重金屬及鹽脅迫對(duì)綠金合果芋生理特性的影響

張家洋

(新鄉(xiāng)學(xué)院 生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003)

?

重金屬及鹽脅迫對(duì)綠金合果芋生理特性的影響

張家洋

(新鄉(xiāng)學(xué)院 生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003)

以綠金合果芋(SyngoniumpodophyllumSchott)為研究對(duì)象，研究了重金屬離子(Pb2+，Cd2+)、鹽(NaCl)及其復(fù)合溶液對(duì)其光合系統(tǒng)、膜系統(tǒng)及抗氧化酶系統(tǒng)的影響。結(jié)果表明: 隨著重金屬及鹽處理濃度的增加，綠金合果芋葉片內(nèi)葉綠素、類胡蘿卜素、可溶性蛋白、可溶性糖含量和POD活性均受到抑制；游離脯氨酸含量、CAT活性具應(yīng)激效應(yīng)，即在低濃度脅迫下升高，高濃度下降低；丙二醛含量和相對(duì)電導(dǎo)率均隨脅迫濃度的增加呈上升趨勢(shì)；SOD活性隨重金屬處理濃度的增加而降低，但在NaCl處理下則表現(xiàn)為低濃度下升高，高濃度下降低。通過本研究發(fā)現(xiàn)，綠金合果芋的光合系統(tǒng)、膜系統(tǒng)和抗氧化酶活性等指標(biāo)對(duì)重金屬脅迫的反應(yīng)均較為靈敏，可作為評(píng)估重金屬及鹽脅迫對(duì)其危害的指標(biāo)。

重金屬；鹽脅迫; 綠金合果芋; 生理特性

伴隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等人類活動(dòng)以及城市化進(jìn)程的加快，土壤重金屬污染及復(fù)合污染問題變得日趨嚴(yán)重，對(duì)植物的毒害作用逐漸顯現(xiàn)，城市園林植物也難逃其害。目前，關(guān)于重金屬污染對(duì)植物的影響研究多集中在農(nóng)作物、經(jīng)濟(jì)作物，但近幾年國內(nèi)外學(xué)者對(duì)植物修復(fù)重金屬污染技術(shù)方面的研究證實(shí)，觀賞植物不僅具有美化環(huán)境的功能，而且具有修復(fù)重金屬污染的作用[1]。

綠金合果芋(SyngoniumpodophyllumSchott)，又名箭葉芋，為天南星科多年生常綠攀緣草本植物，原產(chǎn)于中南美洲熱帶地區(qū)，全世界廣泛栽培，我國南方各省種植十分普遍；它除了廣泛應(yīng)用于室內(nèi)盆栽觀賞外，還可設(shè)立成綠色支柱造型，更多用于室外半陰處作地被覆蓋，是一個(gè)極具發(fā)展?jié)摿Φ挠^葉植物[2]。對(duì)于綠金合果芋的研究多集中在其繁殖方式和栽培技術(shù)等方面[3-4]，關(guān)于其抗重金屬及鹽的研究報(bào)道尚少，尤其是重金屬及鹽脅迫對(duì)其傷害及植物的抗性機(jī)制更少。為此，本研究采用不同濃度的NaCl溶液和Pb(NO3)2，CdCl2及復(fù)合溶液對(duì)綠金合果芋進(jìn)行處理，研究重金屬及鹽脅迫對(duì)其生長(zhǎng)、生理和抗氧化酶指標(biāo)的影響，通過分析綠金合果芋在Pb2+，Cd2+，NaCl及其交互脅迫下各生理指標(biāo)的響應(yīng)情況，得出可作為抗重金屬性能及耐鹽評(píng)判的指標(biāo)，進(jìn)而得到綠金合果芋的抗重金屬污染及土壤鹽堿化的能力，為植物修復(fù)鉛鎘污染土壤和治理鹽堿地開辟新的方法途徑和提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)獲得最大生態(tài)效應(yīng)和美觀效應(yīng)。

1　材料與方法

1.1供試材料與處理

供試植物為天南星科，綠金合果芋屬，綠金合果芋，由花卉市場(chǎng)統(tǒng)一采購，選取生長(zhǎng)健壯，無病蟲害，高度、大小、長(zhǎng)勢(shì)一致的植株。試驗(yàn)采用盆栽法。供試土壤為腐殖土和園土按質(zhì)量比 2∶1均勻混合，以保證每盆土壤的均一性，在陶瓷盆裝入風(fēng)干的供試土壤，每盆25 kg。試驗(yàn)用陶瓷盆的上直徑為65 cm，底直徑 55 cm，高 45 cm。

