Pb脅迫條件下狹葉香蒲種子的萌發(fā)特性及其幼苗的生理響應(yīng)

徐金波,徐迎春,趙 慧,陳葉清

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院,江蘇南京210095)

Pb脅迫條件下狹葉香蒲種子的萌發(fā)特性及其幼苗的生理響應(yīng)

徐金波,徐迎春①,趙 慧,陳葉清

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院,江蘇南京210095)

對(duì)0、30、150、300、450和600μmol·L-1Pb脅迫條件下狹葉香蒲(Typha angustifolia Linn.)種子的萌發(fā)特性進(jìn)行了研究,并分析了0、450、900、1 800和2 700μmol·L-1Pb脅迫對(duì)狹葉香蒲幼苗葉片及根系中部分生理生化指標(biāo)的影響。結(jié)果表明:隨Pb濃度提高,狹葉香蒲種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)以及下胚軸長度均逐漸下降且低于對(duì)照,而其下胚軸長度抑制指數(shù)則逐漸增大,但在30μmol·L-1Pb脅迫條件下各項(xiàng)萌發(fā)指標(biāo)均與對(duì)照無顯著差異。葉片葉綠素a、葉綠素b及總?cè)~綠素含量隨Pb濃度提高呈逐漸下降趨勢(shì),但在450和900μmol·L-1Pb脅迫條件下與對(duì)照無顯著差異,而在1 800和2 700μmol·L-1Pb脅迫條件下顯著低于對(duì)照。在Pb脅迫條件下葉片和根中SOD活性均顯著高于對(duì)照但變化趨勢(shì)不同;隨Pb濃度提高,葉片SOD活性呈波動(dòng)但整體上升的趨勢(shì),而根中SOD活性則呈逐漸降低的趨勢(shì)。葉片和根中POD活性均隨Pb濃度提高呈持續(xù)上升的趨勢(shì),其中,在450和900μmol·L-1Pb脅迫條件下葉片的POD活性低于對(duì)照、根的POD活性高于對(duì)照,但均與對(duì)照無顯著差異;而在1 800和2 700μmol·L-1Pb脅迫條件下葉片和根的POD活性均顯著高于對(duì)照。在Pb脅迫條件下葉片和根中AsA和MDA含量均高于對(duì)照。隨Pb濃度提高,葉片的AsA含量總體上逐漸增加但在450和900μmol·L-1Pb脅迫條件下與對(duì)照無顯著差異;而根的AsA含量則呈先增加后降低的趨勢(shì)且均與對(duì)照差異顯著。隨Pb濃度提高,葉片的MDA含量先增后降但均與對(duì)照無顯著差異;而根的MDA含量呈“高—低—高”的波動(dòng)趨勢(shì)且僅在450μmol·L-1Pb脅迫條件下與對(duì)照差異顯著。綜合分析結(jié)果顯示:狹葉香蒲幼苗根系對(duì)Pb脅迫的敏感性可能強(qiáng)于葉片;狹葉香蒲種子可在輕度Pb污染水體中萌發(fā)和生長;其幼苗對(duì)Pb脅迫具有一定的耐性,可用于中度Pb污染水體的修復(fù)。

狹葉香蒲;Pb脅迫;種子萌發(fā)特性;生理響應(yīng);污染水體修復(fù)

目前全球的水體重金屬污染問題日益嚴(yán)重,并已對(duì)生態(tài)環(huán)境、食品安全、人體健康和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成巨大威脅,其中Pb毒害尤為嚴(yán)重,亟待治理。運(yùn)用吸附Pb能力較強(qiáng)的水生植物對(duì)Pb污染水體進(jìn)行生態(tài)修復(fù)是修復(fù)Pb污染水體的有效途徑之一。

相關(guān)研究結(jié)果表明:香蒲屬(Typha Linn.)的一些植物種類對(duì)Pb具有較強(qiáng)的耐性及吸附能力。葉志鴻等[1-2]和陽承勝等[3]的研究結(jié)果均表明:寬葉香蒲(T.latifolia Linn.)具有較強(qiáng)的忍耐、吸收和積累Pb的能力,其對(duì)鉛鋅礦廢水中Pb的去除率達(dá)到90%;李永麗等[4]的研究結(jié)果表明:東方香蒲(T.orientalis Presl)對(duì)Pb有很強(qiáng)的富集作用,其地上部分平均Pb富集量為619 mg·kg-1、地下部分平均Pb富集量為1 233 mg·kg-1;王鳳永等[5]也認(rèn)為東方香蒲對(duì)Pb重度污染土壤具有較強(qiáng)的耐受能力,并且其根部是Pb累積的主要器官。

