陳土鳳，謝光炎，許燕濱，陳鵬程

（廣東工業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510006）

【研究意義】鉻（Cr）是一種潛在毒性元素（PTE），與鉛、鎘、砷和汞合稱為“五毒”［1］。含鉻污水的灌溉、含鉻農(nóng)藥和化肥的不合理使用以及城市垃圾的隨意排放是農(nóng)田土壤鉻污染的重要來源［2］。土壤中的鉻元素形態(tài)以三價(jià)和六價(jià)為主，這兩者對(duì)人類和其他生物均有高度毒性［3］。在土壤中Cr（Ⅲ）表現(xiàn)較為穩(wěn)定，它被土壤膠體吸附后能形成溶解度極低的沉淀物，因此降低了其浸入地下水或被植物吸收的可能［4］。而土壤中Cr（Ⅵ）包括鉻酸鹽和重鉻酸鹽化合物等，易通過食物鏈進(jìn)入生物體并在其中積累，相比之下，Cr（Ⅵ）表現(xiàn)出強(qiáng)氧化性和高溶解度，Cr（Ⅵ）的毒性約為Cr（Ⅲ）的100倍［5-6］。因此，高毒性的Cr（Ⅵ）在廢水和農(nóng)田土壤中非?；钴S，且由于其無法被生物降解、高持久性的特點(diǎn)，嚴(yán)重威脅著環(huán)境生態(tài)平衡和公共健康［7-8］。據(jù)報(bào)道，Cr在植物的生理生化代謝中沒有任何已知的生物學(xué)作用［6］。Cr是一種植物體非必需的元素，能夠通過硫酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)體與其他必需元素一起被吸收進(jìn)植物體［9-10］。而植物中積累過量的Cr元素會(huì)導(dǎo)致機(jī)體形態(tài)和生理生態(tài)等發(fā)生毒性反應(yīng)［11-12］。為抵制高質(zhì)量濃度鉻的毒性，植物細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生大量的活性氧（ROS）［13］。然而，植物中活性氧達(dá)到一定水平后，將會(huì)導(dǎo)致植物細(xì)胞內(nèi)DNA和RNA損傷、酶活性受抑制、脂質(zhì)過氧化和蛋白質(zhì)氧化等氧化反應(yīng)，最終導(dǎo)致細(xì)胞中毒［14-15］。中毒的植物細(xì)胞膜受損，葉綠體超微結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，色素含量降低，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)植株根部受損而無法正常吸收礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)，葉片褪綠，甚至導(dǎo)致植株枯萎死亡［16-17］。因此，如何安全有效地治理和修復(fù)農(nóng)田鉻污染已成為全球亟待解決的重大難題?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】與電動(dòng)法、淋洗法和固化/穩(wěn)定化法等常用的修復(fù)方法相比，微生物法由于低成本、無二次污染以及可操作性強(qiáng)等特點(diǎn)成為重金屬鉻污染修復(fù)的研究熱點(diǎn)［18-19］。研究表明，在Cr（Ⅵ）含量達(dá)到250 mg/kg的土壤中利用黑曲霉作為吸附劑，15 d內(nèi)可吸附75%的Cr（Ⅵ）［20］；將鏈霉菌與含鉻土壤混合培養(yǎng)30 d，可以將泥土中含有的1 800 mg/kg Cr（Ⅵ）完全還原［21］；在厭氧條件下，鉻還原菌能夠在20 d內(nèi)將土壤中Cr（Ⅵ）質(zhì)量濃度為5.6 mg/g的Cr（Ⅵ）完全還原［22］?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】選取具有一定Cr（Ⅵ）耐受能力、生長(zhǎng)速率較快的小白菜作為試驗(yàn)材料，在模擬小白菜生長(zhǎng)的含Cr（Ⅵ）水培環(huán)境中添加一株具有Cr（Ⅵ）還原能力的菌Exiguobacterium sp.EH5（菌株E）。【擬解決的關(guān)鍵問題】通過檢測(cè)小白菜幼苗生物量、葉片抗氧化酶和非酶抗氧化物含量的變化，研究Cr（Ⅵ）脅迫下菌株E對(duì)小白菜幼苗生長(zhǎng)及生理生態(tài)效應(yīng)的影響，以期為進(jìn)一步利用Cr（Ⅵ）還原菌修復(fù)農(nóng)田重金屬鉻污染提供可靠的實(shí)驗(yàn)材料以及科學(xué)的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)菌株是從某電鍍廠廢水活性污泥系統(tǒng)中分離篩選得到的具有高效Cr（Ⅵ）還原能力的微小桿菌Exiguobacterium sp. EH5（菌株E）。將菌株E接種至LB培養(yǎng)基中，于170 r/min、30 ℃條件下培養(yǎng)24 h，用無菌去離子水離心洗滌2次后，加無菌去離子水重懸至OD600nm≈4得到菌懸液。