將Pb(NO3)2，CdCl2·H2O 分析純?cè)噭┱酆铣擅颗柰林蠵b，Cd的施入量， 試驗(yàn)設(shè)4種處理(表1)。處理方法為：以不加Pb，Cd、NaCl為對(duì)照(CK)，設(shè)NaCl1，NaCl2，NaCl3，NaCl4，Pb1，Pb2，Pb3，Pb4，Cd1，Cd2，Cd3，Cd4，Pb1+ Cd1，Pb2+Cd2，Pb3+Cd3，Pb4+Cd4，NaCl1+Pb1+ Cd1，NaCl2+ Pb2+Cd2，NaCl3+ Pb3+Cd3，NaCl4+Pb4+Cd4共20個(gè)處理，將試驗(yàn)苗木移載到盆中，每盆1株，每個(gè)處理栽植6盆，待苗木恢復(fù)生長(zhǎng)(10 d)后，按設(shè)計(jì)質(zhì)量濃度以水溶液的形式對(duì)植物進(jìn)行統(tǒng)一澆灌；所有的處理及處理后苗木的生長(zhǎng)均在育種大棚內(nèi)進(jìn)行，且每次用等量的水澆灌養(yǎng)護(hù)，除草、松土等管理措施均相同，以避免因受雨水或其他管理措施的影響而造成植株間處理濃度的差異。持續(xù)處理30 d后測(cè)定各項(xiàng)生理指標(biāo)，每株以第4片功能葉為采樣葉，距葉軸1/2半徑處避開葉脈采樣，每個(gè)樣品重復(fù)3次。

1.2各項(xiàng)生理指標(biāo)的測(cè)定方法

分別于處理后30 d測(cè)定每盆植物的9項(xiàng)生理指標(biāo)：丙酮提取法檢測(cè)葉綠素和類胡蘿卜素[5]；用蒽酮法測(cè)定可溶性糖(620 nm)[6]；考馬斯亮藍(lán)染色法測(cè)定可溶性蛋白含量(595 nm)[6]；酸性茚三酮法檢測(cè)游離脯氨酸含量(520 nm)[7]；愈創(chuàng)木酚法測(cè)定過氧化物酶(POD)活性(470 nm)，以1 minD值變化(升高)0.01為1個(gè)酶活性單位(U)[5]；氮藍(lán)四唑光化還原法測(cè)定超氧化物歧化酶(SOD)活性(560 nm)[6]，SOD活性單位以抑制NBT光化還原50%所需酶量為1個(gè)酶活單位(U)；紫外吸收法測(cè)定過氧化氫酶(CAT)活性(240 nm)，以1 minD值減少0.01為1個(gè)酶活性單位(U)[6]；硫代巴比妥酸法檢測(cè)丙二醛含量(532，600和450 nm)[8]；相對(duì)電導(dǎo)率測(cè)定方法參照李合生方法[6]。

表1重金屬及鹽脅迫處理濃度

Table 1Concentrations of heavy metals and salt in the experiment

處理濃度及水平CK1234Pb0100mg·L-1500mg·L-11000mg·L-12000mg·L-1Cd010mg·L-150mg·L-1100mg·L-1200mg·L-1NaCl0100mmol·L-1200mmol·L-1300mmol·L-1400mmol·L-1Pb+Cd0100mg·L-1Pb+10mg·L-1Cd500mg·L-1Pb+50mg·L-1Cd1000mg·L-1Pb+100mg·L-1Cd2000mg·L-1Pb+200mg·L-1CdPb+Cd+NaCl0100mg·L-1Pb+10mg·L-1Cd+100mmol·L-1NaCl500mg·L-1Pb+50mg·L-1Cd+200mmol·L-1NaCl1000mg·L-1Pb+100mg·L-1Cd+300mmol·L-1NaCl2000mg·L-1Pb+200mg·L-1Cd+400mmol·L-1NaCl

1.3數(shù)據(jù)處理

所有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2007 和SSPS13.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

2　結(jié)果與分析

2.1鹽和重金屬脅迫對(duì)綠金合果芋光合色素含量的影響

葉綠素是植物光合作用的主要色素，其含量高低直接反映植物光合作用能力的強(qiáng)弱。類胡蘿卜素除參加光合作用以外，還具有清除活性氧的作用。多種逆境脅迫作用下可導(dǎo)致二者含量的下降[9]。不同鹽及重金屬脅迫下對(duì)綠金合果芋葉片光合色素的影響見表2。結(jié)果顯示：在短期單一脅迫下，葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量均呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，均在重度下達(dá)到最小值，其中， NaCl4，Pb4，Cd4脅迫下葉綠素a分別為對(duì)照的31.77%，35.87%，34.32%；NaCl4，Pb4，Cd4脅迫下葉綠素b分別為對(duì)照的35.62%，40.83%，41.99%；NaCl4，Pb4，Cd4脅迫下類胡蘿卜素分別為對(duì)照的67.85%，46.71%，45.43%。表明中度、重度重金屬及鹽脅迫處理對(duì)綠金合果芋葉片光合色素的合成具有一定的破壞作用，其中葉綠素a對(duì)脅迫處理更為敏感。

