S对As胁迫下桐花树幼苗巯基化合物含量的影响

吴桂容，洪华龙，严重玲*

( 1．滨海湿地生态系统教育部重点实验室(厦门大学)，福建厦门361102; 2．贺州学院化学与生物工程学院，广西贺州542800)



S对As胁迫下桐花树幼苗巯基化合物含量的影响

吴桂容1，2，洪华龙1，严重玲1*

( 1．滨海湿地生态系统教育部重点实验室(厦门大学)，福建厦门361102; 2．贺州学院化学与生物工程学院，广西贺州542800)

摘要:本研究以红树植物桐花树( Aegiceras corniculatum ( L．) Blanco)为实验材料，通过栽培试验研究硫( S)对砷( As)胁迫下桐花树幼苗巯基化合物含量的影响．As含量设为－As( 0 mg/kg)和+As( 60 mg/kg) 2个处理，而S含量设为－S( 0 g/ kg)、+S( 1 g/kg)和+HS( 2 g/kg) 3个处理．结果表明:在－As处理组中，桐花树幼苗根、叶中非蛋白巯基( NPT)、谷胱甘肽( GSH)和植物络合素( PCs)等巯基化合物的含量均随着S的施入而有显著升高( p＜0．05) ; +As处理组桐花树幼苗根、叶中NPT和PCs含量在－S、+S、+HS处理下均要显著高于－As处理组( p＜0．05) ;在+As处理组中，桐花树幼苗根、叶中的NPT和叶中PCs含量随着S的施入显著升高( p＜0．05)，且根中PCs含量与As含量呈显著正相关( r= 0．82，p＜0．05)．上述结果说明As的胁迫和S的施入均能促进巯基化合物的合成，显著提高As胁迫下的桐花树幼苗根、叶中巯基化合物特别是PCs的含量．S在红树植物As抗性中具有重要作用，在As污染下的红树林湿地中施入S可以通过巯基化合物代谢提高红树植物对As的抗性．

关键词:硫;砷;桐花树;巯基化合物

红树林是生长在热带、亚热带海岸潮间带的木本植物群落，其在维持生态平衡和保护环境方面起着重要的作用［1］．红树林湿地位于海陆交汇的河口海湾地带，河口交通、污水排放等使其重金属和类金属污染日益加重，红树林湿地沉积物同时作为污染物的汇和源［2］．砷( As)是一种普遍存在、高毒性的类金属元素，其对海洋环境的影响不可忽视，并能通过食物链最终对人类健康造成严重威胁［3］．红树植物对As污染具有高度的容忍性，且呈现出一定的富集趋势，近年来，红树林生态系统As污染研究逐渐成为红树林污染研究的热点［4－5］．

红树林湿地沉积物中具有高硫( S)含量的特点［6］．S是植物的必需元素，是多种蛋白质和酶的重要组分，在植物抗性中有着重要的作用．研究表明，S在水稻［7］、黑藻［8］等多种植物的As生物有效性、累积和抗性中均发挥着重要的作用．As在植物体内的解毒途径主要是通过含S的化合物来实现的，特别是非蛋白巯基( non－protein thiols，NPT)、谷胱甘肽( glutathione， GSH)和植物络合素( phytochelatins，PCs)等巯基化合物［9］．

目前，红树植物As抗性研究主要限于单因素栽培实验，但鉴于红树林湿地沉积物中高S含量及S在植物抗性中的作用，有必要进行多方位的复合研究．桐花树( Aegiceras corniculatum ( L．) Blanco)是我国主要的红树树种之一．本文通过研究S对As胁迫下桐花树幼苗巯基化合物含量的影响，探讨巯基化合物对S的响应是否是缓解桐花树As胁迫的机制之一，科学评价S在红树植物As抗性中的作用．