供試四季小白菜種子購自河北石家莊禾碩種業(yè)。

Cr（Ⅵ）水培液為1 000 mg/L的重鉻酸鉀（K2Cr2O7）儲(chǔ)備液：準(zhǔn)確稱取烘干的2.829 g（110 ℃，2 h）重鉻酸鉀，充分溶解于去離子水中，移入1 000 mL容量瓶定容至刻度，保存?zhèn)溆谩?/p>

水培營(yíng)養(yǎng)液（霍格蘭培養(yǎng)液），其組分為：硫酸鉀607 mg/L，磷酸二氫銨11.5 mg/L，硫酸鎂493 mg/L，EDTA鐵鈉鹽20 mg/L，硫酸亞鐵2.86 mg/L，硼砂4.5 mg/L，硫酸錳2.13 mg/L，硫酸銅0.05 mg/L，硫酸鋅0.22 mg/L，硫酸銨118.9 mg/L，硝酸鈣945 mg/L。試驗(yàn)所用藥品均為分析純。

1.2 試驗(yàn)方法

育苗前，為了避免微生物污染，小白菜種子表面均用10%次氯酸鈉溶液浸泡10 min，無菌水反復(fù)沖洗5次。播種前，將種子浸泡在無菌水中6 h，以保證其吸足水分。將大小相近、吸足水分的種子，播種至無菌水浸濕的30 cm×20 cm×2.4 cm的育苗海綿中，每塊海綿播96顆種子。將育苗盤置于相對(duì)濕度為60%的室內(nèi)植物培養(yǎng)架上，用無菌去離子水培養(yǎng)，設(shè)置晝夜比為16 h/8 h，每天添加無菌去離子水以保持海綿中有足夠水分。培養(yǎng)7 d后，將長(zhǎng)勢(shì)均勻、兩葉一心的芽苗移植入半透明塑料容器中繼續(xù)培養(yǎng)，每箱6株。每箱裝滿2 L霍格蘭溶液后，再加入不同質(zhì)量濃度的重鉻酸鉀溶液。將所有盆栽分為C組（對(duì)照）和T組，T組按1%接種量（體積比）添加菌懸液（表1），所有處理均設(shè)置3個(gè)重復(fù)。培養(yǎng)過程中每天根據(jù)液面變化添加無菌去離子水，以保持總的培養(yǎng)液體積不變。移植后培養(yǎng)時(shí)間為14 d。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 Experiment design

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 小白菜幼苗生物量的測(cè)定 培養(yǎng)結(jié)束（14 d）后，將小白菜幼苗整株取出，用無菌水充分沖洗干凈根部殘留的培養(yǎng)液，并用濾紙吸干表面水珠后，測(cè)定小白菜幼苗株高、根長(zhǎng)及鮮重。

