摘要：以野生長(zhǎng)鬃蓼（Polygonum longisetum De Br.）幼苗為試驗(yàn)材料，研究了不同濃度的Cu2+、Zn2+、Pb2+單一脅迫對(duì)植物葉綠素、可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)以及游離脯氨酸含量的影響。結(jié)果表明，隨著Cu2+、Zn2+、Pb2+濃度的升高，葉綠素含量呈先增加后減少的變化趨勢(shì)，葉綠素（a/b）值的變化則不同。3種重金屬對(duì)可溶性糖含量的影響程度為Pb2+>Cu2+>Zn2+；可溶性蛋白質(zhì)含量隨著Cu2+、Zn2+濃度的升高呈先升高后降低的趨勢(shì)，隨著Pb2+濃度的升高則逐漸下降；低濃度Cu2+、Zn2+、Pb2+脅迫增加了葉片游離脯氨酸含量，高濃度的Pb2+、較高濃度的Cu2+、Zn2+處理使游離脯氨酸含量下降更為顯著?？偟膩?lái)說(shuō)，長(zhǎng)鬃蓼對(duì)3種重金屬脅迫的耐性由強(qiáng)到弱依次為Zn2+、Cu2+、Pb2+。因此，長(zhǎng)鬃蓼是修復(fù)重金屬污染特別是Zn2+污染的潛力野生草本植物。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)鬃蓼（Polygonum longisetum De Br.）；重金屬；脅迫；抗性生理

中圖分類號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）11-2751-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.11.010

隨著工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，重金屬污染日益嚴(yán)重，已對(duì)生態(tài)平衡造成了嚴(yán)重破壞。目前，中國(guó)受重金屬污染的耕地面積已達(dá)2 000萬(wàn)hm2，每年出產(chǎn)受重金屬污染的糧食約1 200萬(wàn)t，嚴(yán)重威脅著人類的生命安全。因此，修復(fù)受重金屬污染的土地已迫在眉睫。重金屬會(huì)對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生不利的影響，并通過(guò)植物體的一些生理生化活動(dòng)反映出來(lái)，同時(shí)，植物也可利用其一系列的生理生化過(guò)程部分或完全修復(fù)和消除被污染空氣、水體、土壤中特定有毒物質(zhì)的毒害作用[1-4]。因此，開(kāi)展重金屬脅迫下植物生長(zhǎng)的研究對(duì)探索超富集植物和提高修復(fù)效果具有重要意義。

長(zhǎng)鬃蓼（Polygonum longisetum De Br. ）為蓼科（Polygonaceae）蓼屬（Polygonum L.）一年生草本植物，是成都地區(qū)一種常見(jiàn)的野生植物[5]。長(zhǎng)鬃蓼花序密集，花期持久，覆蓋性好，宜成片栽植用于裸地、荒坡的綠化覆蓋；其適應(yīng)性強(qiáng)，常生于山谷水邊、河邊草地，可用于濕地公園植物造景，以彌補(bǔ)當(dāng)前在濕地過(guò)多應(yīng)用千屈菜、再力花、美人蕉等所造成的弊端[6]。長(zhǎng)鬃蓼不僅是良好的園林綠化植物，還具有解毒、除濕等藥物功效，并在水土保持以及污染治理上也起著重要作用[7-9]。目前，有關(guān)長(zhǎng)鬃蓼的研究報(bào)道多集中在種質(zhì)資源和藥用功效方面，關(guān)于長(zhǎng)鬃蓼對(duì)Cu、Zn、Pb脅迫的抗性生理研究未見(jiàn)報(bào)道。

