(商洛學院生物醫(yī)藥與食品工程學院， 陜西 商洛 726000)

水楊酸對鉛脅迫下桔梗種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

李堆淑
(商洛學院生物醫(yī)藥與食品工程學院， 陜西 商洛 726000)

以桔梗種子為材料，用1 mmol/L SA、200 mg/L Pb2+、1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+3種溶液分別處理桔梗種子，采用培養(yǎng)皿紙上發(fā)芽法培養(yǎng)，研究外源SA緩解桔梗種子萌發(fā)和幼苗生長受鉛毒害。結(jié)果表明，與空白對照(ck)相比，在鉛脅迫下桔梗種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、相對發(fā)芽率、相對Pb2+害率、苗鮮重、葉鮮重和根長等指標均明顯受到抑制，添加外源SA處理可以顯著提高桔梗種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、相對發(fā)芽率、相對Pb2+害率、苗鮮重、葉鮮重和根長等指標的增長。添加外源SA可以使鉛脅迫的桔梗幼苗中MDA含量減少、葉綠素含量和可溶性糖含量增加、POD酶活性增強，可見外源SA能緩解Pb2+脅迫對桔梗幼苗葉片的質(zhì)膜傷害，維持膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，進而緩解鉛對桔梗造成的毒害作用。

水楊酸(SA)； 鉛脅迫； 桔梗種子； 幼苗生長

隨著工業(yè)化和城市化的進程加快，尤其鉛礦的開采、鉛鋅冶煉廠的廢氣、廢渣、廢水排放，使鉛以多種途徑不斷地排入環(huán)境，并且鉛是一種穩(wěn)定的不易降解物質(zhì)，大量鉛沉積于水、空氣、植被、土壤、灰塵以及人們生活環(huán)境中。鉛過多的積累于植物和土壤中，生態(tài)系統(tǒng)的正常功能將會被破壞。鉛是有毒的污染物，植物從土壤或空氣中吸收鉛，然后通過食物鏈進入動物或人體，動物和人類的各個器官都會受到鉛的損害[1]。據(jù)統(tǒng)計，我國受重金屬污染的耕地面積大約有1/5，農(nóng)作物的產(chǎn)量嚴重減產(chǎn)[2]。桔梗(Platycodongrandiflorum(Jacq.)A.DC)屬于桔?？啤⒔酃?，是一種藥、食、賞兼具的多年生葉草本植物[3-4]，具有抗衰老、抗癌、宣肺利咽抗蟲殺菌等功效，但是目前重金屬嚴重污染生態(tài)環(huán)境，直接影響桔梗的質(zhì)量和品質(zhì)。土壤中重金屬污染通常采用重金屬超富集的植物進行修復[5]，其方法成本低、操作簡便、不易造成二次污染，還能增加植被的覆蓋率改善周邊環(huán)境[6]。但是在重金屬復合污染環(huán)境中，富集植物對重金屬的吸收具有專一性，而植物根際的許多內(nèi)生細菌能同時耐受多種重金屬脅迫，同時可降低復合重金屬污染對植物的毒害[7-9]。還可以施用水楊酸(SA)減緩重金屬對植物的毒害，因為水楊酸是植物體內(nèi)的小分子酚類物質(zhì)，在植物細胞內(nèi)傳遞分子信號, 調(diào)節(jié)植物體生長發(fā)育[10-11]。劉素純等[12]研究發(fā)現(xiàn)，用0～1 mmol/L SA葉面噴施鉛脅迫下的黃瓜幼苗，黃瓜可溶性蛋白含量和SOD活性均隨SA濃度升高而增加，而MDA含量和CAT活性隨SA濃度升高而降低。張永平等[13]研究發(fā)現(xiàn)，外源SA能提高甜瓜幼苗在Cd脅迫下的活性氧代謝，還能捕獲與轉(zhuǎn)換光能，促進了甜瓜幼苗的生長。丁佳紅等[14]研究發(fā)現(xiàn)，SA能夠使銅脅迫下水稻幼苗的POD、CAT和SOD活性顯著提高，增強水稻幼苗的抗銅毒害能力。目前，外源水楊酸對桔?？广U脅迫的相關研究未見報道。本研究以桔梗種子為原料，用外源水楊酸誘導桔梗種子，研究桔梗種子的形態(tài)特征和桔梗幼苗的生理生化特征，進一步探討水楊酸抗鉛脅迫的機理，為緩解鉛污染造成的毒害。為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中提高作物抗金屬能力以及植物修復技術(shù)提供一種新途徑。

