重金屬?gòu)?fù)合脅迫對(duì)酢醬草生理特性的影響

羅澤萍 潘立衛(wèi) 覃勇榮

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

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重金屬?gòu)?fù)合脅迫對(duì)酢醬草生理特性的影響

羅澤萍 潘立衛(wèi) 覃勇榮

(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5種(Cd、Zn、Cu、Pb、As)重金屬?gòu)?fù)合脅迫下酢醬草生理特性的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著重金屬脅迫濃度梯度的增加，酢醬草根系活力、生物量、葉綠素含量與空白對(duì)照組相比逐漸下降，而丙二醇(MDA)含量呈上升趨勢(shì)。結(jié)果表明重金屬水污染土壤可能對(duì)酢醬草造成明顯不可逆的生理毒害效應(yīng)。

酢醬草；重金屬；葉綠素

Cd、Zn、Cu、Pb、As是污染土壤中備受關(guān)注的5種重金屬，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(OxaliscorniculataL.)也叫酸漿、三葉酸、三角酸等，其氣味酸、寒、無(wú)毒，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、抑菌和抗氧化作用[4-7]。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[8-13]，而有關(guān)重金屬對(duì)酢醬草生理特性的影響鮮有報(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)酢醬草的生長(zhǎng)狀況、根系活性、生物量、葉綠素含量的影響具有重要意義。該研究為酢醬草治理和修復(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(kāi)發(fā)酢醬草植物資源提供指標(biāo)和客觀依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 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(wú)重金屬污染地區(qū)，經(jīng)測(cè)定其基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。將過(guò)3 mm篩并剔除雜物風(fēng)干后的土壤4 kg裝入高為15 cm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(yíng)養(yǎng)液完全溶解，按表2設(shè)置的濃度均勻噴灑于每盆中。從野外采未受污染且長(zhǎng)勢(shì)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。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)

pH有機(jī)質(zhì)/g·kg-1CEC/cmol·kg-1重金屬背景/mg·kg-1CdPbCuZnAs514235279602117241365257368

表2 盆栽試驗(yàn)處理元素及水平 (mg·kg-1)

處理水平CdPbCuZnAs空白00000101100501002020550010020040310100020040060415150030060080520200040080010062525005001000120

1.2 測(cè)定指標(biāo)

酢醬草生長(zhǎng)40 d后，取植株相同部位的根、葉，用去離子水洗凈瀝干，用于各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定。根系活性的測(cè)定采用TTC法[14]，采用丙酮法測(cè)定葉綠素含量[15]，MDA含量采用比色法，按照試劑盒說(shuō)明順序測(cè)定。

圖1 復(fù)合重金屬污染對(duì)酢醬草根系活力的影響

1.3 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)方法

采用Excel2007和SPSS19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)合重金屬污染對(duì)酢醬草生長(zhǎng)狀況的影響

在重金屬處理20 d 時(shí)，處理水平1、2、3組酢醬草植株的長(zhǎng)勢(shì)及形態(tài)無(wú)明顯影響，處理水平4、5、6組酢醬草與空白對(duì)照組相比植株矮、葉子小并且泛黃，說(shuō)明高濃度重金屬?gòu)?fù)合脅迫下酢醬草的生長(zhǎng)明顯受到抑制。在重金屬處理40 d 時(shí)，處理水平1～6組與空白對(duì)照組相比，重金屬脅迫下的酢醬草植株顯得矮小，葉子呈黃色，根毛稀少，部分根系發(fā)黑、壞死，并呈現(xiàn)出一定程度的劑量效應(yīng)關(guān)系。說(shuō)明酢醬草隨著重金屬處理濃度的升高、時(shí)間的延長(zhǎng)，出現(xiàn)生理毒害的效應(yīng)越嚴(yán)重。

圖2 復(fù)合重金屬污染對(duì)酢醬草生物量的影響注：圖柱表示：平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；不同英文小寫(xiě)字母代表重金屬不同處理水平之間具有顯著性差異(p<0.05)，下同。

2.2 復(fù)合重金屬污染對(duì)酢醬草根系活力的影響

由圖1可見(jiàn)，隨著重金屬處理濃度的增加，酢醬草根系活力呈下降的趨勢(shì),與空白對(duì)照組相比，分別下降了3.81%、17.32%、35.96%、39.92%、48.69%、54.69%。說(shuō)明重金屬脅迫濃度越高，對(duì)根系的傷害程度越大。