狹葉香蒲(T.angustifolia Linn.)又名水燭、蒲菜等,為香蒲屬多年生水生植物[6],繁殖能力較強(qiáng);其果穗(蒲棒)形狀奇特、葉色濃綠,宜作花境、水景背景材料等,常用于點(diǎn)綴園林水池和構(gòu)筑水景;蒲棒上的蒲黃還可入藥[7]。研究結(jié)果表明:狹葉香蒲對(duì)Cd和Cu等重金屬脅迫具有較強(qiáng)的耐性[8-11],但狹葉香蒲對(duì)Pb脅迫是否具有相似的耐性尚缺乏研究報(bào)道。另外,在凈化重金屬污染水體的過程中,了解植物種子在高濃度重金屬污染水體中的萌發(fā)狀況,對(duì)于污染環(huán)境的植物修復(fù)也具有重要意義。

鑒于以上原因,作者對(duì)不同濃度Pb脅迫條件下狹葉香蒲的種子萌發(fā)狀況及幼苗部分生理生化指標(biāo)的變化展開研究,以期為運(yùn)用狹葉香蒲長期修復(fù)Pb污染水體提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

實(shí)驗(yàn)用狹葉香蒲的蒲棒(種子)和當(dāng)年生幼苗分別于2013年10月和4月采自江蘇省南京市中山陵下馬坊公園池塘。

1.2 方法

1.2.1 種子的Pb脅迫處理方法及種子萌發(fā)指標(biāo)的測(cè)定 挑選健康均一的種子,去除表面附著物,用質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)2%NaClO溶液浸泡5 min后用自來水沖洗數(shù)次,并用蒸餾水沖洗3次;吸干種子表面水分,分別放入鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿(直徑9 cm)中,用滴管分別滴加濃度為30、150、300、450和600μmol·L-1的Pb(NO3)2溶液至完全浸沒種子,對(duì)照(CK)則滴加等量蒸餾水。每個(gè)培養(yǎng)皿50粒種子,每處理4個(gè)培養(yǎng)皿,每皿視為1個(gè)重復(fù)。將種子置于晝溫(35± 1)℃、夜溫(25±1)℃、光照時(shí)間12 h·d-1的光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng);每天補(bǔ)充適量蒸餾水以保證種子完全浸沒在處理液中,每2 d更換1次Pb(NO3)2溶液。

從種子露白時(shí)開始每天記錄種子的發(fā)芽數(shù),5 d后結(jié)束實(shí)驗(yàn);每處理隨機(jī)選取10粒種子,用游標(biāo)卡尺測(cè)量下胚軸長度。根據(jù)觀察結(jié)果計(jì)算各處理種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)及下胚軸長度抑制指數(shù),計(jì)算公式分別為:發(fā)芽率=(實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)正常發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%;發(fā)芽勢(shì)=(發(fā)芽3 d時(shí)正常發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%;發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑(Gt/Dt),Gt為t天的種子發(fā)芽數(shù), Dt為種子發(fā)芽天數(shù);活力指數(shù)(VI)=GI×S,其中S為實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)幼苗的芽長度;下胚軸長度抑制指數(shù)=〔(對(duì)照組下胚軸長度-處理組下胚軸長度)/對(duì)照組下胚軸長度〕×100%[12]。

1.2.2 幼苗的Pb脅迫處理方法及生理生化指標(biāo)的測(cè)定 將狹葉香蒲幼苗移植于塑料周轉(zhuǎn)箱內(nèi),用自來水馴化6 d(每2 d更換1次自來水)后移入溫室內(nèi),用1/2 Hoagland營養(yǎng)液進(jìn)行預(yù)培養(yǎng),每2 d更換1次營養(yǎng)液,每個(gè)周轉(zhuǎn)箱植入3株幼苗,并用電動(dòng)氣泵連續(xù)通氣;待幼苗長出新根后,選取長勢(shì)一致的植株,分別換用含有0、450、900、1 800和2 700μmol·L-1Pb(NO3)2的1/2 Hoagland營養(yǎng)液對(duì)幼苗進(jìn)行脅迫培養(yǎng),每處理3個(gè)周轉(zhuǎn)箱,每箱視為1個(gè)重復(fù)。持續(xù)脅迫培養(yǎng)15 d后,取出各處理組幼苗并將植株分成葉和根兩部分,分別用蒸餾水沖洗后置于液氮中處理并于-40℃條件下保存,用于各項(xiàng)生理生化指標(biāo)的測(cè)定。

