鉛脅迫下腐植酸對番茄種子萌發(fā)及抗氧化系統(tǒng)的影響

馬太光，李海平*，郭秀霞，張瑞騰，李靈芝，周可杰

(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，山西 太谷 030801； 2.新沂市蘇蒙肥業(yè)有限公司，江蘇 新沂 221400)

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鉛脅迫下腐植酸對番茄種子萌發(fā)及抗氧化系統(tǒng)的影響

馬太光1，李海平1*，郭秀霞1，張瑞騰1，李靈芝1，周可杰2

(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，山西 太谷 030801； 2.新沂市蘇蒙肥業(yè)有限公司，江蘇 新沂 221400)

摘要：[目的]揭示在鉛脅迫下腐植酸對番茄種子萌發(fā)及抗氧化系統(tǒng)的影響。[方法]本試驗(yàn)通過在255 mg·L-1鉛脅迫條件下，用不同濃度高活性腐植酸對“園帥1號”番茄種子浸種，探究鉛脅迫下不同濃度高活性腐植酸對番茄種子萌發(fā)的影響。[結(jié)果]隨著高活性腐植酸稀釋濃度的增大，番茄種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、鮮重、超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化酶(POD)活性都逐漸升高，胚根和胚軸逐漸增長，丙二醛(MDA)含量逐漸降低；而高濃度(70倍)的高活性腐植酸稀釋液浸種處理，則抑制番茄種子的萌發(fā)。[結(jié)論]適宜濃度高活性腐植酸浸種對鉛脅迫下番茄種子萌發(fā)均有不同的緩解效果，其中470倍的高活性腐植酸稀釋液作用效果最好。

關(guān)鍵詞：腐植酸； 番茄； 鉛脅迫

隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，重金屬污染土壤、地下水和農(nóng)作物產(chǎn)量品質(zhì)的問題越來越突出，城市周邊的農(nóng)田污染尤為嚴(yán)重。汽車尾氣及工業(yè)污水中的鉛是主要的重金屬污染物之一[1]。鉛對土壤、地下水和農(nóng)作物危害特別大，吸收固定、富集到土壤中的鉛會影響種子的萌發(fā)及幼苗的生長并產(chǎn)生毒害，進(jìn)而對農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)造成影響，同時(shí)還會危及人的身體健康[2～6]。近年來，有關(guān)緩解鉛脅迫對植物的種子萌發(fā)、生理生化的影響已有不少報(bào)道[7,8]，但腐植酸對鉛脅迫下番茄種子影響的研究鮮見報(bào)道。腐植酸主要是植物殘?bào)w經(jīng)微生物分解轉(zhuǎn)化，以及一系列化學(xué)過程形成的一種天然大分子有機(jī)物質(zhì)[9]，腐植酸可以絡(luò)合重金屬陽離子，減弱重金屬離子移動，緩解重金屬脅迫[10～12]。本試驗(yàn)將以番茄為材料，研究腐植酸對鉛脅迫下番茄種子萌發(fā)特性、胚根長、胚軸長和超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)活性以及丙二醛(MDA)含量的影響，探討腐植酸緩解鉛脅迫對植物毒害的機(jī)理，為提高蔬菜產(chǎn)量及農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

以番茄(Lycopersicon esculentumMill.)“園帥1號”品種為試驗(yàn)材料；高活性腐植酸液劑由江蘇新沂市蘇蒙肥業(yè)有限公司提供；化學(xué)試劑為分析純乙酸鉛。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)置6個(gè)處理，詳見表1。

表1　試驗(yàn)設(shè)計(jì)

挑選大小一致的種子，用 0.1% 的高錳酸鉀溶液消毒，然后用去離子水沖洗干凈后，分別用不同稀釋倍數(shù)的高活性腐植酸稀釋液劑(70、270、470、670倍)和去離子水浸種6h(27 ℃)。在培養(yǎng)皿內(nèi)墊入2層無菌濾紙作為發(fā)芽床，分別加入8mL255mg·L-1鉛溶液(CK加入8mL去離子水)使濾紙濕潤，再將各處理的番茄種子擺入培養(yǎng)皿中，每皿40粒，重復(fù)5次。在人工智能氣候培養(yǎng)箱內(nèi)避光培養(yǎng)(27 ℃)，之后試驗(yàn)過程中隔天輪換添加1～2mL去離子水和鉛溶液。從第2天起開始統(tǒng)計(jì)種子發(fā)芽數(shù)，以根長為2mm時(shí)作為萌芽標(biāo)志[13]，第7天結(jié)束試驗(yàn)。計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、胚軸長、胚根長、幼苗鮮重及超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)活性以及丙二醛(MDA)含量。

1.3測定指標(biāo)