重金屬及鹽復(fù)合脅迫下，綠金合果芋葉片葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量隨濃度的增加快速降低，均在重度脅迫下達(dá)到最小值。Pb4+Cd4處理組綠金合果芋葉片葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量分別為對(duì)照的13.16%，30.21%和54.77%；NaCl4+Pb4+Cd4處理組綠金合果芋葉片葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量分別為對(duì)照的10.42%，27.51%和44.64%，和單一脅迫一樣，葉綠素a對(duì)復(fù)合脅迫處理表現(xiàn)得更敏感。

2.2鹽和重金屬脅迫對(duì)綠金合果芋可溶性糖含量的影響

可溶性糖可以對(duì)很多非鹽植物進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)，有穩(wěn)定細(xì)胞膜和原生質(zhì)膠體的作用，在滲透脅迫作用下植物體內(nèi)可溶性糖的積累可有效地降低滲透勢(shì)，以達(dá)到適應(yīng)外界環(huán)境變化的作用[10]。

表2鹽及重金屬脅迫處理對(duì)綠金合果芋光合色素含量的影響

Table 2Effects of salt and heavy metals stress on chlorophyll content ofSyngoniumpodophyllumSchott

處理水平光合色素含量/(mg·g-1)葉綠素a葉綠素b類胡蘿卜素CK3.214±0.1101.036±0.0401.017±0.032Pb12.987±0.1260.931±0.0410.994±0.03722.471±0.0940.850±0.0340.928±0.02631.854±0.0360.464±0.0220.804±0.02041.153±0.0240.423±0.0170.475±0.018Cd12.967±0.1120.934±0.0440.924±0.03122.213±0.0740.851±0.0330.883±0.03331.674±0.0600.463±0.0200.667±0.02041.103±0.0370.435±0.0130.462±0.014NaCl12.934±0.1000.927±0.0500.935±0.04422.021±0.0820.803±0.0200.904±0.03331.261±0.0500.562±0.0170.815±0.03041.021±0.0310.369±0.0110.690±0.024Pb+Cd12.927±0.1000.831±0.0080.907±0.03122.003±0.0560.634±0.0160.854±0.02631.092±0.0450.594±0.0140.756±0.02440.423±0.0170.313±0.0100.557±0.012Pb+Cd+NaCl12.912±0.0940.810±0.0080.841±0.02821.942±0.0680.601±0.0150.746±0.02330.922±0.0380.545±0.0130.631±0.02040.335±0.0160.285±0.0080.454±0.007

從圖1中可以看出：隨著處理濃度的增加，綠金合果芋葉片可溶性糖含量有所下降，在輕中度污染(處理水平1和2)脅迫下，變化并不明顯，但當(dāng)達(dá)到重度污染(處理水平3和4)時(shí)降幅較大，較為明顯的是在重金屬處理水平4處，其中Pb4處理下其可溶性糖的含量是對(duì)照的29.37%，Cd4處理下其可溶性糖的含量是對(duì)照的20.06%，NaCl4處理下其可溶性糖含量是對(duì)照的33.87%。

重金屬及鹽復(fù)合脅迫下，綠金合果芋葉片可溶性糖含量隨著處理濃度的增加而急劇下降，均在處理水平4處達(dá)到最小值，其中Pb4+Cd4處理組可溶性糖含量?jī)H為對(duì)照的16.85%，NaCl4+Pb4+Cd4處理組可溶性糖含量的降幅更大，是對(duì)照的7.22%。

圖1　鹽及重金屬脅迫處理對(duì)綠金合果芋可溶性糖含量的影響Fig.1　Effects of salt and heavy metals stress on soluble sugar content of Syngonium podophyllum Schott

2.3鹽和重金屬脅迫對(duì)綠金合果芋可溶性蛋白含量的影響

可溶性蛋白含量變化是反映植物葉片功能及衰老的重要指標(biāo)之一，葉片中的可溶性蛋白的含量與植物生長(zhǎng)代謝活動(dòng)呈正相關(guān)，可溶性蛋白是植物相對(duì)抗性的一種指標(biāo)[11]。從圖2中可以看出，與可溶性糖變化情況類似，隨著脅迫濃度的增加，重金屬及鹽單獨(dú)處理組綠金合果芋葉片可溶性蛋白含量有所下降，在輕度污染(處理水平1)下略微降低，但當(dāng)達(dá)到中度和重度污染(處理水平2～4)時(shí)降幅十分明顯，即Pb4處理下其可溶性蛋白的含量是對(duì)照的10.46%，Cd4處理下其可溶性蛋白的含量是對(duì)照的8.35% ，NaCl4處理下其可溶性蛋白的含量是對(duì)照的15.00%。

