鉛脅迫對(duì)狗牙根葉片中游離脯氨酸及丙二醛含量的影響

蔡雄偉

(四川省達(dá)州市飼草飼料工作站，四川 達(dá)州 635000)

隨著社會(huì)工業(yè)化水平的提高，土壤重金屬污染程度日益加重。其中土壤鉛污染不容忽視，其主要來(lái)源除自然源外，還有汽車尾氣、工礦業(yè)生產(chǎn)和污水灌溉等人為源[1]。鉛的生物毒性很強(qiáng)，即使在濃度很低時(shí)仍能導(dǎo)致土壤肥力和作物產(chǎn)質(zhì)量降低，且可通過(guò)食物鏈危及人類的生命和健康[2-3]。

城市是鉛污染最嚴(yán)重的地區(qū)，而草坪草作為城市主要綠化材料，具有發(fā)達(dá)的地下根系或根莖，有效固定土壤的同時(shí)，在地表形成致密的覆蓋層，因此草坪草是一類理想的水土保持植物。除上述功能外，城市草坪還具有休閑保健及生態(tài)功能。狗牙根屬多年生草本植物，由于其生長(zhǎng)快、繁殖力強(qiáng)、耐踐踏等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于建植各種城市草坪。目前重金屬鉛對(duì)植物的影響研究大多集中在農(nóng)作物、蔬菜等方面[4-5]，對(duì)草坪草的研究相對(duì)較少。因此，本研究通過(guò)探討不同鉛濃度污染對(duì)狗牙根生理指標(biāo)的影響，從而評(píng)定狗牙根在不同鉛濃度下的受害程度及抵抗力，以期為城市建植草坪草種選擇和重金屬污染防治提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料處理

選取大小相似、籽粒飽滿的狗牙根種子，用0.5%的NaOH溶液浸泡24h，以除去其表面蠟質(zhì)，而后用蒸餾水多次沖洗，再用蒸餾水浸泡12h，晾干后，均勻平鋪撒在經(jīng)洗凈、消毒、晾干的石英砂基質(zhì)中。每隔5d用Hongland營(yíng)養(yǎng)液澆灌，每天用蒸餾水補(bǔ)充水分，使保持基質(zhì)濕潤(rùn)。待長(zhǎng)出3片真葉后，用濃度為0、35、250、500和1000mg/kg的Pb(CH3COO)2溶液處理培養(yǎng)。于處理后定期取樣，測(cè)定狗牙根葉片中游離脯氨酸和丙二醛的含量。

1.2 葉片生理指標(biāo)測(cè)定

1.2.1 脯氨酸含量測(cè)定 于鉛脅迫處理后第5、10、15d，對(duì)狗牙根植株進(jìn)行采樣，取不同處理的狗牙根葉片0.50g，用3%磺基水楊酸提取，2.5%茚三酮顯色，加甲苯沸水浴萃取，在分光光度法計(jì)520nm處比色，測(cè)定其游離脯氨酸含量[6]。

1.2.2 丙二醛含量測(cè)定 于鉛脅迫處理后第1、3、5、7、10、15d，對(duì)狗牙根植株進(jìn)行采樣，稱取樣品中狗牙根葉片0.80g，用10mL10%三氯醋酸(TCA)提取葉片中的丙二醛，研磨至勻漿后在3000×離心10min。取10mL刻度試管2支，一支加入上清液3mL，另一支加水3mL(空白)，各加0.5%的硫代巴比妥酸(TBA)溶液3mL，搖勻，在沸水浴中煮沸10min。以空白作參比，在分光光度計(jì)430、532和600nm處測(cè)定樣品反應(yīng)液的消去值[6]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)均采用Excel 2013整理，采用IBMSPSS Statistics 20軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)方差分析和顯著差異分析。方差分析采用單因素方差分析(one-way ANOVA)法，差異顯著的指標(biāo)用最小顯著差法(LSD)進(jìn)行多重比較分析。數(shù)據(jù)用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 鉛脅迫對(duì)狗牙根葉片中游離脯氨酸含量的影響

由表1分析可知，鉛脅迫均能不同程度提高狗牙根幼苗葉片游離脯氨酸含量。在短期(5d)鉛脅迫處理下，處理組與對(duì)照組葉片游離脯氨酸含量相差不大，以250mg/kg最高；而脅迫處理10和15d時(shí)均以1000mg/kg處理最高，達(dá)到188.36mg/kg和211.95mg/kg，分別為對(duì)照的1.65倍和1.76倍，差異達(dá)顯著水平。相同鉛脅迫濃度處理下，狗牙根葉片中游離脯氨酸含量均逐漸增加，于15d時(shí)達(dá)到最大值。此外，鉛脅迫處理濃度越高，葉片內(nèi)游離脯氨酸含量隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)上升幅度越大。35、250、500和1000mg/kg鉛脅迫處理下，第15d測(cè)得值比第5d分別高出44.94%、44.33%、58.20%和86.19%。

表1 鉛脅迫對(duì)狗牙根葉片中游離脯氨酸含量的影響

注：應(yīng)用LSD法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)；各行中不同小寫字母表示處理間在0.05顯著水平有差異。