2.3 復(fù)合重金屬污染對(duì)酢醬草生物量的影響

由圖2可見(jiàn)，隨著重金屬脅迫濃度的增加，酢醬草的生物量顯著降低(p<0.05)，下降幅度分別為：32.59%、45.40%、55.13%、62.04%、69.47%、77.99%。說(shuō)明酢醬草的生長(zhǎng)明顯受到抑制。

2.4 復(fù)合重金屬污染對(duì)酢醬草葉綠素含量的影響

從表3可以看出，隨著重金屬處理濃度的增加，葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+葉綠素b含量均呈下降趨勢(shì)，葉綠素a下降幅度在0.86%～47.28%之間，葉綠素b下降幅度在16.99%～62.88%之間，葉綠素a+葉綠素b下降幅度在6%～52.25%之間；而葉綠素a/葉綠素b呈上升趨勢(shì)，說(shuō)明酢醬草在逆環(huán)境條件下利用藍(lán)光、適應(yīng)生長(zhǎng)能力變?nèi)?。與空白對(duì)照組相比，大部分差異顯著，小部分差異不顯著。

表3 復(fù)合重金屬污染對(duì)酢醬草葉綠素含量的影響

處理水平葉綠素a/mg·kg-1葉綠素b/mg·kg-1(葉綠素a+葉綠素b)/mg·kg-1葉綠素a/葉綠素b空白1635±0190a0765±0043b2400±0123c2137d11621±0135a0635±0164c2256±0129a2553e21504±0164b0629±0069c2133±0293b2391f31265±0167c0521±0125a1786±0135d2428b41064±0149d0401±0124d1465±0234e2653c50961±0416e0394±0101e1355±0649f2439b60862±0241f0284±0125f1146±0354g3035a

注：同列不同英文小寫(xiě)字母代表重金屬不同處理水平之間具有顯著性差異(p<0.05)。

2.5 復(fù)合重金屬污染對(duì)酢醬草葉片細(xì)胞膜通透性的影響

圖3 復(fù)合重金屬污染對(duì)酢醬草葉片細(xì)胞膜通透性的影響

從圖3可以看出，酢醬草葉片MDA含量隨著重金屬處理濃度的增加呈上升趨勢(shì)(p<0.05)，升高幅度分別16.90%、31.09%、37.25%、50.66%、61.20%、69.33%，說(shuō)明重金屬脅迫加劇了酢醬草的膜脂過(guò)氧化，從而使細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能受到損害。

3 討論

土壤重金屬污染因其具有多樣性、復(fù)雜性而備受關(guān)注[16]，目前，已成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。寇士偉[17]等人以十字花科植物芥菜為試驗(yàn)材料探討了重金屬Cd、Cu和Pb對(duì)芥菜的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)Cd、Cu、Pb復(fù)合效應(yīng)顯著降低芥菜葉綠素含量，并且葉綠素a下降幅度大于葉綠素b。黃桂萍[18]等人分析了Pb污染對(duì)晚松的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)晚松可以適應(yīng)土壤輕度的Pb污染，而增加Pb污染濃度和延長(zhǎng)脅迫時(shí)間，則會(huì)使晚松質(zhì)膜系統(tǒng)受損嚴(yán)重，生長(zhǎng)受到抑制。李珊[19]等人研究Cd、Zn復(fù)合污染對(duì)栝樓幼苗的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)栝樓對(duì)Cd、Zn低濃度脅迫具有一定的耐受力,但高濃度Cd、Zn對(duì)幼苗正常生長(zhǎng)有較為顯著的抑制作用。關(guān)夢(mèng)茜[20]等人對(duì)金娃娃萱草和大花萱草在Cu、Cd復(fù)合脅迫條件下的生長(zhǎng)及生理特性進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)大花萱草對(duì)Cu、Cd復(fù)合脅迫的耐受性較金娃娃萱草強(qiáng)，更有利于對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)。重金屬污染主要以復(fù)合污染存在，因此，本研究考察了Cd、Zn、Cu、Pb、As 5種重金屬在不同質(zhì)量濃度處理下對(duì)酢醬草的生長(zhǎng)狀況、根系活性、生物量、葉綠素含量和葉片細(xì)胞膜通透性的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)重金屬脅迫下的酢醬草植株顯得矮小，葉子呈黃色，根毛稀少，部分根系發(fā)黑、壞死。酢醬草根系活力與空白對(duì)照組相比，下降了3.81%～54.69%。說(shuō)明重金屬脅迫濃度越高，對(duì)根系的傷害程度越大。隨著重金屬脅迫濃度的增加，酢醬草的生物量顯著降低(p<0.05)，下降幅度為32.59%～77.99%，說(shuō)明酢醬草的生長(zhǎng)明顯受到抑制。葉綠素含量的高低在一定程度上反映了植物在逆環(huán)境下的受影響程度，因?yàn)槿~綠素與光合作用、植物營(yíng)養(yǎng)供給及生長(zhǎng)狀況密切相關(guān)。植物葉綠素含量的逐漸下降意味著葉片逐漸衰老，也可作為衡量植物受到逆環(huán)境脅迫的重要指標(biāo)，當(dāng)植物逐漸衰老或逆環(huán)境脅迫時(shí)葉綠素a和葉綠素b含量均下降，通常葉綠素a比葉綠素b含量下降得更快[21]。本研究中酢醬草葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+葉綠素b含量均隨重金屬脅迫濃度增加而呈下降趨勢(shì)，葉綠素a下降幅度在0.86%～47.28%之間，葉綠素b下降幅度在16.99%～62.88%之間，總?cè)~綠素含量下降幅度在6%～52.25%之間。說(shuō)明酢醬草在重金屬脅迫下葉綠素合成受到一定程度的影響。而葉綠素a與葉綠素b的比值呈上升趨勢(shì)，說(shuō)明酢醬草在逆環(huán)境條件下利用藍(lán)光、適應(yīng)生長(zhǎng)能力變?nèi)?。MDA是植物組織細(xì)胞膜損傷程度的重要標(biāo)志，其含量與膜脂過(guò)氧化嚴(yán)重程度密切相關(guān)，MDA含量越高，表明植物受到逆環(huán)境的損害程度越嚴(yán)重，因?yàn)镸DA是膜脂過(guò)氧化反應(yīng)的最終產(chǎn)物[22]。本研究中酢醬草葉片MDA含量隨著重金屬處理濃度的增加呈上升趨勢(shì)(p<0.05)，升高幅度范圍為16.90%～69.33%，說(shuō)明重金屬脅迫加劇了酢醬草的膜脂過(guò)氧化，從而使細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能受到損害。而重金屬Cd、Zn、Cu、Pb和As之間對(duì)酢醬草的脅迫是否存在協(xié)同、拮抗或加和等作用有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

