砷脅迫對向日葵苗期生理特性的影響

彭小東+曾小飚

摘 要：該實驗采用不同濃度砷溶液對向日葵幼苗進行脅迫處理，研究砷脅迫對向日葵苗期生理特性的影響，以期為今后開發利用向日葵進行砷污染土壤修復提供理論依據。結果顯示：隨著砷脅迫濃度的不斷升高，向日葵幼苗葉片的可溶性蛋白含量呈現出先下降后上升的趨勢；可溶性糖含量呈現先升高再下降的趨勢；POD活性則隨著砷脅迫濃度的升高而逐漸升高；在砷脅迫作用下，丙二醛含量與對照組相比變化不明顯。

關鍵詞：向日葵；砷脅迫；生理特性

中圖分類號 S727.4 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）19-0015-2

近年來，隨著我國工農業的高速發展，含重金屬的污水大量排放引發的環境問題隨之而來，給人類的生存家園帶來了毀滅性的破壞。重金屬難以自然降解是土壤重金屬污染修復最大的問題。1983年，Chaney等提出可以用植物修復土壤污染[1]。目前已有人把蜈蚣草Pteris vittata、大葉鳳尾蕨Pteris cretica、粉葉蕨Pityrogramma calomelanos等植物應用于砷污染土壤的修復。向日葵（Helianthus annuus）生長速度快，在重金屬污染的土壤中具有較強的耐受性和吸收凈化能力，日前成為植物修復研究的熱點植物之一。為此，本研究探討了向日葵幼苗在不同程度砷污染下某些生理指標的變化規律，以期為未來利用向日葵修復重金屬污染土壤提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料 試驗用材料向日葵種子為“金星1號”，于百色城西蔬菜種子店購得。

1.2 方法 將向日葵種子消毒、沖洗、浸泡、萌發，將萌發一致的種子挑選出來，移植到裝有礫石的塑料一次性杯中，室內自然條件下培養，幼苗生長2d后改用Hoagland培養液澆灌。預培養21d之后，挑選出長勢一致的幼苗，分成4組，分別用不同濃度的砷脅迫液處理，As含量設為0mg/L、1mg/L、2mg/L、5mg/L（砷由砷酸鈉提供）4個處理。脅迫8d后，取樣（葉片）進行生理檢測。蛋白質的含量采用考馬斯亮藍G-250法測定[2]；丙二醛（MDA）、可溶性糖（SS）含量采用硫代巴比妥酸法測定[3]；POD活性采用比色法測定[4]。

2 結果與分析

2.1 不同濃度砷脅迫對可溶性蛋白及可溶性糖含量的影響 從圖1可看出，隨著脅迫液As濃度的不斷增大，向日葵幼苗葉片中的可溶性蛋白質含量呈先降低后上升的趨勢。在0～2mg·L-1范圍內，向日葵幼苗中蛋白質含量的變化趨勢為持續下降，脅迫濃度為1mg·L-1、2mg·L-1分別比對照組降低了5.47%、16.22%；As濃度由2mg·L-1升高到5mg·L-1的過程中，向日葵中蛋白質含量呈現不斷上升的趨勢，As的濃度為5mg·L-1時，蛋白質含量比對照組增加了0.58%。圖2顯示，向日葵在受到As脅迫的時候，葉片內可溶性糖的含量隨著脅迫濃度的增大而呈現先上升后下降的規律。

2.2 不同濃度的砷脅迫對向日葵葉片過氧化物酶活性的影響 過氧化物酶（POD）廣泛存在于植物體內，能有效清除過量的活性氧，在抵御外界逆境傷害過程中扮演著重要的角色，是植物重要的保護酶之一。如圖3所示，1mg·L-1As處理對向日葵POD的激活效應不明顯，而2mg·L-1和5mg·L-1As處理使POD活性明顯升高，與對照比分別增加約44.91%和62.03%，差異均達到顯著水平。高濃度砷脅迫使向日葵幼苗POD活性顯著升高，可見，POD對清除活性氧產生、降低砷脅迫對向日葵幼苗的氧化損害方面發揮著重要作用。

