锰胁迫对向日葵幼苗叶片叶绿素及膜脂过氧化的影响

杨秀德 区善晓 吴松琦 曾小飚 黄开腾 童振樊

摘 要：采用砂培实验法，以向日葵作为试验材料，研究不同浓度的锰胁迫对向日葵植株幼苗叶片叶绿素及膜脂过氧化的影响。结果表明：随着锰胁迫浓度的不断升高，向日葵幼苗叶片内叶绿素含量呈先升高再下降的趋势，丙二醛含量则呈不断上升的趋势;低浓度的锰胁迫在一定程度上促进了向日葵幼苗的生长发育，高浓度的锰胁迫则严重破坏了生物膜的功能特性，阻碍了向日葵幼苗的生长。

关键词：锰胁迫;向日葵;叶绿素;丙二醛

中图分类号 S565.5文献标识码 A文章编号 1007-7731（2019）16-0010-03

伴随着全球经济的高速发展，环境问题越来越严重，尤其是工农业的发展，使得土壤-植物环境系统中的锰、镍、汞、镉等重金属的污染日益严重。锰作为主要的土壤重金属污染物之一，一旦进入土壤则很难被降解，还会通过“土壤-植物-动物”这一食物链不断在生物体内富集[1]。锰是植物生长发育过程中是必不可缺的元素之一，它不仅参与了植物的光合作用、氧化还原反应，还参与多种酶代谢的过程，在生物化学过程中起着非常重要的作用[2]。作为土壤中存在的重金属，锰对植物的影响很大，当土壤中的锰含量超过一定浓度时，植物就会发生锰中毒[3]。一旦植物发生锰中毒，则不仅仅是产量减少，更为严重的是导致其品质下降。近年来，众多学者就锰对植物的生理影响进行了研究，主要从生理生化角度研究锰对植物的影响，并探究了植物对锰胁迫的响应机制[4]。

向日葵（Helianthus annuus L.）有着十分发达的根系，具有较好的抗旱耐瘠能力，且生长周期较短，对重金属的耐受性和富集能力均较强，是理想的土壤修复植物。有研究表明，随着镉胁迫浓度的不断增加，向日葵幼苗吸收镉的能力明显提高，但是镉胁迫会抑制向日葵幼苗的生长，阻碍叶绿素的合成，使向日葵幼苗的游离脯氨酸和丙二醛含量升高[12]。目前，有关锰对向日葵的生长影响的研究还尚未见报道。为此，本试验以向日葵为实验材料，探究向日葵在不同浓度锰胁迫下叶片叶绿素的变化规律及膜脂过氧化程度，以期为重金属生态毒理学的研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料 向日葵种子金星1号，从百色市城西市场种子店购得。

1.2 试验方法

1.2.1 浸种催芽 筛选出籽粒饱满的优质种子，用高锰酸钾溶液浸泡消毒、清水洗净，然后均匀的撒在事先准备好的铺有较厚1层纱布的托盘上，再盖上1层纱布。用蒸馏水喷洒，使下层纱布充分湿润，每天早晚浇灌蒸馏水，保持充足的水分，放在培养箱中发芽。

1.2.2 培育幼苗 待大部分种子萌发出芽，并且幼苗长至一定程度后，选取发芽状况良好的种子，移栽到充满沙砾的塑料杯中，每天用霍格兰（Hoagland）培养液浇灌，保持杯中有充足的培养液，自然条件下培育。

1.2.3 向日葵幼苗的胁迫处理 用霍格兰培养液培养幼苗7d后，挑选生长健壮且长势一致的幼苗分为6组，并编号。然后用含Mn2+浓度为0mg/L（对照）、20mg/L、50mg/L、100mg/L、200mg/L、300mg/L的Hoagland培養液分别浇灌6组幼苗，进行胁迫处理，胁迫7d后，剪取向日葵幼苗叶片测定叶绿素、丙二醛（MDA）含量。3次重复。

1.2.4 测定方法 丙二醛（MDA）采用硫代巴比妥酸法测定[5];叶绿素的含量采用分光光度计法测定[6]。

2 结果与分析

2.1 不同浓度的锰胁迫对向日葵叶片叶绿素含量的影响 如图1所示，随着锰胁迫浓度的不断升高，向日葵幼苗体内的总叶绿素含量呈现出先升高、达到最大值后开始下降的趋势。当锰胁迫浓度在20～100mg/L，叶绿素的含量呈上升趋势，并且上升的趋势逐渐变缓;当锰胁迫浓度在100mg/L时，向日葵幼苗中叶绿素的值达到最大，是对照组的1.58倍;Mn2+浓度为50mg/L时，向日葵中的叶绿素的含量是对照组的1.47倍，Mn2+浓度为20mg/L时，向日葵幼苗中的叶绿素的含量是对照组的1.33倍。Mn2+浓度从0mg/L升到20mg/L，向日葵幼苗中的叶绿素的含量增加33%;Mn2+浓度从20mg/L上升到50mg/L，向日葵幼苗中的叶绿素的含量增加11%;Mn2+浓度从50mg/L升到100mg/L，向日葵幼苗中的叶绿素含量增加7%。可以看出，低浓度的Mn2+可以促进向日葵幼苗体内叶绿素含量生成，促进了光合作用，从而促进了向日葵幼苗的生长。当Mn2+浓度超过100mg/L时，向日葵体内的叶绿素含量开始逐渐降低，其主要原因是较高浓度的Mn2+会阻碍向日葵幼苗对铁（Fe）和镁（Mg）的吸收，导致向日葵幼苗的叶绿素的合成受阻[7]，而且高浓度的Mn2+会破坏叶绿素的结构。

