曾小飚+彭小東+覃作祥

摘 要：為了解重金屬鎳銅聯(lián)合脅迫對向日葵幼苗生長的影響，試驗(yàn)測量了向日葵幼苗葉片可溶性蛋白含量、光合色素含量、可溶性糖含量、電導(dǎo)率等生理生化指標(biāo)。結(jié)果表明：在鎳、銅2種重金屬脅迫濃度較低時(shí)，向日葵幼苗的可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、電導(dǎo)率與對照組相比差異不顯著，隨著脅迫濃度的不斷加大，可溶性蛋白含量、電導(dǎo)率呈上升的趨勢，可溶性糖含量呈下降趨勢。重金屬脅迫后各試驗(yàn)組光合色素含量均明顯下降，但彼此間差異不顯著。

關(guān)鍵詞：鎳；銅；向日葵；聯(lián)合脅迫

中圖分類號 S727.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）19-0010-3

隨著世界工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，生產(chǎn)過程中含鎳、銅等重金屬廢水的直接排放以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥農(nóng)藥等化學(xué)用品的不合理使用，使得土壤中重金屬污染日益嚴(yán)重，進(jìn)而危及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，并通過植物-動(dòng)物-人或植物-人等食物鏈關(guān)系直接或間接危害人類食品安全。

鎳（Nickel）和銅（Copper）是土壤中2種常見的重金屬元素，它們是植物生長發(fā)育所必需的微量元素，但若土壤中這2種元素含量過高，會(huì)對植物的生長發(fā)育產(chǎn)生抑制作用。在某些鎳和銅含量較低的區(qū)域，人們可以根據(jù)農(nóng)作物對鎳和銅的需求情況，適當(dāng)?shù)厥┯靡恍┖嚭豌~較豐富的肥料或在肥料中適當(dāng)?shù)卦黾渔嚭豌~元素，以促進(jìn)植物的生長發(fā)育，達(dá)到高產(chǎn)、豐產(chǎn)的目的。

向日葵（Helianthus annuus L.），在我國被廣泛種植，用于觀賞，其籽常被作為零食和油料，是我國重要的油料作物。本試驗(yàn)以鎳和銅2種重金屬作為脅迫因子，探討不同濃度重金屬脅迫下向日葵幼苗葉片中可溶性蛋白含量、光合色素含量等生理指標(biāo)的變化規(guī)律，為指導(dǎo)向日葵生產(chǎn)提高基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

1.1 材料 向日葵種子為“金星1號”，購于百色城西蔬菜種子店。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 篩選籽粒飽滿的向日葵種子，用高錳酸鉀溶液消毒、浸泡、萌發(fā)，將萌發(fā)一致的種子挑選出來，移植到裝有礫石的塑料一次性杯中，自然條件下培養(yǎng)，幼苗生長2d后改用Hoagland培養(yǎng)液澆灌。預(yù)培養(yǎng)21d之后，挑選出長勢一致的幼苗，分成5組，分別用不同濃度的鎳、銅脅迫液聯(lián)合脅迫處理，8d后取葉片進(jìn)行生理檢測，實(shí)驗(yàn)設(shè)3個(gè)重復(fù)。各組處理濃度如表1所示。

1.3 生理指標(biāo)的測定 可溶性性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)法測定[1]；光合色素含量采用丙酮浸提法測定[2]；可溶性糖含量采用蒽酮法測定[3]；細(xì)胞質(zhì)膜透性采用電導(dǎo)儀法測定[3]。

2 結(jié)果與分析

2.1 鎳銅聯(lián)合脅迫對向日葵幼苗葉片中可溶性蛋白含量的影響 從圖1可看出，在較低的脅迫濃度下向日葵幼苗葉片可溶性蛋白含量與對照組相比稍有下降，隨著脅迫濃度的不斷提高，可溶性蛋白含量呈逐漸上升的趨勢，第4組、第5組與對照組相比，蛋白質(zhì)含量分別上升了8.95、14.2個(gè)百分點(diǎn)。方差分析表明，第2、第3組重金屬脅迫對向日葵幼苗中可溶性蛋白含量無顯著影響（P>0.05），第四組脅迫對向日葵幼苗中的可溶性蛋白含量有顯著的影響（0.01

