侯定基等

摘要

[目的] 為研究了Cd脅迫處理對(duì)麻瘋樹幼苗生理生化指標(biāo)的影響。[方法] 通過室內(nèi)沙培試驗(yàn)，測定丙二醛含量、根系活力、葉綠素含量、細(xì)胞膜透性、蛋白質(zhì)含量、過氧化物酶活性、脯氨酸含量等的變化情況。[結(jié)果] 少量低濃度的鎘（5 mg/L）對(duì)植物的生長無明顯毒害作用。但，隨著鎘濃度的增加（10～200 mg/L），顯示出一定的負(fù)效應(yīng)，表現(xiàn)為丙二醛和蛋白質(zhì)含量的增加、電導(dǎo)率的增大、根系活力的下降、葉綠素和過氧化物酶活性的下降。[結(jié)論] 一定濃度的鎘會(huì)影響或改變麻風(fēng)樹部分生理生化特征，從而對(duì)麻瘋樹的生長造成一定的危害。

關(guān)鍵詞 鎘脅迫；麻瘋樹；生理生化指標(biāo)

中圖分類號(hào)S158.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2015）21-018-03

隨著社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步，重金屬污染已越來越普遍。金屬冶煉和化工企業(yè)生產(chǎn)、灌水（污灌）、固體廢棄物、農(nóng)藥和化學(xué)殘留等都是重金屬的主要來源。鎘污染是重金屬污染中較常見且污染嚴(yán)重的一種。當(dāng)前我國受鎘污染的耕地面積達(dá)1.33萬hm2，涉及11個(gè)省區(qū)的25個(gè)市縣。在國內(nèi)許多地方，在糧食、蔬菜中已檢測出含量超標(biāo)及嚴(yán)重超標(biāo)的砷、鉛、鎘、銅等[1-3]，鎘大米事件也常見報(bào)道。

過量的Cd 在土壤中極易被植物吸收和積累，對(duì)植物的生長發(fā)育造成較大影響，最終造成農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的下降[4]。鎘對(duì)植物毒害機(jī)理十分復(fù)雜。它不但影響植物細(xì)胞生長和分裂[4-5]，而且對(duì)葉綠素的合成和光合作用均有抑制作用[6-7]。研究表明，鎘毒害使小麥葉片的光系統(tǒng)I 受損嚴(yán)重；也有研究表明，Cd對(duì)光系統(tǒng)Ⅰ和光系統(tǒng)Ⅱ均有影響，但對(duì)后者的影響更加顯著。其機(jī)理主要是鎘促使葉綠體中光系統(tǒng)Ⅱ捕光葉綠素蛋白質(zhì)復(fù)合物（LHCHⅡ）的部分寡聚體解聚成單體，且總量減少[8-9]。另外，鎘對(duì)光合作用色素、光合組織等也有破壞作用[10-12]，從而影響植物的光合效率[13-14]。

麻瘋樹（Jatropha curcus）在分類學(xué)上屬大戟科（Euphorbiaceae）麻瘋樹屬，用途十分廣泛，生長速度很快，可作為飼料、農(nóng)藥、醫(yī)藥、能源等的原料。尤為重要的是，麻瘋樹具有耐旱瘠的特性，可以作為干熱河谷地區(qū)的生態(tài)林或水源林樹種[15]，是我國各地均推廣的一個(gè)樹種[16-17]。

近年來，人們?cè)絹碓街匾晫?duì)重金屬污染環(huán)境的植物修復(fù)方法的研究[18]。筆者采用盆栽試驗(yàn)，研究土壤中不同濃度的鎘脅迫污染對(duì)麻瘋樹幼苗生理生化特性的影響，為利用麻瘋樹修復(fù)重金屬污染的環(huán)境的可行性提供參考。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

供試麻瘋樹種子從云南壯大科技有限公司購買。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1

種子催芽。先用清水浸泡12 h，再用1∶5 000的KMnO4溶液消毒，時(shí)間為10 min。培養(yǎng)皿中墊1層濕潤的棉花和2層濾紙，種子平鋪在濾紙上，置入培養(yǎng)箱進(jìn)行恒溫培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度為25 ℃，定時(shí)用蒸餾水噴灑，以保持種子水分。

1.2.2

盆栽沙培處理。

1.2.2.1

播種育苗。準(zhǔn)備直徑8 cm塑料杯作為栽培容器， 裝入珍珠巖作為栽培基質(zhì)。在種子開始露白后，在培養(yǎng)基質(zhì)上播種。每天以1/2霍格蘭培養(yǎng)液澆淋，以保持基質(zhì)濕潤。

