谷子萌發(fā)及苗期生理生化指標對鉛脅迫的響應

于雄勝　江振岳　張文英　周國艷　王麗芳　郭青枝　郭春燕

摘要：【目的】探究重金屬元素鉛（Pb）對谷子萌發(fā)及幼苗生理生化特性的影響，為Pb污染背景下谷子的安全生產(chǎn)和品質(zhì)保障提供理論依據(jù)。【方法】以谷子品種晉谷21號為試驗材料，采用土培盆栽試驗，以自然土壤加水為對照（CK，0 mg/kg），設5個外源Pb濃度處理（50、100、250、500和1000 mg/kg），分析不同Pb濃度處理對谷子萌發(fā)及苗期葉片生理生化指標的影響?！窘Y果】隨著Pb濃度的增加，谷子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率及發(fā)芽指數(shù)等萌發(fā)指標均受到不同程度的抑制，1000 mg/kg處理的相對發(fā)芽率僅有52.5%。葉綠素含量隨著Pb濃度的增加呈先升高后降低的變化趨勢，各Pb脅迫處理均顯著高于CK（P<0.05，下同），Pb濃度為500 mg/kg時，葉綠素a、葉綠素b和葉綠素a+b含量均達最大值，較CK分別增加58.3%、69.5%和64.3%。隨著Pb濃度的增加，過氧化物酶（POD）活性、質(zhì)膜透性、丙二醛（MDA）含量及脯氨酸含量均顯著增加，其中POD活性對1000 mg/kg高濃度Pb脅迫尤為敏感。可溶性蛋白質(zhì)含量隨著Pb濃度的增加呈先升高后降低的變化趨勢，Pb濃度為500 mg/kg時可溶性蛋白質(zhì)含量達最大值，較CK顯著增加54.1%;Pb濃度為1000 mg/kg時，可溶性蛋白質(zhì)含量急劇下降，與CK相比顯著降低14.9%。相關分析結果表明，谷子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)均與Pb濃度呈顯著負相關，POD活性、質(zhì)膜透性、MDA含量和脯氨酸含量均與Pb濃度呈極顯著正相關（P<0.01）。不同Pb濃度下抗性指標相對值的平均值（敏感性）排序為：POD活性>質(zhì)膜透性>脯氨酸含量>MDA含量>可溶性蛋白質(zhì)含量?！窘Y論】谷子在萌發(fā)階段和幼苗時期均會受到Pb脅迫的影響，同時在響應Pb脅迫時，谷子能通過自身生理生化特性的改變提高其適應Pb脅迫的能力，但這種適應性有一定限度。

關鍵詞： 谷子;Pb脅迫;種子萌發(fā);幼苗生理生化指標

中圖分類號： S515? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼： A 文章編號：2095-1191（2022）03-0795-08

The germination of foxtail millet seeds and the physiological and biochemical indexes of its seedlings in responses to lead stress

YU Xiong-sheng JIANG Zhen-yue ZHANG Wen-ying ZHOU Guo-yan

WANG Li-fang GUO Qing-zhi GUO Chun-yan

（1Xinzhou Teachers University， Xinzhou， Shanxi? 034000， China; 2Maoming Center of Agriculture and Rural Affairs/Maoming Development Center of Fruit Industry， Maoming， Guangdong? 525000， China; 3Institute of Dryland

Farming， Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Hengshui， Hebei? 053000， China）

