硒、鉛脅迫對(duì)油菜生理生化指標(biāo)的影響

鞏　正，崔雪梅，王　彥，楊　杰

(湖北工程學(xué)院 生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院, 湖北 孝感 432000)

硒、鉛脅迫對(duì)油菜生理生化指標(biāo)的影響

鞏正，崔雪梅*，王彥，楊杰

(湖北工程學(xué)院 生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院, 湖北 孝感 432000)

摘要：為探究在一定硒濃度下鉛脅迫對(duì)油菜生長(zhǎng)的影響，將油菜幼苗土培至壯苗后，移至水培環(huán)境，加硒條件下設(shè)定5種不同濃度的鉛脅迫油菜，處理結(jié)束后測(cè)定油菜幼葉葉綠素、游離脯氨酸、丙二醛含量、根長(zhǎng)、株高、生物量6項(xiàng)指標(biāo)。結(jié)果表明： 在供硒條件下隨著鉛濃度的增大，油菜根長(zhǎng)及生物量變量呈降低趨勢(shì)。苗長(zhǎng)增長(zhǎng)量先降低后增加，說明鉛脅迫對(duì)油菜根系生長(zhǎng)影響最大，繼而影響生物量。葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素含量及光能利用率先降低再增加。游離脯氨酸、丙二醛含量呈先下降后逐漸上升的趨勢(shì)，當(dāng)鉛濃度達(dá)到20 mg/L時(shí)，脯氨酸及丙二醛含量均達(dá)到最低點(diǎn)?？梢姰?dāng)鉛濃度低于20 mg/L時(shí)，鉛與硒呈現(xiàn)協(xié)同作用，當(dāng)濃度大于20 mg/L時(shí)，鉛與硒呈現(xiàn)出拮抗作用，適當(dāng)?shù)奈视欣谝种仆寥乐秀U對(duì)油菜的迫害。

關(guān)鍵詞：供硒；鉛脅迫；生理生化指標(biāo)；油菜幼苗

鉛是造成土壤污染的“五毒”重金屬元素之一[1]。隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展和汽車尾氣的大量排放，鉛通過大氣沉降、污水灌溉等方式進(jìn)入土壤并在土壤中富集，植物通過根系和葉片等吸收后，不但會(huì)對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量、品質(zhì)產(chǎn)生影響，還會(huì)通過食物鏈進(jìn)入人體。肖承坤研究發(fā)現(xiàn)，鉛幾乎對(duì)人體的所有器官都能造成危害[2]。而楊文玲等人研究發(fā)現(xiàn)，在小麥生長(zhǎng)過程中，鉛脅迫導(dǎo)致小麥苗中的3種抗氧化酶(CAT、POD、SOD)活性明顯升高，從而形成多種防御機(jī)制來抵御鉛脅迫的危害[3]。

油菜是國(guó)產(chǎn)食用植物油的主要來源，在我國(guó)的種植面積和產(chǎn)量均處于世界首位，因此，研究鉛脅迫對(duì)油菜生理機(jī)制的影響具有非常重要的意義。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)采用的油菜品種為油霸旺，2011至2013年期間實(shí)驗(yàn)表明，平均每畝產(chǎn)298.78 kg(高產(chǎn)栽培可達(dá)300 kg以上)，比對(duì)照增產(chǎn)10.92%，經(jīng)鑒定抗倒伏性和抗病性均較強(qiáng)。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

利用浮選法挑選顆粒飽滿、大小均勻油菜種子，經(jīng)消毒處理后洗凈，將充分吸水后的種子均勻放在鋪有兩層濕潤(rùn)濾紙的培養(yǎng)皿中，置于(25 ±2) ℃恒溫的SPX-250BSH-Ⅱ生化培養(yǎng)箱中培養(yǎng)3天，培養(yǎng)期間每天補(bǔ)充兩次蒸餾水。催芽3天后將種子播于裝有等量沙土的塑料盆中繼續(xù)培養(yǎng)，期間每天澆兩次1∶2霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液，待幼苗長(zhǎng)出3～4片子葉、根系發(fā)達(dá)時(shí)，將幼苗七棵為一組測(cè)量株高、根長(zhǎng)及生物量之后移至裝有霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液的塑料碗器皿，用泡沫固定幼苗，防止倒伏。營(yíng)養(yǎng)液每3天更換一次，每天對(duì)幼苗曝氣10 min。待幼苗在水培營(yíng)養(yǎng)液中適應(yīng)7天后，分別向各組油菜幼苗中加入鉛溶液進(jìn)行脅迫實(shí)驗(yàn)。所用脅迫鉛溶液由乙酸鉛配制，分別配制0 mg/L、10 mg/L、20 mg/L、40 mg/L、60 mg/L的濃度梯度，供硒濃度選擇為0.5 μg/mL。脅迫10天左右開始測(cè)定幼苗的各項(xiàng)生理生化指標(biāo)。

