重金屬復(fù)合脅迫對(duì)酢醬草抗氧化酶系統(tǒng)的影響

羅澤萍 潘立衛(wèi)

（河池學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院，廣西 宜州 546300）

重金屬復(fù)合脅迫對(duì)酢醬草抗氧化酶系統(tǒng)的影響

羅澤萍 潘立衛(wèi)

（河池學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院，廣西 宜州 546300）

采用盆栽法考察不同質(zhì)量濃度的Cd、Zn、Cu、Pb、As 5種重金屬復(fù)合脅迫對(duì)酢醬草抗氧化酶活性的影響。結(jié)果顯示隨著重金屬處理濃度梯度的增加，酢醬草過氧化物酶 (POD)活性、抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性、脯氨酸（PRO）含量及谷胱甘肽（GSH）含量先升高后降低；而超氧化物歧化酶 (SOD)活性和過氧化氫酶 (CAT)酶活性逐漸下降。結(jié)果表明酢醬草在重金屬復(fù)合脅迫下能防御性的增加POD酶活性、SOD酶活性、PRO含量及GSH含量以減少逆環(huán)境的傷害，而重金屬復(fù)合脅迫濃度過高則會(huì)導(dǎo)致酢醬草抗氧化酶系統(tǒng)受到明顯損害，生長受到很大程度的抑制。

酢醬草；重金屬；復(fù)合脅迫；抗氧化酶

1 引言

重金屬污染是指由于人類活動(dòng)，如對(duì)重金屬的開發(fā)和利用的過程中造成的有害元素，如：Pb、Hg、Cd、Co等在土壤中沉積從而引起含量過高而導(dǎo)致的嚴(yán)重的環(huán)境污染。重金屬的危害程度在于其毒性易通過食物鏈在植物、動(dòng)物和人體內(nèi)累積等特點(diǎn)，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅，如日本的水俁病和痛痛病分別由汞污染和鎘污染所引起。近年來，有關(guān)重金屬污染的事件層出不窮，如2006年甘肅省徽縣和2009年河南濟(jì)源的Pb污染事件，2011年《新世紀(jì)》周刊報(bào)道中國多地市場約10%大米Cd污染，同年云南省曲靖市發(fā)生一起非法傾倒劇毒工業(yè)廢料引起鉻污染；2012年，廣西龍江河出現(xiàn)重金屬鎘含量超標(biāo)?？梢姡亟饘傥廴疽呀?jīng)嚴(yán)重影響威脅到人們的健康和生活。超富集植物能通過根系吸收固定重金屬從而達(dá)到修復(fù)污染土壤的目的，并將重金屬轉(zhuǎn)移到地面部分，再采用收割的方式去除土壤中重金屬。如蜈蚣草就是一種Sn超富集植物，對(duì)Sn、Pb、Zn的耐受能力亦較強(qiáng)；寶山堇菜可以吸收土壤中超量的Cd，并且可以把重金屬從植物地下部分轉(zhuǎn)移至地上部分，是理想的Cd超富集植物。Cd、Zn、Cu、Pb、As是污染土壤中較常見的 5中重金屬，由于其均具有較高的化學(xué)活性，因此，易破壞植物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能，使植物體內(nèi)細(xì)胞液外滲而導(dǎo)致植物體內(nèi)代謝紊亂，從而引起一系列有害的生理生化現(xiàn)象。酢醬草(Oxalis corniculata L.)也叫酸漿、三葉酸、三角酸等，其氣味酸、寒、無毒，來源酢醬草科植物的全草。具有清熱解毒、消腫散疾、補(bǔ)肺瀉肝、健胃止咳、涼血化瘀等功效，可用于治療泄瀉、痢疾、黃疸、淋病、麻疹、吐血、癰腫、瘡癤、疥癬、痔疾、脫肛、月經(jīng)不調(diào)、跌打損傷等癥[1-3]?，F(xiàn)代藥理研究表明酢醬草具有較好的抗炎、抗病毒、抑菌和抗氧化[6-9]作用。目前，對(duì)酢醬草的研究主要集中在化學(xué)成分、生物活性及組織栽培等方面[10-15]，而有關(guān)重金屬對(duì)酢醬草抗氧化酶系統(tǒng)的影響鮮有報(bào)道。因此，研究Cd、Zn、Cu、Pb、As 5種重金屬在不同質(zhì)量濃度處理下對(duì)酢醬草抗氧化酶系統(tǒng)的影響具有重要意義。為酢醬草抗氧化酶系統(tǒng)的防御機(jī)制及植物修復(fù)和合理開發(fā)提供理論依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料及處理

