水楊酸對廢電池脅迫下小麥幼苗抗氧化系統的影響

摘要：采用土培法，研究不同質量濃度水楊酸（SA）處理對廢電池脅迫下小麥（Triticum aestivum L.）幼苗抗氧化系統的影響。結果表明，外源SA處理能明顯增強廢電池脅迫下小麥幼苗過氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）的活性，并對多項生理指標有改善作用。說明SA能通過刺激抗氧化酶的活性，減輕氧化脅迫，緩解廢電池對小麥幼苗的毒害作用。

關鍵詞：小麥（Triticum aestivum L.）；幼苗；廢電池；水楊酸；抗氧化系統

中圖分類號：S512.1 文獻標識碼：A 文章編號：0439—8114（2012）19—4207—03

隨著電池的廣泛應用，廢電池的產生也越來越多。廢電池中含有Hg、Cd、Pb、Ni、Mn等重金屬及酸、堿等電解質溶液，以重金屬污染為主[1]。重金屬嚴重影響植物的抗氧化系統，導致代謝過程的紊亂，最終降低植物的產量和品質[2]。目前我國每年生產電池約140億支，但使用后的廢電池回收、利用環節尚不完善，大多隨生活垃圾堆放或隨意丟棄。其中，農村生活垃圾往往堆制成有機肥施入農田，直接影響作物生長；而城市生活垃圾多為填埋處理，導致重金屬物質不斷滲入地下水，進而污染農作物。當土壤受到廢電池的污染后，不但對植物本身產生直接傷害并進一步累積在植物葉片、莖、根、果實等各個部位，最后通過食物鏈進一步威脅到人類的健康[3]。因此，如何緩解重金屬對植物的毒害、解決廢電池的污染問題越來越受到人們的關注。

水楊酸（SA）作為植物的一種內源激素和信號物質，使植物在系統獲得抗性方面有著重要的作用[4，5]。有關SA能緩解單一重金屬對植物的脅迫作用多有報道[6—9]，但SA能否緩解廢電池中多種金屬對植物的脅迫還少見報道。小麥（Triticum aestivum L.）是我國主要的糧食作物之一，小麥幼苗期的生長狀況直接影響其產量和質量。因此，筆者選取小麥為研究對象，采用土培法，研究不同質量濃度SA處理對廢電池脅迫下小麥幼苗抗氧化酶及生理特性的影響，旨在為緩解廢電池污染造成的毒害和農業生態環境保護提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為小麥周麥—1，購于周口市農業科學院。

1.2 試驗設計

將兩節五號廢電池剝開，放入燒杯中，加入1 000 mL去離子水浸泡24 h后過濾，得廢電池浸出液原液，然后將其與去離子水按1∶4的比例配制成稀釋液，再用此稀釋液配制成質量濃度為0、25、50、100、150、200 mg/L的SA溶液，并編號為1—6。選擇均一、飽滿的小麥種子，用10% NaClO消毒10 min后，用自來水沖洗數次，再用去離子水沖洗干凈。將種子分成7份，每份100粒，并編號0—6，編號0為對照，用去離子水培養，其他用相應編號含不同質量濃度SA的廢電池液浸種12 h后種在相應編號含經過篩選和翻曬的松軟沙土的托盤中，于室溫下培養，待幼苗長出4片真葉時，在每個托盤中選取同位葉測定酶活性及相應生理指標，3次重復。試驗過程中每12 h澆1次相應編號的溶液，每次25 mL。

1.3 測定方法

用愈創木酚法測定葉片過氧化物酶（POD）活性；用聯苯三酚自氧化法測定葉片超氧化物歧化酶（SOD）活性，在1 mL反應液中每分鐘抑制聯苯三酚自氧化速率達50%的酶量定義為一個活性單位；用硫代巴比妥酸法測定葉片丙二醛（MDA）含量；用考馬斯亮藍G—250顯色法測定葉片可溶性蛋白質含量[10]；用茚三酮比色法測定游離脯氨酸的含量[11]。

2 結果與分析

2.1 SA對廢電池脅迫下小麥幼苗抗氧化酶活性的影響

POD和SOD是植物杭氧化系統中重要的保護酶，能清除體內過多的活性氧簇（Reactive oxygen species，ROS），使機體免受氧化損傷。圖1顯示，在未添加SA的廢電池液脅迫下，小麥幼苗體內的POD活性較CK有所升高，這是植株對不良環境刺激表現出的正常應激反應；經外源SA處理后，在一定質量濃度范圍內（25～150 mg/L），POD的活性表現出先降低后升高的趨勢，其中SA濃度為50 mg/L時，POD活性降至最低值，隨后開始升高，當SA的濃度大于150 mg/L時，小麥幼苗體內的POD活性又開始緩慢下降。經不同質量濃度的外源SA處理后，小麥幼苗體內的SOD活性隨SA濃度的增加表現出先升高后下降的趨勢，其中SA質量濃度為50 mg/L時，SOD活性達到最高值，比未添加SA的廢電池液脅迫增加了48.45%，之后隨著SA濃度的升高開始下降，當SA濃度為200 mg/L時，SOD活性降至CK以下。可見，低濃度的SA能誘導小麥幼苗體內POD及SOD酶的活性，高濃度的SA對酶活性具有抑制作用。