采用乙醇提取法[13]測(cè)定葉綠素含量,乙醇體積分?jǐn)?shù)為95%;采用氮藍(lán)四唑(NBT)法[14-15]測(cè)定超氧化物歧化酶(SOD)活性;采用愈創(chuàng)木酚法[16-17]測(cè)定過氧化物酶(POD)活性;采用二聯(lián)吡啶比色法[18]測(cè)定抗壞血酸(AsA)含量;采用硫代巴比妥酸(TBA)法[19]測(cè)定丙二醛(MDA)含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)方法

采用EXCEL 2007和SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及差異顯著性分析。

2 結(jié)果和分析

2.1 Pb脅迫對(duì)狹葉香蒲種子萌發(fā)特性的影響

2.1.1 對(duì)種子發(fā)芽特性的影響 在不同濃度Pb脅迫條件下狹葉香蒲種子的萌發(fā)狀況見表1。由表1可見:隨Pb脅迫濃度提高,狹葉香蒲種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均逐漸降低。在低濃度(30μmol·L-1)Pb脅迫條件下,種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均與對(duì)照無顯著差異(P＞0.05);當(dāng)Pb濃度達(dá)到150μmol·L-1時(shí),各指標(biāo)均顯著低于對(duì)照(P＜0.05),分別較對(duì)照降低了16.9%、15.2%、16.8%和55.4%,說明在150μmol·L-1Pb脅迫條件下狹葉香蒲種子的萌發(fā)受到抑制;當(dāng)Pb濃度達(dá)到600μmol·L-1時(shí),發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)也均顯著低于對(duì)照,且降低幅度更大,分別比對(duì)照降低了57.6%、56.1%、59.2%和93.1%,說明高濃度Pb脅迫對(duì)狹葉香蒲種子發(fā)芽具有明顯的抑制作用。

表1 不同濃度Pb脅迫對(duì)狹葉香蒲種子萌發(fā)特性的影響(ˉX±SE)1)Table 1 Effect of Pb stress w ith different concentrations on seed germ ination characteristics of Typha angustifolia Linn.(ˉX±SE)1)

2.1.2 對(duì)下胚軸伸長生長的影響 在不同濃度Pb脅迫條件下狹葉香蒲的下胚軸長度及其抑制指數(shù)見表2。由表2可知:隨Pb脅迫濃度的提高,狹葉香蒲的下胚軸長度依次減小但其抑制指數(shù)卻依次增大。在30μmol·L-1Pb脅迫條件下,下胚軸長度與對(duì)照無顯著差異,下胚軸長度抑制指數(shù)僅為0.36%,說明在較低濃度Pb脅迫下狹葉香蒲下胚軸的伸長生長幾乎沒有受到抑制;當(dāng)Pb濃度達(dá)到150μmol·L-1時(shí),下胚軸長度顯著低于對(duì)照,下胚軸長度抑制指數(shù)達(dá)到50.36%,說明在該濃度Pb脅迫下其下胚軸的伸長生長受到明顯抑制;隨Pb濃度的提高,下胚軸長度明顯減小且其抑制指數(shù)大幅增加,當(dāng)Pb濃度達(dá)到600 μmol·L-1時(shí),下胚軸長度僅為對(duì)照的14.9%,而下胚軸長度抑制指數(shù)則最高(達(dá)到85.11%)。說明狹葉香蒲下胚軸的伸長生長對(duì)低水平Pb脅迫有一定耐性。

表2 不同濃度Pb脅迫對(duì)狹葉香蒲下胚軸長度及其抑制指數(shù)的影響(ˉX±SE)1)Table2 Effect of Pb stressw ith different concentrations on hycopoty l length and its inhibition index of Typha angustifolia Linn.(ˉX±SE)1)

