重金屬對(duì)豌豆幼苗抗性生理指標(biāo)的影響

曹萌 南冠君 高玉瓊

摘要：通過(guò)水培試驗(yàn)，研究不同濃度的汞（Hg）、銅（Cu）、鎘（Cd）、鉻（Cr）、鉛（Pb）單一脅迫對(duì)豌豆幼苗抗性生理指標(biāo)的影響，結(jié)果表明，隨Hg、Cr脅迫濃度的增加，豌豆幼苗根長(zhǎng)呈先增后減趨勢(shì)，隨Cu、Cd、Pb脅迫濃度的增加，豌豆幼苗根長(zhǎng)呈減小趨勢(shì);豌豆幼苗對(duì)重金屬的富集能力大小依次為Cd>Hg>Pb>Cu>Cr，各器官重金屬積累量變化順序?yàn)楦?莖>葉，且隨重金屬濃度的增加而增加;隨重金屬脅迫濃度的增加，葉綠素、脯氨酸含量及超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）活性大致呈先升后降趨勢(shì)，MDA含量大致呈增加趨勢(shì);隨Cu、Cd、Pb脅迫濃度的增加，幼苗可溶性蛋白含量大致呈下降趨勢(shì)，隨Hg、Cr脅迫濃度的增加，可溶性蛋白含量呈先升后降趨勢(shì)。因此，低濃度重金屬脅迫可提高豌豆幼苗的抗氧化能力，幼苗呈一定的抗逆性，但對(duì)不同重金屬的抗性大小存在差異，豌豆幼苗可用于Hg污染環(huán)境的治理。

關(guān)鍵詞：豌豆;重金屬;汞;銅;富集能力;抗性生理指標(biāo)

中圖分類號(hào)： S643.301 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)：1002-1302（2019）07-0161-05

近年來(lái)，隨著金屬礦山的大量開(kāi)采，冶金工業(yè)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，大量重金屬元素進(jìn)入土壤和水源，導(dǎo)致土壤、水體和生物受到不同程度的重金屬污染[1-2]，造成土壤生產(chǎn)力下降、農(nóng)產(chǎn)品被污染、生態(tài)環(huán)境遭受破壞，同時(shí)，重金屬通過(guò)植物吸收并經(jīng)食物鏈進(jìn)入人體，并威脅人類健康[3]。因此，科學(xué)預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)重金屬環(huán)境污染，提出科學(xué)的重金屬治理措施具有十分重要的意義。

汞（Hg）、銅（Cu）、鎘（Cd）、鉻（Cr）、鉛（Pb）等是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中較為常見(jiàn)的5種重金屬，會(huì)與蛋白質(zhì)結(jié)合，抑制酶的活性，或破壞質(zhì)膜的選擇透性，阻礙植物正常代謝，對(duì)植物造成不同程度的傷害。國(guó)內(nèi)外有關(guān)于重金屬脅迫對(duì)植物體可溶性蛋白、丙二醛（MDA）、游離脯氨酸（Pro）含量及超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）活性等影響的研究報(bào)道。簡(jiǎn)敏菲等研究Cd、Pb脅迫對(duì)丁香蓼生理生化的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，Cd、Pb可抑制丁香蓼的生長(zhǎng)，且隨污染物濃度的增加而抑制作用增強(qiáng)[4]。夏吉林等研究重金屬Zn、Cu、Pb脅迫對(duì)長(zhǎng)鬃蓼部分抗性生理指標(biāo)的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)鬃蓼對(duì)Zn、Cu、Pb的抗性不同[5]。Tang等研究高濃度Cr脅迫下茶樹(shù)生理生化指標(biāo)變化時(shí)發(fā)現(xiàn)，高濃度Cr脅迫對(duì)茶樹(shù)的正常代謝、功能和細(xì)胞結(jié)構(gòu)有較強(qiáng)的抑制和破壞作用[6]。Imtiyaz等研究鈷（Co）、Pb脅迫對(duì)大豆生理指標(biāo)的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，Co、Pb脅迫可顯著降低種子發(fā)芽率、幼苗生長(zhǎng)和生物量[7]。