1.3.2 小白菜幼苗葉片葉綠素含量的測(cè)定 用丙酮法［23］測(cè)定。

1.3.3 小白菜幼苗葉片MDA、蛋白質(zhì)含量和SOD活性的測(cè)定 （1）勻漿液制備：將葉片置于4 ℃、0.1 mol/L的磷酸鹽緩沖液（pH=7.4）中漂洗，濾紙擦干，剪碎；準(zhǔn)確稱取0.5 g葉片，放入5 mL的勻漿管中，按重量（g）∶體積（mL）=1∶4加入4倍勻漿介質(zhì)（0.1 mol/L磷酸鹽緩沖液，pH=7.4）；左手持勻漿管將下端插入盛有冰水混合物的器皿中，右手將搗桿垂直插入管中，上下轉(zhuǎn)動(dòng)研磨6～8 min，然后于3 500～4 000 r/min下離心10 min，上清液為20%的勻漿液［24］。

（2）測(cè)定方法：參照南京建成生物工程研究所相對(duì)應(yīng)的生物試劑盒說明書，上清液中MDA含量采用硫代巴比妥酸法（TBA法）測(cè)定，蛋白質(zhì)含量采用BCA法測(cè)定，SOD活性采用黃嘌呤氧化酶法測(cè)定。

1.3.4 小白菜幼苗鉻含量的測(cè)定 培養(yǎng)結(jié)束后將整株小白菜幼苗植株完整取出，用自來水反復(fù)沖洗葉片表面及根部殘留培養(yǎng)液，再用去離子水沖洗，用濾紙吸干表面水分。將小白菜幼苗地上部分與根部剪開，置于105 ℃烘箱中殺青0.5 h后，以80 ℃干燥至恒重后粉碎備用。準(zhǔn)確稱取0.2 g樣品于消解管中，加入6 mL濃硝酸于通風(fēng)櫥中反應(yīng)0.5 h后置于微波消解儀中進(jìn)行消解。消解結(jié)束，取消解液進(jìn)行趕酸之后轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶用去離子水定容成樣品液。樣品液經(jīng)0.45 μm濾膜過濾后用火焰原子吸收光譜儀（日立Z-2000）測(cè)定Cr元素的質(zhì)量濃度。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 10、Origin 9.0和SPSS 17進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和繪圖，采用Duncan多重比較進(jìn)行差異顯著性測(cè)驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 菌株E對(duì)Cr（Ⅵ）脅迫下小白菜幼苗生長(zhǎng)的影響

從表2可以看出，不加菌E處理（C組）隨著Cr（Ⅵ）質(zhì)量濃度升高，對(duì)小白菜幼苗的莖長(zhǎng)、根長(zhǎng)及鮮重抑制作用越顯著。處理C5與C0相比，小白菜幼苗的根長(zhǎng)和莖長(zhǎng)分別減少42.05%和87.18%。同時(shí)，Cr（Ⅵ）質(zhì)量濃度的升高對(duì)小白菜幼苗鮮重也產(chǎn)生了顯著的抑制作用，處理C1～C5與C0相比，小白菜幼苗的鮮重分別降低62.57%、74.85%、87.13%、91.81% 和 94.73%。由圖1可知，處理C0和T0的小白菜幼苗均生長(zhǎng)良好，株高相對(duì)較高、莖葉相對(duì)粗壯、主根較長(zhǎng)且側(cè)根較多，根部較為粗黑；隨著Cr（Ⅵ）處理質(zhì)量濃度的升高，小白菜幼苗逐漸變矮，根部變短、側(cè)根減少、根莖逐漸軟黃，葉片稀少，逐漸變黃甚至全黃，葉片蜷縮甚至萎焉。

