袁 航,張加志,陳莉雯,游 曌,譚 霞,李家良,萬 燕1，,3，趙 鋼1，，3

(1.成都大學(xué) 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部雜糧加工重點實驗室，四川 成都 610106;2.成都大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，四川 成都 610106；3.四川省雜糧產(chǎn)業(yè)化工程技術(shù)研究中心，四川 成都 610106)

0 引 言

重金屬鉛是毒害性強的環(huán)境污染物之一，鉛污染嚴(yán)重影響作物的產(chǎn)量與品質(zhì)，進(jìn)而給人類健康帶來極大的威脅[1-2].苦蕎是我國傳統(tǒng)的雜糧作物之一，具有較高的食用價值和保健作用[3].我國苦蕎種植主要集中在四川、云南及貴州等地區(qū)，但由于礦產(chǎn)資源的過度開發(fā)，四川某些地區(qū)鉛等重金屬污染嚴(yán)重[4-5].研究表明，抗水解穩(wěn)定離子鈦能將光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能再借助酶轉(zhuǎn)變?yōu)樯锬?，喚醒植物因農(nóng)殘及惡劣氣候條件等造成的休眠和半休眠狀態(tài)的植物基因，使作物的這些基因特性充分地表達(dá)[6]，同時，鈦還可提高酶的活性、促進(jìn)氮素的吸收以及增強植物的光合作用等[7].因此，本文通過研究重金屬鉛脅迫下用不同濃度離子鈦溶液對苦蕎幼苗生長發(fā)育的影響，旨在為提高植物抗重金屬脅迫能力及緩解鉛污染的毒害作用提供實驗數(shù)據(jù).

1 材料與方法

1.1 材 料

實驗材料選用苦蕎大面積推廣品種川蕎1號，由四川涼山彝族自治州昭覺農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所選育而成，由成都大學(xué)雜糧研究實驗室提供.

1.2 實驗設(shè)計

精選大小基本一致且飽滿的種子，使用1%高錳酸鉀溶液浸泡消毒1 h，先后用乙醇和蒸餾水清洗后，再用0、2.0、4.0、8.0、10.0 mg/L濃度離子鈦溶液浸種12 h，置于300 mg/kg鉛溶液浸潤的培養(yǎng)盒中，作為發(fā)芽指標(biāo)的測定，并于恒溫箱中25 ℃恒溫培養(yǎng)11 d，每天澆水2次.另取種子采用相同的方法進(jìn)行消毒處理，蒸餾水浸種12 h，置于蒸餾水浸潤的培養(yǎng)盒中，用作生理生化指標(biāo)的測定，并于恒溫箱中25 ℃恒溫培養(yǎng)，每天澆水2次.8 d后分別改用離子鈦溶液與300 mg/kg鉛溶液混合噴灑，于恒溫箱中25 ℃恒溫繼續(xù)培養(yǎng)3 d.

實驗設(shè)置：鉛脅迫與離子鈦處理組，T1+Pb、T2+Pb、T3+Pb、T4+Pb、T5+Pb分別為鉛脅迫下0、2.0、4.0、8.0、10.0 mg/L離子鈦溶液處理；對照組，CK(正常澆水)與T0+Pb(鉛脅迫處理而未施加離子鈦)組.自培養(yǎng)開始起每日進(jìn)行處理，直至第11 d收獲取樣.

1.3 測定指標(biāo)

每天同一時間記錄離子鈦浸種處理種子萌發(fā)數(shù)量，計算發(fā)芽率、發(fā)芽勢以及發(fā)芽指數(shù).取樣后，使用專業(yè)根系分析系統(tǒng)WinRHIZO對其進(jìn)行根系分析；培養(yǎng)后，采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測定可溶性蛋白的含量[8]，采用常用的蒽酮法測定可溶性糖含量[9]，采用硫代巴比妥酸與丙二醛的顯色反應(yīng)測定丙二醛(MDA)含量[10]，氮藍(lán)四唑還原法測超氧化物歧化酶(SOD)含量[11]，愈創(chuàng)木酚氧化法測愈創(chuàng)木酚過氧化物酶(POD)含量[12]，利用過氧化氫分解法測過氧化氫酶(CAT)含量[13].