1.3測(cè)定方法

1.3.1根長(zhǎng)、株高及生物量的測(cè)定

脅迫處理結(jié)束后，用刻度尺測(cè)量鉛脅迫前后各組幼苗的根長(zhǎng)、株高及生物量。前后測(cè)量值之差即為供硒條件下鉛脅迫幼苗根長(zhǎng)、株高、生物量的變化量。

1.3.2葉綠素含量的測(cè)定

根據(jù)葉綠素提取液對(duì)可見光譜的吸收，利用分光光度計(jì)在某一特定波長(zhǎng)下測(cè)定其吸光度，即可用公式計(jì)算出提取液中各色素的含量。高等植物中葉綠素a、葉綠素b的比值可以反映植物對(duì)光能利用效率的大小，比值高則大，比值低則小。在測(cè)定葉綠素a、b時(shí)，為了排除類胡蘿卜素的干擾，所用單色光的波長(zhǎng)選擇在663 nm和645 nm處(分別是葉綠素a、b在紅光區(qū)的吸收峰)。

葉綠素a(mg/g)=(12.71A663-

2.59A645)V/(1000*W)

葉綠素b(mg/g)=(22.88A645-

4.67A663)V/(1000*W)

葉綠素總濃度(mg/g)=(8.04A663+

20.29A645)V/(1000*W)

光能利用效率=葉綠素a/葉綠素b

式中：V表示提取液總體積,W表示葉片質(zhì)量。

1.3.3游離脯氨酸含量的測(cè)定

采用磺基水楊酸提取油菜樣品，脯氨酸便游離于磺基水楊酸溶液中。加入酸性茚三酮并加熱處理，待生成穩(wěn)定的紅色化合物后加入甲苯，色素全部轉(zhuǎn)移至甲苯中，則色素的深淺表示脯氨酸含量的高低。用分光光度計(jì)在520 nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，即可查出脯氨酸的含量。

取6支試管，在依次編好號(hào)的試管中每管加入2 mL冰醋酸和3%磺基水楊酸以及4 mL 2.5%酸性茚三酮，在編號(hào)0、1、2、3、4、5號(hào)試管中依次加入10 μg/mL脯氨酸標(biāo)準(zhǔn)液0 mL、0.2 mL、0.4 mL、0.6 mL、0.8 mL、1 mL，并用蒸餾水定容至10 mL，得到的脯氨酸標(biāo)準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)如表1所示，對(duì)應(yīng)的游離脯氨酸標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖1所示。

表1　脯氨酸標(biāo)準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)

圖1　游離脯氨酸標(biāo)準(zhǔn)曲線

1.3.4丙二醛 (MDA)含量的測(cè)定

當(dāng)植物器官衰老或受到逆境脅迫時(shí)，其組織或器官膜脂質(zhì)發(fā)生過氧化反應(yīng)就會(huì)產(chǎn)生丙二醛。因此，植物組織中丙二醛含量與其衰老及逆境脅迫有密切關(guān)系。稱取植物樣品0.2～0.3 g，準(zhǔn)確加10%的三氯乙酸2mL及少量二氧化硅，研磨至勻漿，繼續(xù)加8mL三氯乙酸研磨，勻漿后轉(zhuǎn)入離心管，設(shè)置離心機(jī)4 000 r/min，離心10 min后，取5 mL上清液加0.6%硫代巴比妥酸5 mL，混合后在100 ℃水浴鍋上煮沸30 min，迅速冷卻后再離心一次。用分光光度計(jì)分別在450 nm、532 nm和600 nm處測(cè)定上清液的吸光值。

丙二醛質(zhì)量摩爾濃度(nmol/g)=(A532-A600)*Vz*V1/(0.155*W*V2)

