彭小東+曾小飚
摘 要:該實(shí)驗(yàn)采用不同濃度砷溶液對(duì)向日葵幼苗進(jìn)行脅迫處理,研究砷脅迫對(duì)向日葵苗期生理特性的影響,以期為今后開(kāi)發(fā)利用向日葵進(jìn)行砷污染土壤修復(fù)提供理論依據(jù)。結(jié)果顯示:隨著砷脅迫濃度的不斷升高,向日葵幼苗葉片的可溶性蛋白含量呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢(shì);可溶性糖含量呈現(xiàn)先升高再下降的趨勢(shì);POD活性則隨著砷脅迫濃度的升高而逐漸升高;在砷脅迫作用下,丙二醛含量與對(duì)照組相比變化不明顯。
關(guān)鍵詞:向日葵;砷脅迫;生理特性
中圖分類號(hào) S727.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731(2017)19-0015-2
近年來(lái),隨著我國(guó)工農(nóng)業(yè)的高速發(fā)展,含重金屬的污水大量排放引發(fā)的環(huán)境問(wèn)題隨之而來(lái),給人類的生存家園帶來(lái)了毀滅性的破壞。重金屬難以自然降解是土壤重金屬污染修復(fù)最大的問(wèn)題。1983年,Chaney等提出可以用植物修復(fù)土壤污染[1]。目前已有人把蜈蚣草Pteris vittata、大葉鳳尾蕨Pteris cretica、粉葉蕨Pityrogramma calomelanos等植物應(yīng)用于砷污染土壤的修復(fù)。向日葵(Helianthus annuus)生長(zhǎng)速度快,在重金屬污染的土壤中具有較強(qiáng)的耐受性和吸收凈化能力,日前成為植物修復(fù)研究的熱點(diǎn)植物之一。為此,本研究探討了向日葵幼苗在不同程度砷污染下某些生理指標(biāo)的變化規(guī)律,以期為未來(lái)利用向日葵修復(fù)重金屬污染土壤提供理論依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 材料 試驗(yàn)用材料向日葵種子為“金星1號(hào)”,于百色城西蔬菜種子店購(gòu)得。
1.2 方法 將向日葵種子消毒、沖洗、浸泡、萌發(fā),將萌發(fā)一致的種子挑選出來(lái),移植到裝有礫石的塑料一次性杯中,室內(nèi)自然條件下培養(yǎng),幼苗生長(zhǎng)2d后改用Hoagland培養(yǎng)液澆灌。預(yù)培養(yǎng)21d之后,挑選出長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗,分成4組,分別用不同濃度的砷脅迫液處理,As含量設(shè)為0mg/L、1mg/L、2mg/L、5mg/L(砷由砷酸鈉提供)4個(gè)處理。脅迫8d后,取樣(葉片)進(jìn)行生理檢測(cè)。蛋白質(zhì)的含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250法測(cè)定[2];丙二醛(MDA)、可溶性糖(SS)含量采用硫代巴比妥酸法測(cè)定[3];POD活性采用比色法測(cè)定[4]。
2 結(jié)果與分析
2.1 不同濃度砷脅迫對(duì)可溶性蛋白及可溶性糖含量的影響 從圖1可看出,隨著脅迫液As濃度的不斷增大,向日葵幼苗葉片中的可溶性蛋白質(zhì)含量呈先降低后上升的趨勢(shì)。在0~2mg·L-1范圍內(nèi),向日葵幼苗中蛋白質(zhì)含量的變化趨勢(shì)為持續(xù)下降,脅迫濃度為1mg·L-1、2mg·L-1分別比對(duì)照組降低了5.47%、16.22%;As濃度由2mg·L-1升高到5mg·L-1的過(guò)程中,向日葵中蛋白質(zhì)含量呈現(xiàn)不斷上升的趨勢(shì),As的濃度為5mg·L-1時(shí),蛋白質(zhì)含量比對(duì)照組增加了0.58%。圖2顯示,向日葵在受到As脅迫的時(shí)候,葉片內(nèi)可溶性糖的含量隨著脅迫濃度的增大而呈現(xiàn)先上升后下降的規(guī)律。
2.2 不同濃度的砷脅迫對(duì)向日葵葉片過(guò)氧化物酶活性的影響 過(guò)氧化物酶(POD)廣泛存在于植物體內(nèi),能有效清除過(guò)量的活性氧,在抵御外界逆境傷害過(guò)程中扮演著重要的角色,是植物重要的保護(hù)酶之一。如圖3所示,1mg·L-1As處理對(duì)向日葵POD的激活效應(yīng)不明顯,而2mg·L-1和5mg·L-1As處理使POD活性明顯升高,與對(duì)照比分別增加約44.91%和62.03%,差異均達(dá)到顯著水平。高濃度砷脅迫使向日葵幼苗POD活性顯著升高,可見(jiàn),POD對(duì)清除活性氧產(chǎn)生、降低砷脅迫對(duì)向日葵幼苗的氧化損害方面發(fā)揮著重要作用。
