紫外線對(duì)鉛鎘脅迫下芝麻滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

楊 佩，趙錦慧，古紅梅

（周口師范學(xué)院 生命科學(xué)與農(nóng)學(xué)學(xué)院，河南 周口 466001）

大量溫室氣體的排放導(dǎo)致臭氧層的嚴(yán)重破壞，大氣中的紫外線輻射大量增加，嚴(yán)重影響到植物的生命活動(dòng)［1，2］.另外，由于工業(yè)的飛速發(fā)展，“三廢”的排放，污水、污泥的使用等，重金屬污染也日益嚴(yán)重［3］.鉛、鎘是環(huán)境中2種重要的重金屬污染物，鉛由于長時(shí)間沉降積累，易被植物吸收，而鎘進(jìn)入土壤后很少向下遷移，主要積于土壤表層，也被植物吸收利用，這對(duì)農(nóng)作物造成了嚴(yán)重傷害［4－10］.筆者主要研究在鉛鎘、紫外線輻射脅迫下芝麻幼苗葉片內(nèi)可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的變化，旨在揭示芝麻幼苗葉片內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)對(duì)鉛鎘、紫外線輻射脅迫的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，為農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 材料

鄭芝9778，由周口市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院提供.

1.2 方法

1.2.1 芝麻種子處理及幼苗的培養(yǎng)［11］

將芝麻種子用5%的次氯酸鈉消毒1h后，在25℃室溫下浸種8～12h，最后轉(zhuǎn)移到鋪有6層濾紙的瓷盤中，每天噴灑清水催芽，4d后將出芽一致的芝麻種子移種到裝有土壤的培養(yǎng)盤中，每天澆水，直到長出4～6片真葉.

1.2.2 鉛鎘脅迫液的配制［7］

硝酸鉛溶液的制備：取硝酸鉛500mg，加入適量水溶解，然后移入1 000mL容量瓶中加水定容至1 000mL，即可配制出500mg／L的硝酸鉛溶液，保存?zhèn)溆?

氯化鎘溶液的制備：取氯化鎘20mg，加入適量水溶解，然后移入1 000mL容量瓶中加水定容至1 000mL，即可配制出20mg／L的氯化鎘溶液，保存?zhèn)溆?

1.2.3 實(shí)驗(yàn)處理設(shè)計(jì)

將長出4～6片真葉的芝麻幼苗分為9個(gè)處理組（處理組1：鉛鎘溶液處理1d；處理組2：鉛鎘溶液連續(xù)處理2d；處理組3：鉛鎘溶液連續(xù)處理3d；處理組4：紫外線處理1d；處理組5：紫外線處理2 d；處理組6：紫外線處理3d；處理組7：紫外線與鉛鎘復(fù)合處理1d；處理組8：紫外線與鉛鎘復(fù)合處理2d；處理組9：紫外線與鉛鎘復(fù)合處理3d）和1個(gè)對(duì)照組［12，13］.在進(jìn)行鉛鎘脅迫處理時(shí)采用噴灑幼苗葉片法，以滴液為限，對(duì)照組噴灑等量去離子水.在進(jìn)行紫外線處理時(shí)，照射距離為：50cm，照射劑量為：10 000μW／（s·cm2）［14］.

1.2.4 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的測定

1）脯氨酸含量的測定［15］.從9個(gè)處理組和1個(gè)對(duì)照組中各稱取芝麻幼苗葉片0.3g，剪碎，加入適量的80%乙醇，少量石英砂，于研缽中研磨成勻漿.分別將勻漿液全部轉(zhuǎn)移至25mL刻度的10支試管中，用80%乙醇洗滌研缽，將洗滌液移入相應(yīng)的刻度試管中，最后用80%乙醇定容至刻度，混勻，80℃水浴中提取20min.吸取上述提取液2 mL于刻度試管中，再取一支刻度試管，加入2mL 80% 乙醇作為參比，分別向上述各試管中加入2 mL冰醋酸和2mL茚三酮試劑，沸水浴中加熱15 min，冷卻后用分光光度計(jì)測定520nm處各樣品的光密度，以脯氨酸溶液制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算脯氨酸含量.

2）可溶性糖含量的測定［16，17］.從9個(gè)處理組和1個(gè)對(duì)照組中分別取芝麻葉片，擦凈表面污物，剪碎，各稱取0.10g，分別對(duì)應(yīng)放入10支刻度試管中，加入5mL蒸餾水，塑料薄膜封口，于沸水中提取30min（提取2次），提取液過濾到25mL容量瓶中，反復(fù)沖洗試管及殘?jiān)ㄈ葜量潭?吸取0.5 mL樣品液于試管中（設(shè)3次重復(fù)），加蒸餾水1.5 mL，按順序分別加入1mL 9%的苯酚溶液，搖勻，再加入5mL濃硫酸，搖勻，比色液總體積為8 mL，恒溫下放置30min，在485nm波長下測定吸光度.以葡萄糖溶液為標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出可溶性糖的含量.

