铜胁迫对麻疯树幼苗生理生化特性的影响

2018-05-14周运鸿曾小飚高丽梅

安徽农业科学 2018年20期

周运鸿曾小飚高丽梅

摘要 [目的]研究Cu2+胁迫对麻疯树幼苗生理生化特性的影响。[方法]以麻疯树幼苗为材料，测定不同浓度Cu2+胁迫下麻疯树幼苗生理生化指标的变化。[结果]随着Cu2+浓度的增加，可溶性糖含量增加；过氧化物酶活性呈先下降后上升的趋势；根系活力先上升后下降；叶片叶绿素含量呈下降趋势，丙二醛含量、蛋白质含量、电导率、脯氨酸含量均有不同程度的增加。[结论]在一定浓度的Cu2+胁迫下，麻疯树各生理生化特征发生变化，在低浓度时植株表现出一定的自我保护能力，高浓度胁迫将严重损害植株的各项机能。

关键词麻疯树；Cu2+；胁迫；生理生化

中图分类号 S718.43 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2018）20-0089-03

Abstract [Objective] To study effects of heavy metals on plant physiological and biochemical characteristics.[Method]Jatropha curcas was used as material，and the changes of physiological and biochemical indexes of Jatropha curcas seedlings under different concentrations of Cu2+ stress were determined.[Result]The soluble sugar increased with the increase of Cu2+ concentration，and the activity of peroxidase decreased first and then increased.The content of chlorophyll in leaves showed a decreasing trend，and the contents of malondialdehyde，protein，electrical conductivity and proline increased in varying degrees.Under certain concentration of heavy metal Cu2+，the content of chlorophyll was decreased，and the content of malondialdehyde （MDA），protein，electrical conductivity and proline increased in different degree.[Conclusion]The physiological and biochemical characteristics of Jatropha curcas changed，and the plant showed certain selfprotection ability at low concentration，and the high concentration stress would seriously damage the function of the plant.

Key words Jatropha curcas；Cu2+；Stress；Physiological and biochemical

铜是植物体必需的微量元素，既参与植物呼吸作用、光合作用、木质化等过程，对植物新陈代谢起重要作用，又是目前环境污染的重金属元素[1]。随着现代经济的发展，铜矿冶炼、电镀、铜制品生产和印染业的发展，农业生产环境中铜含量不断升高。铜含量较低时对植物生长发育的影响较小[2]，但超过一定浓度，会抑制植物光合作用，抑制酶的活性、根系生長和营养成分的吸收[3]。铜可在土壤中富集并被农作物吸收；在靠近铜冶炼厂附近，岩石风化和含铜废水灌溉均可使铜在土壤中积累并长期保留，土壤含铜量为正常土壤的3～232倍。在铜污染的土壤中生长的植物，含铜量为正常植物的33～50倍，铜污染已成为世界各国高度重视的环境问题。

麻疯树（Jatropha curcas），又名小桐子、膏桐、黑皂树等，为大戟科麻疯树属落叶灌木或小乔木。其原产热带美洲，广泛分布在世界热带地区[4-5]，目前主要分布于热带和亚热带地区，在我国分布于云南、广西、广东、四川、贵州、台湾、福建等地[6]，在广西主要分布在南宁、百色、河池、容县等县。麻疯树具有很高的价值，具有防止沙化、构建防护林、保水固土等功能[7]，麻疯树种子含油率在40%～60%[8]，在当今原油匮乏的时代备受关注，也是联合国对非洲扶贫的重要项目之一。麻疯树种子还具有清热解毒、消肿散淤和明显的抗癌功效。

笔者利用不同浓度的铜溶液对麻疯树幼苗进行重金属胁迫试验，观察种子萌发情况，测定胁迫麻疯树幼苗的各项生理响应指标，分析其生理生化特性的变化，研究在铜胁迫下麻疯树的抗逆机制和自我修复能力，以期为今后生态建设及生产提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

麻疯树种子购自云南壮大科技有限公司，品系为TB2号。

1.2 试验方法

1.2.1 麻疯树种子消毒试验。

选取饱满种子500颗，放入烧杯中用蒸馏水浸泡12 h，再用0.2 g/L KMnO4溶液浸泡消毒10 min，用蒸馏水反复冲洗，然后将其倒入垫有棉花和定性滤纸的培养皿中。放入25 ℃恒温培养箱中培养，培养条件设定为温度25 ℃、湿度85%、光照1 000 lx。为了保持种子的湿度，每天定时浇灌溶液，定时观察，并做好记录。

