重金屬鎘脅迫對(duì)油橄欖幼苗生長的影響

摘要：通過重金屬鎘（Cd）脅迫油橄欖幼苗的盆栽試驗(yàn)，初步分析Cd2+與油橄欖體內(nèi)的各種酶和植株生長狀況的關(guān)系。結(jié)果表明：在50 mg/kg Cd2+處理下，油橄欖幼苗葉片過氧化氫酶（CAT）活性、超氧化物歧化酶（SOD）活性、丙二醛（MDA）含量和可溶性蛋白含量均有不同程度的提高，過氧化物酶（POD）活性有所減弱；而當(dāng)Cd2+濃度達(dá)到100 mg/kg時(shí)，各指標(biāo)均受到抑制。說明低濃度Cd2+促進(jìn)生長，高濃度Cd2+抑制生長。

關(guān)鍵詞：油橄欖；重金屬；抗氧化酶；丙二醛；可溶性蛋白

中圖分類號(hào)： S565.901文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2015）11-0110-02

收稿日期：2014-11-18

基金項(xiàng)目：四川省科技支撐項(xiàng)目（編號(hào)：12ZC2220）；四川省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目（編號(hào)：12ZA153）；四川省教育廳項(xiàng)目（編號(hào)：13ZB0298）；西昌學(xué)院研究生項(xiàng)目（編號(hào)：13BQZ02）。

作者簡介：梁劍（1979—），女，四川廣元人，博士，副教授，主要從事環(huán)境生態(tài)學(xué)研究。E-mail：583132434@qq.com。Cd是植物生長的非必需元素，會(huì)對(duì)植物的葉綠素合成和抗氧化酶產(chǎn)生不利影響，當(dāng)超過一定劑量則嚴(yán)重影響植物的生理代謝活動(dòng)，阻礙植物生長發(fā)育甚至導(dǎo)致植物死亡[1-2]。隨著工業(yè)的發(fā)展，汽車尾氣排放，人工合成農(nóng)藥和肥料的大量使用，水源、大氣和土壤受到重金屬污染的程度日益嚴(yán)重[3]，鎘作為一種有害重金屬，易被植物吸收，具有很強(qiáng)的生物毒性[4]，可以通過多種途徑對(duì)植物產(chǎn)生毒害，鎘毒害植物的主要途徑是誘導(dǎo)產(chǎn)生大量的活性氧[5-6]。植物中的活性氧過度積累不僅會(huì)使膜脂氧化，還能使蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子失去功能和活性，使植物的代謝發(fā)生紊亂。

近年來，國內(nèi)外有關(guān)鎘對(duì)大田作物種子的萌發(fā)（如水稻、小麥等）、生理生化的影響已有不少報(bào)道，在蔬菜方面，重金屬Cd2+毒害的報(bào)道也多集中在葉菜類。在我國，隨著人們健康意識(shí)的提高，橄欖油（Olea europaea L.）作為一種營養(yǎng)健康食用油進(jìn)入到大眾的日常食譜中。橄欖油不僅營養(yǎng)豐富，而且具有良好的藥用價(jià)值，另外橄欖鮮果還可制作果用罐頭、蜜餞果醬。鎘在植物體內(nèi)主要分布在根、其次是莖等器官，種子對(duì)Cd2+有很強(qiáng)的吸收與富集作用[6-7]。因此，本試驗(yàn)開展了不同濃度的鎘處理對(duì)油橄欖幼苗抗氧化酶活性的影響研究，以探明重金屬鎘對(duì)油橄欖幼苗生長的影響。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

以油橄欖一年生扦插苗為材料，枝條于2012年采自四川省西昌北河水庫。試驗(yàn)土壤均采用營養(yǎng)土，試驗(yàn)前測定鎘的含量。容器選用30 cm的塑料盆。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)于2012年5月1日至6月1日在西昌學(xué)院試驗(yàn)大棚內(nèi)進(jìn)行，選用生長狀況一致的一年生油橄欖幼苗60株，平均分為4個(gè)處理，分別用0（CK）、50、75、100 mg/kg CdCl2溶液進(jìn)行處理。每天施入20 mL，處理時(shí)間為10 d。 30 d 后測量生物量（株高、葉片數(shù)）、干物質(zhì)量、葉綠素含量以及抗氧化酶活性等生理指標(biāo)。