圖2　鹽及重金屬脅迫處理對(duì)綠金合果芋可溶性蛋白含量的影響Fig.2　Effects of salt and heavy metals stress on soluble protein content of Syngonium podophyllum Schott

復(fù)合脅迫下，綠金合果芋葉片可溶性蛋白的含量隨著處理濃度的增加而急劇下降，其最小值出現(xiàn)在處理水平4，Pb4+Cd4處理組和NaCl4+Pb4+Cd4處理組可溶性蛋白的含量分別是對(duì)照的8.08%和5.73%。

2.4鹽和重金屬脅迫對(duì)綠金合果芋游離脯氨酸含量的影響

除了可溶性糖和可溶性蛋白，游離脯氨酸是植物體另外一種重要和有效的有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，逆境脅迫下會(huì)引起植物體內(nèi)脯氨酸的積累，從而增強(qiáng)植物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。在逆境脅迫下，植物啟動(dòng)防御機(jī)制，通過脯氨酸的積累來調(diào)節(jié)植物細(xì)胞滲透勢(shì)，降低傷害程度，保護(hù)原生質(zhì)，減輕質(zhì)膜的傷害程度[12]。不同重金屬及鹽脅迫下綠金合果芋葉片中游離脯氨酸含量的變化見圖3。

圖3　鹽及重金屬脅迫處理對(duì)綠金合果芋游離脯氨酸含量的影響Fig.3　Effects of salt and heavy metals stress on free proline content of Syngonium podophyllum Schott

在Pb，Cd和NaCl單一短期脅迫下，綠金合果芋葉片游離脯氨酸含量均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，均在處理水平2處達(dá)到最大值， Pb2，Cd2和NaCl2分別是對(duì)照的1.88倍、1.76倍和1.33倍；在處理水平4下達(dá)到最小值，NaCl4，Pb4和Cd4分別是對(duì)照的60%，63.03%和72.73%。

在復(fù)合脅迫下，綠金合果芋葉片游離脯氨酸含量均呈現(xiàn)先急速上升后下降的趨勢(shì)，均在處理水平2處達(dá)到最大值，Pb2+Cd2處理組和NaCl2+Pb2+Cd2處理組分別是對(duì)照的1.47倍和1.53倍；在處理水平4下達(dá)到最小值，Pb4+Cd4處理組和NaCl4+Pb4+Cd4處理組分別是對(duì)照的38.18%和27.88%。

2.5鹽和重金屬脅迫對(duì)綠金合果芋SOD活性的影響

SOD作為植物抗氧化保護(hù)系統(tǒng)的第一道防線，主要功能是清除活性氧，是防護(hù)氧自由基對(duì)細(xì)胞膜傷害的一種重要保護(hù)酶，在適度的條件下，提高活性以增加植物的抗逆能力[13]。圖4-A所示，在Pb，Cd單一脅迫下，綠金合果芋葉的SOD活性隨著濃度的升高逐漸降低，均在處理水平4處(Pb 2 000 mg·L-1和Cd 200 mg·L-1)SOD活性最低，分別為對(duì)照的63.23%和61.84%；在NaCl單一脅迫下，綠金合果芋葉的SOD活性隨著鹽濃度的升高先增加后降低，200 mmol·L-1處理時(shí)SOD活性最高，為對(duì)照的118.23%，之后逐漸減弱，并都低于對(duì)照，NaCl濃度為400 mmol·L-1時(shí)活性最低，為對(duì)照的76.50%。所以NaCl脅迫強(qiáng)度不同，其酶活性水平也不相同。低濃度的NaCl脅迫，具有較強(qiáng)的消除氧自由基的功能，但在較高濃度脅迫下卻表現(xiàn)酶活性降低，并低于對(duì)照，說明綠金合果芋通過自我調(diào)節(jié)SOD活性來適應(yīng)鹽脅迫的能力是有限的。

重金屬與鹽復(fù)合脅迫條件下，SOD活性隨著處理濃度的增加與對(duì)照相比呈現(xiàn)顯著降低趨勢(shì)，在處理水平4處達(dá)到最低值，其中Pb4+Cd4處理組SOD含量?jī)H為對(duì)照的42.22%，NaCl4+Pb4+Cd4處理組降幅更大，SOD含量?jī)H為對(duì)照的23.35%，說明隨著復(fù)合脅迫程度的加劇，綠金合果芋的生長(zhǎng)受到了顯著的抑制。

