水杨酸对Ｃｄ２＋胁迫下小麦的影响

黄希莲,魏菲

摘要：研究水杨酸（ＳＡ）对Ｃｄ２＋胁迫下小麦种子萌发及幼苗生长的影响，以及叶绿素含量、超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）活力、过氧化物酶（ＰＯＤ）活力及丙二醛（ＭＤＡ）含量的变化。结果表明，在Ｃｄ２＋胁迫下小麦种子发芽率、平均根长和平均芽长都受到抑制，且Ｃｄ２＋浓度越高抑制程度越大，同时小麦的ＳＯＤ、ＰＯＤ活力升高，叶绿体含量下降，ＭＤＡ含量升高。ＳＡ处理提高了在Ｃｄ２＋胁迫下小麦的种子发芽率、平均根长、平均芽长和叶绿素含量，并进一步提高了ＳＯＤ、ＰＯＤ活力，降低了ＭＤＡ含量。SA能在一定程度上减轻Ｃｄ２＋对小麦种子及幼苗的伤害。

关键词：水杨酸；小麦；Ｃｄ２＋

中图分类号：Ｓ５１２．１；Ｓ３１１文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０12）14－2929-03

Effects of Salicylic Acid on Wheat under Cadmium Stress

ＨＵＡＮＧ Ｘｉ－ｌｉａｎ，ＷＥＩ Ｆｅｉ

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｑｉａｎｎａｎ Ｎｏｒｍａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｆｏｒ Ｎａｔｉｏｎａｌｉｔｉｅｓ，Ｄｕｙｕｎ ５５８０００，Ｇｕｉｚｈｏｕ，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｓａｌｉｃｙｌｉｃ ａｃｉｄ（ＳＡ） ｏｎ ｓｅｅｄｓ ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｅｅｄｌｉｎｇ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｗｈｅａｔ ｕｎｄｅｒ Ｃａｄｍｉｕｍ（Ｃｄ２＋） ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅs ｏｆ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔ， ｓｕｐｅｒｏｘｉｄｅ ｄｉｓｍｕｔａｓｅ（ＳＯＤ） ａｃｔｉｖｉｔｙ， ｐｅｒｏｘｉｄａｓｅ（ＰＯＤ） ａｃｔｉｖｉｔｙ， ａｎｄ ｍａｌｏｎｄｉａｌｄｅｈｙｄｅ（ＭＤＡ） ｃｏｎｔｅｎｔ ｗere ｔｅｓｔｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｒａｔｅ， ａｖｅｒａｇｅ ｒｏｏｔ ｌｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｓｈｏｏｔ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｗｈｅａｔ were ｉｎｈｉｂｉｔｅｄ ｕｎｄｅｒ Ｃｄ２＋ ｓｔｒｅｓｓ． Ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈｅ Ｃｄ２＋ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ， ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｒ ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ ｅｘｔｅｎｔ ｗａｓ． Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ， ＳＯＤ ａｎｄ ＰＯＤ ａｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ＭＤＡ ｃｏｎｔｅｎｔ were ｉｎｃｒｅａｓｅｄ； ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔ ｗａｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ． Ｔｈｅ ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｒａｔｅ， ａｖｅｒａｇｅ ｒｏｏｔ ｌｅｎｇｔｈ， ｍｅａｎ ｂｕｄ ｌｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｌｅａｆ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｗｈｅａｔ were ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ ＳＡ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ． Ｍｏｒｅｏｖｅｒ， ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ＭＤＡ ｗａｓ ｒｅｄｕｃｅｄ； ａｎｄ ＳＯＤ， ＰＯＤ ａｃｔｉｖｉｔｙ were ｉｎｃｒｅａｓｅｄ． ＳＡ ｃｏｕｌｄ ｒｅｌｉｅｖｅ ｔｈｅ ｄａｍａｇｅ ｏｆ Ｃｄ２＋ ｏｎ ｗｈｅａｔ ｓｅｅｄ ａｎｄ ｓｅｅｄｌｉｎｇ ｔｏ ｓｏｍｅ ｅｘｔｅｎｔ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｓａｌｉｃｙｌｉｃ ａｃｉｄ； ｗｈｅａｔ； Cａｄｍｉｕｍ

随着经济的快速发展，农业生产中化肥、农药等的大量使用，使得土壤污染日趋严重，Ｃｄ２＋是一种分布广泛、污染面积较大的重金属元素［１］，同时Ｃｄ２＋又是一种危险性较大的重金属污染物，不仅影响植物的生长和发育，还可通过食物链进入人体，危害人体健康，因此目前亟须寻找到一种降低Ｃｄ２＋在农作物中的累积和毒副作用的方法。

水杨酸（ＳＡ）是一种广泛存在于植物体内的内源性植物激素，对植物的开花、产热、性别分化、乙烯合成、呼吸、蒸腾、气孔关闭、膜透性及离子吸收等许多生理过程起调控作用［２］，以小麦种子为材料，研究了外施ＳＡ对Ｃｄ２＋胁迫下小麦种子萌发和幼苗生长的影响，旨在为缓解Ｃｄ２＋污染造成的植物重金属毒害提供理论依据。