1.2.2.2

脅迫處理。設(shè)6個(gè)不同的鎘濃度：0、5、10、50、100、200 mg/L。每個(gè)處理10株麻瘋樹幼苗，要求幼苗長勢均勻、大小一致。每個(gè)處理用含不同濃度的1/2體積的培養(yǎng)液分別澆淋栽培基質(zhì)。脅迫7 d后，測定各種生理生化指標(biāo)。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

試驗(yàn)項(xiàng)目參照李玲等方法[19-20]。采用無水丙酮提取、可見光分光光度法測量的方法，測定葉綠素的含量；采用硫代巴比妥酸加熱顯色法，測定丙二醛（MDA）含量；采用考馬斯亮藍(lán)法，測定可溶性蛋白的含量；采用愈創(chuàng)木酚法，測定過氧化物酶（POD）的活性；采用氯化三苯四氮唑（TTC）法，測定根系的活力；通過測定外滲液電導(dǎo)率的變化，測定檢測植物細(xì)胞質(zhì)膜的透性；采用酸性茚三酮法，測定脯氨酸含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)的整理、圖表繪制都采用 Excel2003軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1鎘脅迫對(duì)麻瘋樹幼苗丙二醛含量的影響

丙二醛是膜脂過氧化物的重要產(chǎn)物。它可以和氨基酸、核酸、蛋白質(zhì)等活性物質(zhì)交聯(lián)，形成脂褐素（不溶化合物）沉積，干擾細(xì)胞的生命活動(dòng)。其含量直接反映膜脂過氧化程度[12]。從圖1可以看出，在鎘脅迫下，隨著鎘濃度的增加，丙二醛含量增加，而當(dāng)鎘濃度達(dá)100 mg/L時(shí)丙二醛含量開始下降。這說明低濃度重金屬處理能夠維持細(xì)胞膜的穩(wěn)定，促進(jìn)麻風(fēng)樹幼苗的生長，而高濃度則使其受害程度加劇。

2.2鎘脅迫對(duì)麻瘋樹幼苗根系活力的影響

根系是植物的重要器官，供應(yīng)植物生長所必需的礦物質(zhì)和水分，與植物生長密切相關(guān)。根系活力一般指根系的吸收、合成、氧化和還原能力等。根系活力的大小與根系代謝強(qiáng)度有關(guān)，根系活力越高，則根系的代謝就越旺盛。這有利于整株植株的生長。從圖2可以看出，在鎘處理時(shí)，麻風(fēng)幼苗根系活力先降后升，當(dāng)鎘濃度為100 mg/L時(shí)根系TTC還原強(qiáng)度為最高。

2.3鎘脅迫對(duì)麻瘋樹葉綠素含量的影響

葉綠素的作用是進(jìn)行光合作用，其含量與光合作用水平有正相關(guān)。光合作用弱，則植物的濕重會(huì)降低[9-10]。從圖3可以看出，葉綠素含量隨著鎘濃度的增加而降低，但當(dāng)鎘濃度為5 mg/L時(shí)，葉綠素含量出現(xiàn)上升趨勢；當(dāng)鎘濃度超過50 mg/L時(shí)，葉綠素又開始呈下降趨勢，說明鎘破壞了葉綠素結(jié)構(gòu)和功能活性，抑制光合作用，即葉綠素生長。

2.4鎘脅迫對(duì)麻瘋樹幼苗電導(dǎo)率的影響

植物細(xì)胞中的原生質(zhì)膜在維持細(xì)胞內(nèi)外離子的濃度差、物質(zhì)的主動(dòng)運(yùn)輸中起著非常重要的作用。細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)的交換和運(yùn)輸均由細(xì)胞膜調(diào)節(jié)和控制。細(xì)胞膜的選擇透過性是評(píng)價(jià)植物對(duì)污染物反應(yīng)的重要指標(biāo)之一。從圖4可以看出，在鎘脅迫下，電導(dǎo)率總體呈先下降后上升。

2.5鎘脅迫對(duì)麻瘋樹幼苗可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

植物體內(nèi)的可溶性蛋白質(zhì)大部分是參與各種代謝的酶類?？扇苄缘鞍踪|(zhì)含量是一個(gè)重要的生理生化指標(biāo)。人們可以通過其含量來了解植物體的總代謝水平。可溶蛋白質(zhì)含量的升高會(huì)使細(xì)胞滲透濃度升高，也會(huì)使功能蛋白數(shù)量增加，有利于細(xì)胞正常代謝的維持。