Abstract：【Objective】To investigate the effects of heavy metal lead（Pb） on the germination of foxtail millet seeds and the physio-biochemical characteristics of its seedlings so as provide a theoretical basis for the safe production and quality assurance of this type of special rainfed cereal under the background of Pb pollution. 【Method】A pot experiment was conducted using foxtail millet cultivar Jingu 21 as the experimental material to investigate its seed germination and seedling physio-biochemical indexes as influenced by five exogenous Pb concentrations （50， 100， 250， 500， 1000 mg/kg）. Soil without added Pb was used as the control （CK， 0 mg/kg）. 【Result】The germination energy， germination ratio and germination indexes of Jingu 21 were inhibited with increasing Pb concentrations，the relative germination rate of foxtail millet seeds under Pb treatment of 1000 mg/kg was only 52.5% compared with CK. The contents of chlorophyll? increased firstly，and then decreased with increasing Pb concentrations， and all of these kinds of chlorophyll contents were significantly higher than those in the CK（P<0.05，the same below）. When Pb concentration was 500 mg/kg，the chlorophyll a，chlorophyll b and chlorophyll a+b contents reached the maximum， which increased by 58.3%， 69.5% and 64.3% respectively compared with CK. As Pb concentration increased，peroxidase （POD） activity，Plasma membrane permeability，malondialdehyde （MDA）content and proline content in leaves of Jingu 21 seedlings increased significantly，among with POD activity was especially sensitive to stress of high Pb concentration. Soluble protein content increased first and then decreased with increa-sing Pb concentrations.? When Pb concentration was 500 mg/kg，the soluble protein content reached the highest， which was 54.1% higher than that of CK. When Pb concentration was 1000 mg/kg，soluble protein content decreased sharply， which was 14.9% lower than that of CK. The correlation analysis showed that the germination potential， germination rate and germination index of foxtail millet were negatively correlated with Pb concentrations. The POD activity， plasma membrane permeability， MDA content and proline content were positively correlated with Pb concentration （P<0.01）. The average relative value of resistance index （sensitivity） at different Pb concentrations was in the order POD activity>plasma membrane permeabilyty>proline content>MDA content>soluble protein content. 【Conclusion】Millet is affected by Pb stress during both germination and the seedling stage. Within a certain concentration range，foxtail millet can alleviate the damage caused by Pb stress by adjusting its own physiological and biochemical indexes.

Key words： foxtail millet; Pb stress; seed germination; seedling physiological indexes

Foundation items：National Key Research and Development Program of China（2018YFD1000704-6）; National Foxtail Millet and Sorghum Industrial Technology System Project During the 14th Five Year Plan Period（CARS-06-14.5-A34）;Science and Technology Innovation Project of Colleges and Universities in Shanxi Province（2019L0845，2019 L0840）

