大葉種普洱茶幼苗對(duì)鎘脅迫的生理響應(yīng)

王婭玲 李維峰 蘇志龍 羅銀鈴

摘要

[目的]為了研究鎘對(duì)大葉種普洱茶幼苗葉綠素含量以及過(guò)氧化氫酶（CAT）活性、超氧化物歧化酶（SOD）活性、過(guò)氧化物酶（POD）活性以及丙二醛（MDA）含量等生理特性的影響。[方法]以長(zhǎng)葉白毫茶苗為供試植物，采用砂培方法。[結(jié)果]當(dāng)鎘濃度在0～80 mg/L范圍內(nèi)，茶幼苗葉綠素含量先上升后下降；CAT、POD活性先升高后下降；而SOD活性隨著鎘濃度的增加含量均逐漸下降，MDA含量則一直呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。[結(jié)論]鎘脅迫下大葉種普洱茶幼苗膜系統(tǒng)受到一定程度的破壞。

關(guān)鍵詞 鎘脅迫；大葉種普洱茶；葉綠素；抗氧化酶

中圖分類號(hào) S571 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2014）26-08873-02

Physiolohical Responses of Largeleaf Puer Tea Seedling to Cadmium Stress

WANG Yaling， LUO Yinling et al

（Yunnan Vocational College of Tropical Crops， Puer， Yunnan 665000； Puer University， Puer， Yunnan 665000）

Abstract [Objective] In order to elucidate the influence of cadmium on the largeleaf puer tea seeding chlorophyll content， catalase （CAT） activity， superoxide （SOD） activity， peroxidase （POD） activity and malondialdehyde （MDA） content and their influence on the physiological characteristics. [Method] Changyebaihao tea seeding was adopted in the study using the sand culture method. [Result] The result showed that when cadmium concentration was 0-80 mg/L， chlorophyll content increased first and then decreased. The activities of CAT and POD went up at the beginning of cadmium stress， but they were decreased as the quantity of cadmium increasing. The activities of SOD showed the downtrend as the quantity of cadmium increasing， while the MDA content increased all the time. [Conclusion] The result suggested that the membrane system of largeleaf puer tea seeding was damaged by cadmium stress.

Key words Cadmium stress； Largeleaf puer tea； Chlorophyll； Antioxidant enzyme

重金屬鎘是最常見的環(huán)境污染物之一。過(guò)量的鎘進(jìn)入農(nóng)作物內(nèi)會(huì)對(duì)植物的生長(zhǎng)造成不利的影響^[1]，不僅阻礙農(nóng)作物正常生長(zhǎng)發(fā)育，而且通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體后對(duì)人的神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)等產(chǎn)生危害，嚴(yán)重威脅人類健康^[2]。近年來(lái)，有關(guān)鎘對(duì)植物的生長(zhǎng)及酶活性的影響國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了較多的研究^[3-7]。駱耀平等^[8]采用盆栽試驗(yàn)對(duì)鎘脅迫2個(gè)茶品種新梢的光合速率及過(guò)氧化物酶、超氧化物歧化酶活性進(jìn)行了研究。王春梅等^[9]采用盆栽試驗(yàn)研究了高濃度鎘對(duì)名山白毫品系茶樹生理及吸收積累特性的影響。目前，鎘污染對(duì)大葉種普洱茶幼苗生理影響的研究未見報(bào)道。筆者擬采用砂基水培方法，研究在不同濃度梯度鎘脅迫下大葉種普洱茶幼苗葉片葉綠素和抗氧化酶的變化，探討重金屬鎘脅迫對(duì)大葉種茶幼苗超氧化物歧化酶、過(guò)氧化物酶、過(guò)氧化氫酶、丙二醛以及葉綠素含量的影響，為大葉種茶幼苗的抗重金屬脅迫機(jī)制研究提供理論依據(jù)，也為正確評(píng)估重金屬鎘脅迫對(duì)普洱茶規(guī)模化種植造成的損失提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試茶幼苗來(lái)自云南熱帶作物職業(yè)學(xué)院溫室育苗大棚，品種為長(zhǎng)葉白毫。袋裝扦插繁殖茶幼苗，待幼苗長(zhǎng)至2對(duì)葉，選擇長(zhǎng)勢(shì)均勻一致的幼苗進(jìn)行試驗(yàn)。栽培基質(zhì)采用60～80目分析純石英砂，幼苗、基質(zhì)在栽培前均用濃度0.1%高錳酸鉀消毒，并用去離子水洗凈。營(yíng)養(yǎng)液采用HoaglandArnon培養(yǎng)液。鎘脅迫溶液則采用氯化鎘配制，先將氯化鎘與去離子水配制成1 g/L溶液，然后按照不同比例加入HoaglandArnon營(yíng)養(yǎng)液中，配制成0、10、20、40、60、80 mg/L 6個(gè)梯度濃度的鎘脅迫溶液。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用口徑18 cm、高13 cm的花盆。塑料盆消毒洗凈后裝入適量消毒好的石英砂，每盆植入3株長(zhǎng)葉白毫茶幼苗，將栽好的試驗(yàn)盆放置于溫室大棚內(nèi)培養(yǎng)，先用HoaglandArnon營(yíng)養(yǎng)液澆灌，待咖啡幼苗恢復(fù)正常生長(zhǎng)7 d后，再將配好的鎘脅迫營(yíng)養(yǎng)液分別加入不同花盆內(nèi)進(jìn)行脅迫試驗(yàn)，每盆每日澆灌20 ml不同脅迫濃度的鎘溶液，使得盆內(nèi)砂基濕度維持在75%左右。每個(gè)脅迫濃度設(shè)3個(gè)重復(fù)。脅迫處理2個(gè)月后進(jìn)行取樣，測(cè)定各項(xiàng)生理指標(biāo)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