2.6鹽和重金屬脅迫對(duì)綠金合果芋POD活性的影響

圖4　鹽及重金屬脅迫處理對(duì)綠金合果芋SOD(A)，POD(B)和CAT(C)活性的影響Fig.4　Effects of salt and heavy metals stress on SOD(A)， POD (B)and CAT(C) activity of Syngonium podophyllum Schott

POD是植物體內(nèi)的另外一種保護(hù)酶，有較高的活性，它的作用是清除胞漿或線粒體中產(chǎn)生的低濃度的H2O2，提高植物的抗逆能力，是一種對(duì)環(huán)境因子十分敏感的酶[13]。由圖4-B所示，在重金屬Pb的脅迫下，隨著濃度的增加其活性逐漸降低，且均小于對(duì)照，在重度脅迫(Pb4)下達(dá)到最小值，為對(duì)照的44.43%；在重金屬Cd的脅迫下，隨著濃度的增加和重金屬Pb表現(xiàn)為同樣的趨勢(shì)，這一結(jié)果表明在重度重金屬脅迫(處理水平4)下綠金合果芋的生理機(jī)能受到了顯著的抑制；在NaCl單一脅迫下，綠金合果芋POD活性隨著鹽濃度的升高逐漸降低，在100 mmol·L-1處理時(shí)SOD活性最高。

重金屬與鹽復(fù)合脅迫條件下，與SOD活性表達(dá)趨勢(shì)一樣，POD活性也是隨著處理濃度的增加與對(duì)照相比呈現(xiàn)顯著降低趨勢(shì)，在處理水平4處達(dá)到最低值， Pb4+Cd4處理組和NaCl4+Pb4+Cd4處理組POD含量分別為對(duì)照的33.98%和30.74%，說明隨著復(fù)合脅迫程度的加劇，綠金合果芋的生長(zhǎng)受到了顯著的抑制。

2.7鹽和重金屬脅迫對(duì)綠金合果芋CAT活性的影響

植物在逆境條件下能否正常生長(zhǎng)，CAT是酶促防御系統(tǒng)的關(guān)鍵酶之一，它與SOD和POD協(xié)同配合，清除體內(nèi)過剩的自由基，提高了植物的抗逆能力[13]。由圖4-C所示，在單一的Pb，Cd和NaCl下，隨著濃度的升高CAT活性均先升高再降低，在處理水平1處達(dá)到最大值，分別是對(duì)照的1.55，1.34和1.50倍。即在低濃度時(shí)，綠金合果芋葉片CAT活性增加，顯示了其清除氧自由基能力增強(qiáng)，但在較高濃度時(shí)，其活性開始下降，說明其抗性保護(hù)能力是有一定限度的。

復(fù)合脅迫下，CAT活性隨著處理濃度的增加而逐漸降低，在處理水平4時(shí)，活性最低，其中Pb4+Cd4復(fù)合脅迫為對(duì)照的36.75%，NaCl4+Pb4+Cd4復(fù)合脅迫為對(duì)照的24.93%。說明其清除自由基的能力在濃度較低時(shí)就表現(xiàn)出抑制性，隨著濃度的增加抑制性就更加明顯。

2.8鹽和重金屬脅迫對(duì)綠金合果芋MDA含量的影響

MDA含量表示的是植物膜脂的過氧化水平，反映植物受傷害的程度。植物葉片內(nèi)MDA含量越多，說明受損害程度越大[14]。關(guān)于植物在鹽堿及重金屬脅迫處理下MDA含量的增加報(bào)道很多，如沈高峰[15]在高羊茅、張永峰等[16]在紫花苜蓿上的研究，本試驗(yàn)中隨著重金屬和鹽濃度的增大，綠金合果芋葉片的MDA含量均呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)，即隨著脅迫濃度的增加，綠金合果芋受到的脅迫傷害也加大。無論是單一脅迫還是復(fù)合脅迫，在輕度重金屬和鹽脅迫下，葉片MDA含量均略低于對(duì)照，而在中度和重度脅迫下，葉片MDA含量明顯高于對(duì)照，這說明綠金合果芋對(duì)中度和重度重金屬及鹽脅迫更敏感。其中，增幅最為明顯的是在重度復(fù)合脅迫處理組，Pb4+Cd4處理水平處其MDA含量是對(duì)照的2.74倍，NaCl4+Pb4+Cd4處理水平處是對(duì)照的4.53倍(圖5)。