通過(guò)本試驗(yàn)研究了長(zhǎng)鬃蓼對(duì)Cu、Zn、Pb脅迫的生理生化響應(yīng)及其適應(yīng)機(jī)制，不僅有助于深入了解Cu、Zn、Pb的毒害機(jī)理和植物的適應(yīng)機(jī)制，更可為篩選培育Cu、Zn、Pb富集植物用于污染地修復(fù)提供一定的理論依據(jù)。根據(jù)成都地區(qū)土壤重金屬污染情況[10]，研究了不同濃度的Cu、Zn、Pb單一脅迫對(duì)長(zhǎng)鬃蓼生理的影響，以期為深入探討江安河野生雜草類物種的耐Cu、Zn、Pb毒害機(jī)制打下基礎(chǔ)，并為沿河的生態(tài)修復(fù)工作提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試長(zhǎng)鬃蓼幼苗采自成都溫江綠道江安河河灘（103°E，30°N），選取長(zhǎng)勢(shì)一致的標(biāo)準(zhǔn)樣苗共480株。試驗(yàn)所用分析純重金屬試劑CuSO4·5H2O、Pb（NO3）2、ZnSO4·7H2O由成都市科龍化工試劑廠提供。

1.2 試驗(yàn)方法

盆栽試驗(yàn)在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)田進(jìn)行，重金屬Cu、Zn、Pb濃度梯度的設(shè)定參考成都地區(qū)土壤中相應(yīng)重金屬含量而擬定[11-13]，Cu2+濃度梯度為5、10、20、40、80 mg/L，Zn2+濃度梯度為10、50、100、150、200 mg/L，Pb2+濃度梯度為10、20、50、100、150 mg/L，對(duì)照組采用等量去離子水處理。挑選健康、長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗，種植于黑色營(yíng)養(yǎng)缽，緩苗20 d后每盆保留3株大小一致的幼苗，待幼苗恢復(fù)生長(zhǎng)后開(kāi)始處理。試驗(yàn)采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，每重復(fù)2盆。采取分期澆灌的處理方法，每隔1周澆灌1次，每次150 mL/盆，共處理4次。重金屬脅迫期間，定期定量澆水，以平衡蒸發(fā)量，同時(shí)在盆下墊塑料盤，以防止處理液流失[14]。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

處理30 d后采樣測(cè)定各項(xiàng)生理指標(biāo)，每組剪取第3至第4對(duì)成熟葉片（從頂部往下數(shù)）測(cè)定葉綠素和游離脯氨酸含量，用相應(yīng)部位的莖測(cè)定可溶性糖和可溶性蛋白質(zhì)含量。其中，葉綠素含量采用丙酮-乙醇混合液浸提法[15]測(cè)定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測(cè)定，可溶性蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250法測(cè)定，游離脯氨酸含量采用酸性茚三酮比色法[16]測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003和SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用最小顯著差法（LSD法）進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 Cu2+、Zn2+、Pb2+脅迫對(duì)長(zhǎng)鬃蓼葉片葉綠素含量的影響

從表1可以看出，與對(duì)照組相比，長(zhǎng)鬃蓼葉片葉綠素a、葉綠素b及葉綠素（a+b）含量隨著Cu2+、Zn2+、Pb2+濃度的升高呈先增加后減少的變化趨勢(shì)。低濃度的Cu2+處理顯著提高了葉綠素a、葉綠素（a+b）含量，在Cu2+濃度為40、80 mg/L時(shí)，葉綠素a與對(duì)照組間差異不顯著，而葉綠素b與對(duì)照組間差異顯著。當(dāng)Zn2+濃度達(dá)100 mg/L時(shí)，葉綠素a、葉綠素b及葉綠素（a+b）含量開(kāi)始下降，當(dāng)Zn2+濃度達(dá)200 mg/L時(shí)顯著低于對(duì)照組。低濃度的Pb2+處理顯著提高了葉綠素a、葉綠素b及葉綠素（a+b）含量，而高濃度的Pb2+處理則顯著降低了其含量，當(dāng)Pb2+濃度達(dá)到150 mg/L時(shí)，長(zhǎng)鬃蓼的葉綠素a、葉綠素b及葉綠素（a+b）分別為對(duì)照組的64.32%、69.07%和65.88%。葉綠素（a+b）含量在Cu2+、Pb2+處理濃度為10 mg/L時(shí)達(dá)到最高，在Zn2+處理濃度為50 mg/L時(shí)達(dá)到最高。不同重金屬的不同濃度處理對(duì)長(zhǎng)鬃蓼葉片葉綠素含量有著不同程度的影響，但對(duì)葉綠素（a/b）值的影響相對(duì)較小。在不同濃度Cu2+、Zn2+處理下，葉綠素（a/b）值較對(duì)照組均有提高，而在Pb2+濃度達(dá)50 mg/L后，葉綠素（a/b）值則略低于對(duì)照組。