1材料与方法

1. 1供试植物与土壤

桐花树胚轴于2011年7月采自福建省龙海县浮宫镇草埔头村九龙江口红树林自然保护区南岸桐花树林( 24．40°N，117．92°E)，经0．1%(质量分数)高锰酸钾溶液浸泡1．5 h表面消毒后，挑选无病虫害且大小成熟度相近的种苗用于暴污栽培实验．供试土壤取自同一地点的根际表层( 0～20 cm)，在移去残枝、石子、贝壳等杂物后充分混匀，测定沉积物基础理化性质．总As含量为( 18．78±0．25) mg/kg，总S含量为( 0．17±0．01) g/kg，总氮含量为( 1．28±0．08) g/kg，总磷含量为( 1．00±0．05) g/kg，总钾含量为( 21．02± 0．27) g/kg，pH为7．21±0．01．

1. 2栽培试验

将Na2HAsO4·7H2O(分析纯)配制成的溶液与硫磺施入土壤，搅拌均匀，活化一个月后分装于直径20 cm、高25 cm的塑料桶中，每桶土2．5 kg．根据预试验结果，As含量设为－As( 0 mg/kg)和+As( 60 mg/kg) 2个处理，S含量设为－S( 0 g/kg)、+S( 1 g/kg)和+HS( 2 g/kg) 3个处理，共设6个处理组，每组设3个重复．于2011年7月13日开始培养，每桶种植3棵胚轴，置于自然透光的温室大棚中培养，每周进行补水并观察记录各处理组的生长情况．培养中植株未出现明显的As毒害症状，培养期为一年．

1. 3分析测试方法

栽培试验进行一年后，收获植株，用去离子水洗净．参照Rama Devi等［10］的方法分别测定根、叶中NPT 和GSH的含量，两者之差即为PCs含量，以鲜质量( FW)表示［11］．幼苗根、叶中As的含量采用原子吸收光谱仪( AAS; AA－6800，Shimadzu，Kyoto)进行测定，以干质量( DW)表示．

1. 4统计分析方法

本试验所有数据均以3个重复处理的平均值±标准差表示．采用Excel 2013软件进行数据初步处理和作图，SPSS 19．0软件进行单因素方差分析、多重比较分析和相关性分析．p＜0．05表明差异显著．

图1 S对As胁迫下桐花树幼苗根( a)、叶( b)中NPT含量的影响Fig．1 Effect of S supply on NPT content in root ( a) and leaf ( b) under As stress

2结果与分析

2. 1 S对As胁迫下幼苗NPT含量的影响

如图1所示:在－As处理组中，幼苗根、叶中NPT含量在+HS处理下显著高于－S和+S处理( p＜0．05) ; 在+As处理组中，幼苗根中NPT含量在+HS和+S处理下显著高于－S处理( p＜0．05)，叶中NPT含量随着S含量的升高而升高，且在各S处理组之间均有显著差异( p＜0．05) ; +As处理组幼苗根、叶中NPT含量在－S、+S和+HS处理下均显著高于－As处理组( p＜0．05)，分别为－As处理组的1．19～1．78倍和1．52～2．16倍．

2. 2 S对As胁迫下幼苗GSH含量的影响

如图2所示:在－As处理组中，幼苗根、叶中GSH含量随着S含量的升高而升高，且在各S处理组之间均有显著差异( p＜0．05) ;在+As处理组中，幼苗根中GSH含量在+HS处理下显著高于+S和－S组，且在－S、+ S和+ HS处理下均显著低于－As处理组( p＜0．05)，而叶中GSH含量随着S含量的升高先升高后降低，且在－S和+S处理下均显著高于－As处理组( p＜0．05)．

2. 3 S对As胁迫下幼苗PCs含量的影响

如图3所示:在－As处理组中，幼苗根、叶中PCs含量随着S含量的升高而升高，且在各S处理组之间均有显著差异( p＜0．05) ;在+As处理组中，幼苗根中PCs含量随着S含量的升高而未见显著差异( p＞0．05)，且+As处理组根PCs含量在－S、+S和+HS处理下均显著高于－As处理组( p＜0．05)，为－As处理组的1．34～2．55倍;而幼苗叶中PCs含量随着S含量的升高而升高，在各S处理组之间均有显著差异( p＜0．05)，且+As处理组叶中PCs含量在－S、+S和+HS处理下均显著高于－As处理组( p＜0．05)，为－As处理组的1．71～2．39倍．