2.2 鉛脅迫對(duì)狗牙根葉片中丙二醛含量的影響

由圖1分析可知，狗牙根葉片中丙二醛含量隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)呈逐漸上升趨勢(shì)，在鉛脅迫處理15d時(shí)，各濃度處理均達(dá)到最高，且顯著高于對(duì)照。由相關(guān)性分析可知，各濃度鉛處理下，葉片丙二醛含量的相關(guān)性系數(shù)分別為0.958、0.580、0.970、0.981、0.978，其顯著性值均小于0.05，故狗牙根葉片中丙二醛含量與鉛脅迫時(shí)間呈顯著正相關(guān)。除第1d以外，相同鉛脅迫處理時(shí)間下，丙二醛含量均以500mg/kg處理最大。各處理組狗牙根葉片丙二醛含量均高于對(duì)照組，由方差分析可知，各濃度處理與對(duì)照相比均具有極顯著差異(P﹤0.01)；且低濃度鉛脅迫處理下，葉片丙二醛含量變化平緩，高濃度下其含量增幅明顯。

圖1 鉛脅迫下狗牙根葉片丙二醛含量動(dòng)態(tài)變化

3 討論

脯氨酸是植物蛋白質(zhì)的組分之一，并以游離態(tài)廣泛存在于植物體中。植物中游離脯氨酸含量一直是常用的抗逆性研究指標(biāo)，它通過(guò)增加細(xì)胞液的濃度來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞質(zhì)滲透壓，保護(hù)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。因此，植物體內(nèi)脯氨酸含量升高既可能是植物適應(yīng)性的表現(xiàn)，也可能是植物細(xì)胞受損的表征[7]。同時(shí)，游離脯氨酸的積累量與植物適應(yīng)逆境的能力有著密切的關(guān)系，重金屬脅迫下游離脯氨酸的積累在不同植物體中廣泛存在[8]。本研究中，各濃度鉛脅迫處理?xiàng)l件下，狗牙根葉片中游離脯氨酸含量的變化與油菜[9]等農(nóng)作物研究結(jié)果基本一致，即隨逆境脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，葉片內(nèi)游離脯氨酸含量逐漸增加，其變化幅度在不同濃度的鉛脅迫下存在差異，表現(xiàn)為處理濃度越高，游離脯氨酸含量隨時(shí)間變化幅度越大。此外，在相同處理時(shí)間下，游離脯氨酸含量隨著鉛濃度升高逐漸增加，這與不同濃度重金屬離子脅迫玉米幼苗[10]、番茄[11]體內(nèi)脯氨酸變化趨勢(shì)一致。本研究中，脅迫第5d時(shí)，高濃度鉛(500mg/kg和1000mg/kg)處理下的游離脯氨酸含量低于低濃度(250mg/kg)處理，這可能是因?yàn)闇y(cè)定初始時(shí)間設(shè)置較晚，錯(cuò)過(guò)游離脯氨酸含量的上升點(diǎn)，也可能是本實(shí)驗(yàn)最后測(cè)定的時(shí)間尚未達(dá)到其下降點(diǎn)。

植物在逆境脅迫或衰老過(guò)程中，其器官細(xì)胞內(nèi)自由基代謝平衡遭到破壞。而自由基過(guò)剩會(huì)引起細(xì)胞毒害，進(jìn)而引發(fā)或加劇膜脂過(guò)氧化作用，使得細(xì)胞膜系統(tǒng)損傷，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致植物細(xì)胞死亡[12]。丙二醛是膜脂過(guò)氧化的最終產(chǎn)物，其含量多少是膜脂過(guò)氧化作用強(qiáng)弱的一個(gè)重要指標(biāo)，也代表著質(zhì)膜受損傷程度。丙二醛會(huì)對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生毒害，引起細(xì)胞膜功能紊亂，且對(duì)許多功能分子也有破壞作用。因此，丙二醛含量增加是植物細(xì)胞損傷的直接原因[13]。在本研究中，鉛處理15d內(nèi)，狗牙根葉片中丙二醛含量隨鉛脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)而顯著升高，這與付光璽等[14]研究結(jié)果基本相同。此外，徐勤松等[15]的研究表明，逆境條件下，植物體內(nèi)丙二醛含量隨逆境脅迫處理?xiàng)l件的惡化顯著增加。在本實(shí)驗(yàn)中，丙二醛含量變化在鉛濃度0～500mg/kg范圍內(nèi)與前人研究結(jié)果基本一致。而在高濃度鉛(1000mg/kg)處理下，葉片丙二醛含量在第5、7、10、15d并不是所有處理中最高的，田學(xué)軍等[9]對(duì)鉛脅迫油菜的研究中也有類似現(xiàn)象，其原因可能是濃度過(guò)高的重金屬處理使得狗牙根受迫害嚴(yán)重。

4 結(jié)論

不同鉛濃度脅迫顯著影響狗牙根葉片中游離脯氨酸和丙二醛的含量。不同鉛脅迫濃度處理下，葉片游離脯氨酸和丙二醛的含量均隨著處理時(shí)間的延遲呈上升趨勢(shì)，在15d達(dá)到峰值；且鉛脅迫濃度越高，丙二醛含量變化幅度越大。不同鉛脅迫處理時(shí)間下，除個(gè)別處理外，游離脯氨酸含量在鉛濃度1000mg/kg達(dá)到最大值，丙二醛含量在500mg/kg最大，且均顯著高于對(duì)照。由此可見(jiàn)，狗牙根對(duì)較低濃度的鉛脅迫及短期的鉛脅迫具有一定的耐受性，但當(dāng)鉛脅迫濃度過(guò)高時(shí)，其已超出其細(xì)胞抵御的最大能力范圍，種植狗牙根并不能發(fā)揮草坪草應(yīng)有的作用。

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