從表2還可以看出，在Cr（Ⅵ）脅迫下，添加菌E處理（T組）能顯著促進(jìn)小白菜幼苗根、莖、鮮重的增長(zhǎng)。處理T1～T5與C1～C5對(duì)應(yīng)相比較，小白菜幼苗莖長(zhǎng)分別增加32.62%、53.89%、83.12%、53.93%和98.10%，根長(zhǎng)分別增加26.46%、22.53%、15.61%、6.34%和5.32%，鮮重分別增加50.31%、7.13%、64.31%、58.77%和90.49%。在同一Cr（Ⅵ）質(zhì)量濃度下，相對(duì)于C組，T組小白菜幼苗主根較長(zhǎng)，側(cè)根及葉片數(shù)量較多且葉片較舒展，葉片較綠（圖1）。T組小白菜幼苗生長(zhǎng)量增加的原因可能是由于添加菌株E能增強(qiáng)小白菜幼苗對(duì)Cr（Ⅵ）的抗逆性，從而促進(jìn)其對(duì)營(yíng)養(yǎng)成分及水分的吸收，促進(jìn)生長(zhǎng)。

表2 菌株E對(duì)不同質(zhì)量濃度Cr（Ⅵ）脅迫下小白菜幼苗根長(zhǎng)、莖長(zhǎng)及鮮重的影響Table 2 Effects of strain E on root length, shoot length and fresh biomass of Pakchoi seedlings under different concentrations of Cr （Ⅵ） stress

2.2 菌株E對(duì)Cr（Ⅵ）脅迫下小白菜幼苗葉綠素含量的影響

由圖2可知，Cr（Ⅵ）質(zhì)量濃度的增加對(duì)小白菜幼苗葉片的葉綠素含量有顯著的抑制作用。在C組處理中，葉片葉綠素含量隨著Cr（Ⅵ）質(zhì)量濃度的升高而逐漸降低，處理C1～C5與C0相比，葉綠素含量分別降低6.42%、10.20%、16.58%、22.69%和46.30%，其中處理C3～C5與C0對(duì)比葉片黃化現(xiàn)象明顯，甚至有葉片枯黃、萎縮（圖1）。而菌株E對(duì)Cr（Ⅵ）脅迫下小白菜幼苗葉片的葉綠素含量有顯著促進(jìn)作用（圖2）。在相同質(zhì)量濃度下，與C組處理相比，T組處理小白菜幼苗葉片的葉綠素含量均有所增加，處理T0～T5相較于C0～C5，葉綠素含量增長(zhǎng)率分別為0.64%、4.87%、0.79%、5.12%、2.74%和10.07%。

圖1 菌株E對(duì)不同質(zhì)量濃度Cr（Ⅵ）脅迫下小白菜幼苗生長(zhǎng)的影響Fig. 1 Effects of strain E on the growth of Pakchoi seedlings under different concentrations of Cr（Ⅵ）stress

圖2 菌株E對(duì)不同質(zhì)量濃度Cr（Ⅵ）脅迫下小白菜幼苗葉綠素含量的影響Fig. 2 Effect of strain E on chlorophyll of Pakchoi seedlings under different concentrations fo Cr（Ⅵ）stress

2.3 菌株E對(duì)Cr（Ⅵ）脅迫下小白菜幼苗蛋白質(zhì)含量的影響

由圖3可知，Cr（Ⅵ）質(zhì)量濃度的增加能引起小白菜幼苗葉片中蛋白質(zhì)含量顯著降低，不同質(zhì)量濃度Cr（Ⅵ）脅迫下，處理C1～C5與C0相比，蛋白質(zhì)含量分別降低17.22%、45.57%、68.35%、82.28%和88.61%。而在Cr（Ⅵ）脅迫處理下添加菌株E，能使小白菜幼苗葉片中蛋白質(zhì)含量顯著增加（圖3）。在相同的Cr（Ⅵ）質(zhì)量濃度脅迫下，處理T0～T5相較于C0～C5，小白菜幼苗葉片中的蛋白質(zhì)含量分別增長(zhǎng)5.06%、9.23%、11.63%、40.00%、14.29%和11.11%。

圖3 菌株E對(duì)不同質(zhì)量濃度Cr（Ⅵ）脅迫下小白菜幼苗蛋白質(zhì)含量的影響Fig. 3 Effect of strain E on protein content of Pakchoi seedlings under different concentrations Cr（Ⅵ）stress