2.2 Pb脅迫對(duì)狹葉香蒲幼苗生理特性的影響

2.2.1 對(duì)葉片葉綠素含量的影響 在不同濃度Pb脅迫條件下狹葉香蒲幼苗葉片中葉綠素含量的變化見表3。由表3可知:在450～2 700μmol·L-1Pb脅迫條件下,隨Pb濃度的提高,葉綠素a、葉綠素b及總?cè)~綠素含量逐漸下降。在450和900μmol·L-1Pb脅迫條件下,葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量或略低于或略高于對(duì)照,但均與對(duì)照無顯著差異,說明低濃度Pb脅迫對(duì)狹葉香蒲幼苗葉片中的葉綠素含量無明顯影響。在1 800和2 700μmol·L-1Pb脅迫條件下,葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量均顯著低于對(duì)照,說明隨Pb濃度的提高,狹葉香蒲幼苗葉片中的葉綠素合成受到明顯抑制,導(dǎo)致葉片的葉綠素含量大幅降低。

表3 不同濃度Pb脅迫對(duì)狹葉香蒲幼苗葉片中葉綠素含量的影響(ˉX±SE)1)Table 3 Effect of Pb stress w ith different concentrations on chlorophyll content in leaf of Typha angustifolia Linn.seed ling (ˉX±SE)1)

2.2.2 對(duì)葉片和根中SOD和POD活性的影響 在不同濃度Pb脅迫條件下狹葉香蒲幼苗葉片和根中SOD和POD活性的變化見表4。由表4可知:在不同濃度Pb脅迫條件下狹葉香蒲葉片和根中SOD活性均顯著高于對(duì)照,但變化趨勢(shì)有差異。葉片SOD活性隨Pb濃度提高呈波動(dòng)但整體上升的趨勢(shì),在2 700 μmol·L-1Pb脅迫條件下達(dá)到最高,為對(duì)照的2.93倍。而根中SOD活性則隨Pb濃度提高逐漸降低,在450μmol·L-1Pb脅迫下最高,達(dá)到1 089.20 U·g-1,為對(duì)照的5.09倍;在2 700μmol·L-1Pb脅迫條件下為660.53 U·g-1,為對(duì)照的3.09倍。

表4 不同濃度Pb脅迫對(duì)狹葉香蒲幼苗葉片和根中SOD和POD活性的影響(ˉX±SE)1)Table 4 Effect of Pb stress w ith different concentrations on SOD and POD activities in leaf and root of Typha angustifolia Linn.seed ling (ˉX±SE)1)

由表4還可見:在不同濃度Pb脅迫條件下狹葉香蒲葉片和根的POD活性的變化趨勢(shì)基本一致,均隨Pb濃度提高呈持續(xù)上升的趨勢(shì),但變化幅度略有差異。在450和900μmol·L-1Pb脅迫條件下葉片POD活性低于對(duì)照但與對(duì)照無顯著差異;而在1 800和2 700μmol·L-1Pb脅迫條件下則顯著高于對(duì)照,分別比對(duì)照增加了59.3%和96.5%。在450和900 μmol·L-1Pb脅迫條件下根中POD活性均高于對(duì)照但與對(duì)照無顯著差異;而在1 800和2 700μmol·L-1Pb脅迫條件下均顯著高于對(duì)照,分別較對(duì)照增加了77.1%和89.1%。

2.2.3 對(duì)葉片和根中AsA和MDA含量的影響 在不同濃度Pb脅迫條件下狹葉香蒲幼苗葉片和根中AsA和MDA含量變化見表5。由表5可知:在不同濃度Pb脅迫條件下狹葉香蒲葉片和根中的AsA含量均高于對(duì)照,且均呈波動(dòng)的變化趨勢(shì),但差異幅度及變化范圍略有不同。葉片中的AsA含量整體呈逐漸增加的趨勢(shì),但在450和900μmol·L-1Pb脅迫條件下與對(duì)照無顯著差異;而在1 800和2 700μmol·L-1Pb脅迫條件下與對(duì)照差異顯著,分別比對(duì)照增加了70.4%和112.2%。而根中AsA含量均與對(duì)照差異顯著,且隨Pb濃度升高呈先增加后降低的變化趨勢(shì),在900μmol·L-1Pb脅迫條件下根中AsA含量最高,為對(duì)照的5.35倍。