图2 S对As胁迫下桐花树幼苗根( a)、叶( b)中GSH含量的影响Fig．2 Effect of S supply on GSH content in root ( a) and leaf ( b) under As stress

图3 S对As胁迫下桐花树幼苗根( a)、叶( b)中PCs含量的影响Fig．3 Effect of S supply on PCs content in root ( a) and leaf ( b) under As stress

2. 4 S对As胁迫下幼苗As含量的影响

如图4所示:在－As处理组中，幼苗根、叶中As含量随着S含量的升高先升高后降低，高值均出现在+S处理组(根、叶中As含量分别为－S处理组的2．20和2．81倍)，且根中－S和+HS处理组间未见显著差异( p＞0．05) ;在+As处理组中，幼苗根、叶中As含量也随着S含量的升高先升高后降低，高值均出现在+S处理组(根、叶中As含量分别为－S处理组的2．19和1．47倍)，但+HS处理组均显著高于－S处理组( p＜0．05) ; As主要在幼苗根中蓄积，－As处理组根中As含量为叶的31．65～50．64倍，而+As处理组根中As含量为叶的126．37～192．25倍; +As处理组根、叶中As含量在－S、+S和+HS处理下(叶中+S组除外)均显著高于－As处理组( p＜0．05)，分别为－As处理组的4．94～7．62和1．02～1．95倍，其中根中的差别要显著大于叶( p＜0．05)．

图4 S对As胁迫下桐花树幼苗根( a)、叶( b)中As含量的影响Fig．4 Effect of S supply on As content in root ( a) and leaf ( b) under As stress

3讨论

红树植物对As胁迫具有较高的耐受性，其对As的蓄积主要集中在根部，较少向地上部分转运［4］．在红树植物体内，巯基化合物对重金属污染也有着积极的响应［12］．覃光球［13］关于红树植物桐花树幼苗PCs对重金属响应的研究指出，巯基化合物特别是PCs能与重金属络合，从而降低重金属对植物的毒害作用．植物体内的巯基化合物是植物对重金属的重要解毒机制，其常被用作植物应对重金属污染的特异标志物［14］．S是巯基化合物的重要合成底物，S的施入促进植物巯基化合物的合成，在As污染的土壤中施加S能显著提高植物对As的抗性［15］．窦扬扬［16］关于S对As胁迫下红树植物秋茄幼苗巯基化合物影响的研究也指出，S诱导的巯基化合物含量增加促进秋茄幼苗对As的累积并增加其对As的抗性．吴桂容［17］的前期研究指出，在As污染的土壤中施加S能够增加红树植物桐花树幼苗中的巯基化合物含量，从而提高桐花树对As的抗性．

在本研究中，－As处理组桐花树幼苗根、叶中巯基化合物( NPT、GSH和PCs)的含量均随着S含量增加而有显著升高( p＜0．05)，表明S的施入能促进巯基化合物的合成，这与前人对其他物种的研究结果［7，18］是一致的．+As处理组桐花树幼苗根、叶中NPT和PCs含量要显著高于－As处理组( p＜0．05)，表明As胁迫对植株巯基化合物的合成有促进作用．+As处理组桐花树幼苗根中的GSH含量要低于－As组( p＜0．05)，可能的原因在于GSH既与重金属络合形成重金属－GSH络合物又是PCs合成的重要底物［19］，其消耗量较大．在+As处理组中S的施入显著提高了桐花树幼苗根、叶中的NPT和PCs含量( p＜0．05)，且根中的PCs含量与As含量显著正相关( r = 0．82，p＜0．05)．PCs作为巯基化合物中最重要的重金属络合物质，其含量与总NPT含量直接相关，并在桐花树幼苗中As的络合、固定中具有重要的作用［13，16－17］．