1.3測定方法

1.3.1Cd脅迫對(duì)油橄欖葉片傷害癥狀的觀察和生物量的測定在整個(gè)處理期間，觀察經(jīng)Cd處理后的油橄欖葉片外部特征發(fā)生的變化，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)取各處理的油橄欖根系進(jìn)行比較和觀察。收獲時(shí)用水浸泡去除根部土壤，沖洗干凈，測量其莖高、根長、葉片數(shù)，然后把植物樣品的根、莖、葉分開，分別裝袋，稱其鮮質(zhì)量，在70 ℃的烘箱中烘至恒質(zhì)量再分別測干質(zhì)量。按生長分析方法計(jì)算下列參數(shù)：葉質(zhì)量比（LBR）=葉片干質(zhì)量/植株總干質(zhì)量；莖質(zhì)量比（SBR）=莖干質(zhì)量/植株總干質(zhì)量；根質(zhì)量比（RBR）=根系干質(zhì)量/植株總干質(zhì)量；耐性指數(shù)=處理組生物量/對(duì)照組生物量。

1.3.2油橄欖生理生化指標(biāo)的物測定參照朱祝軍等的方法[8]提取酶液；采用Prochazkva的方法[9]測定超氧化物歧化酶（SOD）活性；采用Cakmak和Marshner的方法[10]測定過氧化氫酶（CAT）和愈創(chuàng)木酚過氧化物酶（POD）活性；采用磺基水楊酸法[11]測定脯氨酸含量。可溶性蛋白含量的測定方法：吸取樣品上清液0.1 mL，加3 mL考馬斯亮藍(lán)G-250溶液混合（空白管加pH值為7.8的磷酸緩沖液），放置2 min后于595 nm下測吸光度D595 nm，由標(biāo)準(zhǔn)蛋白曲線查蛋白質(zhì)濃度C。

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

上述試驗(yàn)均重復(fù)3次，計(jì)算平均值。數(shù)據(jù)采用SAS 8.2軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2結(jié)果與分析

2.1油橄欖形態(tài)指標(biāo)、生物量的測定

50 mg/kg CdCl2處理促進(jìn)了油橄欖幼苗植株地上部的生長，隨著處理濃度的升高，生長逐漸受到抑制，且隨著處理濃度的增加，抑制幅度明顯加大（表1），在50 mg/kg處理下，株高比對(duì)照高0.17%，而當(dāng)處理濃度達(dá)100 mg/kg時(shí)，株高比對(duì)照矮9.82%，說明鎘對(duì)油橄欖幼苗株高的抑制作用很大。

油橄欖幼苗經(jīng)50、100 mg/kg CdCl2處理培養(yǎng)30 d后，凈

株高和根質(zhì)量均有增加。在50 mg/kg CdCl2處理下，油橄欖對(duì)Cd2+的耐性指數(shù)為1.01，說明50 mg/kg CdCl2對(duì)油橄欖幼苗生長有促進(jìn)作用；但在100 mg/kg CdCl2處理下，油橄欖對(duì)Cd2+的耐性指數(shù)為0.84，說明100 mg/kg CdCl2對(duì)油橄欖幼苗生長有抑制作用。從低濃度到高濃度的鎘處理下，油橄欖幼苗莖質(zhì)量比分別為45.76%、46.02%、46.15%、47.30%，說明重金屬鎘會(huì)促進(jìn)油橄欖植株莖的老化，并且隨濃度升高促進(jìn)作用加強(qiáng)；葉質(zhì)量比分別為23.45%、 24.51%、24.25%、25.21%，說明重金屬鎘同樣對(duì)油橄欖葉片生長有促進(jìn)衰老作用，隨Cd2+處理濃度增加仍然出現(xiàn)增加趨勢；但是根質(zhì)量比分別為30.77%、30.46%、 29.69%、27.48%，由于植株的根在土內(nèi)和重金屬鎘直接接觸，重金屬對(duì)于根的生長則屬于抑制作用，并且隨濃度升高抑制作用更明顯。經(jīng)上述比較，重金屬對(duì)于植株的傷害主要在于根。

2.2Cd2+對(duì)油橄欖葉片葉綠素含量的影響

由表2可知，經(jīng)重金屬Cd2+脅迫處理后，油橄欖葉綠素受到不同程度的抑制，隨著處理濃度的升高，Cd2+脅迫下的葉綠素含量先略有上升后下降（P<0.05），含量在50 mg/kg CdCl2處理時(shí)達(dá)到最大值，隨后開始下降，這說明高濃度重金屬Cd2+對(duì)油橄欖幼苗葉片葉綠素含量具有較強(qiáng)抑制作用。

