重金屬離子脅迫對早熟禾品種潤草1號生化指標的影響

趙忠濤++張麗

摘 要：用盆栽的方法，研究了不同濃度Cu2+，Zn2+，Pb2+和Cd2+對早熟禾品種“潤草1號”的蛋白質含量、可溶性糖含量、超氧化物歧化酶（SOD）以及過氧化物酶（POD）的影響。結果表明， Cu2+，Zn2+對于潤草1號生化指標影響不明顯；而Cd2+和Pd2+則顯著的降低了植物葉片的蛋白和可溶性糖含量，對植物體氧化酶系統也有較大影響。

關鍵詞：早熟禾；重金屬； 生化指標；SOD；POD

中圖分類號：S-3 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170933001

重金屬不能被生物所降解，并且能夠通過食物鏈的傳遞作用，在生物體內不斷富集，生態危害高。因此，重金屬污染土壤的修復是生態環境保護所面臨的重大課題。在污染區種植耐性植物，特別是非食用性的耐性植物是較為有效的植被恢復措施。

重金屬元素鋅（Zn）和銅（Cu）是植物生長的必要元素，在正常生長情況下，植物對Zn2+和Cu2+的吸收主要是受代謝控制的主動吸收過程。但是當Zn2+和Cu2+超過某一數值時，就會對植物產生負作用，輕則使植物體內的代謝紊亂，生長發育受阻，重則導致植物死亡。重金屬元素鉛（Pb）和鎘（Cd）是植物生長的非必需元素，并且環境危害極大，是常見污染物。Pb和Cd都可以在植物體中大量積累，難以被分解代謝，會對植物產生毒害。

早熟禾主要適宜于南方地區露地栽培，是我國草坪綠化常用的草坪植物之一，主要用于觀賞草坪的建植，對于降低環境污染、城市綠化及美化起著非常重要的作用[1]。“潤草1號”是一種新型的早熟禾品種，于2012年由江蘇農林職業技術學院培育而成。“潤草1號”屬于低矮型草種，坪用性狀優良，具有較強的耐蔭、耐熱性能，抗倒伏和抗病能力強。之前本實驗室已對重金屬對“潤草1號”生理指標的影響進行了深入研究，而本研究以“潤草1號”為實驗材料，進行了Cu2+，Zn2+，Pb2+和Cd2+脅迫下“潤草1號”生化指標的變化規律研究，為今后開發利用“潤草1號”修復重金屬污染土壤修復提供理論依據，為“潤草1號”在城市地區的園林應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試草地早熟禾品種為“潤草1號”，由江蘇農林職業技術學院提供。供試土壤取自學院花房土質較好的表層土壤，Cu2+添加形式為CuSO4，分析純；Zn2+添加形式為ZnCl2，分析純；Pb2+添加形式為Pb（Ac）2，分析純；Cd2+添加形式為3CdSO4·8H2O，分析純。

1.2 試驗方法

室外盆栽試驗于2015年9月—2016年12月在江蘇農林職業技術學院進行。供試土壤風干后過0.5 cm篩，按照1：3將草炭土和土壤混合配制，并稱重5.0kg裝入花盆中，以不使用重金屬處理作為對照，Zn2+，Cu2+和Cd2+濃度梯度均為5mg/kg、10mg/kg、20mg/kg、50mg/kg和100mg/kg；Pb2+濃度梯度均為50mg/kg、100mg/kg、200mg/kg、500mg/kg和1000mg/kg。每個處理濃度3次重復。平衡土壤半個月。

1.3 測定方法

總蛋白含量的測定采用考馬斯亮藍法；可溶性糖含量的測定采用蒽酮法；SOD和POD的測定采用試劑盒法。

2 結果與分析

2.1 重金屬脅迫下早熟禾葉片總蛋白含量的變化

葉片總蛋白含量反應了植物的生長狀態，用重金屬脅迫處理植株會導致葉片中蛋白含量的變化。在不同濃度的Zn2+、Cu2+，Pb2+和Cd2+溶液脅迫下，對葉片總蛋白含量的影響見圖1。在Zn2+處理過程中，“潤草1號”葉片總蛋白含量變化隨處理濃度升高而升高；在Cu2+處理過程中，“潤草1號”葉片總蛋白含量變化隨處理濃度升高而先上升再降低；在Pb2+和Cd2+溶液處理過程中，“潤草1號”葉片總蛋白含量變化隨處理濃度升高而遞減，且Cd2+處理的樣品總蛋白含量降低快于Pb2+處理的樣品。從這些結果看來，“潤草1號”葉片總蛋白含量相對于重金屬處理的敏感性依次為Zn2+