2.2 鎳銅聯(lián)合脅迫對向日葵幼苗電導(dǎo)率的影響 電導(dǎo)率是衡量植物細(xì)胞質(zhì)膜透性的重要指標(biāo)。由圖2可看出，在鎳、銅2種重金屬脅迫濃度較低時(shí)，向日葵幼苗的電導(dǎo)率與對照組相比差異不顯著，呈小幅波動(dòng)之勢。當(dāng)培養(yǎng)液中鎳銅含量分別超過10mg/L和25mg/L后電導(dǎo)率則呈現(xiàn)明顯上升的趨勢。第5組合（Ni50mg/L、Cu50mg/L）的脅迫使得電導(dǎo)率值超過對照組71個(gè)百分點(diǎn)，表明過高濃度的重金屬脅迫會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)膜透性加大。

2.3 鎳銅聯(lián)合脅迫對向日葵幼苗葉片中光合色素含量的影響 從圖3可看出，受鎳、銅2種重金屬聯(lián)合脅迫后，向日葵幼苗葉片光合色素含量下降明顯。與對照組相比，第2組、第3組、第4組、第5組光合色素含量分別下降了51.7、54.5、43.1、52.9個(gè)百分點(diǎn)，各試驗(yàn)組的光合色素含量雖然下降但彼此間差異不明顯，表明較低濃度的鎳銅聯(lián)合脅迫已經(jīng)明顯阻礙向日葵幼苗光合色素的合成。

2.4 鎳銅聯(lián)合脅迫對向日葵幼苗葉片可溶性糖含量的影響 糖是植物光合作用的產(chǎn)物，也是細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)的重要物質(zhì)。從圖4可看出，在較低濃度的鎳銅聯(lián)合脅迫時(shí)，向日葵幼苗葉片中的可溶性糖含量與對照組相比差異不明顯，但當(dāng)高濃度的鎳銅聯(lián)合脅迫時(shí)，向日葵幼苗中的可溶性糖含量隨著脅迫濃度的升高而呈下降趨勢。第5組處理的可溶性糖含量僅是對照組的64.00%，表明高濃度的重金屬脅迫使植物體內(nèi)使糖的代謝受到顯著影響。

3 討論與結(jié)論

植物體內(nèi)存在一套應(yīng)對外界不良環(huán)境的機(jī)制。向日葵幼苗在重金屬鎳、銅的聯(lián)合脅迫下，在脅迫濃度較低時(shí)，重金屬元素進(jìn)入植物體內(nèi)，與某些化合物結(jié)合，形成金屬絡(luò)合物或螯合物[4]，影響了植物體內(nèi)新陳代謝，一定程度阻礙了向日葵體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成，導(dǎo)致蛋白質(zhì)含量有所下降。隨著重金屬脅迫濃度的升高，刺激向日葵啟動(dòng)應(yīng)對外界不良環(huán)境的保護(hù)機(jī)制，蛋白質(zhì)的合成量增大，以中和重金屬對向日葵幼苗的毒害，以適應(yīng)一定濃度范圍內(nèi)的重金屬污染環(huán)境。此外，重金屬脅迫濃度的升高也會(huì)使得培養(yǎng)液中水勢逐漸下降，向日葵幼苗吸收水分的能力下降，進(jìn)而使植株的含水量下降，這些因素也會(huì)引起可溶性蛋白含量上升。

細(xì)胞質(zhì)膜是細(xì)胞與外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換的場所，通常情況下細(xì)胞質(zhì)膜對細(xì)胞內(nèi)進(jìn)出物質(zhì)具有高度的選擇透過性，但當(dāng)細(xì)胞膜的理化性質(zhì)發(fā)生改變時(shí)，其功能也會(huì)發(fā)生相應(yīng)改變。導(dǎo)致其電導(dǎo)率上升的因素可能是由于鎳、銅這2種重金屬含量的升高，對向日葵幼苗細(xì)胞的細(xì)胞膜的傷害程度加大，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞膜功能受損，透性加大，細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)外流，最終導(dǎo)致電導(dǎo)率上升。

