重金属对豌豆幼苗抗性生理指标的影响

曹萌 南冠君 高玉琼

摘要：通过水培试验，研究不同浓度的汞（Hg）、铜（Cu）、镉（Cd）、铬（Cr）、铅（Pb）单一胁迫对豌豆幼苗抗性生理指标的影响，结果表明，随Hg、Cr胁迫浓度的增加，豌豆幼苗根长呈先增后减趋势，随Cu、Cd、Pb胁迫浓度的增加，豌豆幼苗根长呈减小趋势;豌豆幼苗对重金属的富集能力大小依次为Cd>Hg>Pb>Cu>Cr，各器官重金属积累量变化顺序为根>茎>叶，且随重金属浓度的增加而增加;随重金属胁迫浓度的增加，葉绿素、脯氨酸含量及超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性大致呈先升后降趋势，MDA含量大致呈增加趋势;随Cu、Cd、Pb胁迫浓度的增加，幼苗可溶性蛋白含量大致呈下降趋势，随Hg、Cr胁迫浓度的增加，可溶性蛋白含量呈先升后降趋势。因此，低浓度重金属胁迫可提高豌豆幼苗的抗氧化能力，幼苗呈一定的抗逆性，但对不同重金属的抗性大小存在差异，豌豆幼苗可用于Hg污染环境的治理。

关键词：豌豆;重金属;汞;铜;富集能力;抗性生理指标

中图分类号： S643.301  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2019）07-0161-05

近年来，随着金属矿山的大量开采，冶金工业和工农业生产的迅速发展，大量重金属元素进入土壤和水源，导致土壤、水体和生物受到不同程度的重金属污染[1-2]，造成土壤生产力下降、农产品被污染、生态环境遭受破坏，同时，重金属通过植物吸收并经食物链进入人体，并威胁人类健康[3]。因此，科学预测与评价重金属环境污染，提出科学的重金属治理措施具有十分重要的意义。

汞（Hg）、铜（Cu）、镉（Cd）、铬（Cr）、铅（Pb）等是农业生产中较为常见的5种重金属，会与蛋白质结合，抑制酶的活性，或破坏质膜的选择透性，阻碍植物正常代谢，对植物造成不同程度的伤害。国内外有关于重金属胁迫对植物体可溶性蛋白、丙二醛（MDA）、游离脯氨酸（Pro）含量及超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性等影响的研究报道。简敏菲等研究Cd、Pb胁迫对丁香蓼生理生化的影响时发现，Cd、Pb可抑制丁香蓼的生长，且随污染物浓度的增加而抑制作用增强[4]。夏吉林等研究重金属Zn、Cu、Pb胁迫对长鬃蓼部分抗性生理指标的影响时发现，长鬃蓼对Zn、Cu、Pb的抗性不同[5]。Tang等研究高浓度Cr胁迫下茶树生理生化指标变化时发现，高浓度Cr胁迫对茶树的正常代谢、功能和细胞结构有较强的抑制和破坏作用[6]。Imtiyaz等研究钴（Co）、Pb胁迫对大豆生理指标的影响时发现，Co、Pb胁迫可显著降低种子发芽率、幼苗生长和生物量[7]。

豌豆（Pisum sativum L.）是世界第四大豆类作物，其蛋白质含量较高，一般可作为人类食品和动物饲料[8-9]而被广泛食用。目前，Hg、Cu、Pb、Cd、Cr等5种重金属胁迫对豌豆幼苗不同器官生理指标影响的研究鲜见报道。本试验以豌豆幼苗为材料，测定Hg、Cu、Cd、Cr、Pb不同浓度胁迫下豌豆幼苗叶、茎、根不同器官对重金属吸收积累的影响，探讨其抗性生理指标的变化，为豌豆的无害化栽培及重金属污染预测、安全性评价和治理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与仪器

游离蛋白质、MDA、SOD、POD、CAT、Pro检测试剂盒，购于南京建成生物工程研究所;磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、乙醇、氯化钠，均为分析纯等级。SP-752型紫外可见分光光度计，由上海光谱仪器有限公司生产;福立AA1700型原子吸收分光光度计，由浙江省福立分析仪器有限公司生产。

1.2 试验方法

试验于2017年5—7月在西安交通大学药学实验教学中心进行。当年产豌豆种子，0.2% KMnO4溶液漂洗15 min进行表面消毒;豆芽机中25 ℃去超纯水发芽培养7 d左右，待幼苗长到2叶1心时，将其分别转入含有4种不同浓度的重金属溶液中继续培养，观察幼苗生长变化情况。Hg的使用浓度分别为0（control group，CG）、1、2、5 mg/L，Cu的使用浓度分别为0（CG）、15、30、45 mg/L，Cd的使用浓度分别为0（CG）、4、8、10 mg/L，Cr的使用浓度分别为0（CG）、5、10、15 mg/L，Pb的使用浓度分别为0（CG）、20、40、80 mg/L。重金属胁迫处理后4 d，测定豌豆幼苗各生化指标及生物量。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 形态指标 采用直尺测量豌豆幼苗的根长度，称量其湿质量;烘箱中105 ℃杀青15 min，80 ℃干燥至恒质量，称量其干质量。

1.3.2 幼苗中的重金属含量 幼苗用自来水冲洗，浸入 20 mmol/L 乙二胺四乙酸（EDTA）溶液10 min以除去表面吸附的金属;超纯水洗涤，烘箱中干燥;研磨，称质量，用硝酸、过氧化氢体积比为4 ∶ 1的混合液消化;采用原子吸收光谱法分析消化液中的重金属元素含量，仪器参数设置及分析条件见表1;计算豌豆幼苗对重金属的蓄积能力，公式为

蓄积能力=（Ccmax-Cc0）/Cmax。

式中：Ccmax为最大胁迫浓度时整株幼苗体内的重金属含量;Cc0为对照组整株幼苗体内的重金属含量;Cmax为重金属的最大胁迫浓度。

1.3.3 生化指标 采用混合液法测定叶绿素含量[10-11];分别采用考马斯亮蓝G-250染色法、硫代巴比妥酸（TBA）法、氮蓝四唑（NBT）法、愈创木酚比色法、紫外吸收法测定可溶性蛋白含量、MDA含量、SOD活性、POD活性、CAT活性;采用酸性茚三酮法测定游离脯氨酸（Pro）含量。所有测定均按检测试剂盒中的操作方法进行。

1.4 统计分析