表5 不同濃度Pb脅迫對(duì)狹葉香蒲幼苗葉片和根中AsA和MDA含量的影響(ˉX±SE)1)Table 5 Effect of Pb stress w ith different concentrations on AsA and MDA contents in leaf and root of Typha angustifolia Linn.seed ling (ˉX±SE)1)

由表5還可知:在不同濃度Pb脅迫條件下狹葉香蒲幼苗葉片和根中的MDA含量均高于對(duì)照,僅差異幅度及變化趨勢(shì)略有不同。葉片中的MDA含量隨Pb濃度升高呈先增加后降低的變化趨勢(shì),在900 μmol·L-1Pb脅迫條件下最高,但各處理組葉片中的MDA含量與對(duì)照均無顯著差異,說明Pb脅迫對(duì)狹葉香蒲幼苗葉片細(xì)胞膜沒有明顯的過氧化傷害。根中的MDA含量隨Pb濃度升高呈現(xiàn)“高—低—高”的波動(dòng)變化趨勢(shì),在450μmol·L-1Pb脅迫條件下最高,較對(duì)照增加了26.2%,且差異顯著;而其他處理組根中的MDA含量與對(duì)照無顯著差異,這可能是由于在受到較低濃度Pb脅迫時(shí)狹葉香蒲幼苗產(chǎn)生的應(yīng)激反應(yīng)導(dǎo)致MDA含量升高。

3 討論和結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:隨Pb脅迫濃度的提高,狹葉香蒲種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均逐漸降低,這與曾祥玲等[20]對(duì)Pb脅迫條件下沙打旺(Astragalus adsurgens Pall.)種子萌發(fā)特性的研究結(jié)論一致。本研究中,在較低濃度(150μmol·L-1)Pb脅迫條件下,狹葉香蒲種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均顯著低于對(duì)照,但其發(fā)芽率仍然達(dá)到73.50%,說明雖然較低濃度的Pb脅迫對(duì)其種子萌發(fā)的各項(xiàng)指標(biāo)均有一定的抑制作用,但對(duì)狹葉香蒲種子萌發(fā)的綜合抑制作用不明顯。而在600μmol·L-1Pb脅迫條件下種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)也均顯著低于對(duì)照,發(fā)芽率僅為37.50%,說明高濃度Pb脅迫對(duì)狹葉香蒲種子的萌發(fā)有較強(qiáng)的抑制作用。隨著Pb脅迫濃度的提高,狹葉香蒲的下胚軸長度逐漸減小、抑制指數(shù)依次增大,這與王錦文等[21]對(duì)Pb脅迫下水稻(Oryza sativa Linn.)的相關(guān)研究結(jié)論一致。30μmol·L-1Pb脅迫對(duì)狹葉香蒲下胚軸伸長生長的抑制作用較小;150μmol·L-1Pb脅迫對(duì)其下胚軸伸長生長有顯著抑制作用,下胚軸長度抑制指數(shù)達(dá)到50.36%;當(dāng)Pb濃度達(dá)到600μmol·L-1時(shí),其下胚軸長度抑制指數(shù)高達(dá)85.11%,說明高濃度Pb脅迫嚴(yán)重破壞了狹葉香蒲種子萌發(fā)過程中下胚軸的伸長生長。綜上所述,狹葉香蒲種子在較低濃度(30～150 μmol·L-1)Pb脅迫條件下能萌發(fā)并且下胚軸能進(jìn)行伸長生長,表現(xiàn)出一定的耐性;而隨Pb脅迫濃度的提高,對(duì)狹葉香蒲種子萌發(fā)的毒害作用越來越明顯,這與Zhang等[22]對(duì)水稻種子的相關(guān)研究結(jié)果類似。

隨Pb脅迫濃度的提高,狹葉香蒲葉片中的葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量均下降;在450和900μmol·L-1Pb脅迫條件下,狹葉香蒲葉片中葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量與對(duì)照均無顯著差異,而在1 800和2 700μmol·L-1Pb脅迫條件下均顯著低于對(duì)照,說明較低濃度Pb脅迫對(duì)狹葉香蒲幼苗葉片的葉綠素合成并沒有明顯的影響,而較高濃度Pb脅迫則對(duì)狹葉香蒲幼苗葉片的葉綠素合成有明顯的抑制作用。這與何冰等[23]的相關(guān)研究結(jié)論一致。