1 材料與方法

1.1 材 料

桔梗(Platycodongrandiflorum)種子(購于商洛天士力醫(yī)藥有限責任公司)。

1.2 方 法

1.2.1 試液的制備

水楊酸(SA)：1 mmol/L；乙酸鉛溶液(Pb2+)：200 mg/L。

1.2.2 桔梗的培養(yǎng)及處理

挑選均勻飽滿無病蟲害的桔梗種子，用蒸餾水沖洗干凈，再用5%的NaClO3溶液浸泡桔梗種子10 min，以蒸餾水沖洗數(shù)次，風干后，以1 mmol/L SA、200 mg/L Pb2+、1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+3種不同溶液分別處理桔梗種子，以蒸餾水處理為對照(ck)，每處理各取50粒擺放于鋪有2層濾紙的干凈培養(yǎng)皿(直徑9 cm)內(nèi)，設置3次重復。置于25 ℃，光照和黑暗交替(光照12 h，黑暗12 h)的培養(yǎng)室中培養(yǎng)，每天滴加一定體積的相應溶液于培養(yǎng)皿，保持種子濕潤，觀察并記錄桔梗種子的發(fā)芽狀況，連續(xù)觀察9 d。第4 天計數(shù)，統(tǒng)計發(fā)芽勢。第9天計數(shù)，統(tǒng)計發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、日相對發(fā)芽率、相對Pb2+害率、幼苗根長等指標。

表1 不同試劑處理桔梗種子的發(fā)芽狀況

試劑發(fā)芽率(%)發(fā)芽勢(%)發(fā)芽指數(shù)活力指數(shù)日相對發(fā)芽率(%)相對Pb2+害率(%)ck70．62±0．65a12．13±0．61a15．85±0．43a0．54±0．02a——SA80．43±1．12b24．40±0．87b20．41±0．64b0．88±0．01b1．14—Pb2+62．87±0．97c6．10±0．58c11．75±0．71c0．16±0．01c0．895．71SA+Pb2+66．84±0．91d7．9±0．27d13．85±0．77d0．37±0．02d0．944．29

注：同列的小寫字母為plt;0.05，表示差異顯著。下同。

發(fā)芽率(%)=正常發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%；

發(fā)芽勢(%)=規(guī)定天數(shù)內(nèi)正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%；

發(fā)芽指數(shù)=Gt/Dt(式中，Gt為時間t日的發(fā)芽率，Dt為相應的發(fā)芽天數(shù))；

活力指數(shù)=幼苗鮮重×發(fā)芽指數(shù)；

日相對發(fā)芽率(%)=相應各日正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%；

相對Pb2+害率(%)=Pb2+脅迫下種子發(fā)芽指數(shù)/對照種子發(fā)芽指數(shù)×100%。

1.2.3 生理生化指標測定

葉綠素含量采用丙酮法測定[15]，丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸的比色法測定[16]，過氧化物酶(POD)活性的提取及其測定參照張龍翔等[16]方法，可溶性糖含量要用蒽酮比色法測定[17]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2007和SPSS 17.0軟件進行方差分析，不同指標之間均采用單因素方差分析中LDS兩兩比較及相關性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 SA對鉛脅迫下桔梗種子萌發(fā)的影響

用4種不同試劑分別處理桔梗種子，其發(fā)芽狀況有顯著差異。由表1可見，桔梗種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、日相對發(fā)芽率和相對Pb2+害率等指標，均表現(xiàn)出外施1 mmol/L SAgt;ckgt;1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+gt;單一Pb2+脅迫。外施1 mmol/L SA的桔梗種子的發(fā)芽率比ck、1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+、單一Pb2+脅迫分別升高了13.89%、27.93%、20.99%；ck比1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+、單一Pb2+脅迫的桔梗種子的發(fā)芽率分別升高了5.66%、12.33%。1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+的桔梗種子的發(fā)芽率比單一Pb2+脅迫升高了6.31%。1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+的桔梗種子的相對Pb2+害率比單一Pb2+脅迫升高了33.10%?？梢?，添加水楊酸可有效緩解鉛脅迫對種子萌發(fā)的影響以及毒害作用。