0 引言

【研究意義】鉛（Pb）為土壤重金屬污染“五毒”元素之一，污染普遍、危害嚴重。2014年全國土壤污染狀況調(diào)查公報顯示，中國土壤Pb污染點位超標率達1.5%（陳能場等，2017）。土壤Pb污染對作物的種子萌發(fā)及生長均有一定影響，可造成作物減產(chǎn)、品質(zhì)降低（Li et al.，2019）。谷子[Setaria italica（L.）Beauv]是起源于中國的傳統(tǒng)農(nóng)作物，具有耐旱、耐瘠等特性，其籽粒小米營養(yǎng)價值豐富（Sharma? and Niranjan，2018），為重要的雜糧作物之一。然而，隨著土壤污染問題凸顯，谷子的產(chǎn)量和品質(zhì)受到一定程度的威脅，如河北滄州的調(diào)查結果顯示，小米中Pb含量超標率為20%（李清虹等，2013）。土壤質(zhì)量直接影響農(nóng)作物品質(zhì)和農(nóng)產(chǎn)品安全，因此，研究土壤Pb污染對谷子萌發(fā)及幼苗主要生理生化指標的影響，對谷子Pb污染的防治及品質(zhì)保障均具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】近年來，已有學者探究了土壤重金屬污染對谷子生長和吸收累積的影響，發(fā)現(xiàn)重金屬污染對谷子的影響與污染元素類型及濃度、研究方法、谷子品種、評價手段等因素相關。張喜文等（2011）采用土培盆栽試驗研究谷子幼苗對土壤中Pb、鉻（Cr）的生長響應和吸收累積，結果表明，在50～800 mg/kg范圍內(nèi)，Pb、Cr在谷子幼苗地上部和地下部的累積量存在明顯差異，谷子幼苗對Pb的吸收富集和轉(zhuǎn)運系數(shù)均大于Cr;Pb、Cr不同濃度對幼苗生物量的影響均表現(xiàn)為“低促高抑”的作用。肖志華等（2012）等通過水培試驗發(fā)現(xiàn)，二價鉛離子（Pb2+）對谷子幼苗生理生態(tài)的影響和遺傳毒害效應均大于二價銅離子（Cu2+），且不同基因型谷子對2種元素的耐性存在差異。張義賢等（2013）從DNA多態(tài)性的角度得出，Pb明顯影響谷子幼苗細胞中基因組模板DNA的穩(wěn)定性，DNA多態(tài)性變化與Pb濃度存在劑量—效應關系。崔秀秀和張義賢（2015）研究發(fā)現(xiàn)，鎳（Ni）脅迫可抑制谷子幼苗生長，影響葉片生理指標;Ni脅迫下4種基因型谷子苗期葉片中脯氨酸含量均有不同程度的提高，而可溶性蛋白質(zhì)含量呈明顯下降趨勢。王春梅等（2018）以石英砂為基質(zhì)，通過培養(yǎng)試驗研究不同濃度砷（As）對谷子萌發(fā)、幼苗生長及抗氧化酶系統(tǒng)的影響，結果表明，低濃度As對谷子萌發(fā)和幼苗生長有促進作用，高濃度As則有抑制作用;隨著As濃度增加，谷子幼苗超氧化物歧化酶（SOD）活性不斷增強，過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）活性呈先升高后降低的變化趨勢。【本研究切入點】Pb脅迫對多種作物的種子發(fā)芽率、幼苗生長及生物量均有明顯抑制作用，且不同生理生化指標對Pb脅迫的響應與Pb濃度、評價手段等存在一定關系（胡鐵柱等，2018;張陸云等，2019;國偉強等，2021）。目前關于Pb脅迫對谷子生理生化指標影響的研究中，缺乏關鍵抗性指標的敏感性比較分析，也尚不清楚關鍵抗性指標對不同Pb濃度脅迫響應的差異?！緮M解決的關鍵問題】通過土培盆栽試驗，分析不同濃度Pb脅迫對谷子萌發(fā)的影響及幼苗關鍵生理生化指標對Pb脅迫的響應，以期為Pb污染背景下谷子的安全生產(chǎn)和品質(zhì)保障提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

供試谷子品種為山西省優(yōu)勢品種晉谷21號，由山西鑫騰達農(nóng)業(yè)科技有限公司提供。種子種植前，先用5%次氯酸鈉消毒15 min，再用蒸餾水沖洗4～5次，然后用濾紙吸干表面水分，待用。供試土壤采自山西省忻州市郊區(qū)農(nóng)田耕層（0～20 cm），為石灰性褐土，自然風干后過2 mm篩，待用。土壤pH 8.43，有機質(zhì)含量12.7 g/kg，總氮含量0.22 g/kg，最大田間持水量47.0%，土壤Pb本底濃度24.2 mg/kg。試驗用試劑均為分析純。

1. 2 試驗方法

試驗設5個Pb脅迫處理，土壤外源Pb濃度分別為50、100、250、500和1000 mg/kg。按設定濃度稱取不同質(zhì)量的Pb（NO3）2，分別溶解在200 mL水中，待完全溶解后，分3次加入到稱取好的2 kg風干土壤中，混合均勻。對照（CK，0 mg/kg）為自然土壤添加200 mL水。土壤制備好后分別裝入同等大小的塑料花盆中（上口徑18.0 cm、下口徑12.5 cm、高16.0 cm）。所有處理和對照均設3個重復，土壤裝盆后放置于室內(nèi)平衡7 d，備用。挑選經(jīng)消毒處理后顆粒飽滿的谷子種子均勻播種于花盆中，每盆種植35顆。在溫室（25 ℃）中培養(yǎng)，采用稱重法定期補充水分，并隨機更換位置，培養(yǎng)期間自種子露白開始，每天固定時間記錄種子萌發(fā)情況。待種子萌發(fā)完全、生長穩(wěn)定后間苗，每盆保留8株長勢一致的幼苗，待幼苗長至4～5片葉時，選擇葉齡相似、形狀完好無病害的葉片進行主要生理生化指標測定。