3）可溶性蛋白含量的測定［18］.從9個(gè)處理組和1個(gè)對(duì)照組中分別稱取芝麻葉片各0.20g，加入0.1mol／L的磷酸緩沖液（pH7.0）1mL（分3次加，0.33mL／次），2～4℃下研磨，12 000r／min離心5min制備粗酶液.吸取樣品提取液0.1mL，分別加入到10mL試管中，再分別加入5mL考馬斯亮藍(lán)G－250，震蕩使之充分混合，放置2min后，取待測液在595nm下比色測定吸光值.以牛血清蛋白標(biāo)準(zhǔn)液做標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線查出相應(yīng)的蛋白質(zhì)濃度，計(jì)算出蛋白質(zhì)含量.

1.2.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

計(jì)算上述各處理組和對(duì)照組脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白的含量，每個(gè)樣品均重復(fù)測定3次，求取平均值并應(yīng)用EXCEL軟件作圖.

2 結(jié)果與分析

2.1 鉛鎘、紫外線脅迫處理下可溶性糖含量的變化

鉛鎘、紫外線單一脅迫及復(fù)合脅迫下可溶性糖含量的變化見圖1.從圖1可以看出，與對(duì)照相比，各種脅迫處理下芝麻幼苗葉片中可溶性糖含量均呈現(xiàn)下降趨勢，但除了處理組9，其他處理組下降并不明顯，可能因?yàn)橹ヂ橛酌缛~片中可溶性糖合成環(huán)節(jié)對(duì)外界環(huán)境變化不敏感.芝麻幼苗葉片中可溶性糖合成對(duì)各種脅迫處理的敏感性強(qiáng)弱為：紫外線和鉛鎘復(fù)合脅迫處理＞紫外線脅迫處理＞鉛鎘脅迫處理.

圖1 各脅迫處理下可溶性糖含量的變化圖

2.2 鉛鎘、紫外線脅迫處理下可溶性蛋白含量變化

鉛鎘、紫外線單一脅迫及復(fù)合脅迫下可溶性蛋白含量的變化見圖2.

圖2 各脅迫處理下可溶性蛋白含量的變化圖

由圖2可知，與對(duì)照組相比，各種脅迫處理下芝麻幼苗葉片中可溶性蛋白含量呈下降趨勢，說明鉛鎘、紫外線單一脅迫及復(fù)合脅迫均阻礙了芝麻幼苗葉片內(nèi)可溶性蛋白的形成.紫外線輻射下，隨著輻射天數(shù)的增加，可溶性蛋白含量呈上升趨勢，這可能是紫外線輻射劑量不足以對(duì)芝麻機(jī)體造成嚴(yán)重傷害，芝麻在逆境下啟動(dòng)了自身防御體系，通過加速合成可溶性蛋白來抵御逆境；鉛鎘脅迫處理下，隨著處理天數(shù)的增加，可溶性蛋白含量先上升后下降，這可能是芝麻幼苗最初受到鉛鎘脅迫時(shí)，啟動(dòng)了自身應(yīng)急系統(tǒng)抵御逆境，但脅迫加重后應(yīng)急系統(tǒng)遭受破壞使得可溶性蛋白合成受阻；復(fù)合脅迫下可溶性蛋白含量呈下降趨勢，這可能是復(fù)合脅迫處理對(duì)芝麻幼苗機(jī)體造成了嚴(yán)重傷害，致使其無法正常啟動(dòng)防御體系來應(yīng)對(duì)這種傷害.芝麻幼苗葉片中可溶性蛋白合成對(duì)各種脅迫處理的敏感性強(qiáng)弱為：紫外線和鉛鎘復(fù)合脅迫處理＞鉛鎘脅迫處理＞紫外線脅迫處理.