由表2可見，用4種不同試劑處理桔梗種子，第9天桔梗的苗鮮重和葉鮮重，采用LDS法對比，均有顯著的差異。桔梗的苗鮮重和葉鮮重均表現(xiàn)出外施1 mmol/L SAgt;ckgt;1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+gt;單一Pb2+脅迫。外施1 mmol/L SA的桔梗苗鮮重比ck、1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+、單一Pb2+脅迫分別升高了31.43%、64.29%、253.85%；ck處理的桔梗苗鮮重比1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+、單一Pb2+脅迫分別升高了25%、169.23%。1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+處理的桔梗苗鮮重比單一Pb2+脅迫升高了115.38%。外施1 mmol/L SA的桔梗的葉鮮重比ck、1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+、單一Pb2+脅迫分別升高了12.50%、80.00%、157.14%；ck處理的桔梗葉鮮重比1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+、單一Pb2+脅迫分別升高了60.00%、125.57%。0.1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+處理的桔梗葉鮮重比單一Pb2+脅迫升高了42.86%?？梢?，SA處理使鉛脅迫條件下的桔梗種子 對鉛毒害有一定的緩解作用, 有利于保持植物細胞膜的完整性。

表2 不同試劑處理對桔梗種子苗、葉鮮重的影響

試劑苗鮮重(g)葉鮮重(g)ck0．035±0．0027a0．016±0．0049aSA0．046±0．0021b0．018±0．0032bPb2+0．013±0．0036c0．007±0．0085cSA+Pb2+0．028±0．0051d0．010±0．0090d

表5 不同試劑處理桔梗種子的形態(tài)指標的相關性

指標發(fā)芽率(%)發(fā)芽勢(%)發(fā)芽指數(shù)活力指數(shù)相對發(fā)芽率(%)相對Pb2+害率(%)苗鮮重(g)葉鮮重(g)發(fā)芽率(%)1．000發(fā)芽勢(%)0．962??1．000發(fā)芽指數(shù)0．996??0．936??1．000活力指數(shù)0．995??0．978??0．986??1．000相對發(fā)芽率(%)0．174-0．1010．2550．0981．000相對Pb2+害率(%)-0．846??-0．959??-0．799??-0．883??0．3781．000苗鮮重(g)0．953??0．966??0．940??0．978??-0．012-0．906??1．000葉鮮重(g)0．921??0．992??0．887??0．949??-0．221-0．986??0．958??1．000

注：“**”表示plt;0.01，下同。

由表3可見，用4種不同試劑處理桔梗種子的累積發(fā)芽率呈顯著相關性(plt;0.05)，隨著時間的增加，4種試劑處理的桔梗種子累積發(fā)芽率均逐漸增長。1 mmol/L SA處理的累積發(fā)芽率在4～9 d均高于ck、200 mg/L Pb2+、1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+處理，且差異較顯著(plt;0.05)，1 mmol/L SA處理的累積發(fā)芽率第9天達到80.43%。200 mg/L Pb2+、1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+處理的累積發(fā)芽率在4～9 d均低于ck處理，且與ck差異較顯著(plt;0.05)，ck、200 mg/L Pb2+、1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+處理的累積發(fā)芽率第9天分別達到70.62%、62.87%和66.84%的萌發(fā)高峰，說明SA可以誘導桔梗種子提前并且加快萌發(fā)，同時增強了桔梗種子的萌發(fā)力，Pb2+對桔梗種子的萌發(fā)抑制性較強，SA可以緩解Pb2+對桔梗種子的萌發(fā)抑制性。

表3 不同試劑處理桔梗種子萌發(fā)的累積發(fā)芽率

時間(d)累積發(fā)芽率(%)ckSAPb2+SA+Pb2+302．07±0．306a0045．97±0．252a10．13±0．416a2．03±0．351a4．01±0．361a512．13±0．611b24．40±0．872b6．10±0．557b7．90±0．265a630．07±0．603a40．10±0．557b17．93±0．306c25．90±0．656b752．13±0．808c66．23±1．069c34．13±0．321d44．10±0．656c865．27±0．833c74．33±0．757d47．97±0．751a56．30±0．700d970．62±0．652a80．43±1．121b62．87±0．975d66．84±0．917f

