桐花树幼苗叶片生理生态指标对气态汞胁迫的响应

1 材料与方法 (Materials and methods)

1.1 仪器与试剂

药品：单质汞(Hg0)；乙醇(AR)；丙酮(AR)；三氯乙酸等均为国产分析纯试剂(绿茵试剂玻仪有限公司)。

仪器：Milli-Q超纯水系统(Millipore美国密理博公司)；DK-450B电热恒温水浴锅(上海森信实验仪器有限公司)；Nanodrop 2000分光光度计(美国赛默飞公司)；Hettich220R离心机(Hettich德国赫提驰公司)；BS110S电子分析天平(北京塞多利斯有限公司)。

1.2 试验设计

挑选采自野外的株高约20～30 cm，4～5对叶，且生活力强，无病虫害，大小相近的桐花树(Aegiceras corniculatum)幼苗沙培复壮1周(室温约25 ℃)，准备实验。

复壮后，幼苗用自来水冲洗干净并用超纯水冲洗3遍后，将其置于盛有1/4 Hogland营养液的烧杯中，并使幼苗地下部分(根)与茎叶用玻璃板隔开。将盛有液态单质汞的培养皿置入封闭通量箱(通量箱的两侧各有一个直径0.8 cm的小孔)中，自然达到饱和。对桐花树进行饱和态Hg0胁迫处理。同时设未放置Hg0的对照组。试验完全采用随机设计，对照组和胁迫组分别设3个平行样，每个平行实验设置6株苗。

图1 实验装置图Fig. 1 Experimental facility

参照陈建勋和王晓峰[7]的混合液法测定叶绿素含量；利用蒽酮比色法[8]测定还原糖含量；采用硫代巴比妥酸法[8]测定MDA含量；利用磺基水杨酸法测定脯氨酸含量；采用氮蓝四唑法[9]测定超氧化物歧化酶(SOD)活性；依据愈创木酚法[10]测得过氧化物酶(POD)活性的测定；利用紫外吸收法[11]测得过氧化氢酶(CAT)活性；利用二硫二硝基苯甲酸(DTNB)显色法[12]测得还原型谷胱甘肽(GSH)的含量，均重复测定3次，结果取平均值。

1.3 数据处理

试验中结果均为3个重复处理的平均数，采用SPSS软件对数据结果进行单因素方差分析：P>0.05，差异显著；P<0.05，差异不显著。采用SigmaPlot10.0软件进行图表制作。

图2 气态单质汞对桐花树叶绿素含量的影响Fig. 2 Effect of Hg0 on chlorophyll content of Aegiceras corniculatum

图3 气态单质汞对桐花树叶片丙二醛含量的影响Fig. 3 Effect of Hg0 on MDA contents of leaves in Aegiceras corniculatum

图4 气态单质汞对桐花树叶片可溶性糖含量的影响Fig. 4 Effect of Hg0 on soluble sugars contents of leaves in Aegiceras corniculatum

2 结果(Results)

2.1 Hg0胁迫对桐花树幼苗叶绿素含量的影响

气态单质汞对桐花树幼苗叶片叶绿素含量的影响见图2，胁迫组叶绿素a、b及总叶绿素含量随胁迫时间的延长，都呈现先上升又下降的趋势，第4天叶绿素a含量为0.86 mg·g-1，叶绿素b含量为0.25 mg·g-1，总叶绿素含量为1.13 mg·g-1，都显著高于相应其他胁迫时间的含量(P<0.05)。胁迫组叶绿素a、b及总叶绿素的最高值均迟于相应对照组出现。

2.2 Hg0胁迫对桐花树幼苗叶丙二醛含量的影响

随着时间的延长，MDA含量变化呈现如图3所示的变化趋势，即先增加后下降。胁迫组和对照组的MDA含量同时在第1天出现最低。但胁迫组MDA含量最高值早于对照组最高值出现。胁迫组第1天时的MDA含量显著低于其他各天MDA的含量(P<0.05)。胁迫组第2天的MDA含量最高，为22 μmol·g-1，比此时对照组MDA含量高了18%。第5天时，胁迫组的MDA含量显著高于对照组(P<0.05)。