發(fā)芽率GP=第7天發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；

發(fā)芽指數(shù)GI=∑Gt/Dt(Gt指時(shí)間t的發(fā)芽數(shù)，Dt指對應(yīng)的發(fā)芽天數(shù))；

活力指數(shù)VI=GI×S(GI為發(fā)芽指數(shù)，S為幼苗鮮重)。

從每個(gè)處理中隨機(jī)取15個(gè)幼苗用直尺測胚根長和胚軸長，然后用分析天平測其鮮重，利用紫外分光光度計(jì)進(jìn)行抗氧化酶活性的測定，用氮藍(lán)四唑(NBT)還原法[14]測定SOD活性，以U·mg-1FW表示；用愈創(chuàng)木酚方法[14]測定POD活性，以△OD470nm·g-1FW·min-1表示；用硫代巴比妥酸法[14]測番茄幼苗內(nèi)MDA的含量，MDA含量用μmol·g-1FW表示。

用SAS和MicrosoftOfficeExcel2013對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和方差分析。

2結(jié)果與分析

2.1腐植酸對鉛脅迫下番茄種子發(fā)芽的影響

由表2可知，在 255mg·L-1鉛脅迫條件下，番茄種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)顯著低于CK(P<0.05)。說明鉛脅迫抑制了番茄種子的萌發(fā)。用270～670倍高活性腐植酸稀釋液浸種處理后，鉛脅迫下番茄種子的各項(xiàng)發(fā)芽指標(biāo)都有不同程度的增加，而且隨著高活性腐植酸液劑稀釋倍數(shù)的增加，發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)都先增加后降低，表明高活性腐植酸液劑可以在一定程度上緩解重金屬鉛對番茄種子萌發(fā)的抑制，且 470倍高活性腐植酸稀釋液緩解效果最好，分別較T1增加了28.23%、33.87%、77.55%，差異顯著。然而高活性腐植酸稀釋倍數(shù)為70倍時(shí)，發(fā)芽率卻低于T1處理，可見高活性腐植酸濃度過高，失去了促進(jìn)番茄種子萌發(fā)的效用。

2.2腐植酸處理對鉛脅迫下番茄種子胚根長、胚軸長的影響

由表2可看出，T1與CK相比，鉛對番茄胚根和胚軸生長的抑制作用顯著，胚根和胚軸長度分別為CK長度的1/3和1/2左右。在鉛脅迫條件下，3個(gè)不同濃度高活性腐植酸稀釋液(除70倍)浸種處理對鉛脅迫條件下番茄胚根和胚軸的生長起到了一定的緩解作用。其中，470倍的高活性腐植酸稀釋液促進(jìn)作用最顯著，比T1胚根和胚軸的長度提高了0.7倍左右，但仍未恢復(fù)到正常水平。

表2　鉛脅迫下腐植酸處理對番茄種子的萌發(fā)特性的影響

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同

Note：Differentlowercaselettersshowdifferenceatthe0.05levelinthesamerow,thesameasfollows

2.3腐植酸處理對鉛脅迫下番茄種子SOD活性的影響

由圖1可見，鉛脅迫可以使番茄種子中SOD活性顯著降低。用適宜濃度的高活性腐植酸液劑浸種后可以有效地提高番茄種子中SOD活性，且差異顯著。整體來看，番茄種子中SOD保護(hù)性酶活性隨著高活性腐植酸液劑稀釋倍數(shù)的增大呈先上升后下降的趨勢，當(dāng)加入470倍高活性腐植酸稀釋液時(shí)，SOD活性最高，較T1增加了22.38%，表明該濃度對鉛脅迫的緩解效果最好。

圖1　腐植酸對鉛脅迫下番茄種子中SOD活性的影響Fig.1　Humic acid effect on SOD activity in tomato seed under plumbum stress

2.4腐植酸處理對鉛脅迫下番茄種子中POD活性的影響

由圖2可知，T1處理顯著抑制了番茄種子中POD的活性。鉛脅迫下，470倍高活性腐植酸稀釋液浸種處理的番茄種子中POD活性比T1處理顯著增加，表明適宜濃度的高活性腐植酸稀釋液可以有效地緩解鉛脅迫對番茄種子萌發(fā)的影響。

圖2　腐植酸對鉛脅迫下番茄種子中POD活性的影響Fig.2　Humic acid effect on POD activity in tomato seed under plumbum stress

2.5腐植酸處理對鉛脅迫下番茄種子MDA含量的影響

從圖3可以看出，255mg·L-1鉛處理下番茄種子中的MDA含量比CK處理顯著增加?？梢娿U脅迫使番茄種子質(zhì)膜過氧化，阻礙了番茄種子的萌發(fā)。用 270、470 、670倍不同濃度高活性腐植酸稀釋液浸種處理，發(fā)現(xiàn)番茄種子內(nèi)的MDA含量均低于T1，其中470倍高活性腐植酸稀釋液浸種處理的MDA含量最低，差異顯著。說明適宜濃度高活性腐植酸溶液浸種可以減輕番茄種子膜質(zhì)過氧化，從而減緩鉛脅迫對番茄種子萌發(fā)的抑制作用。

圖3　腐植酸對鉛脅迫下番茄種子中MDA含量的影響Fig.3　Humic acid effect on MDA content in tomato seed under plumbum stress