由表4可見，用4種不同試劑處理桔梗種子，隨著時間的增加，4種試劑處理的桔梗種子日相對發(fā)芽率均先增加后降低。1 mmol/L SA處理的日相對發(fā)芽率在第3天開始萌發(fā)，第6天達到36.20%的萌發(fā)高峰；ck和1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+處理的日相對發(fā)芽率在第4天開始萌發(fā)，也是第7天分別達到22.33%和18.37%的萌發(fā)高峰；200 mg/L Pb2+處理的日相對發(fā)芽率在第4天開始萌發(fā)，也是第8天達到14.10%的萌發(fā)高峰。說明SA誘導桔梗種子提前達到萌發(fā)高峰，Pb2+脅迫桔梗種子推遲達到萌發(fā)高峰，SA可以緩解Pb2+對桔梗種子達到萌發(fā)高峰的推遲。

表4 不同試劑處理桔梗種子萌發(fā)的日相對發(fā)芽率

時間(d)日相對發(fā)芽率(%)ckSAPb2+SA+Pb2+302．07±0．306a0045．97±0．252a8．23±0．586b2．03±0．351a4．01±0．361a57．17±0．300a13．47±0．252c3．97±0．351b4．20±0．862a618．37±1．002b36．20±0．114d10．57±0．611c17．90±0．656b722．33±1．429c26．13±0．106f11．03±0．751d18．37±0．390b812．27±1．124d18．20±0．114e14．10±0．755e12．43±0．115c910．13±1．007f12．57±0．069c7．83±0．473f10．77±0．686c

由表5可見，用4種不同試劑處理桔梗種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、相對發(fā)芽率、相對Pb2+害率、苗鮮重和葉鮮重的相關關系。發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、苗鮮重和葉鮮重兩兩之間均呈正相關關系，并且存在著極顯著差異(plt;0.01)。相對發(fā)芽率與發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、苗鮮重和葉鮮重均沒有顯著相關性。相對Pb2+害率與發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、苗鮮重和葉鮮重均呈負相關，并且存在著極顯著差異(plt;0.01)。

2.2 SA對鉛脅迫下桔梗根長的影響

由表6可見，用4種不同試劑處理桔梗種子，在第4～9天4種處理的桔梗根長均隨著時間的增加逐漸增長，并且存在明顯的顯著差異性。桔梗在生長過程中，根長均表現(xiàn)出外施1 mmol/L SAgt;ckgt;1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+gt;單一Pb2+脅迫，并且桔梗根長的生長速度也是外施1 mmol/L SAgt;ckgt;1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+gt;單一Pb2+脅迫。在第4天外施1 mmol/L SA處理的桔梗根長比ck、1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+、單一Pb2+脅迫分別增加了301.30%、104.55%、246.15%，ck處理的桔梗根長比1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+、單一Pb2+脅迫分別增加了51.51%、153.85%，1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+處理的桔梗根長比單一Pb2+脅迫增加了69.23%。在第9天外施1 mmol/L SA處理的桔梗根長比ck、1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+、單一Pb2+脅迫分別增加了33.66%、70.89%、221.43%，ck處理的桔梗根長比1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+、單一Pb2+脅迫分別增加了27.85%、140.48%，1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+處理的桔梗根長比單一Pb2+脅迫增加了88.09%。這說明了SA對桔梗根的生長起到了較顯著的促進作用，Pb2+脅迫處理對桔梗根的生長抑制性較大，并且SA能緩解Pb2+對桔梗根生長的迫害。

表6 不同試劑對桔梗根長的影響

時間(d)根長(cm)ckSAPb2+SA+Pb2+40．33±0．040a0．45±0．026a0．13±0．012a0．22±0．006a50．43±0．036b0．57±0．021b0．18±0．010a0．39±0．015b60．66±0．015c0．73±0．015c0．27±0．013b0．51±0．017c70．78±0．025c0．84±0．018c0．33±0．006c0．63±0．013c80．93±0．015d1．13±0．011d0．42±0．004d0．75±0．006c91．01±0．198d1．35±0．020e0．42±0．015e0．79±0．055c

2.3 SA對鉛脅迫下桔梗幼苗生理特征的影響

由表7可見，用4種不同試劑處理桔梗種子，桔梗幼苗中MDA含量表現(xiàn)為單一Pb2+脅迫gt;1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+gt;ckgt;外施1 mmol/L SA；桔梗幼苗中總?cè)~綠素含量、可溶性糖含量和POD酶活性均表現(xiàn)為外施1 mmol/L SAgt;ckgt;1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+gt;單一Pb2+脅迫?？梢?，鉛脅迫使桔梗幼苗中MDA含量增加，添加外源SA桔梗幼苗中葉綠素含量和可溶性糖含量增加、POD酶活性增強，進而緩解鉛對桔梗造成的毒害作用。