2.2 Cu2+、Zn2+、Pb2+脅迫對(duì)長(zhǎng)鬃蓼莖中可溶性糖含量的影響

如表2所示，與對(duì)照相比，長(zhǎng)鬃蓼莖的可溶性糖含量隨著Cu2+、Zn2+、Pb2+濃度的升高呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢(shì)。其中，Cu2+、Pb2+濃度為10 mg/L及Zn2+濃度為50 mg/L時(shí)，可溶性糖含量達(dá)到最高，分別為對(duì)照的1.87、1.70、1.94倍。當(dāng)Cu2+濃度達(dá)80 mg/L、Zn2+濃度達(dá)150 mg/L、Pb2+濃度達(dá)50 mg/L時(shí)，可溶性糖含量分別為對(duì)照的95.99%、97.09%和68.67%。在Pb2+濃度為150 mg/L時(shí)，可溶性糖含量顯著低于對(duì)照組，僅為對(duì)照的40.98%。由此可知，3種重金屬對(duì)長(zhǎng)鬃蓼莖中可溶性糖含量的影響程度為Pb2+>Cu2+>Zn2+。

2.3 Cu2+、Zn2+、Pb2+脅迫對(duì)長(zhǎng)鬃蓼莖中可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

由表2可知，與對(duì)照相比，長(zhǎng)鬃蓼莖中可溶性蛋白質(zhì)含量隨著Cu2+、Zn2+濃度的增加先升高后降低，而Pb2+脅迫下可溶性蛋白質(zhì)含量則逐漸下降。當(dāng)Cu2+濃度為10 mg/L、Zn2+濃度為100 mg/L時(shí)，可溶性蛋白質(zhì)含量達(dá)到最高，分別為對(duì)照的1.75倍和1.27倍。此外，在不同濃度Cu2+、Zn2+處理下，除Zn2+濃度達(dá)到200 mg/L時(shí)可溶性蛋白質(zhì)含量低于對(duì)照外，其余各濃度處理下均高于對(duì)照。當(dāng)Pb2+濃度為150 mg/L時(shí)，可溶性蛋白質(zhì)含量顯著低于對(duì)照，為對(duì)照的58.58%。可溶性蛋白質(zhì)含量隨著Pb2+濃度的升高而下降，說(shuō)明較低濃度的Pb2+脅迫也會(huì)影響長(zhǎng)鬃蓼蛋白質(zhì)的生物合成。

2.4 Cu2+、Zn2+、Pb2+脅迫對(duì)長(zhǎng)鬃蓼葉片中游離脯氨酸含量的影響

從表2可以看出，長(zhǎng)鬃蓼葉片中游離脯氨酸含量隨著Cu2+、Zn2+、Pb2+濃度的升高先上升后下降，在Cu2+濃度為20 mg/L、Zn2+與Pb2+濃度為10 mg/L時(shí)，游離脯氨酸含量最高，分別為對(duì)照的1.24、1.17、1.06倍。當(dāng)Cu2+濃度達(dá)80 mg/L、Zn2+濃度達(dá)200 mg/L、Pb2+濃度達(dá)150 mg/L時(shí)，游離脯氨酸含量分別為對(duì)照的86.67%、74.13%和44.00%。在Cu2+濃度為40 mg/L、Zn2+濃度為100 mg/L時(shí)，長(zhǎng)鬃蓼葉片中游離脯氨酸含量低于對(duì)照；當(dāng)Pb2+濃度達(dá)到20 mg/L時(shí)，長(zhǎng)鬃蓼葉片中游離脯氨酸含量低于對(duì)照，且隨著Pb2+濃度的上升而顯著下降，說(shuō)明高濃度的Pb2+脅迫使游離脯氨酸合成受到影響，保護(hù)機(jī)制不能正常啟動(dòng)。