1. 3 測定指標及方法

1. 3. 1 萌發(fā)指標計算方法

發(fā)芽勢（%）=3 d正常發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù)×100

發(fā)芽率（%）=7 d正常發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù)×100發(fā)芽指數(shù)=∑G/D

式中，G為t時間內(nèi)發(fā)芽數(shù)，D為相應的發(fā)芽天數(shù)。

相對發(fā)芽率（%）=處理發(fā)芽率/對照發(fā)芽率×100

1. 3. 2 苗期葉片生理生化指標測定 采用丙酮和乙醇浸提法測定葉綠素含量，采用愈創(chuàng)木酚比色法測定POD活性，采用相對電導率法測定質(zhì)膜透性，采用硫代巴比妥酸比色法測定丙二醛（MDA）含量，采用茚三酮顯色法測定脯氨酸含量，采用考馬斯亮藍G-250染色法測定可溶性蛋白質(zhì)含量（高俊鳳，2006）。各抗性指標相對值計算公式為：

抗性指標相對值=處理指標值/對照指標值

1. 4 統(tǒng)計分析

采用Excel 2016進行數(shù)據(jù)整理及制圖。采用DPS 15.1對數(shù)據(jù)進行差異顯著性檢驗（LSD法）和簡單相關分析（Pearson法）。相關分析中各個指標值以3次重復均值分別與對應的Pb濃度進行相關分析，包含6個Pb濃度梯度。

2 結果與分析

2. 1 不同Pb脅迫處理對谷子萌發(fā)的影響

由表1可知，隨著Pb濃度的增加，谷子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)及相對發(fā)芽率均逐漸降低。從發(fā)芽勢來看，50 mg/kg Pb濃度處理與CK無顯著差異（P>0.05，下同），100～1000 mg/kg處理的發(fā)芽勢較CK顯著降低12.7%～47.8%（P<0.05，下同）。發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)的變化規(guī)律與發(fā)芽勢相似，與CK相比，100、250、500和1000 mg/kg處理的發(fā)芽率分別顯著降低8.1%、34.4%、42.4%和47.5%，發(fā)芽指數(shù)分別顯著降低11.6%、33.9%、44.3%和48.4%。低濃度（50和100 mg/kg）Pb脅迫下，發(fā)芽勢比發(fā)芽率下降更明顯;高濃度（250、500和1000 mg/kg）Pb脅迫下，相對發(fā)芽率明顯降低，Pb濃度為1000 mg/kg時，相對發(fā)芽率僅有52.5%。由此可見，Pb脅迫對谷子萌發(fā)有明顯的抑制作用。

2. 2 不同Pb脅迫處理對谷子苗期葉片葉綠素含量的影響

由表2可知，不同Pb濃度處理的谷子苗期葉片葉綠素a、葉綠素b和葉綠素a+b含量均較CK顯著增加，但葉綠素a/b無顯著差異;隨著Pb濃度的增加，葉綠素含量呈先升高后降低的變化趨勢。其中，50、100和250 mg/kg 3個Pb濃度處理間的葉綠素a和葉綠素b含量無顯著差異;Pb濃度為500 mg/kg時，葉綠素a、葉綠素b和葉綠素a+b含量均達最大值，較CK分別增加58.3%、69.5%和64.3%;Pb濃度繼續(xù)增大到1000 mg/kg時，葉綠素含量較500 mg/kg處理有所降低，但仍顯著高于CK及其他處理。

2. 3 不同Pb脅迫處理對谷子苗期葉片POD活性的影響

POD是植物細胞內(nèi)活性氧清除酶系統(tǒng)中重要的保護酶，是研究植物抗逆反應的重要指標之一（Yang et al.，2015）。由圖1可看出，土壤中添加外源Pb后，谷子苗期葉片的POD活性較CK顯著增強。在50～250 mg/kg外源Pb濃度范圍內(nèi)，POD活性變化不顯著;當土壤外源Pb濃度達500 mg/kg及以上時，POD活性顯著增加，500和1000 mg/kg處理的POD活性較CK增加4.0和22.6倍。由此可見，谷子苗期葉片中POD活性對高濃度Pb脅迫尤為敏感。