從圖5可以看出，不同濃度Cd2+脅迫對(duì)麻風(fēng)樹幼苗葉片中的可溶性蛋白含量變化存在一定的影響。隨著處理濃度的增加，可溶性蛋白的含量也增加，當(dāng)Cd脅迫濃度達(dá)200 mg/L時(shí)，麻風(fēng)樹幼苗葉片中可溶性蛋白達(dá)最大值。

2.6鎘脅迫對(duì)麻瘋樹幼苗過氧化物酶活性的影響

過氧化物酶是一種含鐵的酶，能夠促進(jìn)H2O2氧化酶類反應(yīng)，使得植物免受傷害。其作用類似于氫的受體，在植物體的呼吸代謝中起著重要的作用。

從圖6可以看出，在鎘脅迫下，POD活性都隨濃度升高先緩慢上升后緩慢下降。當(dāng)鎘濃度為10 mg/L時(shí)，POD活性達(dá)到最高值；當(dāng)鎘濃度為200 mg/L時(shí)，POD活性達(dá)到最小值。這表明當(dāng)鎘濃度較低時(shí)，它能誘導(dǎo)過氧化物酶消除脅迫下產(chǎn)生的活性氧。但是，它維持系統(tǒng)穩(wěn)定的能力并不是無限的。當(dāng)脅迫達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，這種能力會(huì)漸漸喪失。

2.7鎘脅迫對(duì)麻瘋樹幼苗脯氨酸含量的影響

脯氨酸的積累與逆境脅迫程度、植物的抗逆性有關(guān)。在逆境條件下，植物體內(nèi)常有游離脯氨酸的積累，參與滲透調(diào)節(jié)過程，從而對(duì)細(xì)胞膜和生理代謝過程起到保護(hù)的作用。

從圖7可以看出，在5.0 mg/L 鎘脅迫下，脯氨酸含量增大；當(dāng)鎘濃度為10 mg/L時(shí)，脯氨酸含量變小，為對(duì)照組的68.32%，說明10 mg/L 鎘阻礙了麻風(fēng)樹體內(nèi)脯氨酸的合成；當(dāng)鎘濃度達(dá)50、100、200 mg/L，脯氨酸含量呈上升趨勢，分別為對(duì)照組的114.68%、165.66%、208.92%。

3討論

鎘對(duì)植物毒害機(jī)理十分復(fù)雜，不但影響植物細(xì)胞生長、分裂，而且對(duì)植物光合作用產(chǎn)生影響且較復(fù)雜。鎘對(duì)葉綠素的合成和光合作用均有抑制作用。活性氧代謝平衡對(duì)植物的生長發(fā)育起著至關(guān)重要的作用，而鎘在植物體內(nèi)的積累可以破壞活性氧代謝平衡，使得活性氧濃度超過一定閾值，產(chǎn)

生連鎖反應(yīng)，結(jié)果使得像脂肪酸之類的大分子物質(zhì)發(fā)生氧化

作用，并且產(chǎn)生重要的脂質(zhì)過氧化物丙二醛，丙二醛的積累又會(huì)引起蛋白質(zhì)變性失活，破壞核酸等生物大分子， 最終使細(xì)胞膜滲透性增加，一些小分子物質(zhì)及電解質(zhì)外滲，導(dǎo)致細(xì)胞間物質(zhì)交換失去平衡[17]。

鎘使麻瘋樹幼苗MDA含量增加；抑制根系的發(fā)育，導(dǎo)致根系活力降低，從而抑制營養(yǎng)物質(zhì)的吸收；影響葉綠體的合成，降低葉綠素含量，從而抑制光合作用；破壞葉片膜結(jié)構(gòu)和功能，增大細(xì)胞膜透性，提高可溶性蛋白的含量；降低過氧化物酶活性。由于碳源礦物質(zhì)的積累速度降低，苗期生長速度降低，脯氨酸含量增加，導(dǎo)致膜結(jié)構(gòu)遭到破壞。

綜上所述，低濃度鎘對(duì)作物生長有促進(jìn)作用，但是隨著幼苗的生長，鎘在植物體內(nèi)積累，逐漸表現(xiàn)出抑制作用，使得麻瘋樹幼苗受到毒害。

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)2015年

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