過(guò)氧化物酶活性的測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法^[10]；丙二醛的測(cè)定采用硫代巴比妥酸（TBA）比色法^[11]；過(guò)氧化氫酶活性的測(cè)定采用紫外吸收法^[12]；超氧化物歧的測(cè)定化酶活性的測(cè)定采用氮藍(lán)四唑（NBT）比色法^[12]，葉綠素含量的測(cè)定采用分光光度法^[13]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Excel2003進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 鎘脅迫對(duì)長(zhǎng)葉白毫茶幼苗葉綠素含量的影響

從表1可以看出，隨著鎘處理濃度的增加，葉綠素a、b及葉綠素總量在鎘脅迫濃度0～10 mg/L的范圍內(nèi)隨著鎘濃度的升高而略有增加，但濃度超過(guò)10 mg/L后，隨著鎘濃度的增加葉綠素a、葉綠素b及葉綠素總量均呈迅速下降趨勢(shì)；當(dāng)鎘濃度達(dá)80 mg/L時(shí)，與空白對(duì)照相比，葉綠素總量下降了7.44%。該試驗(yàn)結(jié)果與郭艷麗等^[14]研究結(jié)果相一致。

2.2 鎘脅迫對(duì)長(zhǎng)葉白毫茶幼苗SOD活性的影響

SOD是植物體內(nèi)以氧自由基為底物的酶。在受到外來(lái)脅迫時(shí)，植物體內(nèi)產(chǎn)生大量活性氧自由基。SOD能及時(shí)、有效地清除自由基，是植物體內(nèi)最重要的清除活性氧自由基的酶^[15]。從表2可以看出，在鎘濃度為10、20、40、60、80 mg/L脅迫下，茶幼苗SOD活性均低于空白對(duì)照且呈逐漸下降的趨勢(shì)，依次比對(duì)照下降16.54%、30.68%、33.62%、37.58%、40.31%，表明當(dāng)茶幼苗受到鎘脅迫時(shí)，SOD活性明顯受到抑制，鎘對(duì)大葉種普洱茶幼苗葉片SOD活性毒害作用較大。

2.3 鎘脅迫對(duì)長(zhǎng)葉白毫茶幼苗CAT活性的影響

CAT是植物細(xì)胞內(nèi)清除活性氧的一種重要酶。它可以將過(guò)氧化氫分解為水和氧氣，從而維持細(xì)胞內(nèi)過(guò)氧化氫的正常水平。從表2可以看出，在10、20、40、60、80 mg/L不同濃度鎘脅迫下，茶幼苗葉片CAT活性呈先升高后降低的變化趨勢(shì)，其中在鎘濃度10 mg/L處理后，CAT活性為空白對(duì)照的1.1倍；當(dāng)鎘濃度<10 mg/L時(shí)，CAT活性呈上升趨勢(shì)，原因可能是在鎘濃度較低時(shí)，茶幼苗體內(nèi)SOD催化分子氧活化的第1個(gè)中間產(chǎn)物超氧物陰離子自由基O₂-的歧化反應(yīng)而形成O₂和H₂O₂，受到生成的H₂O₂刺激，CAT做出應(yīng)激反應(yīng)，所以其活性升高。但，隨著鎘濃度的大幅增加，CAT與SOD一樣，其活性受到抑制而不斷下降，原因可能是茶幼苗長(zhǎng)時(shí)間受到鎘脅迫后，CAT酶分子構(gòu)型發(fā)生改變。