2.3 不同濃度的砷脅迫對向日葵葉片丙二醛含量的影響 丙二醛是膜脂過氧化的重要產物，它的含量在一定程度上反映了逆境脅迫對植物的損傷程度。圖4表明，向日葵幼苗在不同濃度砷脅迫處理下，葉片MDA的含量與對照相比沒有明顯差異，表明該濃度范圍內砷脅迫對向日葵幼苗未造成明顯的氧化損害，這可能與砷誘導向日葵幼苗葉片SOD、CAT、POD和APX等抗氧化酶活性升高有關。

3 討論

植物體內可溶性蛋白質含量的變化是植物在生長發育過程中由于外界環境變化而受到影響的直接指示，它的影響主要體現在植物細胞的滲透勢調節上。當植物細胞的滲透勢較低時，體內高含量的可溶性蛋白可幫助調節細胞的滲透壓使它維持在正常水平。本試驗中，隨著脅迫液中As濃度的不斷增大，向日葵體內的可溶性蛋白含量先下降后上升，原因可能是低濃度的As就可以讓向日葵的蛋白質變性損害，使蛋白含量出現下降的現象；重金屬濃度不斷增加，植物體本身為了保護自身生命活性，體內大量的防御物質開始被誘導產生，而這些防御物質大多數恰好屬于各種蛋白質類，如抗氧化酶系統（過氧化物酶、超氧化物歧化酶、過氧化氫酶），金屬結合蛋白（Mt、Pc）等，從而增加了體內可溶性蛋白質的含量，使向日葵體內的蛋白質含量由降低的趨勢變為逐漸上升的狀態。

植物體內可溶性糖是植物細胞滲透壓的重要調節物質。本實驗中，在低濃度的As脅迫作用下，向日葵體內的防御體制因受到毒害刺激而被激發，為了應對外界環境條件的改變，體內就會產生大量的可溶性糖來降低滲透壓，使細胞免受傷害，維持正常的生命活動，因此可溶性糖含量會增加。但隨著As脅迫濃度的進一步增大，簡單的增加糖質量分數方式已經無法消除砷對向日葵產生的毒害，向日葵的生長因此受到抑制，可溶性糖合成能力也會受到影響；也有可能是因為向日葵受高濃度As脅迫的影響，導致植物體的呼吸能力增強，使其體內的可溶性糖含量減少。

廣泛存在于植物體內的過氧化物酶是植物重要的保護酶之一，它能夠抵御自由基的傷害，提高植株的抗逆性。本實驗中，在不同濃度的As脅迫作用下，向日葵體內過氧化物酶活性不斷提升，表明向日葵體內的防御體制不斷被激發，從而較好地對抗As脅迫帶來的傷害。

丙二醛是膜脂過氧化的終產物，其含量可作為考察細胞膜脂過氧化程度的指標。逆境會傷害細胞質膜，使其過氧化，改變膜的通透性，從而影響植物一系列生理活動的正常運行。本實驗結果顯示向日葵幼苗在砷脅迫下MDA含量變化較小，說明向日葵對該濃度下的砷的耐性較強。

參考文獻

[1]CHANEY R L.Plant uptake of inorganic waste constituents[C]//PARR J F. Land Treatment of Hazardous Wastes. Noyes Data Corporation，New Jersey：Park Ridge，1983：50-76.

[2]華東師范大學生物系植物生理教研組.植物生理學實驗指導[M].北京：人民教育出版社，1980：73-76，88-90.

[3]郝再斌，蒼晶，徐仲.植物生理實驗技術[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2004：113-114.

[4]張志良.植物生理學實驗指導[M].北京：高等教育出版社，1996：58-60.

（責編：張宏民）endprint