水楊酸對(duì)廢電池脅迫下小麥幼苗抗氧化系統(tǒng)的影響

摘要：采用土培法，研究不同質(zhì)量濃度水楊酸（SA）處理對(duì)廢電池脅迫下小麥（Triticum aestivum L.）幼苗抗氧化系統(tǒng)的影響。結(jié)果表明，外源SA處理能明顯增強(qiáng)廢電池脅迫下小麥幼苗過(guò)氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）的活性，并對(duì)多項(xiàng)生理指標(biāo)有改善作用。說(shuō)明SA能通過(guò)刺激抗氧化酶的活性，減輕氧化脅迫，緩解廢電池對(duì)小麥幼苗的毒害作用。

關(guān)鍵詞：小麥（Triticum aestivum L.）；幼苗；廢電池；水楊酸；抗氧化系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：S512.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439—8114（2012）19—4207—03

隨著電池的廣泛應(yīng)用，廢電池的產(chǎn)生也越來(lái)越多。廢電池中含有Hg、Cd、Pb、Ni、Mn等重金屬及酸、堿等電解質(zhì)溶液，以重金屬污染為主[1]。重金屬嚴(yán)重影響植物的抗氧化系統(tǒng)，導(dǎo)致代謝過(guò)程的紊亂，最終降低植物的產(chǎn)量和品質(zhì)[2]。目前我國(guó)每年生產(chǎn)電池約140億支，但使用后的廢電池回收、利用環(huán)節(jié)尚不完善，大多隨生活垃圾堆放或隨意丟棄。其中，農(nóng)村生活垃圾往往堆制成有機(jī)肥施入農(nóng)田，直接影響作物生長(zhǎng)；而城市生活垃圾多為填埋處理，導(dǎo)致重金屬物質(zhì)不斷滲入地下水，進(jìn)而污染農(nóng)作物。當(dāng)土壤受到廢電池的污染后，不但對(duì)植物本身產(chǎn)生直接傷害并進(jìn)一步累積在植物葉片、莖、根、果實(shí)等各個(gè)部位，最后通過(guò)食物鏈進(jìn)一步威脅到人類的健康[3]。因此，如何緩解重金屬對(duì)植物的毒害、解決廢電池的污染問(wèn)題越來(lái)越受到人們的關(guān)注。

水楊酸（SA）作為植物的一種內(nèi)源激素和信號(hào)物質(zhì)，使植物在系統(tǒng)獲得抗性方面有著重要的作用[4，5]。有關(guān)SA能緩解單一重金屬對(duì)植物的脅迫作用多有報(bào)道[6—9]，但SA能否緩解廢電池中多種金屬對(duì)植物的脅迫還少見(jiàn)報(bào)道。小麥（Triticum aestivum L.）是我國(guó)主要的糧食作物之一，小麥幼苗期的生長(zhǎng)狀況直接影響其產(chǎn)量和質(zhì)量。因此，筆者選取小麥為研究對(duì)象，采用土培法，研究不同質(zhì)量濃度SA處理對(duì)廢電池脅迫下小麥幼苗抗氧化酶及生理特性的影響，旨在為緩解廢電池污染造成的毒害和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為小麥周麥—1，購(gòu)于周口市農(nóng)業(yè)科學(xué)院。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將兩節(jié)五號(hào)廢電池剝開(kāi)，放入燒杯中，加入1 000 mL去離子水浸泡24 h后過(guò)濾，得廢電池浸出液原液，然后將其與去離子水按1∶4的比例配制成稀釋液，再用此稀釋液配制成質(zhì)量濃度為0、25、50、100、150、200 mg/L的SA溶液，并編號(hào)為1—6。選擇均一、飽滿的小麥種子，用10% NaClO消毒10 min后，用自來(lái)水沖洗數(shù)次，再用去離子水沖洗干凈。將種子分成7份，每份100粒，并編號(hào)0—6，編號(hào)0為對(duì)照，用去離子水培養(yǎng)，其他用相應(yīng)編號(hào)含不同質(zhì)量濃度SA的廢電池液浸種12 h后種在相應(yīng)編號(hào)含經(jīng)過(guò)篩選和翻曬的松軟沙土的托盤(pán)中，于室溫下培養(yǎng)，待幼苗長(zhǎng)出4片真葉時(shí)，在每個(gè)托盤(pán)中選取同位葉測(cè)定酶活性及相應(yīng)生理指標(biāo)，3次重復(fù)。試驗(yàn)過(guò)程中每12 h澆1次相應(yīng)編號(hào)的溶液，每次25 mL。