3 小結(jié)與討論

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的主要色素，其含量的變化可以反映植物的光合能力及營(yíng)養(yǎng)狀況。本試驗(yàn)表明，低濃度Cu2+、Zn2+、Pb2+處理對(duì)長(zhǎng)鬃蓼葉綠素的合成有一定促進(jìn)作用，高濃度則會(huì)抑制葉綠素的合成，這與喬琳等[17]研究結(jié)果一致。高濃度的Pb2+更為顯著地抑制了葉綠素的合成，可能是大量的Pb2+進(jìn)入植物體內(nèi)以后，與葉綠素合成相關(guān)的幾種富含-SH的酶肽鏈形成絡(luò)合物，抑制了酶的活性，阻礙了葉綠素的合成[18]。同時(shí)，重金屬脅迫還會(huì)使葉綠體膜結(jié)構(gòu)受到破壞，造成葉綠體不可逆損傷，導(dǎo)致葉綠體含量下降。此外，在不同濃度Cu2+、Zn2+處理下，葉綠素（a/b）值較對(duì)照組均有提高，說(shuō)明長(zhǎng)鬃蓼葉片葉綠素b對(duì)Cu2+、Zn2+的反應(yīng)比葉綠素a更敏感；而在Pb2+濃度達(dá)50 mg/L后，葉綠素（a/b）值則略低于對(duì)照組，說(shuō)明較高濃度的Pb2+處理對(duì)葉綠素a和葉綠素b的影響均增大[19]。

可溶性糖和游離脯氨酸都是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，與植物體內(nèi)有機(jī)物的轉(zhuǎn)化及植物的抗性等密切相關(guān)。本試驗(yàn)中，低濃度Cu2+、Zn2+、Pb2+脅迫下長(zhǎng)鬃蓼可溶性糖和游離脯氨酸都有明顯的積累，但隨著濃度的增加可溶性糖和游離脯氨酸含量又開(kāi)始降低，且Pb2+對(duì)長(zhǎng)鬃蓼可溶性糖和游離脯氨酸含量的影響大于Cu2+、Zn2+?？扇苄蕴堑倪@種表現(xiàn)，可能是低濃度重金屬脅迫加速了植物體內(nèi)高分子碳水化合物如淀粉的分解而使其合成受到抑制，使光合產(chǎn)物形成過(guò)程中直接轉(zhuǎn)向形成低分子質(zhì)量物質(zhì)如蔗糖等而導(dǎo)致可溶性糖增加[20]。高濃度重金屬脅迫則抑制了植物的合成代謝和生長(zhǎng)，降低了光合能力，從而導(dǎo)致可溶性糖含量降低。低濃度Cu2+、Zn2+、Pb2+脅迫使游離脯氨酸含量積累，一定程度上緩解了膜質(zhì)損傷對(duì)植物造成的傷害，有利于維持植物體內(nèi)的代謝平衡。高濃度的脅迫則會(huì)損傷細(xì)胞內(nèi)多種功能膜及酶系統(tǒng)，造成脯氨酸合成代謝紊亂。

蛋白質(zhì)關(guān)系著植物的養(yǎng)分循環(huán)、代謝作用以及生長(zhǎng)發(fā)育等，其含量變化對(duì)植物體受到逆境脅迫的強(qiáng)弱起到了指示作用。本試驗(yàn)表明，在低濃度的Cu2+、Zn2+脅迫下，長(zhǎng)鬃蓼莖的可溶性蛋白質(zhì)含量上升，可能是增加了細(xì)胞滲透濃度和功能蛋白質(zhì)的數(shù)量，有助于維持細(xì)胞的正常代謝。當(dāng)Cu2+、Zn2+濃度升高到一定程度時(shí)，則開(kāi)始抑制蛋白質(zhì)的生物合成，從而影響其生長(zhǎng)發(fā)育。此外，較低濃度的Pb2+脅迫也會(huì)影響蛋白質(zhì)的生物合成，說(shuō)明Pb2+對(duì)長(zhǎng)鬃蓼莖中可溶性蛋白質(zhì)含量的抑制作用大于Cu2+、Zn2+。

