綠豆幼苗對汞脅迫的生理響應

摘要：用沙培法探究綠豆幼苗在生長過程中受到Hg2+脅迫后的生理響應。試驗結果表明，當Hg2+濃度小于1 mg/L，根活力有所增強，而隨Hg2+脅迫濃度增加，根活力下降；當Hg2+濃度為80 mg/L時，其活力為對照組的21%，根老化加速。植株葉綠素含量隨Hg2+濃度的增加而呈現下降趨勢，Hg2+濃度大于10 mg/L時，對葉綠素含量的影響尤為明顯；綠豆幼苗體內SOD、CAT活力對Hg2+脅迫反應相似，當Hg2+濃度為1～10 mg/L時，其SOD、CAT活力呈現上升趨勢并高于對照組；之后則呈現下降趨勢，并低于對照組。當Hg2+濃度為80 mg/L時，SOD、CAT活力分別為對照組的36%和32%。綠豆幼苗體內脯氨酸和丙二醛的含量隨Hg2+濃度增加而增加。

關鍵詞：汞離子；脅迫；綠豆；幼苗；生理響應

中圖分類號：S522 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2012）21-4736-03

Physiological Response of Mung Bean Seedling to Hg2+ Stress

LIU Zhi-wei，WANG Xiao-ping，MAO Shan-guo

（Department of Biology Chemistry and Environmental Engineering，Nanjing Xiaozhuang College，Nanjing 211171，China）

Abstract： The physiological response of mung bean seedling under Hg2+ stress was studied by sand culture method. The results showed that when concentration of Hg2+ was lower than 1 mg/L， the root vigor was enhanced. As the stress concentration of Hg2+ increased， root the vigor was weakened； when Hg2+ concentration was 80 mg/L， the root vigor was 21% of that in control； and the aging of root was speed up. The chlorophyll content decreased with the increase of Hg2+ concentration； the impact was especially strong when Hg2+ concentration was higher than 10 mg/L. The SOD and CAT activity reacted similarly to Hg2+ stress. SOD and CAT activity increased and was higher than that of control when Hg2+ concentration was 1～10 mg/L， then decreased with the increase of Hg2+ concentration and was lower than that of control. When Hg2+ concentration was 80 mg/L， SOD and CAT activity was 36% and 32% of the control respectively. The content of Pro and MDA increased with the increasing of Hg2+ concentration.

Key words： Hg2+； stress； mung bean（Phaseolus vadiatus L.）； seedling； physiological response

汞元素在工業生產上被廣泛應用，處理不徹底的廢水、廢渣中的汞進入環境后，大部分存在于土壤的表面，對植物有著直接的傷害[1，2]，并由生物鏈危及人類健康[3]。綠豆（Phaseolus vadiatus L.）具有良好的食用、藥用價值，是被廣泛種植的農作物之一。隨著人們生活水平的提高，人們對其需求量也逐步增加，同時其品質也備受關注。對綠豆幼苗生長受到重金屬脅迫的生理響應的研究不僅有助于了解植物耐重金屬脅迫的生理生化機制，而且能為農田綠豆種植重金屬污染的監測和綜合治理方面提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗綠豆種子為蘇綠1號。

1.2 試驗處理

挑選飽滿、大小較一致的綠豆種子種植于石英沙盆中。待出苗后，每天用1/2 Hoagland培養液澆灌1～2次，光照10 h；等幼苗長出6片真葉，開始移栽到編號為A、B、C、D、E、F和G的花盆中，并對應地用濃度分別為1、5、10、20、40、60、80 mg/L的Hg2+溶液澆灌，用去離子水澆灌對照組（H），7 d后進行生理指標的測試。

1.3 項目測定

根系活力測定采用α-萘胺氧化法[4]，葉綠素含量測定采用分光光度法[4]，采用磺基水楊酸與茚三酮顯色法測定脯氨酸的含量[4]，采用比色法測定SOD的活性[4]，采用紫外分光光度計法測定CAT的活性[5]，采用硫代巴比妥酸法測定丙二醛的含量[6]。

