOD and CAT activity was 36% and 32% of the control respectively. The content of Pro and MDA increased with the increasing of Hg2+ concentration.

Key words： Hg2+； stress； mung bean（Phaseolus vadiatus L.）； seedling； physiological response

汞元素在工業(yè)生產(chǎn)上被廣泛應(yīng)用，處理不徹底的廢水、廢渣中的汞進(jìn)入環(huán)境后，大部分存在于土壤的表面，對(duì)植物有著直接的傷害[1，2]，并由生物鏈危及人類(lèi)健康[3]。綠豆（Phaseolus vadiatus L.）具有良好的食用、藥用價(jià)值，是被廣泛種植的農(nóng)作物之一。隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)其需求量也逐步增加，同時(shí)其品質(zhì)也備受關(guān)注。對(duì)綠豆幼苗生長(zhǎng)受到重金屬脅迫的生理響應(yīng)的研究不僅有助于了解植物耐重金屬脅迫的生理生化機(jī)制，而且能為農(nóng)田綠豆種植重金屬污染的監(jiān)測(cè)和綜合治理方面提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)綠豆種子為蘇綠1號(hào)。

1.2 試驗(yàn)處理

挑選飽滿、大小較一致的綠豆種子種植于石英沙盆中。待出苗后，每天用1/2 Hoagland培養(yǎng)液澆灌1～2次，光照10 h；等幼苗長(zhǎng)出6片真葉，開(kāi)始移栽到編號(hào)為A、B、C、D、E、F和G的花盆中，并對(duì)應(yīng)地用濃度分別為1、5、10、20、40、60、80 mg/L的Hg2+溶液澆灌，用去離子水澆灌對(duì)照組（H），7 d后進(jìn)行生理指標(biāo)的測(cè)試。

1.3 項(xiàng)目測(cè)定

根系活力測(cè)定采用α-萘胺氧化法[4]，葉綠素含量測(cè)定采用分光光度法[4]，采用磺基水楊酸與茚三酮顯色法測(cè)定脯氨酸的含量[4]，采用比色法測(cè)定SOD的活性[4]，采用紫外分光光度計(jì)法測(cè)定CAT的活性[5]，采用硫代巴比妥酸法測(cè)定丙二醛的含量[6]。

2 結(jié)果與分析

2.1 Hg2+脅迫對(duì)綠豆幼苗根系活力的影響

由圖1可知，當(dāng)Hg2+濃度為1 mg/L時(shí)，綠豆幼苗的根系活力高于對(duì)照組，為對(duì)照組的114%。隨Hg2+脅迫濃度的增加，綠豆的根系活力出現(xiàn)被抑制的現(xiàn)象，Hg2+脅迫濃度越大，根系活力下降趨勢(shì)越明顯。

2.2 Hg2+脅迫對(duì)綠豆幼苗葉綠素a、b含量的影響

葉綠素是光合作用的場(chǎng)所，主要由葉綠素a、b等色素組成。葉綠素含量可以在一定程度上反映光合作用水平。葉綠素含量降低，光合作用減弱，會(huì)導(dǎo)致植物生長(zhǎng)受挫，嚴(yán)重玲等[7]認(rèn)為，葉綠素含量的減少是衡量葉片衰老的重要指標(biāo)。由圖2可知，植株受到1 mg/L Hg2+的脅迫時(shí)，葉綠素a、b的值分別為對(duì)照組的97%和89%；隨著Hg2+脅迫濃度的不斷增加，葉綠素a、b含量均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。當(dāng)Hg2+濃度為60 mg/L時(shí)，葉綠素a、b的值分別為對(duì)照組的23%和19%。

2.3 Hg2+脅迫對(duì)綠豆幼苗脯氨酸含量的影響

由圖3可知，在Hg2+脅迫下，綠豆幼苗體內(nèi)脯氨酸含量均隨著Hg2+脅迫濃度的增加而不斷增大。當(dāng)Hg2+濃度小于10 mg/L時(shí)，綠豆幼苗體內(nèi)脯氨酸含量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，但增加幅度不大；當(dāng)Hg2+濃度為5 mg/L時(shí)，綠豆幼苗體內(nèi)脯氨酸含量是對(duì)照組的107%；Hg2+濃度增加到40 mg/L時(shí)，綠豆幼苗體內(nèi)的脯氨酸含量呈現(xiàn)明顯增加趨勢(shì)，達(dá)到對(duì)照組的158%；當(dāng)Hg2+濃度為80 mg/L時(shí)，綠豆幼苗體內(nèi)脯氨酸含量明顯高于對(duì)照組，為對(duì)照組的196%。

2.4 Hg2+脅迫對(duì)綠豆幼苗丙二醛含量的影響

丙二醛（MDA）是膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物，其含量能反映膜的受損程度。膜受到的損傷程度越大，其含量就越高。由圖4可知，Hg2+的脅迫均增大膜的受損程度，當(dāng)Hg2+濃度分別為1、5 mg/L時(shí)，MDA含量分別為對(duì)照組的105%、119%，隨著Hg2+脅迫濃度的增加，幼苗體內(nèi)MDA含量出現(xiàn)明顯增加趨勢(shì)，當(dāng)Hg2+濃度為40 mg/L時(shí)，幼苗體內(nèi)MDA含量為對(duì)照組的145%；當(dāng)Hg2+濃度為80 mg/L時(shí)，幼苗體內(nèi)MDA含量明顯高于對(duì)照組，為對(duì)照組的178%。