光合色素是植物進(jìn)行光合作用合成有機(jī)物賴以生存的工具。光合色素的含量可以說明植物光合作用合成有機(jī)物的能力，從而影響植物的生長發(fā)育。有研究表明，當(dāng)植物受較大濃度重金屬脅迫時(shí)，重金屬會(huì)直接削弱抗氧化酶對活性氧的清除能力，形成大量的活性氧自由基，自由基把葉綠素作為靶標(biāo)，破壞葉綠素分子[5]；同時(shí)重金屬還會(huì)導(dǎo)致膜脂過氧化作用，改變?nèi)~綠體膜的合成速度和降低植物吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)功能使植物缺乏葉綠素合成的必需元素進(jìn)而抑制植物體中葉綠素的合成[6]，使植物中光合色素的含量降低。

本研究表明，低濃度的鎳銅聯(lián)合脅迫還不能刺激向日葵幼苗體內(nèi)發(fā)生防御性反應(yīng)，一定程度上直接破壞可溶性糖分子結(jié)構(gòu)或抑制可溶性糖合成使向日葵幼苗中可溶性糖含量出現(xiàn)了輕微的下降。但隨著鎳銅重金屬脅迫濃度的增加，培養(yǎng)液中的滲透壓升高。向日葵幼苗體內(nèi)的自我防御性機(jī)制開始啟動(dòng)，向日葵幼苗中的可溶性糖作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)保護(hù)細(xì)胞，以適應(yīng)外界環(huán)境的變化。但當(dāng)鎳銅的濃度進(jìn)一步加大，向日葵幼苗體內(nèi)的保護(hù)機(jī)制已經(jīng)無法消除重金屬帶來的毒害，導(dǎo)致向日葵幼苗中可溶性糖含量下降[7]。

糖是植物光合作用的產(chǎn)物，也是植物呼吸作用獲取能量以維持植物自身生命活動(dòng)的原料。本試驗(yàn)中較低濃度的鎳銅聯(lián)合脅迫時(shí)，向日葵幼苗中可溶性糖含量的變化不明顯，但當(dāng)較高濃度的鎳銅聯(lián)合脅迫時(shí)，向日葵幼苗中的可溶性糖含量下降趨勢明顯。植物體內(nèi)存在一套適應(yīng)外界不良環(huán)境的防御性機(jī)制。在較低的脅迫濃度下，向日葵即能夠啟動(dòng)自我防御性機(jī)制，可溶性糖作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)維持正常的水平可以保護(hù)細(xì)胞，以適應(yīng)外界環(huán)境的變化。但當(dāng)脅迫濃度進(jìn)一步加大，向日葵幼苗體內(nèi)的保護(hù)機(jī)制已經(jīng)無法消除重金屬帶來的毒害，導(dǎo)致向日葵幼苗中糖的代謝受到影響，可溶性糖含量下降[7]。

參考文獻(xiàn)

[1]曲春香，沈頌東，王雪峰，等.考馬斯亮藍(lán)測定植物粗提液中可溶性蛋白質(zhì)含量方法的研究[J].蘇州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006，16（2）：84-87.

[2]郝再斌，蒼晶，徐仲.植物生理實(shí)驗(yàn)技術(shù)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2004：113-114.

[3]李玲，李娘輝，蔣素梅，等.植物生理學(xué)模塊實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].北京：科學(xué)出版社，2009：78-79.

[4]郭艷麗，臺(tái)培東，韓艷萍，等.鎘脅迫對向日葵幼苗生長和生理特性的影響[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2009，3（12）：2291-2296.

[5]何翠萍，王慧忠.重金屬鎘、鉛對草坪植物根系代謝和葉綠素水平的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2005，11（6）：774-780.

[6]薛艷，周東美.土壤銅鋅復(fù)合污染條件下兩種青菜的響應(yīng)差異[J].土壤，2005，37（4）：400-404.

[7]Ouzounidou G，Moustakas M， Eleftheriou E P.Physiological and ultrastructural effect of cadmium on wheat（Trticum aestivum C）leaves[J].Archives of En vironmental Contamination and Toxicology，1997，32（2）：154-160. （責(zé)編：張宏民）endprint