超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)是植物細(xì)胞內(nèi)抗氧化系統(tǒng)的重要組成部分,具有可抑制活性氧產(chǎn)生、清除超氧陰離子自由基、控制脂質(zhì)過氧化和減少質(zhì)膜系統(tǒng)損傷等作用[24-25]。在不同濃度Pb脅迫條件下,狹葉香蒲幼苗葉片和根的SOD活性均顯著高于對(duì)照,說明Pb脅迫可提高狹葉香蒲幼苗體內(nèi)細(xì)胞清除超氧陰離子自由基的能力,并在一定程度上降低細(xì)胞受毒害的程度,提高幼苗耐Pb脅迫的能力;在450μmol·L-1Pb脅迫條件下,狹葉香蒲根和葉片的SOD活性分別比對(duì)照增加409.2%和145.4%,可見其根系對(duì)Pb脅迫的生理響應(yīng)強(qiáng)于葉片,可能與水培實(shí)驗(yàn)中根系是Pb脅迫的直接受害器官有關(guān)。在1 800和2 700μmol·L-1Pb脅迫條件下,狹葉香蒲葉片和根的POD活性顯著增加,且在1 800μmol·L-1Pb脅迫條件下分別較對(duì)照增加59.3%和77.1%,表明較高濃度的Pb能夠刺激狹葉香蒲幼苗體內(nèi)POD活性增強(qiáng),并且根系對(duì)Pb脅迫的敏感性強(qiáng)于葉片。

抗壞血酸(AsA)是植物細(xì)胞中的重要抗氧化劑[26]。隨Pb脅迫濃度提高,狹葉香蒲幼苗葉片中的AsA含量大體呈增高趨勢(shì),但僅在較高濃度(1 800和2 700μmol·L-1)Pb脅迫條件下顯著高于對(duì)照;而在低濃度(450μmol·L-1)Pb脅迫條件下根中的AsA含量就顯著高于對(duì)照,并且在900μmol·L-1Pb脅迫條件下達(dá)到最高,說明低濃度Pb脅迫對(duì)狹葉香蒲根系細(xì)胞有明顯的傷害作用,也說明其根系對(duì)Pb脅迫的敏感性較強(qiáng)。

丙二醛(MDA)是逆境條件下植物體內(nèi)膜脂過氧化作用的產(chǎn)物,其在植物組織中的積累量可反映膜脂過氧化的程度[27]。在不同濃度Pb脅迫條件下狹葉香蒲幼苗葉片的MDA含量與對(duì)照均無顯著差異;根的MDA含量僅在低濃度(450μmol·L-1)Pb脅迫條件下顯著高于對(duì)照,而在其他濃度Pb脅迫條件下均與對(duì)照無顯著差異,這可能是由于低濃度Pb脅迫條件下根系的應(yīng)激反應(yīng)導(dǎo)致MDA含量顯著上升,也表明狹葉香蒲根系對(duì)Pb脅迫比較敏感。

綜上所述,在低濃度Pb脅迫條件下狹葉香蒲種子具有較高的發(fā)芽率并且下胚軸能進(jìn)行伸長生長,說明其種子能忍受較低濃度(30μmol·L-1)的Pb脅迫,可以在輕度Pb污染水體中正常萌芽和生長;在不同濃度Pb脅迫條件下,幼苗葉片和根總體上表現(xiàn)出一定的耐性,可用于中度Pb污染水體的修復(fù)。本實(shí)驗(yàn)中,在同一濃度Pb脅迫條件下,狹葉香蒲根系的SOD和POD活性以及MDA和AsA含量變化幅度均大于葉片,一方面可能與其根系對(duì)Pb脅迫較敏感有關(guān),另一方面也可能因?yàn)楦渴撬wPb脅迫的直接受害器官、受傷害程度大于葉片。許衛(wèi)鋒[9]認(rèn)為:狹葉香蒲主要在根部累積Cd,葉片中Cd的累積量較低。據(jù)此推測(cè),狹葉香蒲也可能通過根部積累Pb并減少葉片中Pb的積累量,以此減輕Pb脅迫對(duì)葉片的損傷,這一作用的機(jī)制及普遍性還有待進(jìn)一步研究證實(shí)。

[1] 葉志鴻,陳桂珠,藍(lán)崇鈺,等.寬葉香蒲凈化塘系統(tǒng)凈化鉛/鋅礦廢水效應(yīng)的研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),1992,3(2):190-194.