豌豆（Pisum sativum L.）是世界第四大豆類作物，其蛋白質(zhì)含量較高，一般可作為人類食品和動(dòng)物飼料[8-9]而被廣泛食用。目前，Hg、Cu、Pb、Cd、Cr等5種重金屬脅迫對(duì)豌豆幼苗不同器官生理指標(biāo)影響的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。本試驗(yàn)以豌豆幼苗為材料，測(cè)定Hg、Cu、Cd、Cr、Pb不同濃度脅迫下豌豆幼苗葉、莖、根不同器官對(duì)重金屬吸收積累的影響，探討其抗性生理指標(biāo)的變化，為豌豆的無(wú)害化栽培及重金屬污染預(yù)測(cè)、安全性評(píng)價(jià)和治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與儀器

游離蛋白質(zhì)、MDA、SOD、POD、CAT、Pro檢測(cè)試劑盒，購(gòu)于南京建成生物工程研究所;磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、乙醇、氯化鈉，均為分析純等級(jí)。SP-752型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，由上海光譜儀器有限公司生產(chǎn);福立AA1700型原子吸收分光光度計(jì)，由浙江省福立分析儀器有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2017年5—7月在西安交通大學(xué)藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心進(jìn)行。當(dāng)年產(chǎn)豌豆種子，0.2% KMnO4溶液漂洗15 min進(jìn)行表面消毒;豆芽機(jī)中25 ℃去超純水發(fā)芽培養(yǎng)7 d左右，待幼苗長(zhǎng)到2葉1心時(shí)，將其分別轉(zhuǎn)入含有4種不同濃度的重金屬溶液中繼續(xù)培養(yǎng)，觀察幼苗生長(zhǎng)變化情況。Hg的使用濃度分別為0（control group，CG）、1、2、5 mg/L，Cu的使用濃度分別為0（CG）、15、30、45 mg/L，Cd的使用濃度分別為0（CG）、4、8、10 mg/L，Cr的使用濃度分別為0（CG）、5、10、15 mg/L，Pb的使用濃度分別為0（CG）、20、40、80 mg/L。重金屬脅迫處理后4 d，測(cè)定豌豆幼苗各生化指標(biāo)及生物量。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 形態(tài)指標(biāo) 采用直尺測(cè)量豌豆幼苗的根長(zhǎng)度，稱量其濕質(zhì)量;烘箱中105 ℃殺青15 min，80 ℃干燥至恒質(zhì)量，稱量其干質(zhì)量。

1.3.2 幼苗中的重金屬含量 幼苗用自來(lái)水沖洗，浸入 20 mmol/L 乙二胺四乙酸（EDTA）溶液10 min以除去表面吸附的金屬;超純水洗滌，烘箱中干燥;研磨，稱質(zhì)量，用硝酸、過(guò)氧化氫體積比為4 ∶ 1的混合液消化;采用原子吸收光譜法分析消化液中的重金屬元素含量，儀器參數(shù)設(shè)置及分析條件見(jiàn)表1;計(jì)算豌豆幼苗對(duì)重金屬的蓄積能力，公式為

蓄積能力=（Ccmax-Cc0）/Cmax。

式中：Ccmax為最大脅迫濃度時(shí)整株幼苗體內(nèi)的重金屬含量;Cc0為對(duì)照組整株幼苗體內(nèi)的重金屬含量;Cmax為重金屬的最大脅迫濃度。

1.3.3 生化指標(biāo) 采用混合液法測(cè)定葉綠素含量[10-11];分別采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法、硫代巴比妥酸（TBA）法、氮藍(lán)四唑（NBT）法、愈創(chuàng)木酚比色法、紫外吸收法測(cè)定可溶性蛋白含量、MDA含量、SOD活性、POD活性、CAT活性;采用酸性茚三酮法測(cè)定游離脯氨酸（Pro）含量。所有測(cè)定均按檢測(cè)試劑盒中的操作方法進(jìn)行。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析