鎳砷復合脅迫對向日葵幼苗葉片滲透調節物質及膜脂過氧化的影響

曾小飚+覃國云+彭小東

摘 要：試驗研究了鎳砷復合脅迫對向日葵幼苗葉片滲透調節物質及膜脂過氧化的影響，為了解重金屬對植物的傷害機理及重金屬污染修復植物的篩選提供科學依據。結果表明：隨著鎳砷復合脅迫濃度的不斷升高，向日葵幼苗葉片丙二醛含量和游離脯氨酸含量總體呈逐漸上升的趨勢，可溶性蛋白含量總體呈逐漸下降的趨勢，可溶性糖含量先升高后降低再上升。

關鍵詞：向日葵；鎳砷復合脅迫；透調節物質；膜脂過氧化

中圖分類號 S727.4 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）20-0026-03

越來越多的人關注到土壤重金屬污染的問題。重金屬污染不僅對土壤的組成和結構有影響，還會對作物的各種生命活動造成影響，甚至使作物減產或絕收，危害動物和人類健康[1]。傳統的土壤污染治理方法存在許多缺陷，如耗資大、周期長、易破壞土壤結構等。相反地，應用植物修復土壤污染不僅可以節省大量的人力物力，還可以保護生態環境，因此植物修復技術成為了現代研究重金屬污染修復的熱點。

向日葵具有易存活、生長周期短、抗旱耐瘠能力強的特點，且對重金屬的耐受和富集能力較強，所以在研究植物修復重金屬污染及重金屬對植物的傷害機理時它是較為理想的實驗材料。生態環境中并非只存在某一類重金屬，而往往是多類重金屬之間相互協同或拮抗作用的污染[2]。本文研究了鎳砷復合脅迫對向日葵幼苗葉片滲透調節物質及膜脂過氧化的影響，為了解重金屬對植物的傷害機理及重金屬污染修復植物的篩選提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料 供試的向日葵種子為“金星1號”，購于百色城西蔬菜種子店。

1.2 方法 篩選籽粒飽滿的向日葵種子，高錳酸鉀溶液消毒、浸泡、萌發，將萌發一致的種子移植到裝有礫石的塑料一次性杯中，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6組，分別用不同濃度的鎳、砷復合脅迫液處理，鎳、砷濃度組合如表1。8d后取葉片進行生理檢測，相關指標的測定方法參照李玲等編著的《植物生理學模塊實驗指導》[3]。實驗設3個重復。

2 結果與分析

2.1 鎳砷復合脅迫下向日葵幼苗葉片丙二醛含量的變化 植物細胞質膜中的不飽和脂肪酸，在受到逆境干擾時容易發生過氧化作用產生MDA破壞質膜系統，導致膜的選擇透過性功能漸失，透性變大，細胞質內電解質外滲量增加。丙二醛（MDA）作為脅迫條件下生理反應的終產物，是細胞膜被損壞的重要標志之一[4]，故可作為衡量膜質過氧化損傷的指標，其含量的變化可以反映植物遭受脅迫傷害的程度，MDA含量越高，表明植物受到的逆境傷害越大。從圖1可知，隨著Ni、As復合脅迫液濃度的增加，丙二醛的量總體呈不斷上升的趨勢。在1～5組內MDA量變化不大，說明該濃度范圍內向日葵受到的脅迫傷害?。?～6組，MDA含量急劇升高，第6組MDA含量比第5組升高了14個百分點，比對照組升高了25個百分點，表明高濃度脅迫致使細胞質膜過氧化反應加劇，MDA大量積累而破壞質膜系統。

2.2 鎳砷復合脅迫下向日葵幼苗葉片可溶性蛋白含量的變化 可溶性蛋白是植物體內重要的滲透調節物質，包含各種參與生命活動的酶。在重金屬污染下蛋白質合成會受到干擾，導致其含量減少，人們可以通過其含量變化來了解植物體的總代謝水平。如圖2所示，向日葵幼苗葉片中蛋白質含量總體上隨著鎳砷復合脅迫液濃度的升高而不斷下降，這大概是由于脅迫液濃度升高，向日葵幼苗體內細胞外液濃度升高，細胞內水分外流，導致向日葵幼苗胞內水分缺失，加速了蛋白質的分解。同時，在高濃度脅迫液的處理下，向日葵蛋白質的合成路徑受阻。一方面蛋白質被分解消耗，另一方面蛋白質合成得不到補充，故導致向日葵幼苗體內的可溶性蛋白質含量呈下降趨勢。