[2] 葉志鴻,陳桂珠,藍(lán)崇鈺,等.鉛鋅礦廢水中重金屬在寬葉香蒲(Typha latifolia)的積累與分布[J].植物生態(tài)學(xué)與地植物學(xué)學(xué)報(bào),1992(1):72-79.

[3] 陽承勝,藍(lán)崇鈺,束文圣.重金屬在寬葉香蒲人工濕地系統(tǒng)中的分布與積累[J].水處理技術(shù),2002,28(2):101-104.

[4] 李永麗,李 欣,李 碩,等.東方香蒲(Typha orientalis Presl)對(duì)鉛的富集特征及其EDTA效應(yīng)分析[J].生態(tài)環(huán)境,2005,14 (4):555-558.

[5] 王鳳永,郭朝暉,苗旭峰,等.東方香蒲(Typha orientalis Presl)對(duì)重度污染土壤中As、Cd、Pb的耐性與累積特征[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2011,30(10):1966-1971.

[6] 袁宜如,李曉云,高光林.狹葉香蒲及其開發(fā)利用研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2012(9):112-113,115.

[7] 陳佩東,嚴(yán) 輝,丁安偉.不同產(chǎn)地蒲黃中總黃酮的含量測(cè)定[J].江蘇中醫(yī)藥,2007,39(6):55-56.

[8] 吳曉麗,羅玉明,徐迎春,等.鎘脅迫對(duì)狹葉香蒲某些生理指標(biāo)的影響[J].植物資源與環(huán)境學(xué)報(bào),2007,16(1):74-76.

[9] 許衛(wèi)鋒.狹葉香蒲耐鎘的生理生化機(jī)制及其修復(fù)鎘污染環(huán)境的潛力[D].揚(yáng)州:揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,2004.

[10] 張 弛,袁亞光,欽 佩,等.香蒲對(duì)重金屬鎘的耐性及吸收途徑研究[J].南京大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2013,49(4): 506-511.

[11] 趙 艷,徐迎春,柴翠翠,等.銅脅迫對(duì)狹葉香蒲生長及生理特性的影響[J].廣西植物,2010,30(3):367-372.

[12] 任安芝,高玉葆.鉛、鎘、鉻單一和復(fù)合污染對(duì)青菜種子萌發(fā)的生物學(xué)效應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)雜志,2000,19(1):19-22.

[13] ARNON D I.Copper enzymes in isolated chloroplasts.Polyphenoloxidase in Beta vulgaris[J].Plant Physiology,1949,24(1):1-15.

[14] BEAUCHAMP C,FRIDOVICH I.Superoxide dismutase:improved assays and an assay applicable to acrylamide gels[J].Analytical Biochemistry,1971,44(1):276-287.

[15] ZHOUW J,ZHAO D,LIN X.Effects of waterlogging on nitrogen accumulation and alleviation of waterlogging damage by app lication of nitrogen fertilizer and mixtalol in winter rape(Brassica napus L.)[J].Journal of Plant Growth Regulation,1997,16(1):47-53.

[16] QUINTANILLA-GUERRERO F,DUARTE-VáZQUEZ M A, GARCíA-ALMENDAREZ B E,et al.Polyethylene glycol improves phenol removal by immobilized turnip peroxidase[J]. Bioresource Technology,2008,99(18):8605-8611.

[17] MU?OZ-MU?OZ JL,GARCíA-MOLINA F,GARCíA-RUIZ PA, et al.Enzymatic and chemical oxidation of trihydroxylated phenols [J].Food Chemistry,2009,113:435-444.

[18] 陳建勛,王曉峰.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社,2002:125.

[19] 李合生.植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M].北京:高等教育出版社,2000:260-263.

[20] 曾祥玲,曹成有,高菲菲,等.鎘、鉛對(duì)沙打旺種子萌發(fā)及早期生長發(fā)育的毒性效應(yīng)[J].草業(yè)學(xué)報(bào),2008,17(4):71-77.

[21] 王錦文,邊才苗,陳 珍.鉛、鎘脅迫對(duì)水稻種子萌發(fā)、幼苗生長及生理指標(biāo)的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2009(4):77-79.