2.9鹽和鉛脅迫對(duì)綠金合果芋相對(duì)電導(dǎo)率的影響

生物膜結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定性與植物的抗逆性密切相關(guān)。重金屬及鹽脅迫對(duì)細(xì)胞膜造成了傷害，導(dǎo)致滲透物質(zhì)大量外流，引起相對(duì)電導(dǎo)率升高。圖6所示：在脅迫下，綠金合果芋葉片的相對(duì)電導(dǎo)率呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，這與秦鋒梅等[17]在黃菖蒲，熊春暉等[18]在蓮藕，李學(xué)強(qiáng)等[12]在歐李，原海燕等[11]在喜鹽鳶尾上的研究結(jié)論相似，即從輕度脅迫到重度脅迫，綠金合果芋葉片的相對(duì)電導(dǎo)率逐漸上升，均在處理水平4處達(dá)到最大值。即在處理30 d時(shí)，NaCl4，Pb4，Cd4，Pb4+Cd4，NaCl4+ Pb4+Cd4處理組的相對(duì)電導(dǎo)率分別是對(duì)照的1.46倍、1.42倍、1.34倍、1.55倍和1.74倍。

圖5　鹽及重金屬脅迫處理對(duì)綠金合果芋丙二醛含量的影響Fig.5　Effects of salt and heavy metals stress treatment on malondialdehyde content of Syngonium podophyllum Schott

圖6　鹽及重金屬脅迫處理對(duì)綠金合果芋相對(duì)電導(dǎo)率的影響Fig.6　Effects of salt and heavy metals stress treatment on relative electrical conductivity of Syngonium podophyllum Schott

3　討論

本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，不同于單一重金屬及鹽脅迫，在復(fù)合脅迫下，綠金合果芋對(duì)于Pb，Cd，NaCl的吸收與富集機(jī)制更加復(fù)雜，這一結(jié)果與熊春暉等[18]研究結(jié)果相一致。原因可能是綠金合果芋對(duì)重金屬及鹽的吸收不僅與外施濃度有關(guān)，還與土壤酸堿度、有機(jī)質(zhì)含量、重金屬元素的生物有效性以及在土壤中的遷移力等因素有關(guān)；同時(shí)，相比單一元素脅迫，復(fù)合脅迫下元素之間也可能存在一定的相互作用，即一種元素的存在能夠影響綠金合果芋對(duì)另外一種或幾種元素的吸收和富集。

葉綠素和類胡蘿卜素是植物光合作用的主要色素，其含量高低直接反映植物光合作用能力的強(qiáng)弱，當(dāng)植物受到逆境脅迫后可導(dǎo)致光合色素含量下降。大量研究表明植物在鹽及重金屬脅迫下光合色素含量呈下降趨勢(shì)，如夏方山等[19]對(duì)堿地風(fēng)毛菊的研究。Alberte[20]認(rèn)為，逆境脅迫下葉綠素含量下降的主要原因是葉綠體片層中捕光Chlalb-Pro復(fù)合體合成受到抑制。植物體內(nèi)的重金屬離子可能與葉綠素合成的幾種酶(原葉綠素脂還原酶、δ-氨基乙酰丙酸合成酶和膽色素原脫氨酶)的肽鏈富含-SH的部分結(jié)合， 抑制了酶活性從而阻礙了葉綠素的合成。葉綠素含量降低必然影響植物的光合作用，本試驗(yàn)結(jié)果顯示：在Pb，Cd，NaCl單一及復(fù)合脅迫下，綠金合果芋葉片光合色素含量呈下降趨勢(shì)，在低濃度的單一脅迫及復(fù)合脅迫下，光合色素含量與對(duì)照相比變化不大，這說明綠金合果芋對(duì)輕度脅迫有一定的耐性，而中度和重度脅迫處理對(duì)光合色素的合成具有一定的抑制作用，其中葉綠素a表現(xiàn)得更加敏感；Pb，Cd與NaCl復(fù)合脅迫下綠金合果芋葉片光合色素含量呈快速下降趨勢(shì)，即隨著脅迫濃度的增加，葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素的減少量更大。和單一脅迫一樣，其中以葉綠素a的下降幅度最大，這表明該處理對(duì)光合色素尤其是葉綠素a的合成具有明顯的破壞作用。

可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。本研究結(jié)果顯示：在Pb，Cd，NaCl單一及復(fù)合脅迫下，可溶性糖和可溶性蛋白隨著脅迫濃度的升高呈下降的趨勢(shì)，說明已經(jīng)不能通過可溶性糖和可溶性蛋白的滲透調(diào)節(jié)作用使合果芋免受傷害。而在低濃度脅迫下，脯氨酸的含量上升，合果芋通過不斷積累脯氨酸增強(qiáng)滲透調(diào)節(jié)能力，但不能有效緩解葉片膜脂過氧化進(jìn)程，MDA含量呈上升趨勢(shì)，當(dāng)脅迫濃度較高時(shí)脯氨酸含量下降，葉片細(xì)胞膜受到較大傷害，MDA含量進(jìn)一步升高。