2. 4 不同Pb脅迫處理對谷子苗期葉片細胞質(zhì)膜透性的影響

質(zhì)膜透性是衡量植物細胞質(zhì)膜受到傷害的重要生理指標之一，其值越大表示質(zhì)膜受到的傷害越大，而葉片細胞浸提液中相對電導率的變化情況可反映質(zhì)膜受傷害程度（王馬勃等，2019）。由圖2可看出，隨著Pb濃度的增加，谷子苗期葉片中相對電導率呈逐漸上升趨勢。Pb濃度為50 mg/kg時，相對電導率略有增加，但與CK無顯著差異;當土壤外源Pb濃度達100 mg/kg及以上時，相對電導率顯著增加，較CK增加0.4～1.2倍。表明隨著Pb濃度的增加，谷子苗期葉片細胞質(zhì)膜受到的傷害隨之增大。

2. 5 不同Pb脅迫處理對谷子苗期葉片MDA含量的影響

MDA是膜脂過氧化最重要的產(chǎn)物之一，其含量可表征植物在逆境脅迫下細胞質(zhì)膜的受損程度（Khalil et al.，2021）。圖3結果顯示，不同外源Pb濃度處理的葉片MDA含量均顯著高于CK，50～1000 mg/kg處理的MDA含量較CK增加7.8%～60.4%。其中，50和100 mg/kg及100和250 mg/kg處理間無顯著差異;Pb濃度為500和1000 mg/kg時，MDA含量顯著高于其他處理。

2. 6 不同Pb脅迫處理對谷子苗期葉片脯氨酸含量的影響

脯氨酸是植物適應逆境時重要的滲透壓調(diào)節(jié)物質(zhì)，具有保持細胞滲透平衡，增加蛋白質(zhì)的可溶性，進而保護大分子穩(wěn)定性的功能（Kaur and Asthir，2015）。圖4結果顯示，當土壤中外源Pb濃度為50 mg/kg時，谷子苗期葉片中脯氨酸含量與CK無顯著差異;當Pb濃度達100 mg/kg及以上時，脯氨酸含量開始顯著增加，較CK增加0.2～0.9倍，但100和250 mg/kg處理間無顯著差異。由此可知，在高濃度Pb脅迫下，谷子苗期葉片中脯氨酸含量會有明顯升高。

2. 7 不同Pb脅迫處理對谷子苗期葉片可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

由圖5可看出，隨著Pb濃度的增加，谷子苗期葉片中可溶性蛋白質(zhì)含量呈先升高后降低的變化趨勢。Pb濃度為50 mg/kg時，可溶性蛋白質(zhì)含量與CK無顯著差異;Pb濃度為100和250 mg/kg時，2個Pb濃度處理間無顯著差異，但與CK相比二者可溶性蛋白質(zhì)含量顯著增加，增幅分別為22.1%和32.6%;Pb濃度為500 mg/kg時，可溶性蛋白質(zhì)含量達最大值，較CK顯著增加54.1%;Pb濃度為1000 mg/kg時，可溶性蛋白質(zhì)含量急劇下降，與CK相比顯著降低14.9%。

2. 8 土壤Pb濃度與谷子發(fā)芽特性及幼苗生理生化指標的相關分析

將土壤Pb濃度與谷子各發(fā)芽特性及幼苗生理生化指標進行簡單相關分析，結果（表3）表明，谷子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)均與Pb濃度呈顯著負相關，POD活性、質(zhì)膜透性、MDA含量和脯氨酸含量均與Pb濃度呈極顯著正相關（P<0.01），可溶性蛋白質(zhì)含量與Pb濃度呈不顯著負相關。

2. 9 谷子幼苗Pb抗性指標敏感性分析

為了更好的評價各個抗性指標的敏感性和適用范圍，進一步比較外源Pb脅迫下谷子苗期葉片中POD活性、質(zhì)膜透性、MDA含量、脯氨酸含量、可溶性蛋白質(zhì)含量等抗性指標的相對值，其值越大說明該指標敏感性越高。由表4結果可知，不同Pb濃度下抗性指標相對值的平均值（敏感性）排序為：POD活性>質(zhì)膜透性>脯氨酸含量>MDA含量>可溶性蛋白質(zhì)含量;標準偏差除可溶性蛋白質(zhì)含量略大于MDA含量外，其他整體排序與平均值相似。