2 結果與分析

2.1 Hg2+脅迫對綠豆幼苗根系活力的影響

由圖1可知，當Hg2+濃度為1 mg/L時，綠豆幼苗的根系活力高于對照組，為對照組的114%。隨Hg2+脅迫濃度的增加，綠豆的根系活力出現被抑制的現象，Hg2+脅迫濃度越大，根系活力下降趨勢越明顯。

2.2 Hg2+脅迫對綠豆幼苗葉綠素a、b含量的影響

葉綠素是光合作用的場所，主要由葉綠素a、b等色素組成。葉綠素含量可以在一定程度上反映光合作用水平。葉綠素含量降低，光合作用減弱，會導致植物生長受挫，嚴重玲等[7]認為，葉綠素含量的減少是衡量葉片衰老的重要指標。由圖2可知，植株受到1 mg/L Hg2+的脅迫時，葉綠素a、b的值分別為對照組的97%和89%；隨著Hg2+脅迫濃度的不斷增加，葉綠素a、b含量均呈現下降趨勢。當Hg2+濃度為60 mg/L時，葉綠素a、b的值分別為對照組的23%和19%。

2.3 Hg2+脅迫對綠豆幼苗脯氨酸含量的影響

由圖3可知，在Hg2+脅迫下，綠豆幼苗體內脯氨酸含量均隨著Hg2+脅迫濃度的增加而不斷增大。當Hg2+濃度小于10 mg/L時，綠豆幼苗體內脯氨酸含量呈現增加趨勢，但增加幅度不大；當Hg2+濃度為5 mg/L時，綠豆幼苗體內脯氨酸含量是對照組的107%；Hg2+濃度增加到40 mg/L時，綠豆幼苗體內的脯氨酸含量呈現明顯增加趨勢，達到對照組的158%；當Hg2+濃度為80 mg/L時，綠豆幼苗體內脯氨酸含量明顯高于對照組，為對照組的196%。

2.4 Hg2+脅迫對綠豆幼苗丙二醛含量的影響

丙二醛（MDA）是膜脂過氧化產物，其含量能反映膜的受損程度。膜受到的損傷程度越大，其含量就越高。由圖4可知，Hg2+的脅迫均增大膜的受損程度，當Hg2+濃度分別為1、5 mg/L時，MDA含量分別為對照組的105%、119%，隨著Hg2+脅迫濃度的增加，幼苗體內MDA含量出現明顯增加趨勢，當Hg2+濃度為40 mg/L時，幼苗體內MDA含量為對照組的145%；當Hg2+濃度為80 mg/L時，幼苗體內MDA含量明顯高于對照組，為對照組的178%。

2.5 Hg2+脅迫對綠豆幼苗SOD、CAT活力的影響

在Hg2+脅迫條件下，SOD和CAT活力變化趨勢相似，均呈現先增加后降低的趨勢。由圖5、6可知，當Hg2+濃度小于10 mg/L時，SOD和CAT活力呈現上升趨勢，當Hg2+濃度為10 mg/L時，SOD、CAT分別達到極大值，分別為對照組的258%和204%。而后隨著Hg2+濃度的增加，SOD、CAT的活性呈現下降趨勢，當Hg2+濃度為80 mg/L時，SOD、CAT的活性最低，分別為對照組的36%、32%。

3 討論

研究表明重金屬污染對植物的生長會產生一定的影響[8]。本研究結果表明，不同濃度的Hg2+對綠豆幼苗影響是不同的，當Hg2+濃度小于1 mg/L時，綠豆幼苗受到低濃度的Hg2+刺激，能短暫地提高根系活力，增加自身的抗性；當Hg2+濃度小于1 mg/L時，Hg2+對綠豆幼苗葉綠素合成影響較小，其含量為對照組的97%，但隨脅迫濃度的增加，根的活力和葉綠素的含量受影響較大；當Hg2+濃度大于10 mg/L時，隨著脅迫濃度的增大，根系活力和葉綠素含量下降幅度較大，其中葉綠素a受到的影響比葉綠素b更加明顯。