圖1 重金屬處理后“潤草1號”葉片中總蛋白含量變化

2.2 重金屬脅迫下早熟禾葉片可溶性糖含量的變化

糖是高等植物的主要代謝產物之一，在植物體內的含量和種類極其豐富。糖是植物生長發育和基因表達的重要調節因子，它不僅是能量來源和結構物質，而且在信號轉導中具有類似激素的初級信使作用[2]。從圖2可以看出在Zn2+處理過程中，葉片可溶性糖變化隨處理濃度升高而升高；在Cu2+處理過程中，葉片可溶性糖含量變化隨處理濃度升高而先上升再降低；在Pb2+和Cd2+溶液處理過程中，葉片可溶性糖變化隨處理濃度升高而遞減，總趨勢與蛋白含量變化一致。

圖2 重金屬處理后早熟禾葉片中可溶性糖總量變化

2.3 重金屬脅迫下“潤草1號”葉片SOD的變化

植物細胞中的SOD是植物體內ROS清除系統中的一個重要的酶，參與到了超氧化物的清除過程，在抗氧化物酶類中處于重要地位。重金屬脅迫可導致細胞代謝異常，誘發ROS積累從而產生氧脅迫。SOD水平的高低可以一定程度上反應植物細胞耐受氧脅迫的能力。在Zn2+脅迫下，“潤草1號”葉片組織中SOD含量隨Zn2+濃度的增加而先降再升，但與對照差別不大。在Cu2+和Cd2+脅迫下，“潤草1號”葉片組織中SOD含量隨Cu2+濃度的升高而先降再升，高濃度時再降低。在Pd2+脅迫下，“潤草1號”葉片組織中SOD含量隨Pd2+濃度的增加不斷升高，顯著高于對照。

圖3 重金屬處理后“潤草1號”葉片SOD含量變化

2.4 重金屬脅迫對“潤草1號”葉片POD的影響

POD是廣泛存在于植物體內的一類氧化酶，參與了活性氧的代謝過程，在植物體逆境脅迫響應過程具有重要作用。在Zn2+ 和Cu2+脅迫下，“潤草1號”葉片組織中POD含量隨Zn2+和Cu2+濃度的增加先升再降，但與對照差別不大。在Cd2+和Cd2+脅迫下，“潤草1號”葉片組織中SOD含量隨Cu2+濃度的升高而不斷降低，與對照相比有顯著變化。

圖4 重金屬處理后“潤草1號”葉片POD含量變化

3 討論與結論

之前，本研究小組對重金屬處理對“潤草1號”生理特性的影響進行了初期研究[3-5]。在本研究中，又對重金屬脅迫對“潤草1號”生化指標的影響做了進一步研究，希望從生化水平探討重金屬脅迫對早熟禾影響的機理。在本研究所設置的脅迫濃度范圍內，Cu2+，Zn2+，Pb2+和Cd2+4種重金屬脅迫對“潤草1號”生長的影響存在差異。Zn2+處理植物對植株葉片的總蛋白和可溶性糖含量有促進性影響。Cu2+和Pb2+處理植物對植株葉片的總蛋白和可溶性糖含量影響比較類似，低濃度時有促進作用而高濃度時有抑制作用。Cd2+處理植物對植株葉片的總蛋白和可溶性糖含量的抑制作用則非常明顯。

重金屬處理對于“潤草1號”葉片中SOD和POD含量變化影響比較顯著，其中Zn2+和Cu2+處理相對來說對于葉片氧化物酶的影響比較小，說明Zn2+和Cu2+對“潤草1號”影響不大。而Pb2+和Cd2+處理則會對“潤草1號”SOD和POD含量造成很大變化，說明Pb2+和Cd2+脅迫能夠明顯抑制“潤草1號”的生化活性，與之前的研究結果一致。

參考文獻

[1]陳樹國，李瑞華，楊秋生.觀賞園藝學[M].北京：中國農業科技出版社，1991：206-224.

[2]張偉.栝樓葉片可溶性糖含量的分析比較[J].商丘師范學院學報，2012，6（28）：78-82.

[3]趙忠濤，張麗，李超.重金屬離子Cu2+和Zn2+脅迫對早熟禾潤草1號生理特性的影響[J].湖北農業科學，2017（2）：295-298.

[4]趙忠濤，張麗.重金屬離子Pb2+脅迫對早熟禾潤草1號生理特性的影響[J].科技資訊，2017（5）：113-116.

[5]張麗，趙忠濤.土壤中重金屬鎘污染對潤草1號生理生化指標的影響[J].湖北農業科學，2016（19）：4952-4955.

作者簡介：趙忠濤（1981-），男，江蘇省句容市人，講師，碩士，研究方向：生物化學和有機化學。