盆栽試驗(yàn)于河池學(xué)院植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。供試土壤取自無重金屬污染地區(qū)，經(jīng)測定其基本理化性質(zhì)如下：pH=5.14，有機(jī)質(zhì)=23.52 g/kg，CEC=7.96 cmol/kg，重金屬Cd、Pb、Cu、Zn、As背景分別為0.21、17.24、13.65、2.57、3.68 mg/kg。將過3 mm篩并剔除雜物的土壤風(fēng)干后4 kg裝入直徑為30cm，高為15cm的陶瓷盆中。重金屬以CdCl2、Zn(NO3)2、CuCl2、Pb(NO3)2、Na2HAsO4金屬鹽形式用Hoagland’s營養(yǎng)液完全溶解，按空白、處理水平一、二、三、四、五、六處理濃度依次為Cd：0、0.1、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5，Pb：0、100、500、1000、1500、2000、2500，Cu：0、50、100、200、300、400、500，Zn：0、100、200、400、600、800、1000，As：0、20、40、60、80、100、120的濃度均噴灑于每盆中。從野外采未受污染且長勢一致的酢醬草，用去離子水把粘附的土壤和雜質(zhì)洗干凈后，每10株一組種入盆中。

2.2 測定指標(biāo)

酢醬草生長40 d后，取植株相同部位的葉片，用去離子水洗凈瀝干，用于各項(xiàng)指標(biāo)測定。POD活性采用愈創(chuàng)木酚法測定[16]；SOD、CAT活性分別按照南京建成生物工程研究所生產(chǎn)總超氧化物歧化酶測定試劑盒（WST-1 法）、過氧化氫酶（CAT）測定試劑盒（可見光法）說明順序測定；APX采用比色法測定[17]；PRO采用茚三酮顯色、甲苯萃取分光光度法測定[18]；GSH含量參照Brehe J的方法測定[19]。

2.3 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)方法

采用spss19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。

3 結(jié)果與分析

3.1 酢醬草POD酶對(duì)復(fù)合重金屬脅迫的響應(yīng)

植物在逆環(huán)境脅迫下會(huì)產(chǎn)生破壞植物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的超氧化物自由基，除此之外，超氧化物自由基還能與膜蛋白發(fā)生鏈?zhǔn)骄酆戏磻?yīng)，從而導(dǎo)致植物細(xì)胞膜系統(tǒng)遭到破壞，最終導(dǎo)致植物損害、甚至死亡[20]。然而，植株可防御性的通過提高POD酶的活性，從而減少超氧化物自由基對(duì)植株造成的傷害[21]。由表1可見，隨著重金屬脅迫濃度梯度升高，酢醬草POD活性呈先升后降順序。說明酢醬草在受到重金屬污染后能防御性的增加POD酶活以減少超氧化物酶的傷害，但是隨著重金屬處理濃度的升高，酢醬草的防御系統(tǒng)可能受到破壞，因此，產(chǎn)生的POD酶活性逐漸下降。

3.2 酢醬草SOD酶對(duì)復(fù)合重金屬脅迫的響應(yīng)

當(dāng)植物在逆環(huán)境脅迫時(shí)，會(huì)致使活性氧積累從而導(dǎo)致膜脂過氧化作用，SOD能清除這些活性氧在細(xì)胞內(nèi)大量積累，特別是超氧自由基的積累[22]。SOD酶活性的逐漸下降，意味著植物體逐漸衰老[23]。由表1可見，隨著重金屬脅迫濃度升高，酢醬草SOD活性明顯下降。說明酢醬草在重金屬污染下抗氧化酶系統(tǒng)受到破壞，生長受到抑制。

3.3 酢醬草CAT酶對(duì)復(fù)合重金屬脅迫的響應(yīng)

脅迫下，植物細(xì)胞內(nèi)的自由基清除系統(tǒng)遭到破壞，致使體內(nèi)的過氧化氫等自由基聚集，植物葉片中的CAT能清除過氧化氫自由基對(duì)細(xì)胞的氧化作用，從而糾正植物體內(nèi)代謝紊亂、維持細(xì)胞膜正常結(jié)構(gòu)和功能[24]。由表1可見，隨著重金屬脅迫濃度升高，酢醬草CAT活性明顯下降。說明酢醬草在重金屬脅迫下抗氧化酶系統(tǒng)遭到破壞。