2.4 菌株E對(duì)Cr（Ⅵ）脅迫下小白菜幼苗超氧化物歧化酶（SOD）活性的影響

由圖4可知，Cr（Ⅵ）質(zhì)量濃度對(duì)小白菜幼苗葉片SOD活性有顯著影響。在C組處理中，處理C1～C4小白菜幼苗葉片SOD活性隨著Cr（Ⅵ）質(zhì)量濃度的升高而增加，且以處理C4達(dá)到峰值；但隨著Cr（Ⅵ）質(zhì)量濃度的進(jìn)一步升高（處理C5），SOD活性反而下降。

在相同質(zhì)量濃度Cr（Ⅵ）脅迫下，處理T1～T4相較于C1～C4，SOD活性均有所降低；而處理T5相較于C5，原本降低的SOD活性有所提高，SOD活性增加11.51%。SOD活性變化的原因可能是由于加入菌株E能減輕體系中的Cr（Ⅵ）脅迫，緩解了Cr（Ⅵ）誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激，從而在較低質(zhì)量濃度時(shí)（C1～C4）植物體無需產(chǎn)生大量SOD以抵制Cr（Ⅵ）的脅迫作用，SOD活性下降；而在較高質(zhì)量濃度（C5）時(shí)，加入菌株E使得體系中的Cr（Ⅵ）脅迫減弱，機(jī)體抗氧化防御體系沒有過度受損，可以通過增加抗氧化酶的活性來抵制Cr（Ⅵ）帶來的氧化脅迫，導(dǎo)致SOD活性有所提高。

圖4 菌株E對(duì)不同質(zhì)量濃度Cr（Ⅵ）脅迫下小白菜幼苗葉片SOD活性的影響Fig. 4 Effects of strain E on SOD activity of Pakchoi seedlings leaves under different Cr（Ⅵ）concentrations

2.5 菌株E對(duì)Cr（Ⅵ）脅迫下小白菜幼苗丙二醛（MDA）含量的影響

由圖5可知，在Cr（Ⅵ）脅迫下，小白菜幼苗MDA含量隨著Cr（Ⅵ）質(zhì)量濃度的升高而顯著升高。在C組處理中，處理C1～C5與C0相比，小白菜幼苗MDA含量分別是C0的1.33、2.27、6.49、19.71、33.01倍，其中處理C1～C3的MDA增加幅度相對(duì)較低，而處理C4～C5的小白菜幼苗MDA含量劇增，葉片黃化早衰現(xiàn)象越加明顯（圖1）。而在添加菌株E的T組處理發(fā)現(xiàn)，在相同質(zhì)量濃度下，處理T1～T5與C1～C5組比，小白菜幼苗MDA含量有不同程度的降低，分別降低16.09%、19.60%、17.05%、58.85%、28.19% 和11.66%，且葉片黃化早衰狀況有所緩解。

2.6 菌株E對(duì)Cr（Ⅵ）脅迫下小白菜幼苗鉻吸收的影響

圖5 菌株E對(duì)不同質(zhì)量濃度Cr（Ⅵ）脅迫下小白菜幼苗MDA含量的影響Fig. 5 Effects of strain E on MDA content of Pakchoi seedlings under different concentrations of Cr（Ⅵ）stress

圖6 菌株E對(duì)不同質(zhì)量濃度Cr（Ⅵ）脅迫下小白菜幼苗鉻含量的影響Fig. 6 Effects of strain E on chromium content of Pakchoi seedlings under different concentrations of Cr（Ⅵ） stress

由圖6可知，Cr（Ⅵ）質(zhì)量濃度對(duì)小白菜幼苗（根、莖葉）鉻含量有顯著影響。在C組處理中，處理C1～C5與C0相比，小白菜幼苗鉻含量隨著處理液質(zhì)量濃度的上升而顯著增加。同一質(zhì)量濃度處理（處理C1～C5）下，根部積累鉻含量分別是相對(duì)應(yīng)莖葉部分含量的16.76、7.25、5.80、6.47、6.80 倍，表明Cr主要積累在小白菜根部。而加入菌株E后，相同質(zhì)量濃度處理下，處理T1～T5與C1～C5相比，小白菜幼苗根部鉻含量分別降低10.67%、5.55%、6.83%、24.44%和32.80%，莖葉部分鉻含量分別降低37.98%、34.76%、23.14%、14.44%和18.60%。