1.3 測(cè)定方法

用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定葉片過(guò)氧化物酶（POD）活性；用聯(lián)苯三酚自氧化法測(cè)定葉片超氧化物歧化酶（SOD）活性，在1 mL反應(yīng)液中每分鐘抑制聯(lián)苯三酚自氧化速率達(dá)50%的酶量定義為一個(gè)活性單位；用硫代巴比妥酸法測(cè)定葉片丙二醛（MDA）含量；用考馬斯亮藍(lán)G—250顯色法測(cè)定葉片可溶性蛋白質(zhì)含量[10]；用茚三酮比色法測(cè)定游離脯氨酸的含量[11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 SA對(duì)廢電池脅迫下小麥幼苗抗氧化酶活性的影響

POD和SOD是植物杭氧化系統(tǒng)中重要的保護(hù)酶，能清除體內(nèi)過(guò)多的活性氧簇（Reactive oxygen species，ROS），使機(jī)體免受氧化損傷。圖1顯示，在未添加SA的廢電池液脅迫下，小麥幼苗體內(nèi)的POD活性較CK有所升高，這是植株對(duì)不良環(huán)境刺激表現(xiàn)出的正常應(yīng)激反應(yīng)；經(jīng)外源SA處理后，在一定質(zhì)量濃度范圍內(nèi)（25～150 mg/L），POD的活性表現(xiàn)出先降低后升高的趨勢(shì)，其中SA濃度為50 mg/L時(shí)，POD活性降至最低值，隨后開(kāi)始升高，當(dāng)SA的濃度大于150 mg/L時(shí)，小麥幼苗體內(nèi)的POD活性又開(kāi)始緩慢下降。經(jīng)不同質(zhì)量濃度的外源SA處理后，小麥幼苗體內(nèi)的SOD活性隨SA濃度的增加表現(xiàn)出先升高后下降的趨勢(shì)，其中SA質(zhì)量濃度為50 mg/L時(shí)，SOD活性達(dá)到最高值，比未添加SA的廢電池液脅迫增加了48.45%，之后隨著SA濃度的升高開(kāi)始下降，當(dāng)SA濃度為200 mg/L時(shí)，SOD活性降至CK以下?？梢?jiàn)，低濃度的SA能誘導(dǎo)小麥幼苗體內(nèi)POD及SOD酶的活性，高濃度的SA對(duì)酶活性具有抑制作用。

2.2 SA對(duì)廢電池脅迫下小麥幼苗體內(nèi)MDA含量的影響

MDA是衡量植物經(jīng)逆境脅迫后膜脂過(guò)氧化程度的指標(biāo)[3]，其在機(jī)體內(nèi)的積累會(huì)對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生毒害作用。圖2表明，在未添加SA的廢電池液脅迫下，小麥幼苗體內(nèi)的MDA含量增加，說(shuō)明廢電池對(duì)小麥幼苗產(chǎn)生了毒害作用。經(jīng)外源SA處理后，MDA的含量降低，SA濃度達(dá)到100 mg/L時(shí)，MDA含量降至最低，比未添加SA的廢電池液脅迫下的MDA含量降低了39.51%；SA濃度高于100 mg/L時(shí)，MDA含量開(kāi)始升高，說(shuō)明SA可以緩解廢電池對(duì)小麥幼苗的脅迫作用，高濃度的SA緩解作用降低，且以100 mg/L的SA效果最佳。

2.3 SA對(duì)廢電池脅迫下小麥幼苗體內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)及游離脯氨酸含量的影響

蛋白質(zhì)是維持生命正常新陳代謝不可缺少的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，其含量的多少反映植物對(duì)脅迫環(huán)境適應(yīng)能力的大小。從圖3可以看出，在未添加SA的廢電池液脅迫下，小麥幼苗可溶性蛋白質(zhì)含量與CK相比變化不大，經(jīng)不同質(zhì)量濃度的外源SA處理后，其可溶性蛋白質(zhì)含量明顯升高，在SA濃度為50 mg/L時(shí)可溶性蛋白質(zhì)含量最高，達(dá)未添加SA的廢電池液處理的3.77倍。