2.2 SA對廢電池脅迫下小麥幼苗體內MDA含量的影響

MDA是衡量植物經逆境脅迫后膜脂過氧化程度的指標[3]，其在機體內的積累會對細胞產生毒害作用。圖2表明，在未添加SA的廢電池液脅迫下，小麥幼苗體內的MDA含量增加，說明廢電池對小麥幼苗產生了毒害作用。經外源SA處理后，MDA的含量降低，SA濃度達到100 mg/L時，MDA含量降至最低，比未添加SA的廢電池液脅迫下的MDA含量降低了39.51%；SA濃度高于100 mg/L時，MDA含量開始升高，說明SA可以緩解廢電池對小麥幼苗的脅迫作用，高濃度的SA緩解作用降低，且以100 mg/L的SA效果最佳。

2.3 SA對廢電池脅迫下小麥幼苗體內可溶性蛋白質及游離脯氨酸含量的影響

蛋白質是維持生命正常新陳代謝不可缺少的重要物質基礎，其含量的多少反映植物對脅迫環境適應能力的大小。從圖3可以看出，在未添加SA的廢電池液脅迫下，小麥幼苗可溶性蛋白質含量與CK相比變化不大，經不同質量濃度的外源SA處理后，其可溶性蛋白質含量明顯升高，在SA濃度為50 mg/L時可溶性蛋白質含量最高，達未添加SA的廢電池液處理的3.77倍。

脯氨酸作為植物重要的滲透調節物質，它的積累對逆境適應有著重要的意義。在重金屬離子污染下，其含量的變化可以認為是植物對逆境脅迫的一種生理生化反應。從圖3可以看出，在未添加SA的廢電池液脅迫下，小麥幼苗體內脯氨酸含量明顯降低，與CK相比，降低了67.63%，表現出明顯的受害現象。經外源SA處理后，其脯氨酸含量明顯升高，并以50 mg/L的SA處理效果最好，比未添加SA的廢電池液脅迫增加了173.34%。可見，適宜質量濃度的外源SA處理能夠促進小麥幼苗體內可溶性蛋白質的積累，提高脯氨酸的含量，增強小麥幼苗抗廢電池脅迫的能力。

3 討論

3.1 SA能抑制廢電池脅迫下小麥葉片活性氧的產生和提高抗氧化酶活性

植物受外界不良環境脅迫后，就會產生大量活性氧，當植物體內有過多的活性氧產生卻來不及清除時就會對植物體產生氧化脅迫和傷害，活性氧積累誘導膜脂過氧化，使多種生物大分子受到破壞[12]。前人研究表明，植物體內與電子傳遞相關的葉綠體、線粒體是活性氧產生的主要部位[13]，SA處理后能抑制活性氧的產生速率及H2O2的含量，其原因可能是SA能降低葉綠體和線粒體的電子傳遞速率，使活性氧產生量下降。有研究表明，SA能直接作用于線粒體的呼吸鏈從而使產生速率降低[14]，因而活性氧產生的量就相對減少。而姜晶等[15]研究則表明，SA能夠直接對超氧陰離子有清除的作用，至少在小麥葉片中，SA能否直接對活性氧進行清除還有待進一步的研究。前人研究表明草莓[16]、爬山虎離體葉片[17]、小麥[18]和水稻[19]經SA處理后能提高其抗氧化能力，這與此次試驗SA能提高廢電池脅迫下小麥幼苗SOD和POD的活性是一致的。SA處理能提高小麥葉片抗氧化酶的活性，抑制葉片超氧陰離子自由基的生成速率以及過氧化氫的含量，從而增強了細胞膜的穩定性，提高小麥在廢電池脅迫下的抗性。

3.2 SA能降低葉片中MDA的含量

MDA是膜脂過氧化的產物，MDA含量的多少與膜脂過氧化程度有關，所以它可以作為植物抗逆性的指標。試驗結果表明，在廢電池脅迫下，小麥葉片中MDA大量積累，說明廢電池中的重金屬對葉片有傷害作用。一定質量濃度的外源SA處理可以降低小麥幼苗體內MDA的含量，從而提高其抗逆性。

3.3 SA能促進小麥幼苗體內可溶性蛋白質的積累，增加游離脯氨酸的含量

脯氨酸是植物體內蛋白質的組分之一，并以游離狀態廣泛存在于植物體內。在干旱、鹽漬、重金屬等脅迫條件下，許多植物體內脯氨酸會大量積累，積累的脯氨酸除了作為植物細胞質內滲透調節物質外，還在穩定生物大分子結構、降低細胞酸性、解除氨毒以及作為能量庫調節細胞氧化還原勢等方面起重要作用。但本試驗的結果表明，廢電池脅迫下，小麥幼苗體內脯氨酸的含量卻呈現明顯的下降趨勢，這與理論不相吻合，原因是廢電池中的重金屬已經嚴重破壞了葉片的結構，使得葉片中的脯氨酸不但不能積累，反而下降。而外源SA處理后，其脯氨酸含量明顯升高，并以50 mg/L的SA處理效果最好。可見，適宜質量濃度的外源SA處理能夠提高小麥幼苗體內脯氨酸的含量，促進其可溶性蛋白質的積累，增強小麥幼苗抗廢電池脅迫的能力。

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