3.4 酢醬草APX對(duì)復(fù)合重金屬脅迫的響應(yīng)

APX 在植物生長發(fā)育和逆境脅迫響應(yīng)等生理過程中都發(fā)揮著非常重要的作用。其通過清除植物在逆脅迫時(shí)產(chǎn)生過量的H2O2從而使細(xì)胞免受活性氧毒害[25]。由表1可以看出，重金屬處理水平一APX活性比空白對(duì)照組高，說明酢醬草在重金屬脅迫下能通過提高 APX活性清除逆環(huán)境下產(chǎn)生的H2O2。但是隨著重金屬處理濃度的逐漸升高，酢醬草APX活性逐漸下降，說明重金屬脅迫濃度過高酢醬草的抗氧化酶系統(tǒng)受到一定程度的破壞。

3.5 重金屬復(fù)合脅迫對(duì)酢醬草PRO含量的影響

PRO在植物細(xì)胞中具有滲透調(diào)節(jié)、清除?OH、保護(hù)酶的活性、儲(chǔ)藏N素及作為碳源和氮源提供能量等功能，所以，在適應(yīng)環(huán)境的過程中起著至關(guān)重要的作用。因此，常作為評(píng)價(jià)植物抗逆性的重要指標(biāo)，在逆環(huán)境下，植物體內(nèi)PRO含量通常急劇上升[26,27]。由表 1可見，隨著重金屬處理濃度的增加，酢醬草PRO含量先升高后降低，說明酢醬草受到重金屬脅迫時(shí)能做出積極響應(yīng)，但當(dāng)重金屬處理濃度過高容易導(dǎo)致植物細(xì)胞和酶破壞，因此PRO含量逐漸下降。

3.6 重金屬復(fù)合脅迫對(duì)酢醬草GSH含量的影響

GSH參與到植物還原硫的貯存和運(yùn)輸及蛋白質(zhì)和核酸合成的重要過程中，因此，其與植物在逆環(huán)境中的耐受能力緊密聯(lián)系。GSH水平提高可增強(qiáng)植物抵抗逆環(huán)境的能力[28]。由表1可見，酢醬草GSH含量隨著重金屬濃度的逐漸升高先升后降。

表1 酢醬草POD、SOD、CAT、APX、PRO、GSH酶對(duì)復(fù)合重金屬脅迫的響應(yīng)