脂質(zhì)過氧化作用中的自由基反應(yīng)能使細(xì)胞膜系統(tǒng)發(fā)生變化，導(dǎo)致細(xì)胞的損害甚至死亡。SOD，POD和CAT是植物體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)中的主要保護(hù)酶，它們協(xié)同作用減少活性氧自由基對(duì)細(xì)胞膜系統(tǒng)的傷害，本研究表明在Pb，Cd單一和復(fù)合脅迫及Pb，Cd與NaCl復(fù)合脅迫下，隨著脅迫濃度的升高，合果芋葉片的SOD活性呈下降趨勢(shì)，NaCl單一脅迫時(shí)表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(shì)。POD活性則隨著脅迫濃度的升高逐漸降低。CAT活性的變化與二者有所差異。在Pb，Cd單一脅迫和NaCl單一脅迫下，隨著脅迫濃度的升高CAT活性先升高后下降；Pb，Cd復(fù)合脅迫和Pb，Cd與NaCl復(fù)合脅迫下，CAT活性呈下降趨勢(shì)。這說明在脅迫過程中SOD，POD合成體系遭到破壞，從而減弱了這兩種酶對(duì)合果芋的保護(hù)作用。在處理水平1時(shí)，CAT具有較高的活性，從而能夠清除合果芋體內(nèi)有毒害作用的過氧化氫；但從處理水平2開始，隨著脅迫濃度的升高該酶活性也隨之下降，說明高濃度脅迫下合果芋受到的傷害最為嚴(yán)重。從三種酶的變化趨勢(shì)可以推測(cè)，在重金屬和鹽的脅迫過程中，起主要保護(hù)作用的酶是CAT；并且可以看出，NaCl單一脅迫對(duì)合果芋的毒害較其他幾種脅迫相對(duì)較弱。

MDA含量可以反映細(xì)胞膜脂過氧化程度和植物對(duì)逆境條件反映的強(qiáng)弱。張鳳琴等[21]指出重金屬是脂質(zhì)過氧化的誘變劑，濃度越高脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物 MDA積累越多，兩者關(guān)系密切。重金屬脅迫使得植物組織內(nèi)MDA含量增加，表明膜脂過氧化程度加劇，透性增大，膜的穩(wěn)定性降低，細(xì)胞內(nèi)含物被動(dòng)外滲，影響植物的正常代謝，對(duì)植物的毒害作用就越大。本試驗(yàn)結(jié)果表明隨著重金屬和鹽脅迫濃度的增大，無論是Pb，Cd，NaCl單一脅迫或復(fù)合脅迫，綠金合果芋葉片的MDA含量均呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，這與本試驗(yàn)中相對(duì)電導(dǎo)率的變化一致。說明隨著脅迫濃度的增加，綠金合果芋葉片細(xì)胞膜的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)遭到破壞，膜透性增大，細(xì)胞內(nèi)電解質(zhì)滲漏加劇，葉片受到的傷害隨之加大。

本試驗(yàn)設(shè)計(jì)都是在盆栽環(huán)境下進(jìn)行的，在自然環(huán)境下的重金屬及鹽脅迫對(duì)綠金合果芋生長(zhǎng)發(fā)育的影響將更加復(fù)雜。此外，土壤是一個(gè)比較復(fù)雜的系統(tǒng)，Pb2+，Cd2+，NaCl進(jìn)入土壤后，部分離子可能與土壤中的有機(jī)物或陰離子形成絡(luò)合物，脅迫濃度相對(duì)減小，同時(shí)不同離子間也可能存在一定的協(xié)同或拮抗作用。在這些復(fù)雜因素影響下，重金屬及鹽脅迫對(duì)綠金合果芋的生理特性有哪些影響，體內(nèi)的富集、運(yùn)輸和分配情況如何，以及機(jī)體如何在脅迫下進(jìn)行調(diào)控，還有待進(jìn)一步的研究，以便為脅迫污染修復(fù)生態(tài)工程植物種類的選擇提供更科學(xué)的依據(jù)。

[1]王學(xué)禮，馬祥慶.重金屬污染植物修復(fù)技術(shù)的研究進(jìn)展[J].亞熱帶農(nóng)業(yè)研究，2008， 4(1)：44-48.

[2]蔣亞蓮，桂敏，黎霞，等. 合果芋組織培養(yǎng)快繁技術(shù)研究[J]. 北方園藝，2009 (3):62-65.

[3]葉飛，建德鋒. 合果芋組培苗的生根與移栽技術(shù)研究[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012， 40(11):196-197.

[4]金琎. 合果芋試管微繁殖技術(shù)的研究[J]. 江蘇林業(yè)科技，2000 (5): 35-37.

[5]任小林，李嘉瑞. 植物生理學(xué)通訊[J]. 1991，27(1)：34-36.

[6]李合生，孫群，趙世杰. 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.