2.3 Hg0胁迫对桐花树幼苗叶可溶性糖含量的影响

气态单质汞胁迫下，胁迫组与对照组桐花树幼苗成熟叶片的可溶性糖含量变化如图4所示，均呈现先降低后升高又降低的趋势。相应时间胁迫组和对照组的可溶性糖含量差异不显著(P>0.05)。处理第1天时，胁迫组和对照组可溶性还原糖的含量最高，但胁迫组可溶性糖的含量低于对照组。

图5 气态单质汞对桐花树叶片脯氨酸含量的影响Fig. 5 Effect of Hg0 on froline contents of leaves in Aegiceras corniculatum

2.4 Hg0胁迫对桐花树幼苗叶脯氨酸含量的影响

气态单质汞胁迫对桐花树叶片脯氨酸含量的影响如图5所示，呈现先降低后升高的趋势。胁迫组第1天脯氨酸的含量最高，为57 μg·g-1，显著高于其余各天的脯氨酸含量(P<0.05)。第3天的脯氨酸含量显著低于其余各天的含量(P<0.05)，但显著高于此时对照组脯氨酸的含量(P<0.05)。第4天和第5天胁迫组脯氨酸含量显著低于对照组(P<0.05)。

2.5 Hg0胁迫对桐花树幼苗叶抗氧化能力的影响

由图6可知，相应时间的胁迫组与对照组GSH含量差异不显著(P>0.05)。胁迫组和对照组都在第2天时出现最低值，但此时胁迫组GSH含量比对照组的GSH含量低了46%。胁迫组第4天GSH含量最高，为105 μmol·g-1，显著高于第2、3、5天的含量(P<0.05)，但比对照组GSH含量最高值低了30%。

抗氧化酶活性变化呈现出与GSH含量不同的趋势(图6)。胁迫组CAT活性随胁迫时间的延长，呈现先上升又下降，之后上升，最后下降的趋势。胁迫组第2天CAT活性为17 U·g-1·min-1，显著高于其余各天CAT活性(P<0.05)，且比此时对照组CAT活性高了20%，但差异并不显著(P>0.05)。

胁迫组和对照组POD活性随胁迫时间的延长，均呈现先升高后降低的趋势(图6)。两者峰值出现时间不同：胁迫组第4天POD活性最高，但比此时对照组POD活性低了48%；对照组在第3天时POD活性最高，显著高于胁迫组POD活性(P<0.05)。

胁迫组与对照组SOD活性均随时间的延长，呈现先上升后下降的趋势。与相应POD活性变化趋势相似(图6)。胁迫组第3天POD活性为55 748 U·g-1，显著高于其余各天及此时对照组的SOD活性(P<0.05)。第2天时胁迫组SOD活性最低，比此时对照组SOD活性低了63%，但差异不显著(P>0.05)。

3 讨论(Discussion)

叶绿素是叶绿体的重要组成部分，是植物进行光合作用的主要载体，其含量的变化直接影响植物的光合作用、呼吸作用等过程，可以表征光合作用能力的大小及植物受胁迫下组织和器官抗逆性能力的强弱[13]。汞胁迫可加速叶绿素的分解，改变叶绿素合酶的构型，从而导致叶绿素含量的降低。本研究中，胁迫组叶绿素a、b及总叶绿素含量的最高值出现在第4天，迟于对照组的最高值，可能是因为汞胁迫下，胁迫组桐花树幼苗叶片遭受更大程度的损伤，植物通过加强光合作用来增强机体对汞的抗性[14]。胁迫4 d之后，机体内活性氧自由基积累过多，胞内叶绿体膜系统遭到破坏，叶绿体内某些酶的合成受阻[15]，最终造成桐花树幼苗叶绿素含量的降低。对照组1～5 d的叶绿素a、b及总叶绿素含量有所不同，是因为本研究中通量箱的使用，一方面可为胁迫组桐花树幼苗创造饱和态气态单质汞胁迫的环境，另一方面限制了对照组幼苗与大气的自由交换。故使对照组叶绿素含量出现波动情况。对照组以下生理指标出现类似情况。

