曾小飚+覃國(guó)云+彭小東

摘 要：試驗(yàn)研究了鎳砷復(fù)合脅迫對(duì)向日葵幼苗葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)及膜脂過氧化的影響，為了解重金屬對(duì)植物的傷害機(jī)理及重金屬污染修復(fù)植物的篩選提供科學(xué)依據(jù)。結(jié)果表明：隨著鎳砷復(fù)合脅迫濃度的不斷升高，向日葵幼苗葉片丙二醛含量和游離脯氨酸含量總體呈逐漸上升的趨勢(shì)，可溶性蛋白含量總體呈逐漸下降的趨勢(shì)，可溶性糖含量先升高后降低再上升。

關(guān)鍵詞：向日葵；鎳砷復(fù)合脅迫；透調(diào)節(jié)物質(zhì)；膜脂過氧化

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）20-0026-03

越來越多的人關(guān)注到土壤重金屬污染的問題。重金屬污染不僅對(duì)土壤的組成和結(jié)構(gòu)有影響，還會(huì)對(duì)作物的各種生命活動(dòng)造成影響，甚至使作物減產(chǎn)或絕收，危害動(dòng)物和人類健康[1]。傳統(tǒng)的土壤污染治理方法存在許多缺陷，如耗資大、周期長(zhǎng)、易破壞土壤結(jié)構(gòu)等。相反地，應(yīng)用植物修復(fù)土壤污染不僅可以節(jié)省大量的人力物力，還可以保護(hù)生態(tài)環(huán)境，因此植物修復(fù)技術(shù)成為了現(xiàn)代研究重金屬污染修復(fù)的熱點(diǎn)。

向日葵具有易存活、生長(zhǎng)周期短、抗旱耐瘠能力強(qiáng)的特點(diǎn)，且對(duì)重金屬的耐受和富集能力較強(qiáng)，所以在研究植物修復(fù)重金屬污染及重金屬對(duì)植物的傷害機(jī)理時(shí)它是較為理想的實(shí)驗(yàn)材料。生態(tài)環(huán)境中并非只存在某一類重金屬，而往往是多類重金屬之間相互協(xié)同或拮抗作用的污染[2]。本文研究了鎳砷復(fù)合脅迫對(duì)向日葵幼苗葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)及膜脂過氧化的影響，為了解重金屬對(duì)植物的傷害機(jī)理及重金屬污染修復(fù)植物的篩選提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料 供試的向日葵種子為“金星1號(hào)”，購(gòu)于百色城西蔬菜種子店。

1.2 方法 篩選籽粒飽滿的向日葵種子，高錳酸鉀溶液消毒、浸泡、萌發(fā)，將萌發(fā)一致的種子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(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6組，分別用不同濃度的鎳、砷復(fù)合脅迫液處理，鎳、砷濃度組合如表1。8d后取葉片進(jìn)行生理檢測(cè)，相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定方法參照李玲等編著的《植物生理學(xué)模塊實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》[3]。實(shí)驗(yàn)設(shè)3個(gè)重復(fù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 鎳砷復(fù)合脅迫下向日葵幼苗葉片丙二醛含量的變化 植物細(xì)胞質(zhì)膜中的不飽和脂肪酸，在受到逆境干擾時(shí)容易發(fā)生過氧化作用產(chǎn)生MDA破壞質(zhì)膜系統(tǒng)，導(dǎo)致膜的選擇透過性功能漸失，透性變大，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)電解質(zhì)外滲量增加。丙二醛（MDA）作為脅迫條件下生理反應(yīng)的終產(chǎn)物，是細(xì)胞膜被損壞的重要標(biāo)志之一[4]，故可作為衡量膜質(zhì)過氧化損傷的指標(biāo)，其含量的變化可以反映植物遭受脅迫傷害的程度，MDA含量越高，表明植物受到的逆境傷害越大。從圖1可知，隨著Ni、As復(fù)合脅迫液濃度的增加，丙二醛的量總體呈不斷上升的趨勢(shì)。在1～5組內(nèi)MDA量變化不大，說明該濃度范圍內(nèi)向日葵受到的脅迫傷害小；5～6組，MDA含量急劇升高，第6組MDA含量比第5組升高了14個(gè)百分點(diǎn)，比對(duì)照組升高了25個(gè)百分點(diǎn)，表明高濃度脅迫致使細(xì)胞質(zhì)膜過氧化反應(yīng)加劇，MDA大量積累而破壞質(zhì)膜系統(tǒng)。

2.2 鎳砷復(fù)合脅迫下向日葵幼苗葉片可溶性蛋白含量的變化 可溶性蛋白是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，包含各種參與生命活動(dòng)的酶。在重金屬污染下蛋白質(zhì)合成會(huì)受到干擾，導(dǎo)致其含量減少，人們可以通過其含量變化來了解植物體的總代謝水平。如圖2所示，向日葵幼苗葉片中蛋白質(zhì)含量總體上隨著鎳砷復(fù)合脅迫液濃度的升高而不斷下降，這大概是由于脅迫液濃度升高，向日葵幼苗體內(nèi)細(xì)胞外液濃度升高，細(xì)胞內(nèi)水分外流，導(dǎo)致向日葵幼苗胞內(nèi)水分缺失，加速了蛋白質(zhì)的分解。同時(shí)，在高濃度脅迫液的處理下，向日葵蛋白質(zhì)的合成路徑受阻。一方面蛋白質(zhì)被分解消耗，另一方面蛋白質(zhì)合成得不到補(bǔ)充，故導(dǎo)致向日葵幼苗體內(nèi)的可溶性蛋白質(zhì)含量呈下降趨勢(shì)。

