铅胁迫对狗牙根叶片中游离脯氨酸及丙二醛含量的影响

蔡雄伟

(四川省达州市饲草饲料工作站，四川 达州 635000)

随着社会工业化水平的提高，土壤重金属污染程度日益加重。其中土壤铅污染不容忽视，其主要来源除自然源外，还有汽车尾气、工矿业生产和污水灌溉等人为源[1]。铅的生物毒性很强，即使在浓度很低时仍能导致土壤肥力和作物产质量降低，且可通过食物链危及人类的生命和健康[2-3]。

城市是铅污染最严重的地区，而草坪草作为城市主要绿化材料，具有发达的地下根系或根茎，有效固定土壤的同时，在地表形成致密的覆盖层，因此草坪草是一类理想的水土保持植物。除上述功能外，城市草坪还具有休闲保健及生态功能。狗牙根属多年生草本植物，由于其生长快、繁殖力强、耐践踏等优点，被广泛用于建植各种城市草坪。目前重金属铅对植物的影响研究大多集中在农作物、蔬菜等方面[4-5]，对草坪草的研究相对较少。因此，本研究通过探讨不同铅浓度污染对狗牙根生理指标的影响，从而评定狗牙根在不同铅浓度下的受害程度及抵抗力，以期为城市建植草坪草种选择和重金属污染防治提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 材料处理

选取大小相似、籽粒饱满的狗牙根种子，用0.5%的NaOH溶液浸泡24h，以除去其表面蜡质，而后用蒸馏水多次冲洗，再用蒸馏水浸泡12h，晾干后，均匀平铺撒在经洗净、消毒、晾干的石英砂基质中。每隔5d用Hongland营养液浇灌，每天用蒸馏水补充水分，使保持基质湿润。待长出3片真叶后，用浓度为0、35、250、500和1000mg/kg的Pb(CH3COO)2溶液处理培养。于处理后定期取样，测定狗牙根叶片中游离脯氨酸和丙二醛的含量。

1.2 叶片生理指标测定

1.2.1 脯氨酸含量测定 于铅胁迫处理后第5、10、15d，对狗牙根植株进行采样，取不同处理的狗牙根叶片0.50g，用3%磺基水杨酸提取，2.5%茚三酮显色，加甲苯沸水浴萃取，在分光光度法计520nm处比色，测定其游离脯氨酸含量[6]。

1.2.2 丙二醛含量测定 于铅胁迫处理后第1、3、5、7、10、15d，对狗牙根植株进行采样，称取样品中狗牙根叶片0.80g，用10mL10%三氯醋酸(TCA)提取叶片中的丙二醛，研磨至匀浆后在3000×离心10min。取10mL刻度试管2支，一支加入上清液3mL，另一支加水3mL(空白)，各加0.5%的硫代巴比妥酸(TBA)溶液3mL，摇匀，在沸水浴中煮沸10min。以空白作参比，在分光光度计430、532和600nm处测定样品反应液的消去值[6]。

1.3 数据处理

所有数据均采用Excel 2013整理，采用IBMSPSS Statistics 20软件进行数据方差分析和显著差异分析。方差分析采用单因素方差分析(one-way ANOVA)法，差异显著的指标用最小显著差法(LSD)进行多重比较分析。数据用平均数±标准差(mean±SD)表示。

2 结果与分析

2.1 铅胁迫对狗牙根叶片中游离脯氨酸含量的影响

由表1分析可知，铅胁迫均能不同程度提高狗牙根幼苗叶片游离脯氨酸含量。在短期(5d)铅胁迫处理下，处理组与对照组叶片游离脯氨酸含量相差不大，以250mg/kg最高；而胁迫处理10和15d时均以1000mg/kg处理最高，达到188.36mg/kg和211.95mg/kg，分别为对照的1.65倍和1.76倍，差异达显著水平。相同铅胁迫浓度处理下，狗牙根叶片中游离脯氨酸含量均逐渐增加，于15d时达到最大值。此外，铅胁迫处理浓度越高，叶片内游离脯氨酸含量随处理时间的延长上升幅度越大。35、250、500和1000mg/kg铅胁迫处理下，第15d测得值比第5d分别高出44.94%、44.33%、58.20%和86.19%。