图6 气态单质汞对桐花树叶片抗氧化酶活性和还原型谷胱甘肽含量的影响Fig. 6 Effect of Hg0 on antioxidase activities and GSH contents of leaves in Aegiceras corniculatum

可溶性糖是植物体内一种重要的渗透调节物质，不良环境下，植物体内可溶性糖会发生显著变化[16-18]，以稳定细胞膜和原生质胶体[19]。脯氨酸是水溶性最大的氨基酸，正常条件下，植物体内脯氨酸含量很低。在受逆境胁迫后，其含量可明显增加[20-23]，以防止体内水分过分丢失。本研究中，胁迫1～3 d，胁迫组脯氨酸、可溶性糖含量呈现下降趋势，表明短时间Hg0胁迫可造成植物体内渗透压的改变，植物通过降低脯氨酸、可溶性糖含量来维持其体内细胞膜渗透压的稳定。

致谢：成文过程中惊闻傅家谟院士因病去世的噩耗，甚感悲切。笔者在中国科学院地球化学研究所求学及工作期间，经常遇到傅先生，聆听傅先生的教诲，受益匪浅，谨以此文纪念傅家谟院士，愿先生千古！

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Physiological Response ofAegicerascorniculatumLeaves to Hg0Stress

Yuan Jun, Ding Zhenghua*

College of the Environment and Ecology, Xiamen University, Xiamen 361100, China

Received 27 November 2015 accepted 6 January 2016

As one of the main widespread mangrove plants in China, Aegiceras corniculatum can tolerate salt by excreting salt. Mangroves are facing more and more serious heavy metal pollution, especially the mercury contamination. To investigate the mechanism of mercury absorption and tolerance of mangrove, stress experiments were conducted with Aegiceras corniculatum seedlings under Hg0stress. In this experiment, physiological characteristics such as the contents of chlorophyll, soluble sugars, malondialdehyde (MDA), proline (Pro), and reduced glutathione (GSH), activities of superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD) and catalase (CAT) of Aegiceras corniculatum seedlings’ leaves were measured. Results showed as follows: the content of soluble sugars and the activity of POD gradually decreased under Hg0stress; while MDA content，Pro content and SOD activity significantly increased; the chlorophyll content and CAT activity increased firstly and then decreased, and on the contrary, the content of GSH decreased initially and then increased. The findings from above study demonstrate that although Hg0tress can lead to damage of metabolism by causing membrane lipid peroxidation in seedlings’ leaves, but the seedlings could change activities of the antioxidative enzymes and the content of GSH to enhance the antioxidant abilities, and then strengthen organism resistance to mercury.

Hg0; Aegiceras corniculatum; physiological characteristics; resistance

10.7524/AJE.1673-5897.20151127003

国家自然科学基金(No. 41176090)

袁俊(1990-)，女，硕士研究生，研究方向为环境生态学和汞的生物地球化学，E-mail: yuanjun519@126.com

*通讯作者(Corresponding author)， E-mail: dzh@xmu.edu.cn

2015-11-27 录用日期：2016-1-6

1673-5897(2016)2-216-07

X171.5

简介：丁振华(1966-)，男，博士，教授，研究方向为生态学污染和生物地球化学。

袁俊, 丁振华. 桐花树幼苗叶片生理生态指标对气态汞胁迫的响应[J]. 生态毒理学报，2016, 11(2): 216-222

Yuan J, Ding Z H. Physiological response of Aegiceras corniculatum leaves to Hg0stress [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2016, 11(2): 216-222 (in Chinese)