此外，桐花树幼苗根、叶中NPT、PCs含量在+As处理组中对比－As处理组的增加幅度，在－S处理下相差不大，在+S、+HS处理下根中的增加幅度要显著低于叶;而根GSH含量在+As处理组均低于－As处理组，但叶GSH含量则有一定的增加．在+As处理组中，根NPT含量在+S和+HS处理间未见显著上升，根PCs含量也未随着S的施入显著升高( p＞0．05) ;而叶NPT、PCs含量均随着S处理浓度的升高而显著升高( p＜0．05)．上述结果说明桐花树幼苗根、叶中巯基化合物含量对As胁迫有不同的响应模式．本研究中，As主要蓄积在桐花树幼苗根部，在－As、+As处理组根中As含量分别为叶的31．65～50．64和126．37～192．25倍．巯基化合物主要在根中与As络合，根中的巯基化合物消耗量极大;而叶中As含量显著低于根，叶中巯基化合物特别是PCs的消耗量要显著低于根，其含量均随着S的施入有显著升高( p＜0．05)，且+As处理组对比－As处理组的增加幅度在不同S含量下基本保持一致．根是植株As吸收的第一道屏障，根中的巯基化合物将As固定在根部的减轻游离As对植株的毒害，并可减少As向地上部分的转运，叶中的As含量变化体现了这一趋势;而叶中的巯基化合物含量随着S含量的升高而升高，能络合As从而减轻As对叶的毒害，说明S的施入能促进植株体内的巯基化合物合成以增强植株对As的抗性．

综上，S的施入可促进桐花树幼苗体内巯基化合物的合成，从而提高植株对As的抗性．S在红树植物As抗性中具有重要作用，在As污染下的红树林湿地中施入S可以通过巯基化合物代谢提高红树植物对As的抗性．

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Influence of Sulfur Supply on Thiols in Aegiceras corniculatum ( L．) Blanco Under As Stress

WU Guirong1，2，HONG Hualong1，YAN Chongling1*

( 1．Key Laboratory of the Ministry of Education for Coastal and Wetland Ecosystems，Xiamen University，Xiamen 361102，China; 2．College of Chemical and Biological Engineering，Hezhou University，Hezhou 542800，China)

Abstract:The influence of sulfur ( S) supply on arsenic ( As) tolerance and its accumulation in mangrove ( Aegiceras corniculatum ( L．) Blanco) were evaluated through pot experiments，which were carried out under no As (－As，0 mg/kg) or under As ( +As，60 mg/kg) and varied with three levels of S，－S ( 0 g/kg)，+S ( 1 g/kg) and+HS ( 2 g/kg)．Results showed that in－As treatments the level of thiols ( NPT，GSH and PCs) in roots and leaves of A．corniculatum seedlings increased significantly with S supply ( p＜0．05)，while the levels of NPT and PCs in roots and leaves of A．corniculatum seedlings in+As treatments increased more significantly than those in－As treatments ( p＜0．05)．S supply in+As treatments increased the level of NPT and PCs in roots and the level of PCs in leaves of A．corniculatum seedlings ( p＜0．05)．Besides，the level of PCs in roots was positively related with the level of As in roots ( r=0．82，p＜0．05)．The results showed that，As stress and S supply could induced the synthesis of thiols，and S supply to A．corniculatum seedlings under As stress could enhanced the synthesis of thiols ( especially PCs)．In conclusion，S play an important role in As resistance for mangrove plants，and the supply of S to mangrove wetlands would enhance the resistance of mangrove to As through thiols metabolism．

Key words:arsenic; sulfur; Aegiceras corniculatum ( L．) Blanco; thiols

*通信作者:ycl@ xmu．edu．cn

基金项目:国家自然科学基金重点项目( 31530008) ;国家自然科学基金( 31370516，31170471)

收稿日期:2015－07－08录用日期: 2015－09－09

doi:10．6043/j．issn．0438－0479．2016．01．010

中图分类号:Q 494

文献标志码:A

文章编号:0438－0479( 2016) 01－0055－05

引文格式:吴桂容，洪华龙，严重玲．S对As胁迫下桐花树幼苗巯基化合物含量的影响［J］．厦门大学学报(自然科学版)，2016，55( 1) : 55－59．

Citation: WU G R，HONG H L，YAN C L．Influence of sulfur supply on thiols in Aegiceras corniculatum ( L．) Blanco under As stress［J］．Journal of Xiamen University( Natural Science)，2016，55( 1) : 55－59．( in Chinese)