1.4 數(shù)據(jù)分析與處理

采用Excel 2003和DPS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、繪圖和統(tǒng)計分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)芽率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)

鉛脅迫下離子鈦浸種對苦蕎種子發(fā)芽的影響如圖1所示.

圖1 鉛脅迫下離子鈦浸種對苦蕎種子發(fā)芽的影響

從圖1可知，鉛脅迫下苦蕎種子發(fā)芽受到嚴(yán)重抑制，種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均低于CK組.與CK組相比，鉛處理(T0+Pb)后苦蕎種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)降低幅度分別為45.95%、47.06%、60.97%；添加離子鈦后，其發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均增加，且隨著濃度的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，以T3+Pb處理最高，能明顯緩解因鉛脅迫造成的發(fā)芽抑制.

2.2 根系形態(tài)分析

鉛脅迫下離子鈦浸種對苦蕎幼苗根系的影響相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示.

表1 鉛脅迫下離子鈦浸種對苦蕎幼苗根系的影響

由表1可知，CK組根系生長發(fā)育狀態(tài)良好，平均總根長達(dá)18 cm，而受到鉛脅迫的T0+Pb組根長受到明顯抑制，平均長度只有4 cm.在實驗組中，T3+Pb組總根長度、總根表面積和總根體積最大，分別為25.38 cm、2.23 cm2和0.016 cm3，該組平均分支數(shù)、交叉數(shù)和鏈接數(shù)也為最大.

2.3 可溶性糖含量

鉛脅迫與不同離子鈦濃度下苦蕎幼苗可溶性糖含量如圖2所示.

由圖2可知，在苦蕎幼苗生長發(fā)育過程中，鉛脅迫的植株可溶性糖含量均顯著高于CK組.其中,T4+Pb組可溶性糖含量最高，相較于T0+Pb組提升了20.3%.低濃度下的T1+Pb、T2+Pb及T3+Pb則低于T0+Pb組，且T1+Pb組僅含有17.2%的可溶性糖含量.

圖2 鉛脅迫與不同離子鈦濃度下苦蕎幼苗可溶性糖含量

2.4 可溶性蛋白含量

鉛脅迫與不同離子鈦濃度下苦蕎幼苗可溶性蛋白含量如圖3所示.

圖3 鉛脅迫與不同離子鈦濃度下苦蕎幼苗可溶性蛋白含量

由圖3可知，低濃度離子鈦處理后可溶性蛋白含量與對照組不存在顯著差異，隨離子鈦濃度的上升，可溶性蛋白含量隨之上升，進(jìn)一步促進(jìn)了植株體內(nèi)可溶性蛋白的合成.T5+Pb組可溶性蛋白含量最高，且顯著高于CK組，相較于T0+Pb組增加了33.3%.

2.5 MDA含量

鉛脅迫與不同離子鈦濃度下苦蕎幼苗MDA含量如圖4所示.

圖4 鉛脅迫與不同離子鈦濃度下苦蕎幼苗MDA含量

由圖4可知，鉛脅迫后苦蕎幼苗的MDA含量均有上升，各濃度離子鈦處理之間MDA含量差異不大，且無明顯規(guī)律，說明MDA含量和離子鈦處理濃度之間不存在相關(guān)性.但T2+Pb組和T5+Pb組的MDA含量水平顯著高于T0+Pb組.

2.6 SOD含量

鉛脅迫與不同離子鈦濃度下苦蕎幼苗SOD含量如圖5所示.