脯氨酸作為植物重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，它的積累對(duì)逆境適應(yīng)有著重要的意義。在重金屬離子污染下，其含量的變化可以認(rèn)為是植物對(duì)逆境脅迫的一種生理生化反應(yīng)。從圖3可以看出，在未添加SA的廢電池液脅迫下，小麥幼苗體內(nèi)脯氨酸含量明顯降低，與CK相比，降低了67.63%，表現(xiàn)出明顯的受害現(xiàn)象。經(jīng)外源SA處理后，其脯氨酸含量明顯升高，并以50 mg/L的SA處理效果最好，比未添加SA的廢電池液脅迫增加了173.34%?？梢?jiàn)，適宜質(zhì)量濃度的外源SA處理能夠促進(jìn)小麥幼苗體內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)的積累，提高脯氨酸的含量，增強(qiáng)小麥幼苗抗廢電池脅迫的能力。

3 討論

3.1 SA能抑制廢電池脅迫下小麥葉片活性氧的產(chǎn)生和提高抗氧化酶活性

植物受外界不良環(huán)境脅迫后，就會(huì)產(chǎn)生大量活性氧，當(dāng)植物體內(nèi)有過(guò)多的活性氧產(chǎn)生卻來(lái)不及清除時(shí)就會(huì)對(duì)植物體產(chǎn)生氧化脅迫和傷害，活性氧積累誘導(dǎo)膜脂過(guò)氧化，使多種生物大分子受到破壞[12]。前人研究表明，植物體內(nèi)與電子傳遞相關(guān)的葉綠體、線粒體是活性氧產(chǎn)生的主要部位[13]，SA處理后能抑制活性氧的產(chǎn)生速率及H2O2的含量，其原因可能是SA能降低葉綠體和線粒體的電子傳遞速率，使活性氧產(chǎn)生量下降。有研究表明，SA能直接作用于線粒體的呼吸鏈從而使產(chǎn)生速率降低[14]，因而活性氧產(chǎn)生的量就相對(duì)減少。而姜晶等[15]研究則表明，SA能夠直接對(duì)超氧陰離子有清除的作用，至少在小麥葉片中，SA能否直接對(duì)活性氧進(jìn)行清除還有待進(jìn)一步的研究。前人研究表明草莓[16]、爬山虎離體葉片[17]、小麥[18]和水稻[19]經(jīng)SA處理后能提高其抗氧化能力，這與此次試驗(yàn)SA能提高廢電池脅迫下小麥幼苗SOD和POD的活性是一致的。SA處理能提高小麥葉片抗氧化酶的活性，抑制葉片超氧陰離子自由基的生成速率以及過(guò)氧化氫的含量，從而增強(qiáng)了細(xì)胞膜的穩(wěn)定性，提高小麥在廢電池脅迫下的抗性。

3.2 SA能降低葉片中MDA的含量

MDA是膜脂過(guò)氧化的產(chǎn)物，MDA含量的多少與膜脂過(guò)氧化程度有關(guān)，所以它可以作為植物抗逆性的指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果表明，在廢電池脅迫下，小麥葉片中MDA大量積累，說(shuō)明廢電池中的重金屬對(duì)葉片有傷害作用。一定質(zhì)量濃度的外源SA處理可以降低小麥幼苗體內(nèi)MDA的含量，從而提高其抗逆性。

3.3 SA能促進(jìn)小麥幼苗體內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)的積累，增加游離脯氨酸的含量

脯氨酸是植物體內(nèi)蛋白質(zhì)的組分之一，并以游離狀態(tài)廣泛存在于植物體內(nèi)。在干旱、鹽漬、重金屬等脅迫條件下，許多植物體內(nèi)脯氨酸會(huì)大量積累，積累的脯氨酸除了作為植物細(xì)胞質(zhì)內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)外，還在穩(wěn)定生物大分子結(jié)構(gòu)、降低細(xì)胞酸性、解除氨毒以及作為能量庫(kù)調(diào)節(jié)細(xì)胞氧化還原勢(shì)等方面起重要作用。但本試驗(yàn)的結(jié)果表明，廢電池脅迫下，小麥幼苗體內(nèi)脯氨酸的含量卻呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)，這與理論不相吻合，原因是廢電池中的重金屬已經(jīng)嚴(yán)重破壞了葉片的結(jié)構(gòu)，使得葉片中的脯氨酸不但不能積累，反而下降。而外源SA處理后，其脯氨酸含量明顯升高，并以50 mg/L的SA處理效果最好?？梢?jiàn)，適宜質(zhì)量濃度的外源SA處理能夠提高小麥幼苗體內(nèi)脯氨酸的含量，促進(jìn)其可溶性蛋白質(zhì)的積累，增強(qiáng)小麥幼苗抗廢電池脅迫的能力。

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