3 討論

株高、根長(zhǎng)、鮮重是衡量植物生長(zhǎng)的重要指標(biāo)。通過測(cè)量在不同質(zhì)量濃度Cr（Ⅵ）脅迫下小白菜幼苗莖長(zhǎng)、根長(zhǎng)及鮮重變化，可以較直觀地觀察到接種菌株前后Cr（Ⅵ）對(duì)小白菜幼苗生長(zhǎng)的毒性效應(yīng)。本試驗(yàn)中，不加菌E處理（C組）隨著Cr（Ⅵ）質(zhì)量濃度升高，對(duì)小白菜幼苗的莖長(zhǎng)、根長(zhǎng)及鮮重抑制作用越顯著。Shanker等［25］、Shaikh等［26］研究表明，Cr（Ⅵ）能引起根細(xì)胞表面破裂，阻止根細(xì)胞分裂和伸長(zhǎng)，從而使植物對(duì)水分和必要營(yíng)養(yǎng)元素的吸收減少，導(dǎo)致根、莖長(zhǎng)度衰減。植物鮮重的減少可能與Cr（Ⅵ）脅迫下，作物生長(zhǎng)時(shí)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收和遷移間失衡、植物選擇性無機(jī)營(yíng)養(yǎng)吸收效率低下、或?qū)Ρ匦柙氐奈諟p少導(dǎo)致的代謝活動(dòng)紊亂等原因有關(guān)［25,27-28］。一定質(zhì)量濃度的重金屬Cr（Ⅵ）能引起植物毒性，導(dǎo)致植物生長(zhǎng)發(fā)育遲緩、生物量減少、黃化、光合作用受損，甚至引起植物死亡［29-30］。而加菌株E處理的小白菜幼苗生長(zhǎng)量比對(duì)照有所增加，表明菌株E能在一定程度上緩解Cr（Ⅵ）對(duì)小白菜幼苗生長(zhǎng)的毒性作用。

本試驗(yàn)中，Cr（Ⅵ）對(duì)小白菜幼苗葉片的葉綠素含量有顯著的抑制作用，葉片葉綠素含量隨著Cr（Ⅵ）質(zhì)量濃度的升高而逐漸降低；而添加菌株E對(duì)Cr（Ⅵ）脅迫下小白菜幼苗葉片的葉綠素含量有顯著促進(jìn)作用。葉綠素含量的降低可能是由于Cr（Ⅵ）可以與許多酶活性位點(diǎn)上的鎂離子競(jìng)爭(zhēng)，使葉綠體的超微結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而抑制了葉片的光合作用并引起植物的缺綠病［31］。研究表明，Cr（Ⅵ）對(duì)葉片光合作用中CO2固定、電子傳遞、光磷酸化或卡爾文循環(huán)酶等相關(guān)酶活性存在抑制作用［32-33］。而菌株E本身具有的還原性能將體系中的Cr（Ⅵ）大量還原，從而提高小白菜幼苗中相關(guān)酶的活性，使葉綠素總量得到增加。

本試驗(yàn)中，Cr（Ⅵ）質(zhì)量濃度的增加導(dǎo)致小白菜幼苗葉片的蛋白質(zhì)含量顯著降低，而添加菌株E后小白菜幼苗葉片中蛋白質(zhì)含量顯著增加。研究表明，Cr（Ⅵ）能抑制硝酸還原酶（NR）的活性，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)體的氮代謝出現(xiàn)紊亂，造成作為蛋白質(zhì)組成部分的氨基酸合成量減少，最終導(dǎo)致植物葉片蛋白質(zhì)含量下降［26］；Cr（Ⅵ）對(duì)植物相關(guān)蛋白質(zhì)合成酶活性具有抑制作用，而Cr（Ⅵ）還原菌（菌E）能對(duì)這種抑制作用進(jìn)行緩解［34］。這與本試驗(yàn)結(jié)果相似。