3 討論

種子萌發(fā)過程是植物響應外界環(huán)境變化較敏感的時期，種子萌發(fā)情況直接關系到植物幼苗的形態(tài)、后期植物的生長發(fā)育及作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。因此，種子萌發(fā)階段通常用來研究作物對重金屬的耐性和響應機制（張陸云等，2019;劉翰升等，2020）。本研究結果顯示，Pb脅迫對谷子萌發(fā)具有明顯的抑制作用，且低濃度Pb脅迫對谷子發(fā)芽勢的影響比對發(fā)芽率的影響更明顯，Pb濃度與發(fā)芽勢的相關性高于發(fā)芽率，表明Pb脅迫對谷子的毒害作用在種子萌發(fā)初期就會發(fā)生，一直到完成整個萌發(fā)過程，且在萌發(fā)初期的影響更大，其原因可能是Pb脅迫加速消耗了種子中貯藏的營養(yǎng)物質(zhì)并破壞了細胞質(zhì)膜透性。

Pb脅迫不僅對種子萌發(fā)有影響，而且對植物幼苗的生理生化指標也有一定影響（王馬勃等，2019）。本研究中，谷子苗期葉片中葉綠素含量、POD活性、質(zhì)膜透性、MDA含量、脯氨酸含量和可溶性蛋白質(zhì)含量等生理生化指標均與Pb濃度存在一定的劑量—效應關系。葉綠素是植物葉片吸收、轉(zhuǎn)化、利用光能的主要色素，其含量及合成速率是判斷植物耐受逆境的重要指標（黃曉霞等，2017）。葉綠素在響應重金屬脅迫時，其含量的變化趨勢與植物類型、反應時間等均有一定關系。有研究報道，Pb濃度與3種經(jīng)濟樹種的葉綠素含量存在顯著負相關（劉建華等，2020）。本研究中，葉綠素a、葉綠素b和葉綠素a+b含量均隨著Pb濃度的增大呈先升高后降低的變化趨勢，在Pb濃度為500 mg/kg時達最大，1000 mg/kg時開始顯著下降。與王馬勃等（2019）報道Pb脅迫下茅蒼術葉綠素含量隨處理時間的延長呈先升高后降低的趨勢相似。Pb脅迫下植物葉綠素含量的增大可能是植物葉綠素合成系統(tǒng)對重金屬的一種應急性反應（黃曉霞等，2017）。此外，葉綠素a/b在各處理中均無顯著差異，可能與葉綠素a和葉綠素b對Pb脅迫的響應一致有關。石慧芳等（2021）對黑麥草的重金屬元素抗性研究結果也得出了相似結果。

抗氧化酶類可清除植物在逆境條件下產(chǎn)生的活性氧自由基（Kibria et al.，2017）。但當高濃度重金屬脅迫達到一定程度時，就會破壞植物正常的酶功能，進而導致酶系統(tǒng)清除活性氧能力下降，引發(fā)細胞生理功能紊亂（安婷婷等，2021）。有研究顯示，隨著土壤Pb濃度的升高，高羊茅的POD活性呈先升高后降低的變化趨勢，在1000 mg/kg時達最大值;狗牙根的POD活性則持續(xù)升高，在2000 mg/kg時達最大值（熊作明等，2019）。本研究中，隨著Pb濃度的增加，谷子幼苗葉片的POD活性顯著升高，Pb濃度為1000 mg/kg時，POD活性較CK增加22.6倍，遠高于其他處理，該結果與Pb低積累小麥受Pb脅迫下POD活性的變化規(guī)律相似（胡鐵柱等，2018），究其原因可能主要與不同植物基因型有關，也可知POD活性為谷子關鍵耐性指標。