2.4 鎘脅迫對(duì)長(zhǎng)葉白毫茶幼苗POD活性的影響

POD是植物體內(nèi)清除活性氧酶系統(tǒng)的重要組成部分，在控制膜脂的過(guò)氧化、清除超氧自由基等方面起到重要的作用。從表2可以看出，POD活性在低濃度鎘脅迫下上升，在鎘脅迫強(qiáng)度超過(guò)10 mg/L后，POD活性下降至低于空白對(duì)照，在鎘脅迫濃度為80 mg/L時(shí)，與對(duì)照相比POD活性下降了10.6%。POD活性對(duì)外界不良環(huán)境如高溫、水分脅迫、重金屬脅迫等反應(yīng)非常敏感。試驗(yàn)中，低濃度的鎘迫使得茶體內(nèi)產(chǎn)生過(guò)氧化物，POD利用H₂O₂催化過(guò)氧化物氧化分解，避免對(duì)植物體產(chǎn)生傷害，而低濃度鎘脅迫導(dǎo)致H₂O₂濃度增加，誘導(dǎo)POD活性的增加，從而表現(xiàn)出先升高后降低的活性變化趨勢(shì)。

2.5 鎘脅迫對(duì)長(zhǎng)葉白毫茶幼苗MDA活性的影響

MDA是細(xì)胞膜上不飽和脂肪酸被活性氧氧化后的產(chǎn)物，其含量可以直接反映細(xì)胞膜質(zhì)過(guò)氧化的程度。從表2可以看出，在重金屬鎘脅迫下，茶幼苗葉片MDA含量隨鎘濃度增加而顯著升高，在80 mg/L鎘脅迫下茶幼苗MDA含量比對(duì)照增加了56.15%。這與夏建國(guó)等^[16]的研究結(jié)果相一致。這說(shuō)明細(xì)胞膜受到較嚴(yán)重的損害。

3 結(jié)論與討論

作為植物進(jìn)行光合作用的主要色素，葉綠素含量的高低是判斷植物光合能力、受重金屬脅迫狀況的重要指標(biāo)^[17-18]。研究表明，在鎘脅迫下，長(zhǎng)葉白毫茶幼苗體內(nèi)葉綠素a、葉綠素b含量均在低濃度時(shí)升高；但是，隨著鎘濃度的增加，高濃度的鎘損害了葉綠體的結(jié)構(gòu)，降低了合成葉綠素的相關(guān)酶的活性，從而導(dǎo)致葉綠素含量降低。

在正常生長(zhǎng)過(guò)程中，植物體內(nèi)SOD、POD、CAT等抗氧化保護(hù)酶能及時(shí)清除有害物質(zhì)誘導(dǎo)產(chǎn)生過(guò)多的自由基，防止自身受到氧化傷害^[19-20]。重金屬鎘會(huì)導(dǎo)致植物體內(nèi)抗氧化酶功能紊亂，活性氧的清除能力降低，導(dǎo)致植物體活性氧積累，膜質(zhì)過(guò)氧化，細(xì)胞膜遭到破壞。結(jié)果表明，在鎘脅迫下，長(zhǎng)葉白毫茶幼苗葉片SOD活性降低；POD、CAT活性在鎘濃度≤10 mg/L的脅迫下，酶活性隨鎘濃度增加而升高，而后當(dāng)鎘濃度>10 mg/L時(shí)，酶活性隨鎘濃度的的增加而降低，導(dǎo)致自由基的產(chǎn)生和清除平衡被破壞，活性氧自由基在植物體內(nèi)大量積累，從而使生物大分子變性、細(xì)胞膜氧化、MDA含量升高，并且逐漸開始顯示出鎘的毒害作用。

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