[22] ZHANG S,HU J,CHEN Z H,et al.Effects of Pb pollution on seed vigorof three rice cultivars[J].Rice Science,2005,12(3): 197-201.

[23] 何 冰,何計(jì)興,何新華,等.鉛脅迫對(duì)楊梅生理特性的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2009,28(6):1263-1268.

[24] 劉素純,蕭浪濤,廖柏寒,等.鉛脅迫對(duì)黃瓜幼苗抗氧化酶活性及同工酶的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2006,17(2):300-304.

[25] 謝傳俊,楊集輝,周守標(biāo),等.鉛遞進(jìn)脅迫對(duì)假儉草和結(jié)縷草生理特性的影響[J].草業(yè)學(xué)報(bào),2008,17(4):65-70.

[26] 周希琴,莫燦坤.植物重金屬脅迫及其抗氧化系統(tǒng)[J].新疆教育學(xué)院學(xué)報(bào),2003(2):103-108.

[27] 孫天國,沙 偉,劉 巖.復(fù)合重金屬脅迫對(duì)兩種蘚類植物生理特性的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2010,30(9):2332-2339.

(責(zé)任編輯:佟金鳳)

Seed germ ination characteristics and seedling physiological response of Typha angustifolia under Pb stress

XU Jinbo,XU Yingchun①,ZHAO Hui,CHEN Yeqing(College of Horticulture,Nanjing Agricultural University,Nanjing 210095,China),J.Plant Resour.&Environ.2014,23(3):74-80

Seed germination characteristics of Typha angustifolia Linn.under Pb stress with concentrations of 0,30,150,300,450 and 600μmol·L-1were studied,and effects of Pb stresswith concentrations of 0,450,900,1 800 and 2 700μmol·L-1on some physiological and biochemical indexes in leaf and rootof seedling were analyzed.The results show thatwith rising of Pb concentration, germination rate,germination energy,germination index and vigor index and hypocotyl length of T. angustifolia seed all decrease gradually and are lower than those of the control,while inhibition index of hypocotyl length increases gradually,but under 30μmol·L-1Pb stress,there is no significant difference in each germination index with the control.Contents of chl a,chl b and total chlorophyll in leaf appear the trend of decreasing gradually with rising of Pb concentration,but those under450 and 900μmol·L-1Pb stress have no significant differences comparing with those of the control,while those under 1 800 and2 700μmol·L-1Pb stress are significantly lower than those of the control.Under Pb stress,SOD activity in leaf and root is significantly higher than thatof the control but their variation trend is different.With rising of Pb concentration,SOD activity in leaf appears a fluctuant but totally increasing trend,while that in root appears a gradually decreasing trend.POD activity in leaf and root appears a continually increasing trend with rising of Pb concentration.In which,under 450 and 900μmol·L-1Pb stress, POD activity in leaf is lower and that in root is higher than that of the control but with no significant difference to the control,while POD activity in leaf and root under 1 800 and 2 700μmol·L-1Pb stress is significantly higher than thatof the control.Under Pb stress,contentsof AsA and MDA in leafand root are higher than those of the control.With rising of Pb concentration,overall,AsA content in leaf increases gradually but that under 450 and 900μmol·L-1Pb stress has no significant difference comparing with the control,while AsA content in root appears the trend of firstly increasing and then decreasing with a significant difference to the control.With rising of Pb concentration,MDA content in leaf firstly increases and then decreases but with no significant difference to the control,while MDA content in rootappears the fluctuant trend of“high-low-high”and only that under 450μmol·L-1Pb stress has a significant difference comparing with the control.The comprehensive analysis result indicates that the sensitiveness of root of T.angustifolia to Pb stress is probably stronger than that of leaf.And T. angustifolia seed can germinate and grow in light Pb polluted water and its seedling has a certain tolerance to Pb stress,so it can be used for repairingmiddle Pb polluted water.

Typha angustifolia Linn.;Pb stress;seed germination characteristics;physiological response;polluted water restoration

Q945.78;S564+.4

A

1674-7895(2014)03-0074-07

10.3969/j.issn.1674-7895.2014.03.10

2014-01-06

江蘇省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(BK2011640)

徐金波(1987—),男,內(nèi)蒙古錫林郭勒人,碩士研究生,主要從事觀賞植物生理生態(tài)學(xué)研究。

①通信作者E-mail:xyc@njau.edu.cn