式中：Vz表示反應(yīng)液總量(4 mL)，V1表示提取液體積(10 mL)，V2表示測(cè)定用用提取液量(2 mL)，W表示取葉鮮重(g)，常數(shù)0.155為MDA的消光系數(shù)。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1在供硒條件下不同濃度鉛脅迫對(duì)油菜幼苗生物量、根長(zhǎng)、株高的影響

挑選大小均勻的土培油菜壯苗轉(zhuǎn)入水培適應(yīng)一周，測(cè)量脅迫前生物量、根長(zhǎng)、株高，再用含硒0.5 μg/mL不同鉛濃度脅迫處理10天，測(cè)量各組幼苗生物量、根長(zhǎng)、株高，脅迫前后變化結(jié)果如表2所示。

表2　不同濃度鉛脅迫下油菜幼苗生物量、根長(zhǎng)、株高變量

從表2中可以看出，在供硒0.5 mg/L的條件下，隨著鉛濃度的增大，油菜根長(zhǎng)增長(zhǎng)量明顯降低，生物量變量也呈降低趨勢(shì)。但苗長(zhǎng)增長(zhǎng)量先降低后增加，到鉛濃度為60 mg/L時(shí)達(dá)到最大值，比對(duì)照增加了一倍。表明鉛脅迫對(duì)油菜根系生長(zhǎng)影響最大，繼而影響油菜的生物量。

2.2供硒條件下不同濃度鉛脅迫對(duì)油菜幼苗葉綠素含量的影響

不同濃度鉛處理后測(cè)得植物葉綠素含量見表3。

表3　不同濃度鉛脅迫下油菜幼苗葉綠素含量

從表3中可以看出：鉛脅迫使葉綠素a、葉綠素b及總?cè)~綠素含量先降低再增加，當(dāng)鉛的濃度為20 mg/L時(shí)，供硒條件下各類葉綠素含量在不同鉛濃度下的差異不大。植物體內(nèi)葉綠素含量的降低是重金屬對(duì)植物毒害作用的普遍現(xiàn)象，硒與鉛產(chǎn)生了一定程度的拮抗作用，硒可以增加葉綠素含量、修復(fù)受損的葉綠體，可以在一定程度上緩解重金屬對(duì)植物的脅迫作用[4]。

2.3供硒條件下不同濃度鉛脅迫對(duì)油菜幼苗游離脯氨酸含量的影響

研究發(fā)現(xiàn)，供硒條件下不同鉛濃度對(duì)油菜幼苗中游離脯氨酸含量具有一定的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2　不同鉛濃度脅迫下油菜幼苗脯氨酸含量

在逆境脅迫條件下，植物體內(nèi)脯氨酸會(huì)大量積累，其含量會(huì)隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。因此，物體內(nèi)游離脯氨酸含量是植物對(duì)逆境脅迫的一種生理生化反應(yīng)的表現(xiàn)[5]。從圖2中可以看出，供硒條件下油菜幼苗中游離脯氨酸含量呈先下降后逐漸上升的趨勢(shì)，當(dāng)鉛脅迫濃度達(dá)到20 mg/L時(shí)脯氨酸含量達(dá)到最低點(diǎn)。當(dāng)鉛濃度低于20 mg/L時(shí)油菜幼苗中脯氨酸含量逐漸降低，植株正常代謝受到影響。當(dāng)鉛濃度達(dá)到一定濃度值時(shí)，植株再次體現(xiàn)抗逆性，游離脯氨酸含量逐漸上升。原因可能是硒緩解了重金屬的脅迫。

2.4供硒條件下鉛脅迫對(duì)油菜幼苗丙二醛含量的影響

供硒條件下鉛脅迫濃度對(duì)油菜幼苗中丙二醛含量影響如圖3所示。

圖3　不同鉛濃度處理的油菜幼苗丙二醛含量

由圖3可以看出，在供硒條件下丙二醛含量很高，說明高濃度的硒促進(jìn)了丙二醛的生成[6]。但隨鉛濃度增加，丙二醛含量逐漸降低，當(dāng)濃度大于20 mg/L時(shí)，丙二醛含量再次升高，說明在硒溶液一定的條件下，鉛溶液濃度小于20 mg/L時(shí)表現(xiàn)出拮抗作用，當(dāng)鉛溶液濃度高于20 mg/L時(shí)表現(xiàn)出協(xié)同作用。