2.5 Hg2+脅迫對(duì)綠豆幼苗SOD、CAT活力的影響

在Hg2+脅迫條件下，SOD和CAT活力變化趨勢(shì)相似，均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。由圖5、6可知，當(dāng)Hg2+濃度小于10 mg/L時(shí)，SOD和CAT活力呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，當(dāng)Hg2+濃度為10 mg/L時(shí)，SOD、CAT分別達(dá)到極大值，分別為對(duì)照組的258%和204%。而后隨著Hg2+濃度的增加，SOD、CAT的活性呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，當(dāng)Hg2+濃度為80 mg/L時(shí)，SOD、CAT的活性最低，分別為對(duì)照組的36%、32%。

3 討論

研究表明重金屬污染對(duì)植物的生長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生一定的影響[8]。本研究結(jié)果表明，不同濃度的Hg2+對(duì)綠豆幼苗影響是不同的，當(dāng)Hg2+濃度小于1 mg/L時(shí)，綠豆幼苗受到低濃度的Hg2+刺激，能短暫地提高根系活力，增加自身的抗性；當(dāng)Hg2+濃度小于1 mg/L時(shí)，Hg2+對(duì)綠豆幼苗葉綠素合成影響較小，其含量為對(duì)照組的97%，但隨脅迫濃度的增加，根的活力和葉綠素的含量受影響較大；當(dāng)Hg2+濃度大于10 mg/L時(shí)，隨著脅迫濃度的增大，根系活力和葉綠素含量下降幅度較大，其中葉綠素a受到的影響比葉綠素b更加明顯。

脯氨酸是植物重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，它的積累對(duì)逆境有適應(yīng)的意義，也常作為植物對(duì)逆境脅迫的一種生理指標(biāo)。當(dāng)Hg2+濃度小于10 mg/L時(shí)，綠豆幼苗脯氨酸含量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，但增加幅度不大，隨著Hg2+脅迫濃度的增加，綠豆幼苗脯氨酸含量明顯增加。當(dāng)Hg2+濃度分別為40、80 mg/L時(shí)，綠豆幼苗脯氨酸含量分別是對(duì)照組的158%、196%。

MDA是膜脂過(guò)氧化作用的重要產(chǎn)物之一，其含量的高低和細(xì)胞質(zhì)膜通透性的變化是反映細(xì)胞膜脂過(guò)氧化作用和質(zhì)膜迫害程度的重要指標(biāo)。SOD和CAT是植物體內(nèi)重要的保護(hù)性酶，其中SOD主要功能是清除超氧陰離子，CAT可以把SOD清除超氧陰離子產(chǎn)生的H2O2分解成H2O和O2達(dá)到清除自由基的目的，從而保護(hù)植物體，酶的活力與植物的抗逆性密切相關(guān)。當(dāng)Hg2+濃度小于10 mg/L時(shí)，SOD和CAT活力呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，當(dāng)Hg2+濃度為10 mg/L時(shí)，SOD、CAT活力分別為對(duì)照組的258%和204%，抗氧化能力有一定的增強(qiáng)，在這個(gè)脅迫濃度下，MDA的變化也不大，當(dāng)Hg2+濃度小于5 mg/L時(shí)，MDA為對(duì)照組的119%，這是植物適應(yīng)外界抗性的一種表現(xiàn)，故與其他研究幼苗SOD活性變化的試驗(yàn)結(jié)果不盡相同[9]。當(dāng)Hg2+濃度為80 mg/L高濃度脅迫下，SOD、CAT的活性明顯降低，分別為對(duì)照組的36%和32%。

參考文獻(xiàn)：

[1] 高大翔，郝建朝，李子芳，等.汞脅迫對(duì)水稻生長(zhǎng)及幼苗生理生化的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2008，27（1）：58-61.

[2] 王小平，華 春，吳向華，等. Cr3+脅迫對(duì)油菜幼苗抗氧化酶系統(tǒng)和MDA的影響[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，50（8）：1537-1539.

[3] 廖自基.微量元素的環(huán)境化學(xué)及生物效應(yīng)[M]. 北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1993.299-302.

[4] 張志良，瞿偉菁.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].北京：高等教育出版社，2002.36-37，67-70，258-259.

[5] 路 明，王艷東，許明麗，等.甲基茉莉酸對(duì)懸浮培養(yǎng)南方紅豆杉細(xì)胞自由基清除系統(tǒng)酶的影響[J].中草藥，2002，33（11）：985-988.

[6] 李 玲，李娘輝.植物生理學(xué)模塊實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].北京：科學(xué)出版社，2009.80-83.

[7] 嚴(yán)重玲，李瑞智，鐘章成.模擬酸雨對(duì)綠豆、玉米生理生態(tài)特性的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，1995（6）：124-131.

[8] 王小平，宋東杰，周泉澄，等.Cr3+脅迫對(duì)苦草葉片活性氧清除系統(tǒng)和葉細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的影響[J].植物資源與環(huán)境學(xué)報(bào)，2008， 17（2）：56-60.

[9] 劉世鵬，徐玉霖.水分脅迫對(duì)綠豆抗氧化物質(zhì)活性的影響[J].延安大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，27（3）：77-80.

收稿日期：2011-11-17

基金項(xiàng)目：南京曉莊學(xué)院自然科學(xué)基金資助（2010KYYB14）

作者簡(jiǎn)介：劉志偉（1990-），男，南京人，2008級(jí)生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)本科生，主要從事植物生理方面的研究工作，（電子信箱）168586435@qq.com；

通信作者，王小平（1969-），碩士，副教授，（電話）13851524368（電子信箱）wangxpb@163.com。