研究表明，在過量重金屬Cr（Ⅵ）脅迫下，植物會(huì)產(chǎn)生大量活性氧（ROS）［12］。由于過量ROS能與脂類、蛋白質(zhì)、酶和DNA相互作用，導(dǎo)致細(xì)胞膜滲漏和酶失活，從而引起植物體多種生化和生理障礙［35］。而植物體由于缺乏逃避環(huán)境壓力的能力，會(huì)采取一系列的防御機(jī)制來抵制ROS帶來的氧化應(yīng)激［36］。SOD的誘導(dǎo)就是植物體內(nèi)主要的重金屬解毒機(jī)制之一［37］。因此，通過測(cè)定植物葉片中SOD活性，可以間接反映植物機(jī)體內(nèi)清除氧自由基的能力。本試驗(yàn)中，處理C1～C4小白菜幼苗葉片SOD活性隨著Cr（Ⅵ）質(zhì)量濃度的升高而增加，但隨著Cr（Ⅵ）質(zhì)量濃度的進(jìn)一步升高（處理C5），SOD活性反而下降，其原因可能是由于植物體內(nèi)SOD活性的增加不足以抵抗Cr（Ⅵ）帶來的氧化脅迫，導(dǎo)致機(jī)體抗氧化防御體系過度受損［38］。而加入菌株E后，SOD活性隨著Cr（Ⅵ）質(zhì)量濃度的升高呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)，其原因可能是由于加入菌株E能減輕體系中的Cr（Ⅵ）脅迫，緩解了Cr（Ⅵ）誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激，從而在較低質(zhì)量濃度（處理C1～C4）時(shí)植物體無需產(chǎn)生大量的SOD以抵御Cr（Ⅵ）的脅迫作用，SOD活性下降；而在較高質(zhì)量濃度（處理C5）時(shí)，加入菌株E使得體系中的Cr（Ⅵ）脅迫減弱，機(jī)體抗氧化防御體系沒有過度受損，可通過增加抗氧化酶的活性抵御Cr（Ⅵ）帶來的氧化脅迫，從而SOD活性有所提高。此前有研究發(fā)現(xiàn)，在Cr（Ⅵ）脅迫下向培養(yǎng)體系中接種具有鉻還原菌能力的菌株MAI3，能使大豆的氧化應(yīng)激相應(yīng)降低［39］。這與本試驗(yàn)結(jié)果相一致。

脂質(zhì)過氧化是氧化應(yīng)激的生物指標(biāo)［40］。丙二醛（MDA）是脂質(zhì)過氧化的產(chǎn)物之一［23］，能夠反映植物細(xì)胞內(nèi)自由基產(chǎn)生和清除之間是否失衡，而此失衡的現(xiàn)象可能會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)和生物大分子的降解，隨后增加細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化，引起細(xì)胞損傷［41］。因此，植物中MDA含量可以反映機(jī)體內(nèi)脂質(zhì)過氧化程度，從而間接反映Cr（Ⅵ）對(duì)細(xì)胞損傷的程度。本試驗(yàn)中，在Cr（Ⅵ）脅迫下，小白菜幼苗葉片MDA含量隨著Cr（Ⅵ）質(zhì)量濃度的升高而顯著升高，其中處理C1～C3的MDA增加幅度相對(duì)較低，表明植物可能通過將重金屬轉(zhuǎn)入到液泡中進(jìn)行隔離，或通過轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白調(diào)節(jié)金屬攝入以及強(qiáng)化抗氧化機(jī)制來抵抗環(huán)境中過量的重金屬，因此細(xì)胞損傷程度并沒有太高［42］；而處理C4～C5的小白菜幼苗葉片MDA含量劇增，葉片黃化早衰現(xiàn)象越加明顯，表明在Cr（Ⅵ）脅迫誘導(dǎo)下，小白菜幼苗的膜脂質(zhì)化程度較高，已經(jīng)對(duì)細(xì)胞質(zhì)膜產(chǎn)生了較為嚴(yán)重的損傷。而加入菌株E后，體系中Cr（Ⅵ）脅迫降低，緩解了氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞膜脂氧化，從而導(dǎo)致MDA含量下降，與SOD活性的變化相對(duì)應(yīng)。