3討論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在供硒0.5 mg/L的條件下隨著鉛濃度的增大，油菜根長(zhǎng)增長(zhǎng)量明顯降低，生物量變量也呈降低趨勢(shì)。但苗長(zhǎng)增長(zhǎng)量先降低后增加，說明鉛脅迫對(duì)油菜根系生長(zhǎng)影響最大，繼而影響油菜的生物量。王艷等人在鉛脅迫油菜實(shí)驗(yàn)時(shí)也得出外源鉛的使用量增加，植株鮮重總體積呈現(xiàn)下降趨勢(shì)[7]，與本文研究觀察的結(jié)果相似。供硒條件下鉛脅迫導(dǎo)致幼苗葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素含量及光能利用率先降低再增加，結(jié)果表明植物體內(nèi)葉綠素含量的降低是重金屬對(duì)植物毒害作用的普遍現(xiàn)象。當(dāng)鉛的濃度為20 mg/L時(shí)，供硒條件下各類葉綠素含量跟對(duì)照差異不大，硒與鉛產(chǎn)生了一定程度的拮抗作用。袁思莉等人研究硒緩解植物重金屬脅迫累計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明硒可以增加葉綠素含量、修復(fù)受損的葉綠體，能夠在一定程度上緩解重金屬對(duì)植物的脅迫作用[4]。供硒條件下，油菜幼苗中游離脯氨酸含量呈先下降后逐漸上升的趨勢(shì)，當(dāng)鉛脅迫濃度達(dá)到20 mg/L時(shí)脯氨酸含量達(dá)到最低點(diǎn)，此后隨著濃度增大，游離脯氨酸含量逐漸上升，原因在于硒緩解了重金屬的脅迫，與袁思莉等已有研究表明硒可以緩解植物體內(nèi)重金屬的脅迫的結(jié)果一致；當(dāng)鉛濃度為0 mg/g時(shí)，丙二醛含量很高，說明高濃度的硒促進(jìn)了丙二醛的生成，隨著鉛濃度的增加，丙二醛含量降低，濃度到達(dá)20 mg/L時(shí)，丙二醛含量最低。此后隨著鉛濃度增加丙二醛含量增加，說明鉛溶液濃度小于20 mg/L時(shí)，體現(xiàn)出拮抗作用，而當(dāng)鉛溶液濃度高于20 mg/L時(shí)，體現(xiàn)出協(xié)同作用。

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(責(zé)任編輯：張凱兵)

Influence of Selenium and Lead on Physiological and Biochemical Indexes of Rape

Kong Zheng,Cui Xuemei*,Wang Yan,Yang Jie

(SchoolofLifeScienceandTechnology,HubeiEngineeringUniversity,Xiaogan,Hubei432000,China)

Abstract：To explore the effects of lead stress on the growth of rape in a certain concentration of selenium, the researchers cultivated the rape seedling to the strong sprout in soil, then moved it to water culture environment, and set five different concentrations of lead in the conditions of selenium. Then they measured the 6 indicators: rape leaf chlorophyll, free proline, malondialdehyde (MDA) content, root length, plant height and biomass. The results showed that the lead concentration increased in the conditions of selenium, while the root length and biomass decreased. The length of seedling growth first decreased and then increased, indicating that the lead stress had the greatest influence on the rape root growth, and affected the biomass. The indicators of Chlorophyll a, chlorophyll b, total chlorophyll, light energy utilization, free proline and MDA content first decreased and then increased too. When the lead concentration reached 20 mg/L, the content of proline and MDA reached the minimum value. Hence the lead and selenium showed synergistic effect when the lead concentration was lower than 20 mg/L, while the lead and selenium showed antagonistic effects when the concentration was higher than 20 mg/L. Therefore appropriate selenium fertilizer can be helpful to suppress the persecution of the lead to rape in soil.

Key Words：selenium supply; lead stress; physiological and biochemical indexes; rape seedling

收稿日期：2016-02-28

基金項(xiàng)目：湖北省教育廳中青年人才項(xiàng)目(Q20152702)

作者簡(jiǎn)介：鞏正(1995-)，男，甘肅天水人，湖北工程學(xué)院生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)生。

中圖分類號(hào)：S565.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2095-4824(2016)03-0051-04

崔雪梅(1979-)，女，云南宣威人，湖北工程學(xué)院生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院副教授，碩士，本文通信作者。