2.3 鉛鎘、紫外線脅迫處理下脯氨酸含量的變化

鉛鎘、紫外線單一脅迫及復(fù)合脅迫下脯氨酸含量的變化見圖3.圖3顯示，各種脅迫處理下芝麻幼苗葉片中脯氨酸含量變化不一致，但整體均比對(duì)照組降低，這說明芝麻幼苗葉片內(nèi)脯氨酸的合成在各脅迫處理下受到了阻礙.鉛鎘脅迫和紫外線脅迫處理下，隨著處理天數(shù)的增加，脯氨酸含量先上升后下降，可能芝麻幼苗開始受到脅迫的時(shí)候，能啟動(dòng)自身防御體系，通過加速合成脯氨酸來抵御逆境，但隨著脅迫程度加深，芝麻幼苗的防御體系受到破壞，脯氨酸合成量減少.紫外線與鉛鎘復(fù)合脅迫處理下，隨著處理天數(shù)的增加，脯氨酸含量呈下降趨勢，可能復(fù)合脅迫對(duì)芝麻幼苗防御體系造成的傷害比較嚴(yán)重，導(dǎo)致機(jī)體合成脯氨酸受阻.芝麻幼苗葉片中脯氨酸合成對(duì)各種脅迫處理的敏感性強(qiáng)弱為：紫外線和鉛鎘復(fù)合脅迫處理＞鉛鎘脅迫處理＞紫外線脅迫處理.

圖3 各脅迫處理下脯氨酸含量的變化圖

3 討論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在紫外線輻射、鉛鎘脅迫及鉛鎘與紫外線復(fù)合脅迫下，芝麻幼苗葉片內(nèi)可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、脯氨酸含量均比對(duì)照組降低.芝麻幼苗葉片內(nèi)各種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)對(duì)鉛鎘脅迫、紫外線輻射脅迫及鉛鎘與紫外線復(fù)合脅迫的反應(yīng)各不相同，其中可溶性蛋白、脯氨酸等物質(zhì)對(duì)各種脅迫處理反應(yīng)比較敏感，而可溶性糖對(duì)各種脅迫處理反應(yīng)遲鈍.3種脅迫處理對(duì)各種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量變化影響的敏感程度也不一致，對(duì)可溶性蛋白及脯氨酸含量變化影響程度強(qiáng)弱為：鉛鎘與紫外線復(fù)合脅迫＞鉛鎘脅迫＞紫外線脅迫；對(duì)可溶性糖含量變化影響程度強(qiáng)弱為：鉛鎘與紫外線復(fù)合脅迫＞紫外線脅迫＞鉛鎘脅迫.

實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明，在一定濃度的鉛鎘溶液脅迫下、一定輻射劑量的紫外線輻射下，芝麻幼苗機(jī)體可以通過自身的應(yīng)急反應(yīng)來抵御不良環(huán)境的侵襲，但脅迫程度加強(qiáng)后，芝麻幼苗的防御體系可能會(huì)受到傷害，從而造成有利于緩解逆境傷害的各種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的減少，最終芝麻幼苗機(jī)體遭受嚴(yán)重危害.

可溶性糖含量可以代表植物體內(nèi)碳水化合物的合成、轉(zhuǎn)化和輸出代謝情況.芝麻幼苗葉片內(nèi)可溶性糖含量在3種脅迫處理下均比對(duì)照組降低，這表明3種脅迫處理下，芝麻幼苗葉片內(nèi)碳水化合物的合成速率低于轉(zhuǎn)化和運(yùn)輸速率，同化產(chǎn)物的合成路徑相對(duì)受阻.

可溶性蛋白大多為不能與膜系統(tǒng)特異性結(jié)合的酶，其含量高低表明了該部位的代謝活動(dòng)與生理生化反應(yīng)的強(qiáng)弱.可溶性蛋白含量的提高會(huì)增加功能蛋白的數(shù)量和細(xì)胞滲透濃度，有助于維持細(xì)胞的正常代謝［19］.芝麻幼苗葉片內(nèi)可溶性蛋白含量在不同的脅迫處理下變化不一致，脅迫較輕時(shí)含量升高，可能因?yàn)轶w內(nèi)合成的酶的種類和數(shù)量增加，從而適應(yīng)逆境的傷害，脅迫較重時(shí)阻礙了酶的合成導(dǎo)致可溶性蛋白含量大幅度下降.

植物體內(nèi)的脯氨酸是一種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，它有利于細(xì)胞或組織保持水分，維持正常的葉水勢.滲透調(diào)節(jié)被認(rèn)為是植物適應(yīng)逆境的主要生理調(diào)節(jié)機(jī)制，輕度脅迫下芝麻幼苗葉片內(nèi)脯氨酸含量的升高是植物對(duì)逆境脅迫所做出的適應(yīng)性反應(yīng).

實(shí)驗(yàn)僅研究了一種芝麻品種對(duì)不同脅迫處理的耐受性，不同芝麻品種對(duì)各種脅迫處理的耐受性可能不同，這有待進(jìn)一步研究.

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