2.3Cd2+脅迫對(duì)油橄欖生理生化的影響

由表3可知，隨著Cd2+濃度增加，抗氧化酶SOD、CAT活性均呈先增強(qiáng)后減弱的趨勢，且差異顯著，其中50 mg/kg CdCl2處理顯著高于對(duì)照組和100 mg/kg處理組，而75、100 mg/kg CdCl2處理組顯著低于對(duì)照組，說明 50 mg/kg 處理能顯著誘導(dǎo)抗氧化酶活性，而75、100 mg/kg處理顯著抑制了其活性。SOD的活性減弱或增強(qiáng)從側(cè)面說明植株的老化程度，在50 mg/kg處理組中，植株能通過自我調(diào)節(jié)來適應(yīng)外界環(huán)境的改變，但當(dāng)外界環(huán)境刺激過度，如在100 mg/kg處理時(shí)，植株就不能通過自我調(diào)節(jié)來適應(yīng)環(huán)境，SOD、CAT活性就呈直線下降趨勢，油橄欖老化程度加劇。過氧化物酶則出現(xiàn)先減弱后增強(qiáng)的趨勢，且差異顯著， 50 mg/kg 處理顯著低于對(duì)照組，說明植株新生組織較多，促進(jìn)植株生長；在100 mg/kg處理時(shí)，則顯著高于對(duì)照組，說明油橄欖的組織在衰老。由表4可知，隨著Cd2+處理濃度的增加，MDA含量、可溶性蛋白含量、脯氨酸含量均呈現(xiàn)上升的趨勢，在高濃度鎘處理下上升幅度變大，說明油橄欖能通過自身的調(diào)節(jié)來抵抗重金屬鎘脅迫。

3結(jié)論與討論

鎘毒害可以通過多種途徑誘發(fā)活性氧的積累，而活性氧的有效清除是植物適應(yīng)逆境脅迫的重要機(jī)制之一，活性氧的清除系統(tǒng)主要包括抗氧化酶和抗氧化劑兩大類，由于作物的種類、處理方式、脅迫程度的不同可使作物的抗氧化酶出現(xiàn)不同的變化[12]。本試驗(yàn)中，50 mg/kg CdCl2 處理顯著誘導(dǎo)了油橄欖幼苗葉片中SOD、CAT等抗氧化酶的活性，表明這些酶在清除鎘誘導(dǎo)積累的活性氧方面發(fā)揮了重要作用；而 100 mg/kg CdCl2 顯著抑制了抗氧化酶活性，一方面是鎘誘導(dǎo)積累的大量活性氧不能被清除而對(duì)編碼酶的基因或蛋白造成損傷[12-14]，另一方面，鎘可抑制營養(yǎng)元素的吸收，取代蛋白質(zhì)上多種重金屬離子，而使酶的合成或酶的活性受到抑制[15]。

植物對(duì)重金屬表現(xiàn)出耐性或超累積特性，是其在進(jìn)化過程中對(duì)逆境脅迫的一種適應(yīng)性反應(yīng)，這種適應(yīng)性與植物自身的生物學(xué)特征密切相關(guān)，如植物的生長繁殖能力強(qiáng)、具有特殊的組織與細(xì)胞結(jié)構(gòu)、發(fā)達(dá)的解毒物質(zhì)代謝途徑、大量的清除細(xì)胞損傷的活性物質(zhì)以及特殊的重金屬轉(zhuǎn)運(yùn)途徑[16]。

油橄欖幼苗經(jīng)不同濃度Cd2+作用影響，高濃度Cd2+處理明顯降低了油橄欖幼苗的株高、根長和生物量，這說明高濃度Cd2+處理對(duì)油橄欖幼苗生長產(chǎn)生了抑制作用。

本試驗(yàn)中，經(jīng)Cd2+脅迫后，各處理的油橄欖幼苗與對(duì)照存在顯著差異 （P<0.05），除POD以外，各項(xiàng)生理指標(biāo)都出現(xiàn)先增加后減少的趨勢，表明油橄欖和其他植物一樣，高濃度Cd2+對(duì)生長具有較強(qiáng)抑制作用。重金屬鎘對(duì)油橄欖的傷害和其他重金屬一樣，當(dāng)濃度偏高時(shí)，都造成油橄欖植株細(xì)胞吸水困難，油橄欖自身調(diào)節(jié)就會(huì)增加MDA、可溶性蛋白和脯氨酸含量來增加細(xì)胞滲透壓，使植株不會(huì)通過失水而死亡。

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