相對電導率和MDA含量均可反映質(zhì)膜系統(tǒng)的受傷害程度（王馬勃等，2019;Khalil et al.，2021）。植物體內(nèi)的可溶性蛋白質(zhì)主要是一些游離態(tài)代謝酶類，可作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)與重金屬離子結合，形成一種重金屬結合蛋白，減少游離態(tài)重金屬離子的含量，從而減輕重金屬對植物的損傷（譚萬能等，2006）。脯氨酸是逆境條件下膜和酶的保護物質(zhì)及自由基清除劑，可通過改變細胞液濃度及細胞滲透勢來防止細胞脫水（Kaur and Asthir，2015）。因此，逆境條件下植物體內(nèi)脯氨酸含量通常會增加，以增加植物幼苗抗Pb脅迫的能力（Rizvi et al.，2018）。本研究結果表明，相對電導率和MDA含量均隨著Pb濃度的增加而顯著增加，與張義賢等（2013）的研究結果相吻合。相對電導率的增大和MDA含量的升高，說明在Pb脅迫下細胞內(nèi)自由基積累增多，膜脂過氧化程度增強，此時植物通過細胞內(nèi)各種保護機制的增強來緩解Pb脅迫作用。此外，本研究中可溶性蛋白質(zhì)含量在Pb濃度為500 mg/kg時最高，1000 mg/kg時顯著降低且低于CK，其原因可能在于過量的重金屬離子可損傷與蛋白質(zhì)合成相關的細胞器，使植物中蛋白合成酶下降，分解酶活性上升，從而抑制蛋白質(zhì)的合成，導致可溶性蛋白質(zhì)含量下降（國偉強等，2021）。同時，植物中MDA和脯氨酸含量增加，質(zhì)膜透性增大，細胞中的可溶性物質(zhì)外滲，重金屬更易進入細胞并破壞蛋白結構而使其降解，也表現(xiàn)為蛋白質(zhì)含量的降低，因此可溶性蛋白質(zhì)含量可作為植物受到重度污染脅迫的指示指標（侯明等，2018）?？扇苄缘鞍踪|(zhì)和脯氨酸含量的改變，提示谷子幼苗在Pb濃度較低時會通過各種生理生化改變來提高自身抗逆性，以適應不利環(huán)境的影響，而當這種脅迫超過一定范圍后，其自身的脅迫響應防護措施會相應減弱。就谷子幼苗而言，這種減弱作用首先表現(xiàn)在可溶性蛋白質(zhì)含量上，Pb濃度為1000 mg/kg時可溶性蛋白質(zhì)含量顯著降低，而此濃度下脯氨酸含量還在進一步積累，說明谷子不同生理生化指標在敏感性上存在差異。相關分析結果表明，谷子幼苗葉片中可溶性蛋白質(zhì)含量與土壤Pb濃度無顯著相關性，但研究中發(fā)現(xiàn)若去除1000 mg/kg處理后再進行相關分析，可得出可溶性蛋白質(zhì)含量與土壤Pb濃度呈顯著正相關，其原因如前所述，即在重度Pb脅迫下，可溶性蛋白質(zhì)含量會表現(xiàn)為降低現(xiàn)象，從而導致結果存在差異。

由上述分析并結合抗性指標的敏感性分析結果可知，谷子各生理生化指標對不同Pb濃度的響應存在一定差異。在研究重金屬污染對谷子生理生化指標響應時，應重點關注敏感性高的指標。

4 結論

Pb脅迫對谷子萌發(fā)存在明顯的抑制作用，谷子幼苗各生理生化抗性指標對Pb脅迫的響應存在一定差異，其敏感性順序為：POD活性>質(zhì)膜透性>脯氨酸含量>MDA含量>可溶性蛋白質(zhì)含量，其中可溶性蛋白質(zhì)含量可作為Pb重度脅迫的指示指標。由此可見，谷子在萌發(fā)階段和幼苗時期均會受到Pb脅迫的影響，同時在響應Pb脅迫時，谷子能通過自身生理生化特性的改變提高其適應Pb脅迫的能力，但這種適應性有一定限度。

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（責任編輯 王 暉）