表7 SA對鉛脅迫下桔梗幼苗生理指標的影響

試劑MDA含量(μmol/L)總?cè)~綠素含量(mg/g)可溶性糖含量(%)POD酶活性(U/gFW)ck1．394±0．01518．050±0．10451．31±0．3060．361±0．001SA1．191±0．04019．575±0．69760．68±0．0250．437±0．004Pb2+3．864±0．0428．124±0．86129．45±0．1110．140±0．005SA+Pb2+1．433±0．04612．320±0．22646．31±0．0420．308±0．009

由表8可見，用4種不同試劑處理桔梗種子，桔梗幼苗中MDA含量、總?cè)~綠素含量、可溶性糖含量和POD酶活性兩兩之間均呈現(xiàn)相關關系?？扇苄蕴呛颗c總?cè)~綠素含量、可溶性糖含量與POD酶活性均呈正相關關系，并且存在著極顯著差異(plt;0.01)。

表8 SA對鉛脅迫下桔梗幼苗的生理指標的相關性

指標MDA含量(μmol/L)總?cè)~綠素含量(mg/g)可溶性糖含量(%)POD酶活性(U/gFW)MDA含量(μmol/L)1．000總?cè)~綠素含量(mg/g)0．4201．000可溶性糖含量(%)0．1910．955??1．000POD酶活性(U/gFW)0．4450．979??0．964??1．000

3 結(jié)論與討論

重金屬脅迫使植物發(fā)生遺傳基因突變以及生理生化變化, 從而影響植物的生長發(fā)育和代謝。外源水楊酸協(xié)同處理, 能改善重金屬脅迫下植物的生長狀況, 增強植物的抗逆性[18]。本研究用1 mmol/L SA、200 mg/L Pb2+、1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+3種不同溶液分別處理桔梗種子，桔梗種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、相對發(fā)芽率、相對Pb2+害率、苗鮮重、葉鮮重、根長等指標，均表現(xiàn)為1 mmol/L SAgt;ckgt;1 mmol/L SA+200 mg/L Pb2+gt;單一Pb2+脅迫。桔梗種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)以及苗鮮重和葉鮮重兩兩之間均呈正相關關系，并且存在著極顯著差異(plt;0.01)。鉛脅迫桔梗幼苗中MDA含量增加，使植物體內(nèi)質(zhì)膜受損，添加外源SA可以緩解Pb2+脅迫對桔梗幼苗的質(zhì)膜傷害，維持膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，使其葉綠素含量和可溶性糖含量增加、POD酶活性增強，緩解Pb2對桔梗的脅迫。同時桔梗幼苗中可溶性糖含量與總?cè)~綠素含量、可溶性糖含量與POD酶活性均呈正相關關系，并且存在著極顯著差異(plt;0.01)。吳順等研究發(fā)現(xiàn)，水楊酸能使鉛脅迫下小白菜種子的發(fā)芽率升高，幼苗體內(nèi)鉛積累減少，根伸長；葉綠素含量升高[19]。與本研究結(jié)果基本一致。邢繼巖研究發(fā)現(xiàn)，水楊酸對鉛脅迫下花椰菜種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、根長與鉛濃度呈負相關，可溶性糖含量均增加[20]，與本研究結(jié)果基本一致，但是該研究的MDA含量增加，POD活性降低與本研究結(jié)果相反，還需進一步探討。蘇雅婧研究發(fā)現(xiàn)，用SA處理后，小麥幼苗根長和苗長分別比Pb2+處理組增加[21]，該結(jié)果與本研究結(jié)果一致。

[1]張英,周長民.重金屬鉛污染對人類的危害[J].遼寧化工,2007,36(6):395-397.

Effects of Salicylic Acid on Seed Germination and Seedling Growth ofPlatycodongrandiflorumUnder Lead Stress

LIDuishu

2016-10-28

陜西省教育廳專項科研計劃項目(2016 JK 0 )；商洛市科學研究項目(SK 2015-12)。

李堆淑(1977—)，女，寧夏隆德人；副教授，碩士，主要從事植物逆境生理學及微生物研究。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.02.087

S 567

A

1001-4705(2017)02-0087-05