2.3 鎳砷復(fù)合脅迫下向日葵幼苗葉片游離脯氨酸含量的變化 植物體內(nèi)脯氨酸的累積是植物在逆境脅迫下的一種系統(tǒng)防護(hù)措施，也是植物適應(yīng)環(huán)境的普遍反應(yīng)，因此可作為鑒定植物抗逆性的指標(biāo)。圖3表明，脯氨酸含量鎳砷復(fù)合脅迫液濃度的升高而不斷的升高。只是較低濃度（1～4組）時(shí)升高幅度不大，當(dāng)混合脅迫液濃度超過Ni50mg·L-1+As5mg·L-1后，脯氨酸含量劇增。第6組濃度處理時(shí)脯氨酸含量達(dá)到29.75μg·g-1，是對(duì)照組的1.4倍，表明向日葵可通過大量累積脯氨酸參與滲透調(diào)節(jié)來保護(hù)植物體自身不受傷害或降低受傷害程度，這是植物進(jìn)化中不斷適應(yīng)環(huán)境的表現(xiàn)。

2.4 鎳砷復(fù)合脅迫下向日葵幼苗葉片可溶性糖含量的變化 可溶性糖是高等植物進(jìn)行光合作用的生成物，也是植物維持細(xì)胞和內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的重要物質(zhì)。在植物受到逆境脅迫時(shí)，能快速作出調(diào)節(jié)植物體正常代謝活動(dòng)的響應(yīng)。從圖4可以得出：當(dāng)脅迫液濃度在1～3組時(shí)，可溶性糖含量隨脅迫液濃度增加而增加，可能原因是可溶性糖的運(yùn)輸機(jī)制被破壞，導(dǎo)致其大量積累；當(dāng)脅迫液濃度在3～4組時(shí)，可溶性糖含量隨脅迫液濃度升高而降低，有可能是葉綠體被破壞，糖類合成受到影響，而且向日葵幼苗維持正常生理代謝活動(dòng)消耗掉一部分，所以可溶性糖含量減少；當(dāng)脅迫液濃度在4～6組時(shí)，可溶性糖含量又隨著脅迫液濃度升高而增加，說明細(xì)胞膜被破壞，有機(jī)質(zhì)外滲，導(dǎo)致其含量的升高。

3 討論

在逆境中生活的植物，細(xì)胞內(nèi)活性氧自由基產(chǎn)生速度大于清除速度，若植物不能通過正常的生理代謝活動(dòng)除去體內(nèi)大量的活性氧自由基，會(huì)導(dǎo)致植物體內(nèi)活性氧的量越積越多，由此引發(fā)膜脂過氧化作用，生成的產(chǎn)物MDA會(huì)使質(zhì)膜系統(tǒng)受到破壞，進(jìn)而影響植物正常的生理代謝功能[5]。本試驗(yàn)在脅迫液濃度逐漸升高的情況下，丙二醛含量隨之升高的趨勢(shì)開始并不顯著，但當(dāng)脅迫液濃度超過Ni50mg·L-1+As5mg·L-1后，丙二醛的含量卻急劇增加。由此表明，向日葵在低濃度鎳砷復(fù)合脅迫下受到的傷害較小，高濃度脅迫才會(huì)導(dǎo)致向日葵體內(nèi)膜脂化反應(yīng)加劇，生成大量MDA，損壞膜結(jié)構(gòu)，影響生長(zhǎng)發(fā)育。endprint

有研究顯示，重金屬對(duì)植物體內(nèi)蛋白質(zhì)的影響具有兩面性，當(dāng)重金屬的量在植物體內(nèi)富集過多時(shí)，蛋白質(zhì)合成路徑受阻，且分解速率加快，導(dǎo)致植物體內(nèi)蛋白質(zhì)水平明顯改變；當(dāng)植物吸收較低濃度重金屬時(shí)，誘導(dǎo)結(jié)合蛋白與重金屬結(jié)合，以達(dá)到緩解重金屬中毒的目的，提高植物耐受性[6]。本試驗(yàn)隨著脅迫液濃度的升高，可溶性蛋白含量總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與此相吻合。

脯氨酸除了起到滲透調(diào)節(jié)作用外，還具有清除活性氧，保護(hù)蛋白質(zhì)、生物膜及亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)等功能。其最大的作用在于減弱植物細(xì)胞在重金屬毒害下的傷害程度[7]。向日葵體內(nèi)MDA含量的增加，破壞了細(xì)胞膜的選擇透過性，胞內(nèi)可溶性蛋白被加速分解變成脯氨酸，所以本試驗(yàn)中隨著脅迫液濃度的升高可溶性蛋白含量反倒下降，而脯氨酸的含量則逐漸增加，這樣可以減輕重金屬的毒害。

可溶性糖大部分是由葉綠體光合作用合成，是植物體維持生命活動(dòng)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，若惡劣的環(huán)境超出植物對(duì)逆境的耐受限度，致使葉綠素被損壞，植物體內(nèi)可溶性糖的運(yùn)輸機(jī)制、合成途徑、代謝過程等生命活動(dòng)就會(huì)被影響，最后會(huì)導(dǎo)致植物體內(nèi)可溶性糖含量的增加或減少。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)編：張宏民）endprint