有相關(guān)報(bào)道，棉花、水稻和豌豆等農(nóng)作物及藥用植物，根部Cr的積累量也較莖葉部多［43-44］。在所有重金屬元素中，Cr在植物根部是最不具流動(dòng)性的元素［45］。根細(xì)胞能將重金屬離子吸附在負(fù)極細(xì)胞表面或者液泡內(nèi)，因此Cr在根部細(xì)胞積累且不易向莖部轉(zhuǎn)移，這可能是植物一種天然的抵御重金屬毒性作用的耐受機(jī)制［28,46］，這與本研究結(jié)果相一致。還有研究表明，植物體內(nèi)Cr的運(yùn)輸可能依賴于其價(jià)態(tài)，其中Cr（III）的運(yùn)輸表現(xiàn)為消耗能量的被動(dòng)運(yùn)輸［25］，Cr（Ⅵ）的運(yùn)輸表現(xiàn)為無需能量的主動(dòng)運(yùn)輸［9-10］。而在體系中加入Cr（Ⅵ）還原菌后能使培養(yǎng)體系中Cr（Ⅵ）含量降低，從而使植物體內(nèi)Cr的積累量減少，降低植物對(duì)Cr（Ⅵ）的可利用度［34,47］。因此，小白菜幼苗中Cr積累量降低的原因可能是加入菌株E使得體系中Cr（Ⅵ）質(zhì)量濃度下降，降低了小白菜幼苗對(duì)Cr的可利用度。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，隨著Cr（Ⅵ）質(zhì)量濃度的升高，Cr（Ⅵ）對(duì)小白菜幼苗生長(zhǎng)的抑制作用越顯著。Cr（Ⅵ）對(duì)幼苗的生理生化毒性主要包括抑制生長(zhǎng)發(fā)育、抑制葉綠素以及蛋白質(zhì)的合成，并且誘導(dǎo)細(xì)胞的氧化應(yīng)激，造成細(xì)胞損傷。

具有Cr（Ⅵ）還原能力的菌株E可以在一定程度上緩解Cr（Ⅵ）對(duì)小白菜幼苗的植物毒性和氧化應(yīng)激效應(yīng)。菌株E可以通過增強(qiáng)小白菜幼苗對(duì)Cr（Ⅵ）的抗逆性，增加其對(duì)水分及必要營(yíng)養(yǎng)成分的吸收，從而促進(jìn)小白菜幼苗的生長(zhǎng)。通過降低Cr（Ⅵ）對(duì)葉片光合作用相關(guān)酶活性及相關(guān)蛋白質(zhì)合成酶的抑制作用，提高葉綠素及蛋白質(zhì)合成量。在高質(zhì)量濃度的脅迫條件下（＞4 mg/L），菌株E能夠通過促進(jìn)植物細(xì)胞的SOD活性并且降低葉片細(xì)胞中的MDA含量，從而緩解Cr（Ⅵ）誘導(dǎo)的氧化脅迫，減少細(xì)胞損傷。

Cr在小白菜幼苗中根、莖葉中的含量，隨著Cr（Ⅵ）的質(zhì)量濃度升高而增加。根部對(duì)Cr元素的富集顯著高于上半部分（莖葉）。Cr主要積累在小白菜根部，且不容易向莖葉部分轉(zhuǎn)移。添加菌株E可以在一定程度上降低小白菜幼苗對(duì)Cr（Ⅵ）的可利用度。