本文選用盆栽法研究重金屬Cd、Zn、Cu、Pb和As 復(fù)合污染對(duì)酢醬草的生長(zhǎng)狀況、根系活力、生物量、葉綠素含量和葉片細(xì)胞膜通透性的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，重金屬?gòu)?fù)合脅迫下酢醬草植株相比空白對(duì)照組顯得矮小、葉子呈黃色、根毛稀少、部分根系發(fā)黑甚至壞死。根系活力與空白對(duì)照組相比，下降了3.81%～54.69%；生物量與空白對(duì)照組相比顯著降低(p<0.05)，下降幅度為32.59%～77.99%；葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總量含量均隨重金屬脅迫濃度增加而呈下降趨勢(shì)，而葉綠素a與葉綠素b的比值呈上升趨勢(shì)。葉片MDA含量隨著重金屬處理濃度的增加呈上升趨勢(shì)(p<0.05)，上升幅度范圍為16.90%～69.33%。綜上所述，重金屬?gòu)?fù)合脅迫下酢醬草生長(zhǎng)受到一定程度抑制，根系活力、生物量、葉綠素含量與空白對(duì)照組相比逐漸下降，而MDA含量呈上升趨勢(shì)。結(jié)果表明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)。由此可見(jiàn)酢醬草對(duì)重金屬?gòu)?fù)合污染非常敏感，因此，利用酢醬草的生理特性變化來(lái)評(píng)價(jià)重金屬?gòu)?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)的修訂具有重要意義。

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[責(zé)任編輯 劉景平]

Effect of Compound Heavy Metals Intimidate on Physiological Characteristics ofOxalisCorniculataL.

LUO Zeping, PAN Liwei, QIN Yongrong

(School of Chemistry and Biological Engineering, Hechi University, Yizhou, Guangxi 546300, China)

The authors study the effect of compound heavy metals(Cd、Zn、Cu、Pb、As) intimidate on physiological characteristics ofOxaliscorniculataL. by pot-cultivated experiments. The result shows that the level of root-activity, biomass and chlorophyll decreases significantly when compound heavy metals’ concentration increases. But the impact of malondialdehyde(MDA) becomes more significant. The results indicate that the heavy metal contaminated soils may cause irreversible physiologic damage toOxaliscorniculataL..

OxaliscorniculataL.; heavy metals; chlorophyll

X53

A

1672-9021(2016)05-0009-05

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，主要研究方向：生化藥理學(xué)。

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

2016-06-25