綜合分析表明，長(zhǎng)鬃蓼對(duì)Cu2+、Zn2+、Pb2+脅迫都有一個(gè)積極響應(yīng)和逐漸傷害受損的過(guò)程，初步認(rèn)為長(zhǎng)鬃蓼對(duì)3種重金屬脅迫的耐性為Zn2+>Cu2+>Pb2+。因此，長(zhǎng)鬃蓼是修復(fù)重金屬污染特別是Zn2+污染的潛力野生草本植物。至于長(zhǎng)鬃蓼對(duì)重金屬的吸收及富集的機(jī)理還有待于在今后的研究中繼續(xù)探索和發(fā)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 曠遠(yuǎn)文，溫達(dá)志，周國(guó)逸.有機(jī)物及重金屬植物修復(fù)研究進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)雜志，2004，3（1）：90-96.

[2] YANG X E，JIN X F，F(xiàn)ENG Y，et al. Molecular mechanisms and genetic basis of heavy metal tolerance/hyperaccumulation in plants[J]. Journal of Integrative Plant Biology，2005，47（9）：1025-1035.

[3] 李清飛.麻瘋樹(shù)對(duì)鉛脅迫的生理耐性研究[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)，2012，28（1）：72-76.

[4] 王 飛，胥 燾，郭 強(qiáng)，等.喜旱蓮子草對(duì)Pb、Cd脅迫響應(yīng)的研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2013，36（5）：8-16.

[5] 李安仁，高作經(jīng)，毛祖美，等.中國(guó)植物志（第二十五卷第一分冊(cè)：被子植物門雙子葉植物綱蓼科）[M].北京：科學(xué)出版社，1998.30-32.

[6] 徐紹清.慈溪蓼屬植物資源及其利用研究[J].中國(guó)野生植物資源，2013，32（2）：32-36.

[7] 章志琴，徐衛(wèi)紅，夏堇華，等.福建武夷山保護(hù)區(qū)蓼屬植物種質(zhì)資源調(diào)查及園林應(yīng)用分析[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011（5）：74-77.

[8] 李興德.長(zhǎng)鬃蓼脂肪酸成分研究[J].藥物研究，2010，19（24）：25-26.

[9] 蔡佩英，劉愛(ài)琴，侯曉龍.7種水生植物去除城市生活污水氮磷效果的研究[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2011，5（5）：1067-1070.

[10] 王昌全，李 冰，楊 娟，等.成都平原土壤質(zhì)量研究[M].北京：科學(xué)出版社，2012.

[11] 唐文春，張秀芝，何玉生，等.成都盆地平原區(qū)淺層土壤Cd、Pb、Zn分布特征及其成因初探[J].地球化學(xué)，2007，36（1）：89-97.

[12] 李 冰，王昌全，譚 婷，等.成都平原土壤重金屬區(qū)域分布特征及其污染評(píng)價(jià)[J].核農(nóng)學(xué)報(bào)，2009，23（2）：308-315.

[13] 林瑜凡.成都平原土壤重金屬分布研究[J]. 北方環(huán)境，2011， 23（7）：46.

[14] 張 健，李 敏，李玉娟，等.鹽脅迫下3個(gè)柳樹(shù)新品系生理指標(biāo)的變化[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（8）：197-199.

[15] 張憲政.植物葉綠素含量測(cè)定——丙酮乙醇混合液法[J].遼寧農(nóng)業(yè)科學(xué)，1986（3）：26-28.

[16] 熊慶娥，葉 珍，楊世民，等.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教程[M].成都：四川科學(xué)技術(shù)出版社，2003.

[17] 喬 琳，盛東風(fēng)，鄧 艷.重金屬銅、鋅、鐵、鉛污染對(duì)白菜幼苗鮮重及葉綠素含量的影響[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010（2）：34-41.

[18] SHI G X，DU K H，XIE K B，et at. Ultra-structural study of leaf cell damaged from Hg2+and Cd2+ pollution in Hydrilla verticillata[J].Acta Bot，2000，42：373-378.

[19] 金 山，朱 婷，曹社會(huì).鋅脅迫對(duì)白三葉生理生化特性的影響[J].陜西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013（4）：34-37.

[20] 佟海英，原海燕，黃蘇珍.兩種鳶尾幼苗對(duì)Cd脅迫的生理耐性探討[J].北方園藝，2008（11）：109-112.