由圖5可知,在鉛脅迫下，顯著抑制了苦蕎幼苗SOD活性.相較于CK組，T0+Pb組SOD含量下降了55.99%.各鉛脅迫處理組酶活性水平均處于較低狀態(tài)，T3+Pb處理濃度的實驗組SOD活性最低.

圖5 鉛脅迫與不同離子鈦濃度下苦蕎幼苗SOD含量

2.7 CAT含量

鉛脅迫與不同離子鈦濃度下苦蕎幼苗CAT含量如圖6所示.

圖6 鉛脅迫與不同離子鈦濃度下苦蕎幼苗CAT含量

由圖6可知，在鉛脅迫下，各組苦蕎幼苗CAT酶活性均有所上升，中等適宜離子鈦濃度處理后CAT酶活性有顯著提升，高濃度下表現(xiàn)為抑制作用.其中酶活性最高的是T3+Pb實驗組，相較于T0+Pb提升了1.07倍.

2.8 POD含量

鉛脅迫與不同離子鈦濃度下苦蕎幼苗POD含量如圖7所示.

由圖7可知，在鉛脅迫下，相較于CK組，T0+Pb組POD酶的活性下降了24.4%，其中T2+Pb組活性最低.T3+Pb組POD酶活性有極顯著的提高，相較于T0+Pb組提升了2.9倍.高濃度離子鈦則對POD酶的活性產(chǎn)生了抑制作用.

圖7 鉛脅迫與不同離子鈦濃度下苦蕎幼苗POD含量

3 討 論

重金屬鉛脅迫是影響作物生長發(fā)育的重要因素，能夠抑制種子萌發(fā)、幼苗生長、影響植株形態(tài)、生理生化特性和產(chǎn)量等[14-17].研究表明，鉛脅迫可造成植株矮小，生長衰退，并促進(jìn)根系生長吸收養(yǎng)分等[18-19]，而本研究也發(fā)現(xiàn)鉛脅迫能抑制種子萌發(fā)，促進(jìn)根系生長.可溶性糖與可溶性蛋白等是重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，細(xì)胞通過積累滲透性物質(zhì)維持滲透壓[20-21].MDA是膜脂過氧化的最終產(chǎn)物，其含量可以反映膜脂氧化傷害的程度[22].重金屬脅迫是一種氧化脅迫，造成活性氧的缺失，體現(xiàn)超氧陰離子自由基含量的增加，對植物造成傷害[23]，而植物體內(nèi)的SOD、POD及CAT等抗氧化酶組成了一個有效的活性氧自由基清除系統(tǒng)[24-25].本研究發(fā)現(xiàn)較高濃度鉛脅迫對苦蕎幼苗中的可溶性蛋白、可溶性糖、MDA、SOD、POD及CAT均有較大影響.抗水解穩(wěn)定離子鈦作為一種促植物生長調(diào)節(jié)劑，能增強植物光合作用，促進(jìn)分化和誘導(dǎo)愈傷組織，提高作物抗旱、抗寒與抗病等抗逆能力，激發(fā)植物體內(nèi)酶的活性，增強植物細(xì)胞活力[26].大量研究表明，離子鈦能夠促進(jìn)種子萌發(fā)，提高種子發(fā)芽率[27-30]，提高幼苗可溶性糖及可溶性蛋白的含量[31].本研究也發(fā)現(xiàn)，離子鈦能有效提高鉛脅迫下苦蕎種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)，促進(jìn)根的生長，提高可溶性蛋白、可溶性糖的含量及氧化酶活性.苦蕎是食藥兩用作物，具有較強的活性成分，而重金屬鉛對植物生長發(fā)育具有較強的毒害作用，而抗水解穩(wěn)定離子鈦對環(huán)境和生物友好，屬“實際無毒級物質(zhì)”[6].探討離子鈦對鉛脅迫下苦蕎幼苗生長發(fā)育的影響，為進(jìn)一步研究離子鈦對苦蕎鉛脅迫的緩解作用和機理具有現(xiàn)實意義.