1.2.2 不同浓度重金属胁迫麻疯树种子试验。每种重金属各设置6个处理，其中一个为对照，当种子开始发芽，且芽长为2～3 cm时，将种子转移至塑料杯中，用充分清洗吹干后的无机质沙子覆盖并固定好，每天浇灌定量的1/2霍格兰培养液（pH 6.4），保证种子可以充分吸收营养。

每天分别用不同浓度Cu2+的1/2完全培养液进行浇灌，其中Cu2+浓度分别为0（对照组）、25、50、100、200、400 mg/L，在室内培养至第15天，在同组中选取长势一致的3株麻疯树幼苗进行各项生理指标的测定。

1.3 测定项目与方法

丙二醛与可溶性糖含量采用硫代巴比妥酸法测定；过氧化物酶（POD）活性采用愈创木酚法测定；根系活力采用氯化三苯基四氮唑法测定；细胞膜渗透压采用外渗液电导率变化测定；游离脯氨酸含量采用酸性茚三酮法测定；叶片光合色素含量采用80%丙酮萃取法测定；可溶性蛋白质含量采用考马斯亮蓝法测定[9]。

1.4 数据分析每组试验重复3次，计算3次数据的平均值，然后采用Excel进行统计分析、做图。

2 结果与分析

2.1 不同浓度Cu2+胁迫对麻疯树幼苗丙二醛含量的影响

丙二醛在重金属胁迫下，会产生不溶性物质，影响细胞的生命活动。其含量越高，说明膜脂过氧化程度越高，植物受害程度越高[10]。从图1可以看出，在25 mg/L Cu2+处理下，麻疯树丙二醛含量出现较小程度的下降，随着Cu2+浓度的增加，丙二醛含量逐渐增多，这表明25 mg/L Cu2+处理下细胞膜维持了稳定性，对麻疯树幼苗生长产生一定的促进作用，高浓度金属胁迫处理导致植株幼苗代谢机能发生紊乱。

2.2 不同浓度Cu2+胁迫对麻疯树幼苗可溶性糖含量的影响

可溶性糖是细胞内主要的渗透调节物质之一，是植株应对逆境的一种适应性物质，其含量随植物细胞受伤害程度的增大而不断增多。从图2可以看出，可溶性糖含量在25 mg/L Cu2+时增长幅度较大，随着Cu2+浓度的增大，可溶性糖含量不断增多，但增长幅度不大。

2.3 不同浓度Cu2+胁迫对麻疯树幼苗过氧化物酶活性的影响

从图3可以看出，Cu2+浓度低于25 mg/L时，麻疯树幼苗体内的过氧化物酶活性随着Cu2+浓度的增加迅速增加，之后呈较稳定的增长趋势。这表明在重金属高浓度胁迫时，麻疯树通过增加过氧化物酶含量来抵抗外界环境。过氧化物酶是植物体内一种主要抗氧化酶之一，起到保护细胞、避免植株受到伤害的作用。在逆境条件下，通过增加其活性来提高植株的抗逆能力[11]。

2.4 不同浓度Cu2+胁迫对麻疯树幼苗根系活力的影响

根系活力是指整个根系的代谢状态，通过测定其活力能够掌握植物本身的生理生化状况。从图4可以看出，在Cu2+浓度25 mg/L时麻疯树幼苗根系活力迅速上升，表明在低浓度Cu2+胁迫时植物的某些生理生化反应加强；随着Cu2+胁迫浓度的增加根系活力快速下降，几乎接近死亡状态。说明高浓度Cu2+胁迫会损害植物的根系，抑制根系代谢，根系活力降低，植株矮小。

2.5 不同浓度Cu2+胁迫对麻疯树幼苗叶片叶绿素含量的影响

从图5可以看出，随着Cu2+浓度的不断增加，麻疯树幼苗叶片叶绿素含量不断减少。在Cu2+浓度50～100、200～400 mg/L时叶绿素含量下降趋势更明显，变化幅度最大。由此可知，Cu2+破坏了植物的光合作用，抑制叶绿素的生成，导致植物叶片出现枯黄现象。