[7]中國科學(xué)院上海植物生理研究所，上海市植物生理學(xué)會(huì). 現(xiàn)代植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指南[M]. 北京：科學(xué)出版社，1999: 303.

[8]張志良. 植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].北京:高等教育出版社，2004.

[9]劉周莉，何興元，陳祎，等. 鎘脅迫下金銀花的生長(zhǎng)反應(yīng)及積累特性[J]. 生態(tài)學(xué)雜志，2009，28(8):1579-1583.

[10]張華新，宋丹，劉正祥. 鹽脅迫下11個(gè)樹種生理特性及其耐鹽性研究[J].林業(yè)科學(xué)研究，2008，21(2):168-175.

[11]原海燕，黃蘇珍，郭智，等.鉛與鹽脅迫對(duì)喜鹽鳶尾生長(zhǎng)及生理抗性的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，18(9):2111-2116.

[12]李學(xué)強(qiáng)，李秀珍. 鹽堿脅迫對(duì)歐李葉片部分生理生化指標(biāo)的影響[J]. 西北植物學(xué)報(bào)， 2009，29(11):2288-2293.

[13]何冰，葉海波，楊肖娥. 鉛脅迫下不同生態(tài)型東南景天葉片抗氧化酶活性及葉綠素含量比較[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2003，22(3):274-278.

[14]江行玉，趙可夫.植物重金屬傷害及其抗性機(jī)理[J]. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào)，2007，16(7):92-99.

[15]沈高峰. 重金屬Pb對(duì)高羊茅生長(zhǎng)及抗氧化生理特性的影響[J]. 長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2011，8(5):248-251.

[16]張永鋒，梁正偉，隋麗，等. 鹽堿脅迫對(duì)苗期紫花苜蓿生理特性的影響[J]. 草業(yè)學(xué)報(bào)， 2009，18(4):230-235.

[17]秦峰梅，張紅香，武煒，等. 鹽堿脅迫對(duì)黃花苜蓿發(fā)芽及幼苗生長(zhǎng)的影響[J]. 草業(yè)學(xué)報(bào)，2010，19(4):71-78.

[18]熊春暉，許曉光，盧永恩，等. 鉛鎘復(fù)合脅迫下蓮藕對(duì)鉛鎘的富集及其生理變化[J]. 園藝學(xué)報(bào)，2012，39(12):2385-2394.

[19]夏方山，董秋麗，董寬虎. 堿脅迫對(duì)堿地風(fēng)毛菊生理特性的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2010，26(21):152-155.

[20]ALBERTE R S， THOMBER J P， FISCUS E L. Water stress effects on the content and organization of chlorophyll in mesophyll and bundle sheach chlorlplasts of maize[J].PlantPhysiology， 1977， 59(3):351-353.

[21]張鳳琴，王友邵，董俊德，等. 重金屬污水對(duì)木欖幼苗幾種保護(hù)酶及膜質(zhì)過氧化作用的影響[J]. 熱帶海洋學(xué)報(bào)，2006，25(2):66-70.

(責(zé)任編輯張韻)

Effects of heavy metals and salt stress on physiological characteristics of Syngonium podophyllum Schott

ZHANG Jia-yang

(SchoolofLifeScienceandTechnology，XinxiangUniversity，Xinxiang453003，China)

The influence of two heavy metals (Pb2+， Cd2+) ， salt stress (NaCl) and their mixed solutions on the photosynthetic system，membrane system and antioxidant system ofSyngoniumpodophyllumSchott were investigated. The results showed that with the increasing concentration of single and mixed solution treatment， chlorophyll， carotenoids， soluble protein and soluble sugar content and POD activity inSyngoniumpodophyllumSchott were all inhibited. The content of free proline and CAT activity increased first and then decreased with the increasing concentration of stress， MDA content and relative conductivity increased with increasing concentration of stress. SOD activtly decreased with the increasing concentration of heavy metals, but increased first and then decreased with the increasing concentration of NaCl. This study suggested that， chlorophyll content， membrane system and antioxidant system ofSyngoniumpodophyllumSchott were sensitive to the stress of heavy metals and salt. These parameters could be taken as indicators in evaluating the damage of heavy metals and salt stress onSyngoniumpodophyllumSchott.

heavy metal; salt stress;SyngoniumpodophyllumSchott; physiological characteristics

10.3969/j.issn.1004-1524.2016.04.10

2015-10-09

新鄉(xiāng)市重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目(ZG14035)

張家洋(1975—)，男，河南信陽人，碩士，講師，從事污染生態(tài)學(xué)等研究。E-mail: skxsyszr@163.com

S688

A

1004-1524(2016)04-0601-08

張家洋. 重金屬及鹽脅迫對(duì)綠金合果芋生理特性的影響[J].浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2016，28(4)： 601-608.