脯氨酸是植物重要的滲透調節物質，它的積累對逆境有適應的意義，也常作為植物對逆境脅迫的一種生理指標。當Hg2+濃度小于10 mg/L時，綠豆幼苗脯氨酸含量呈現增加趨勢，但增加幅度不大，隨著Hg2+脅迫濃度的增加，綠豆幼苗脯氨酸含量明顯增加。當Hg2+濃度分別為40、80 mg/L時，綠豆幼苗脯氨酸含量分別是對照組的158%、196%。

MDA是膜脂過氧化作用的重要產物之一，其含量的高低和細胞質膜通透性的變化是反映細胞膜脂過氧化作用和質膜迫害程度的重要指標。SOD和CAT是植物體內重要的保護性酶，其中SOD主要功能是清除超氧陰離子，CAT可以把SOD清除超氧陰離子產生的H2O2分解成H2O和O2達到清除自由基的目的，從而保護植物體，酶的活力與植物的抗逆性密切相關。當Hg2+濃度小于10 mg/L時，SOD和CAT活力呈現上升趨勢，當Hg2+濃度為10 mg/L時，SOD、CAT活力分別為對照組的258%和204%，抗氧化能力有一定的增強，在這個脅迫濃度下，MDA的變化也不大，當Hg2+濃度小于5 mg/L時，MDA為對照組的119%，這是植物適應外界抗性的一種表現，故與其他研究幼苗SOD活性變化的試驗結果不盡相同[9]。當Hg2+濃度為80 mg/L高濃度脅迫下，SOD、CAT的活性明顯降低，分別為對照組的36%和32%。

參考文獻：

[1] 高大翔，郝建朝，李子芳，等.汞脅迫對水稻生長及幼苗生理生化的影響[J]. 農業環境科學學報，2008，27（1）：58-61.

[2] 王小平，華 春，吳向華，等. Cr3+脅迫對油菜幼苗抗氧化酶系統和MDA的影響[J].湖北農業科學，2011，50（8）：1537-1539.

[3] 廖自基.微量元素的環境化學及生物效應[M]. 北京：中國環境科學出版社，1993.299-302.

[4] 張志良，瞿偉菁.植物生理學實驗指導[M].北京：高等教育出版社，2002.36-37，67-70，258-259.

[5] 路 明，王艷東，許明麗，等.甲基茉莉酸對懸浮培養南方紅豆杉細胞自由基清除系統酶的影響[J].中草藥，2002，33（11）：985-988.

[6] 李 玲，李娘輝.植物生理學模塊實驗指導[M].北京：科學出版社，2009.80-83.

[7] 嚴重玲，李瑞智，鐘章成.模擬酸雨對綠豆、玉米生理生態特性的影響[J].應用生態學報，1995（6）：124-131.

[8] 王小平，宋東杰，周泉澄，等.Cr3+脅迫對苦草葉片活性氧清除系統和葉細胞超微結構的影響[J].植物資源與環境學報，2008， 17（2）：56-60.

[9] 劉世鵬，徐玉霖.水分脅迫對綠豆抗氧化物質活性的影響[J].延安大學學報，2008，27（3）：77-80.

收稿日期：2011-11-17

基金項目：南京曉莊學院自然科學基金資助（2010KYYB14）

作者簡介：劉志偉（1990-），男，南京人，2008級生物技術專業本科生，主要從事植物生理方面的研究工作，（電子信箱）168586435@qq.com；

通信作者，王小平（1969-），碩士，副教授，（電話）13851524368（電子信箱）wangxpb@163.com。