表1 铅胁迫对狗牙根叶片中游离脯氨酸含量的影响

注：应用LSD法进行显著性检验；各行中不同小写字母表示处理间在0.05显著水平有差异。

2.2 铅胁迫对狗牙根叶片中丙二醛含量的影响

由图1分析可知，狗牙根叶片中丙二醛含量随处理时间的延长呈逐渐上升趋势，在铅胁迫处理15d时，各浓度处理均达到最高，且显著高于对照。由相关性分析可知，各浓度铅处理下，叶片丙二醛含量的相关性系数分别为0.958、0.580、0.970、0.981、0.978，其显著性值均小于0.05，故狗牙根叶片中丙二醛含量与铅胁迫时间呈显著正相关。除第1d以外，相同铅胁迫处理时间下，丙二醛含量均以500mg/kg处理最大。各处理组狗牙根叶片丙二醛含量均高于对照组，由方差分析可知，各浓度处理与对照相比均具有极显著差异(P﹤0.01)；且低浓度铅胁迫处理下，叶片丙二醛含量变化平缓，高浓度下其含量增幅明显。

图1 铅胁迫下狗牙根叶片丙二醛含量动态变化

3 讨论

脯氨酸是植物蛋白质的组分之一，并以游离态广泛存在于植物体中。植物中游离脯氨酸含量一直是常用的抗逆性研究指标，它通过增加细胞液的浓度来调节细胞质渗透压，保护细胞膜结构的稳定。因此，植物体内脯氨酸含量升高既可能是植物适应性的表现，也可能是植物细胞受损的表征[7]。同时，游离脯氨酸的积累量与植物适应逆境的能力有着密切的关系，重金属胁迫下游离脯氨酸的积累在不同植物体中广泛存在[8]。本研究中，各浓度铅胁迫处理条件下，狗牙根叶片中游离脯氨酸含量的变化与油菜[9]等农作物研究结果基本一致，即随逆境胁迫时间的延长，叶片内游离脯氨酸含量逐渐增加，其变化幅度在不同浓度的铅胁迫下存在差异，表现为处理浓度越高，游离脯氨酸含量随时间变化幅度越大。此外，在相同处理时间下，游离脯氨酸含量随着铅浓度升高逐渐增加，这与不同浓度重金属离子胁迫玉米幼苗[10]、番茄[11]体内脯氨酸变化趋势一致。本研究中，胁迫第5d时，高浓度铅(500mg/kg和1000mg/kg)处理下的游离脯氨酸含量低于低浓度(250mg/kg)处理，这可能是因为测定初始时间设置较晚，错过游离脯氨酸含量的上升点，也可能是本实验最后测定的时间尚未达到其下降点。

植物在逆境胁迫或衰老过程中，其器官细胞内自由基代谢平衡遭到破坏。而自由基过剩会引起细胞毒害，进而引发或加剧膜脂过氧化作用，使得细胞膜系统损伤，严重时甚至会导致植物细胞死亡[12]。丙二醛是膜脂过氧化的最终产物，其含量多少是膜脂过氧化作用强弱的一个重要指标，也代表着质膜受损伤程度。丙二醛会对细胞产生毒害，引起细胞膜功能紊乱，且对许多功能分子也有破坏作用。因此，丙二醛含量增加是植物细胞损伤的直接原因[13]。在本研究中，铅处理15d内，狗牙根叶片中丙二醛含量随铅胁迫时间的延长而显著升高，这与付光玺等[14]研究结果基本相同。此外，徐勤松等[15]的研究表明，逆境条件下，植物体内丙二醛含量随逆境胁迫处理条件的恶化显著增加。在本实验中，丙二醛含量变化在铅浓度0～500mg/kg范围内与前人研究结果基本一致。而在高浓度铅(1000mg/kg)处理下，叶片丙二醛含量在第5、7、10、15d并不是所有处理中最高的，田学军等[9]对铅胁迫油菜的研究中也有类似现象，其原因可能是浓度过高的重金属处理使得狗牙根受迫害严重。

4 结论

不同铅浓度胁迫显著影响狗牙根叶片中游离脯氨酸和丙二醛的含量。不同铅胁迫浓度处理下，叶片游离脯氨酸和丙二醛的含量均随着处理时间的延迟呈上升趋势，在15d达到峰值；且铅胁迫浓度越高，丙二醛含量变化幅度越大。不同铅胁迫处理时间下，除个别处理外，游离脯氨酸含量在铅浓度1000mg/kg达到最大值，丙二醛含量在500mg/kg最大，且均显著高于对照。由此可见，狗牙根对较低浓度的铅胁迫及短期的铅胁迫具有一定的耐受性，但当铅胁迫浓度过高时，其已超出其细胞抵御的最大能力范围，种植狗牙根并不能发挥草坪草应有的作用。

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