3討論與結(jié)論

植物在自然環(huán)境下，經(jīng)常受到如干旱、鹽、重金屬、高低溫和大氣污染等逆境條件的脅迫。這些脅迫均會使植物形成大量的活性氧自由基(ROS)，而ROS對植物細(xì)胞膜系統(tǒng)、蛋白質(zhì)和核酸等大分子物質(zhì)造成極大的破壞[15]。有人認(rèn)為逆境條件下植物體內(nèi)的膜保護(hù)系統(tǒng)能夠清除多余的活性氧自由基，這一保護(hù)酶系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)抗氧化系統(tǒng)，它是由SOD和POD等主要的抗氧化酶組成，它們協(xié)同起來可清除體內(nèi)有害的活性氧，保護(hù)植物細(xì)胞免受活性氧的損傷，從而保護(hù)植物的膜系統(tǒng)[16]。

植物處于逆境條件時(shí)體內(nèi)會發(fā)生膜脂過氧化，MDA是膜脂過氧化的重要產(chǎn)物之一，因此通過測量植物內(nèi)MDA含量來衡量植物在逆境條件下膜脂過氧化的程度。張穎等[17]研究表明，重金屬損害細(xì)胞膜通透性來影響種子的萌發(fā)和幼苗的生長。王友保等[18]研究表明，重金屬抑制酶的活性，阻礙了植物細(xì)胞的生長分裂，其表現(xiàn)為發(fā)芽率、發(fā)芽勢降低。

本文結(jié)果表明，鉛濃度為255mg·L-1時(shí)，番茄種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、胚根長、胚軸長均比CK顯著下降；種子中的抗氧化酶SOD、POD活性降低，MDA含量增加，番茄種子細(xì)胞中清除活性氧的系統(tǒng)受到影響，嚴(yán)重抑制了番茄種子的萌發(fā)。說明番茄種子中的細(xì)胞膜受到鉛離子毒害。當(dāng)番茄種子用不同濃度腐植酸浸種處理后，低濃度的腐植酸均不同程度減弱了鉛脅迫對番茄種子的抑制作用。適宜的高活性腐植酸濃度提高鉛脅迫下番茄種子中SOD、POD的活性，降低MDA含量來保護(hù)細(xì)胞膜的完整性，減弱重金屬鉛對番茄幼芽的毒害，其中高活性腐植酸稀釋濃度為470倍時(shí)促進(jìn)作用最顯著，但濃度過大則抑制種子的萌發(fā)。因此，用適宜濃度的高活性腐植酸浸種后，鉛對番茄的毒害作用能得到有效緩解，并在綠色蔬菜的生產(chǎn)上有重要的應(yīng)用前景。但是，腐植酸提高番茄種子萌發(fā)的其他生理代謝還需進(jìn)一步深入研究。

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(編輯：武英耀)

收稿日期：2016-04-12 修回日期：2016-05-07

作者簡介：馬太光(1991-)，男(漢)，山西孝義人，碩士研究生，研究方向:蔬菜栽培與生理 *通訊作者：李海平，副教授。Tel:18703545568; E-mail: lihp0205@163.com

基金項(xiàng)目：山西省科技攻關(guān)項(xiàng)目(20130311008-4)；山西農(nóng)業(yè)大學(xué)引進(jìn)人才博士科研啟動基金項(xiàng)目(2013YJ23)；山西省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣示范行動項(xiàng)目(SXNKTG11)

中圖分類號：S641.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-8151(2016)08-0572-04

EffectsofhumicacidonthegerminationofLycopersicon esculentumMillseedsandprotectivesystemagainstactiveoxygenunderplumbumStress

MaTaiguang1,LiHaiping1*,GuoXiuxia1,ZhangRuiteng1,LiLingzhi1,ZhouKejie2

(1.College of Horticulture, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, China; 2.Xinyi Sumeng Fertilizer Co., Ltd., Xinyi 221400, China)

Abstract:[Objective]In oeder to reveal the effect of humic acid on the germination and antioxidant system of tomato seed under plumbum stress. [Methods]In the condition of 255 mg·L-1plumbum stress, ‘Yuanshuai No.1’ tomato seeds was soaked with different concentrations of high active humic acid to determined the effects on tomato seed germination under plumbum(255 mg·L-1) stress, the effect of different high active humic acid on germination of tomato seed were discussed. [Results]The results showed that tomato seed germination rate, germination index, vigor index, fresh weight, superoxide dismutase (SOD) and per-oxidase (POD) activity increased gradually, the radicle and hypocotyl increased gradually, and the content of malondialdehyde (MDA) decreased gradually. with increase of high active humic acid concentration; while the high concentration(70 times) high active humic acid inhibited seed germination. [Conclusion]Thus, soaked with appropriate concentration of the high active humic acid, tomato seed germination have different mitigation effect under plumbum stress, 470 times is the best.

Key words:Humic acid; Lycopersicon esculentum Mill; Plumbum stress