１材料与方法

１．１材料

小麦品种为贵州友禾种业有限公司生产的贵农２５。所用试剂ＳＡ、ＣｄＳＯ４均为分析纯。

１．２方法

１．２．１处理流程选取大小均匀、子粒饱满的小麦种子，用质量分数为３％的双氧水浸泡消毒１０ ｍｉｎ，用去离子水冲洗数次，于３７ ℃温水浸泡６ ｈ后待用。将种子排列于铺有滤纸的培养皿中，每皿５０粒。分别加入０．１０、０．２５、０．５０、１．００、２．５０、５．００ ｍｍｏｌ／Ｌ Ｃｄ２＋溶液，并加入５ ｍｍｏｌ／Ｌ ＳＡ溶液，以未加Ｃｄ２＋溶液的试验组为对照，并将培养皿置于光照度为２ ０００ ｌｘ、温度为２５ ℃的光照培养箱中培养，每个处理３次重复。７ ｄ后测定发芽率，１０ ｄ后测定各项生理生化指标。

１．２．２指标的测定方法超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）活力的测定采用ＮＢＴ光化还原法，过氧化物酶（ＰＯＤ）活力的测定采用愈创木酚法，叶绿素含量的测定采用分光光度计法，丙二醛（ＭＤＡ）含量的测定采用硫代巴比妥酸法［３］。

２结果与分析

２．１ＳＡ对Ｃｄ２＋胁迫下小麦发芽率、平均根长和平均芽长的影响

从表１可知，不同浓度Ｃｄ２＋胁迫对小麦发芽率、平均根长和平均芽长均有不同程度的抑制作用，且Ｃｄ２＋浓度越大抑制作用越明显。当Ｃｄ２＋浓度为１．００ ｍｍｏｌ／Ｌ时，小麦种子发芽率仅为对照的１６％，当Ｃｄ２＋浓度升高至５．００ ｍｍｏｌ／Ｌ时，小麦种子几乎不能萌发，这说明高浓度的Ｃｄ２＋对小麦种子的萌发有明显的抑制作用。施加ＳＡ能明显增加在相同浓度Ｃｄ２＋胁迫下小麦的发芽率、平均根长和平均芽长，当Ｃｄ２＋浓度为１．００ ｍｍｏｌ／Ｌ时，添加了ＳＡ的小麦种子发芽率增加了５０％，平均根长增加了１．５８倍，平均芽长增加了１．１７倍，说明ＳＡ对Ｃｄ２＋胁迫下的小麦种子有保护作用，在一定程度上可以缓解Ｃｄ２＋对小麦种子的毒害作用。

２．２ＳＡ对Ｃｄ２＋胁迫下小麦幼苗叶绿素含量的影响

叶绿素是植物进行光合作用的重要色素，其含量的高低直接影响植物光合作用的水平和有机物的积累，是反应植物光合作用的重要生理指标之一。从图１可知，随着Ｃｄ２＋浓度的升高，小麦幼苗叶绿素含量逐渐降低。低浓度的Ｃｄ２＋胁迫对小麦幼苗叶绿素含量的影响不明显，当Ｃｄ２＋浓度达１．００ ｍｍｏｌ／Ｌ时，小麦幼苗叶绿素含量明显下降，仅为对照的４７．８％，添加ＳＡ后，小麦幼苗叶绿素含量增加至对照的７０．８％；当Ｃｄ２＋浓度达５．００ ｍｍｏｌ／Ｌ时，添加ＳＡ后小麦幼苗叶绿素含量比同浓度Ｃｄ２＋胁迫下增加了１．９６倍。ＳＡ能显著增加Ｃｄ２＋胁迫下小麦幼苗的叶绿素含量，缓解Ｃｄ２＋对小麦的伤害，促进小麦的生长和发育。

２．３ＳＡ对Ｃｄ２＋胁迫下小麦幼苗ＳＯＤ活力的影响

ＳＯＤ广泛存在于各类生物体内，是一种能够消除生物代谢产生的各种有害物质的酶，其对生物体生命活动的正常进行起着至关重要的作用。由图２可知，随着Ｃｄ２＋浓度的升高，小麦幼苗ＳＯＤ活力逐渐升高，添加ＳＡ后ＳＯＤ活力进一步升高。在０．５０ ｍｍｏｌ／Ｌ Ｃｄ２＋胁迫下，小麦幼苗ＳＯＤ活力为对照的１．８５倍，添加ＳＡ后进一步升高为对照的２．２７倍，在５．００ ｍｍｏｌ／Ｌ Ｃｄ２＋胁迫下，小麦幼苗ＳＯＤ活力达到峰值，为对照的２．４０倍，添加ＳＡ后增至对照的３．０６倍。