2.3 不同濃度的砷脅迫對(duì)向日葵葉片丙二醛含量的影響 丙二醛是膜脂過(guò)氧化的重要產(chǎn)物,它的含量在一定程度上反映了逆境脅迫對(duì)植物的損傷程度。圖4表明,向日葵幼苗在不同濃度砷脅迫處理下,葉片MDA的含量與對(duì)照相比沒(méi)有明顯差異,表明該濃度范圍內(nèi)砷脅迫對(duì)向日葵幼苗未造成明顯的氧化損害,這可能與砷誘導(dǎo)向日葵幼苗葉片SOD、CAT、POD和APX等抗氧化酶活性升高有關(guān)。
3 討論
植物體內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)含量的變化是植物在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中由于外界環(huán)境變化而受到影響的直接指示,它的影響主要體現(xiàn)在植物細(xì)胞的滲透勢(shì)調(diào)節(jié)上。當(dāng)植物細(xì)胞的滲透勢(shì)較低時(shí),體內(nèi)高含量的可溶性蛋白可幫助調(diào)節(jié)細(xì)胞的滲透壓使它維持在正常水平。本試驗(yàn)中,隨著脅迫液中As濃度的不斷增大,向日葵體內(nèi)的可溶性蛋白含量先下降后上升,原因可能是低濃度的As就可以讓向日葵的蛋白質(zhì)變性損害,使蛋白含量出現(xiàn)下降的現(xiàn)象;重金屬濃度不斷增加,植物體本身為了保護(hù)自身生命活性,體內(nèi)大量的防御物質(zhì)開(kāi)始被誘導(dǎo)產(chǎn)生,而這些防御物質(zhì)大多數(shù)恰好屬于各種蛋白質(zhì)類,如抗氧化酶系統(tǒng)(過(guò)氧化物酶、超氧化物歧化酶、過(guò)氧化氫酶),金屬結(jié)合蛋白(Mt、Pc)等,從而增加了體內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)的含量,使向日葵體內(nèi)的蛋白質(zhì)含量由降低的趨勢(shì)變?yōu)橹饾u上升的狀態(tài)。
植物體內(nèi)可溶性糖是植物細(xì)胞滲透壓的重要調(diào)節(jié)物質(zhì)。本實(shí)驗(yàn)中,在低濃度的As脅迫作用下,向日葵體內(nèi)的防御體制因受到毒害刺激而被激發(fā),為了應(yīng)對(duì)外界環(huán)境條件的改變,體內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生大量的可溶性糖來(lái)降低滲透壓,使細(xì)胞免受傷害,維持正常的生命活動(dòng),因此可溶性糖含量會(huì)增加。但隨著As脅迫濃度的進(jìn)一步增大,簡(jiǎn)單的增加糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)方式已經(jīng)無(wú)法消除砷對(duì)向日葵產(chǎn)生的毒害,向日葵的生長(zhǎng)因此受到抑制,可溶性糖合成能力也會(huì)受到影響;也有可能是因?yàn)橄蛉湛芨邼舛華s脅迫的影響,導(dǎo)致植物體的呼吸能力增強(qiáng),使其體內(nèi)的可溶性糖含量減少。
廣泛存在于植物體內(nèi)的過(guò)氧化物酶是植物重要的保護(hù)酶之一,它能夠抵御自由基的傷害,提高植株的抗逆性。本實(shí)驗(yàn)中,在不同濃度的As脅迫作用下,向日葵體內(nèi)過(guò)氧化物酶活性不斷提升,表明向日葵體內(nèi)的防御體制不斷被激發(fā),從而較好地對(duì)抗As脅迫帶來(lái)的傷害。
丙二醛是膜脂過(guò)氧化的終產(chǎn)物,其含量可作為考察細(xì)胞膜脂過(guò)氧化程度的指標(biāo)。逆境會(huì)傷害細(xì)胞質(zhì)膜,使其過(guò)氧化,改變膜的通透性,從而影響植物一系列生理活動(dòng)的正常運(yùn)行。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示向日葵幼苗在砷脅迫下MDA含量變化較小,說(shuō)明向日葵對(duì)該濃度下的砷的耐性較強(qiáng)。
參考文獻(xiàn)
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[4]張志良.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].北京:高等教育出版社,1996:58-60.
(責(zé)編:張宏民)endprint