2.3 鎳砷復合脅迫下向日葵幼苗葉片游離脯氨酸含量的變化 植物體內脯氨酸的累積是植物在逆境脅迫下的一種系統防護措施，也是植物適應環境的普遍反應，因此可作為鑒定植物抗逆性的指標。圖3表明，脯氨酸含量鎳砷復合脅迫液濃度的升高而不斷的升高。只是較低濃度（1～4組）時升高幅度不大，當混合脅迫液濃度超過Ni50mg·L-1+As5mg·L-1后，脯氨酸含量劇增。第6組濃度處理時脯氨酸含量達到29.75μg·g-1，是對照組的1.4倍，表明向日葵可通過大量累積脯氨酸參與滲透調節來保護植物體自身不受傷害或降低受傷害程度，這是植物進化中不斷適應環境的表現。

2.4 鎳砷復合脅迫下向日葵幼苗葉片可溶性糖含量的變化 可溶性糖是高等植物進行光合作用的生成物，也是植物維持細胞和內環境穩定的重要物質。在植物受到逆境脅迫時，能快速作出調節植物體正常代謝活動的響應。從圖4可以得出：當脅迫液濃度在1～3組時，可溶性糖含量隨脅迫液濃度增加而增加，可能原因是可溶性糖的運輸機制被破壞，導致其大量積累；當脅迫液濃度在3～4組時，可溶性糖含量隨脅迫液濃度升高而降低，有可能是葉綠體被破壞，糖類合成受到影響，而且向日葵幼苗維持正常生理代謝活動消耗掉一部分，所以可溶性糖含量減少；當脅迫液濃度在4～6組時，可溶性糖含量又隨著脅迫液濃度升高而增加，說明細胞膜被破壞，有機質外滲，導致其含量的升高。

3 討論

在逆境中生活的植物，細胞內活性氧自由基產生速度大于清除速度，若植物不能通過正常的生理代謝活動除去體內大量的活性氧自由基，會導致植物體內活性氧的量越積越多，由此引發膜脂過氧化作用，生成的產物MDA會使質膜系統受到破壞，進而影響植物正常的生理代謝功能[5]。本試驗在脅迫液濃度逐漸升高的情況下，丙二醛含量隨之升高的趨勢開始并不顯著，但當脅迫液濃度超過Ni50mg·L-1+As5mg·L-1后，丙二醛的含量卻急劇增加。由此表明，向日葵在低濃度鎳砷復合脅迫下受到的傷害較小，高濃度脅迫才會導致向日葵體內膜脂化反應加劇，生成大量MDA，損壞膜結構，影響生長發育。endprint

有研究顯示，重金屬對植物體內蛋白質的影響具有兩面性，當重金屬的量在植物體內富集過多時，蛋白質合成路徑受阻，且分解速率加快，導致植物體內蛋白質水平明顯改變；當植物吸收較低濃度重金屬時，誘導結合蛋白與重金屬結合，以達到緩解重金屬中毒的目的，提高植物耐受性[6]。本試驗隨著脅迫液濃度的升高，可溶性蛋白含量總體呈現下降趨勢的實驗結果與此相吻合。

脯氨酸除了起到滲透調節作用外，還具有清除活性氧，保護蛋白質、生物膜及亞細胞結構等功能。其最大的作用在于減弱植物細胞在重金屬毒害下的傷害程度[7]。向日葵體內MDA含量的增加，破壞了細胞膜的選擇透過性，胞內可溶性蛋白被加速分解變成脯氨酸，所以本試驗中隨著脅迫液濃度的升高可溶性蛋白含量反倒下降，而脯氨酸的含量則逐漸增加，這樣可以減輕重金屬的毒害。

可溶性糖大部分是由葉綠體光合作用合成，是植物體維持生命活動的重要物質基礎，若惡劣的環境超出植物對逆境的耐受限度，致使葉綠素被損壞，植物體內可溶性糖的運輸機制、合成途徑、代謝過程等生命活動就會被影響，最后會導致植物體內可溶性糖含量的增加或減少。

參考文獻

[1]宋偉，陳百明，劉琳.中國耕地土壤重金屬污染概況[J].水土保持研究，2013，20（2）：293-298.

[2]曹心德，魏曉欣，代革聯，等.土壤重金屬復合污染及其化學鈍化修復技術研究進展[J].環境工程學報，2011，5（7）：1441-1453.

[3]李玲.植物生理學模塊實驗指導[M].北京：科學出版社，2009.

[4]鄭愛珍.鎳對大豆、玉米生長早期膜脂過氧化的影響[J].種子，2007，26（7）：14-16.

[5]陳慶華.鎳脅迫對黃瓜種子萌發生理生化特征的影響研究[J].廣東農業科學，2009，10（7）：59-62.

[6]郭平，劉暢，張海博，等.向日葵幼苗對Pb、Cu富集能力與耐受性研究[J].水土保持學報，2007，21（6）：92-95，113.

[7]陳霖，姜巖，汪鵬合，等.鎳脅迫對菹草（Potamogeton crispus L.）活性氧及脯氨酸代謝的影響[J].湖泊科學，2013，9（1）：131-137.

（責編：張宏民）endprint