2.6 不同浓度Cu2+胁迫对麻疯树幼苗蛋白质含量的影响

可溶性蛋白质含量的变化可以作为植物抗逆性的一个指标[12]，其含量随着麻疯树抗逆性的增加而增多，对植物抗逆性具有重要意义。从图6可以看出，随着Cu2+胁迫浓度的不断增加，麻疯树幼苗蛋白质含量逐渐增加，接近直线增加的趋势，由此可推测Cu2+对幼苗的胁迫更明显，说明幼苗在胁迫过程中通过增加体内蛋白质含量，表现出一定的抗逆性，起到自我保护的效果。

2.7 不同浓度Cu2+胁迫对麻疯树幼苗电导率的影响

从图7可以看出，在不同浓度Cu2+胁迫时，随着Cu2+浓度的不断增加，麻疯树幼苗的相對电导率均呈不断上升趋势，但相对而言Cu2+对细胞膜的破坏性更大，电导率上升趋势更明显。在重金属胁迫时，植物细胞膜受到破坏，导致细胞内物质流失，电导率增大。

2.8 不同浓度Cu2+胁迫对麻疯树幼苗脯氨酸含量的影响

脯氨酸是植物体内一种重要的渗透调节物质。正常情况下，植物体内的脯氨酸含量相对较少，但在逆境胁迫下，为了保护自身体内的代谢功能，其含量会有所增加。因此，通过脯氨酸含量的变化可以了解植物在逆境条件下植物受伤害程度。从图8可以看出，在Cu2+胁迫下，脯氨酸含量增加，特别是在高浓度时，增长速度更快。由此说明重金属胁迫激发了幼苗的抗毒机制，这是植物在逆境下的适应表现，即防护反应。

3 结论与讨论

该试验通过测定麻疯树幼苗在重金属Cu2+胁迫下各生理生化指标的变化，了解植株被胁迫后各种生理响应以及抗逆性。植物体内丙二醛含量的积累可以反映植物膜脂受伤害的程度，植物体内丙二醛含量越多，植物受伤害程度越大。该研究结果表明，在低浓度Cu2+胁迫下，麻疯树幼苗表现出一定的自我保护能力，丙二醛含量小幅度下降；但随着Cu2+胁迫浓度的增加，细胞膜透性增大，膜脂过氧化水平升高，丙二醛含量不断增多。

可溶性糖与游离脯氨酸相同，在植物对胁迫的适应性调节中，是增加渗透性溶质的重要组成成分，保持生物大分子结构的稳定和细胞膜结构的完整性，调节植株的光合作用[13]。该试验结果表明，随着Cu2+浓度的不断增加，可溶性糖、脯氨酸含量都有一定程度的增加，在高浓度Cu2+最为明显。这表明麻疯树幼苗在高浓度Cu2+影响下已造成一定程度的伤害，植株通过增加游离脯氨酸和可溶性糖含量提高细胞液浓度，降低细胞内外的渗透压，保护细胞免受伤害。该结果与Bassi等[13]和刘登义等[14]的研究结果一致。

正常情况下，植株体内产生的活化氧和自由基可以起到维持体内动态平衡的作用，降低外界不良环境对植物造成的损害，遭受重金属毒害时，活性氧和自由基会在体内大量积累，伤害植物体本身[15]。该试验结果表明，过氧化物酶活性、根系活力和叶绿素含量，均随Cu2+浓度的增加先下降后升高，呈负相关关系。麻疯树幼苗体内活性物质含量随着Cu2+胁迫浓度的增加而大量积累，表明植物抗逆性不断增强，这是植物自我保护的体现。

该试验结果表明，麻疯树幼苗在Cu2+逆境胁迫环境中具有一定的抗逆性，具有自我保护和修复能力，但随着Cu2+胁迫浓度的不断增加，幼苗各生理生化指标出现异常，严重威胁幼苗的生命力。

参考文献

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[10] 徐勤松，施国新，杜开和.镉胁迫对水车前叶片抗氧化酶系统和亚显微结构的影响[J].农村生态环境，2001，17（2）：30-34.