从图2和图3可以看出，向日葵体内的叶绿素a和叶绿素b含量也表现出随着锰胁迫浓度的不断升高，呈先上升再下降的变化趋势，反映出低浓度的Mn2+可以促使向日葵幼苗叶片内叶绿素含量不断增加，对促进向日葵的生长发育很有意义。当Mn2+浓度达到100mg/L时，向日葵幼苗叶绿素含量达到最高，继续升高Mn2+浓度，则导致含量开始下降。试验结果显示，当植物处于生长的不利条件下时，会导致植物体内的理化性质改变，使植物体内各物质的含量都发生改变，最终直接或者间接的影响植物体内叶绿素的含量。

2.2 锰胁迫对向日葵幼苗中丙二醛（MDA）含量的影响 当植物处在不良环境中或者衰老时，植物体内的毒害物质不断富集堆积，导致植物体内代谢混乱，引发一系列的生理生化反应，使植物受到伤害[8]。在不良环境中生长时，会生成大量的ROS（活性氧），而这些ROS则会致使膜脂发生过氧化不良反应，丙二醛（MDA）是膜脂过氧化反应的产物。从图4可以看出，随着锰胁迫浓度的不断升高，向日葵幼苗中丙二醛（MDA）的含量呈现出不断上升的趋势，且一开始丙二醛含量的增加不是很明显，但当Mn2+的浓度超过20mg/L时，丙二醛的含量开始快速增加，Mn2+的浓度为20mg/L、50mg/L、100mg/L、200mg/L、300mg/L，分别比对照组上升了2%、12%、30%、45%、57%。表明向日葵幼苗在锰胁迫下，随着胁迫浓度升高，受到的伤害越加严重，ROS不断在体内积累，使体内的膜脂发生氧化反应或者脱脂，生成大量的MDA，随着锰胁迫浓度的不断升高，向日葵体内的MDA的含量不断升高。

3 结论与讨论

植物体内的叶绿素含量的高低，会直接影响植物光合作用的强弱，从而影响阻碍植物的正常生长代谢。本试验结果显示，向日葵叶绿素含量随着Mn2+浓度的不断升高，呈现先上升，达到最大值后再下降的变化趋势。反映出低浓度的锰胁迫可以促进植物生长发育，使向日葵幼苗体内的叶绿素的含量增加，促进向日葵幼苗的生长代谢;但当锰胁迫浓度超过100mg/L时，叶绿素的含量开始下降，其主要原因是因为高浓度的锰胁迫抑制了Fe和Mg的吸收，导致叶绿素的合成受阻，而且高浓度的Mn2+会破坏植物体内的叶绿素的结构。当植物处于生长的不利条件下时，会导致植物体内的理化性质改变，使植物体内各物质的含量都发生改变，最终直接或者间接的影响植物体内叶绿素的含量。

当植物处于逆境时，植物体内的自由基、活性氧会大量生成，毒害物质不断的在植物体内积累，导致代谢混乱，从而引发一系列的生理生化反应。大量的活性氧和自由基存在植物体内，致使膜脂发生一系列的不良反应，产生丙二醛。本试验结果显示，随着Mn2+浓度升高，向日葵中丙二醛含量呈不断升高的趋势，一开始升高的趋势不是明显，而当Mn2+的浓度超过20mg/L时，丙二醛的含量急剧升高。表明低浓度的锰胁迫对向日葵的影响不是很大，当胁迫浓度超过20mg/L时，则严重破坏了向日葵的生理生化反应，导致膜脂反应不断加剧，生成了大量的丙二醛，从而阻碍了向日葵幼苗的生长发育。

参考文献

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[3]朱瑞卫，成瑞喜，刘景福，等.土壤酸化与油菜锰毒的关系[J].热带亚热带土壤科学，1998，7（4）：280-283.

[4]任立民，刘鹏.锰毒及植物耐性机理研究进展[J].生态学报，2007，27（1）：357-360.

[5]郝再斌，苍晶，徐仲.植物生理实验技术[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004：113-114.

[6]李合生.植物生理生化实验原理和技术[M].北京：高等教育出版社，2003.

[7]向言词，冯涛，刘炳荣，等.锰尾渣改良对4种植物吸收锰的影响[J].水土保持学报，2007，21（3）：77-80.

[8]陈少裕.膜脂过氧化对植物细胞的伤害[J].植物生理学通讯，1992，27（2）：84-89.

（责编：张宏民）