4 結(jié)論與討論

植物體內(nèi)有一套重要的抗氧化酶系統(tǒng)，包括SOD、POD和CAT等，其在清除自由基方面發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。植物在重金屬脅迫下會(huì)產(chǎn)生一系列破壞植物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能的物質(zhì)，如：氧自由基、膜脂過氧化物、過氧化物等[29,30]。土壤重金屬污染對(duì)植物的影響一直是國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)。蘇銀萍[31]等人采用土培的方法，研究了不同程度錳污染土壤對(duì)木荷葉片過氧化氫、超氧陰離子自由基產(chǎn)生速率的影響以及抗氧化酶的活性與非酶物質(zhì)在解除ROS毒害過程中的作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)木荷葉過氧化氫、超氧陰離子自由基正常代謝平衡被打破，引起不同程度的積累，且污染啟動(dòng)了木荷抗氧化系統(tǒng)。陳功亮[32]等人通過盆栽試驗(yàn)，研究鈾脅迫對(duì)酸模葉綠素含量及抗氧化酶系統(tǒng)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)高濃度鈾脅迫導(dǎo)致整個(gè) PSⅡ的結(jié)構(gòu)和功能以及抗氧化酶系統(tǒng)都受到較嚴(yán)重的破壞。何潔[33]等人本文以不同含量Zn和Cd為脅迫因子，以在沿海灘涂分布廣泛的鹽生植物翅堿蓬為受試材料，研究翅堿蓬生長指標(biāo)及體內(nèi)超氧陰離子和過氧化氫的產(chǎn)生速率及抗氧化酶活性的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)高濃度的Zn、Cd致使翅堿蓬的抗氧化酶系統(tǒng)遭到不同程度的破壞。對(duì)Cd污染抵御能力差，微量Cd即可損害翅堿蓬發(fā)芽率、苗高、苗重。本文研究了Cd、Zn、Cu、Pb、As 5種重金屬在不同質(zhì)量濃度處理下對(duì)酢醬草抗氧化酶系統(tǒng)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著重金屬處理濃度梯度的增加，酢醬草POD酶活性先升后降，說明酢醬草在受到重金屬污染后能防御性的增加POD酶活性以減少超氧化物酶的傷害，但是隨著重金屬處理濃度的升高，酢醬草的防御系統(tǒng)可能受到破壞，因此，產(chǎn)生的 POD酶活性逐漸下降；而 SOD和CAT酶活性與空白對(duì)照組相比逐漸下降。說明生長受到很大程度的抑制。植物生長的諸多環(huán)境因素對(duì)植物的光合作用產(chǎn)生不同程度的影響，作為葉綠體分解 H2O2系統(tǒng)關(guān)鍵酶的APX 有可能成為作物抗逆性育種研究者考慮的一個(gè)生理生化指標(biāo)[34]。PRO作為一種理想的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)在抗逆環(huán)境脅迫中起著重要的作用。GSH因其具有還原態(tài)硫儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)運(yùn)、合成蛋白質(zhì)和核酸的以及組織抗氧化特性維持和對(duì)氧化還原敏感的信號(hào)傳達(dá)等重要作用，因此，谷胱甘肽含量的高低與植物抗逆能力緊密聯(lián)系。酢醬草APX活性、PRO含量、GSH含量隨著重金屬復(fù)合脅迫濃度的升高呈現(xiàn)先升后降趨勢，說明酢醬草受到重金屬脅迫時(shí)能做出積極響應(yīng)，但當(dāng)重金屬處理濃度過高容易導(dǎo)致植物細(xì)胞和酶破壞，因此PRO含量逐漸下降。綜上所述，重金屬復(fù)合脅迫下酢醬草生長受到一定程度抑制，POD酶活性、APX酶活性、PRO含量及GSH含量先升高后降低；而SOD酶活性和CAT酶活性逐漸下降。結(jié)果表明酢醬草在重金屬復(fù)合脅迫下能做出積極響應(yīng)，通過增加POD酶活性、SOD酶活性、PRO含量及GSH含量以減少逆環(huán)境的傷害?？梢婖♂u草在治理和修復(fù)復(fù)合重金屬污染土壤及防治土壤污染服務(wù)具有一定的參考價(jià)值，同時(shí)，為規(guī)模發(fā)展酢醬草種植產(chǎn)業(yè)及合理開發(fā)酢醬草植物資源提供指標(biāo)和客觀依據(jù)。但是高濃度重金屬污染土壤可能對(duì)酢醬草造成明顯不可逆的生理毒害效應(yīng)，可見酢醬草對(duì)重金屬復(fù)合污染非常敏感，因此，利用酢醬草的生理特性變化來評(píng)價(jià)重金屬復(fù)合污染土壤環(huán)境質(zhì)量、建立土壤污染預(yù)警指標(biāo)體系或環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的修訂亦具有重要意義。

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Effect of compound heavy metals intimidate on antioxidase system of oxalis corniculata L.

To study the effect of compound heavy metals（Cd、Zn、Cu、Pb、As）with different mass concentration intimidates on antioxidase system of Oxalis corniculata L.by pot-cultivated experiments. The result showed that the activity of POD, APX, PRO, and GSH increased at first and then decreased during compound heavy metals concentration increasing, but the activity of SOD and CAT gradual decline. Results indicate that under the stress of heavy metal compound, Oxalis corniculata L.can defensive increase the activity of POD, SOD enzyme activity, and PRO, GSH content in order to reduce adverse environmental damage, and heavy metal compound stress concentration leads to obvious damage on antioxidant enzyme system, and the growth inhibition seriously.

Oxalis corniculata L.; combined stress; heavy metals; antioxidase system

X53

A

1008-1151(2016)07-0035-03

2016-06-05

河池學(xué)院環(huán)境工程專業(yè)碩士點(diǎn)建設(shè)學(xué)科基金項(xiàng)目資助(2015HJB005)。

羅澤萍（1987－），女，廣西梧州人，河池學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院講師，研究方向?yàn)樯幚韺W(xué)。

潘立衛(wèi)（1987－），男，廣西都安人，河池學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)橹胁菟幱行С煞盅芯俊?/p>