２．４ＳＡ对Ｃｄ２＋胁迫下小麦幼苗ＰＯＤ活力的影响

由图３可知，Ｃｄ２＋胁迫下小麦幼苗ＰＯＤ活力随着Ｃｄ２＋浓度的升高而增高，添加ＳＡ后小麦幼苗ＰＯＤ活力进一步增高。低浓度Ｃｄ２＋胁迫对小麦幼苗ＰＯＤ活力影响并不明显，当Ｃｄ２＋浓度分别达１．００、２．５０和５．００ ｍｍｏｌ／Ｌ时，小麦幼苗ＰＯＤ活力都明显增高，分别比对照增加了３３．９％、３６．５％、４２．６％，添加ＳＡ使小麦幼苗ＰＯＤ活力增强，分别为对照的１．５１、１．５９和１．６４倍。

２．５ＳＡ对Ｃｄ２＋胁迫下小麦幼苗ＭＤＡ含量的影响

大量研究表明植物在逆境胁迫或衰老过程中，细胞自由基代谢的平衡被破坏，从而为自由基的产生创造了条件，过剩的自由基的毒害之一是引起或加剧膜脂过氧化作用，造成细胞膜系统的损伤，严重时导致植物细胞的死亡［４］。ＭＤＡ是膜脂过氧化作用的产物之一，对植物细胞具有毒害作用。从图４可知，随着Ｃｄ２＋浓度加大，小麦幼苗ＭＤＡ含量也逐渐上升，这与Ｃｄ２＋对细胞的膜系统造成破坏、使细胞的过氧化作用增强有关。ＳＡ能降低小麦幼苗的ＭＤＡ含量，能缓解Ｃｄ２＋对小麦幼苗的伤害。由图４可知，添加了ＳＡ使０．５０ ｍｍｏｌ／Ｌ Ｃｄ２＋胁迫下ＭＤＡ含量比未加ＳＡ的同浓度Ｃｄ２＋胁迫下降低了３５．４％。

３小结与讨论

试验结果表明，Ｃｄ２＋胁迫下小麦的生根和发芽都受到抑制，且随着Ｃｄ２＋浓度的升高，抑制作用越明显，过高浓度的重金属毒害甚至完全抑制了小麦种子的萌发，水杨酸（ＳＡ）处理不能消除这种毒害，这与陈珍［５］、王松华等［６］的研究结果一致。外源ＳＡ缓解了Ｃｄ２＋对小麦的毒害作用，提高了小麦种子的发芽率、平均根长和平均芽长，在一定程度上对小麦种子起到了保护作用。叶绿素是植物的主要光合色素，与植物的光合作用有着直接联系，在逆境下活力氧在细胞中的积累会使较多的氧原子等扩散到叶绿体中，参与叶绿素的降解。随着Ｃｄ２＋浓度的升高，小麦幼苗叶绿素含量逐渐降低，影响了小麦的光合作用，当添加ＳＡ后，小麦幼苗叶绿素含量升高，ＳＡ对叶绿体具有保护功能。

植物体内的抗氧化系统超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）、过氧化物酶（ＰＯＤ）在保护机体免受自由基侵害的过程中起到重要作用。当小麦遭受Ｃｄ２＋伤害时，小麦首先启动体内抗氧化系统来抵御重金属伤害，因此随着Ｃｄ２＋浓度升高，ＳＯＤ、ＰＯＤ活力均有所升高，试验结果与对小白菜［７］、油菜［８］等的研究结果一致。添加ＳＡ进一步提高了小麦幼苗ＳＯＤ、ＰＯＤ活力，从而更有效地清除了活力氧，减少了对膜结构和功能的破坏。随着Ｃｄ２＋浓度的提高，膜脂过氧化作用的产物丙二醛（ＭＤＡ）的含量升高，ＳＡ降低了ＭＤＡ含量，减轻了膜脂过氧化作用，增加了Ｃｄ２＋胁迫下质膜的稳定性。

参考文献：

［１］ 陈志德，仲维功，王军，等．镉胁迫对水稻种子萌发和幼苗生长的影响［Ｊ］．江苏农业学报，２００９，２５（１）：１９－２３．

［２］ 周欣，陈善娜．水杨酸在植物诱导抗性方面研究进展［Ｊ］．云南大学学报（自然科学版），２００１，２３（增刊）：１０６－１０８．

［３］ 李合生．植物生理生化实验原理和技术［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２０００．

［４］ 周智彬，徐新闻，杨兰英．三种固沙植物对高温胁迫的生理响应及其抗热性研究［Ｊ］．干旱区地理，２００５，２８（６）：８２５－８２９．

［５］ 陈珍．水杨酸对镉胁迫下花椰菜种子萌发及幼苗生长的影响［Ｊ］． 种子，２００９，２８（２）：３９－４３．

［６］ 王松华，储卫红，周正义，等．水杨酸对小麦镉毒害的缓解效应［Ｊ］． 种子，２００５，２４（１０）：１５－１７．

［７］ 段云青，王艳，雷焕贵．镉胁迫对小白菜ＰＯＤ、ＰＰＯ和ＳＯＤ活性的影响［Ｊ］．河南农业科学，２００６（７）：８８－９１．

［８］ 徐秋曼，陈宏．镉对油菜叶细胞膜的损伤及细胞自身保护机制初探［Ｊ］．农业环境保护，２００１，２０（４）：２３５－２３７．