鉛脅迫對國槐幼苗的耐性生理的影響

曾晨園

1、江西財經(jīng)大學(xué)藝術(shù)學(xué)院 2、南昌工學(xué)院

鉛脅迫對國槐幼苗的耐性生理的影響

曾晨園12

1、江西財經(jīng)大學(xué)藝術(shù)學(xué)院 2、南昌工學(xué)院

為了探討國槐(Sophora japonica)對Pb污染土壤的耐性，采用盆栽方法研究了不同Pb含量對國槐生理指標(biāo)的影響。結(jié)果表明：國槐細胞膜透性呈不斷下降趨勢，與對照相比差異不顯著；隨著Pb脅迫濃度的增加，國槐相對電導(dǎo)率、SOD活性抗壞血酸均呈先下降后上升的趨勢，與對照處理相比差異顯著，表現(xiàn)出一定的適應(yīng)能力。為利用國槐(Sophora japonica)修復(fù)Pb污染土壤提供參考。

國槐；鉛脅迫；重金屬

由于城市化與工業(yè)化進程不斷加快，環(huán)境中的重金屬污染愈發(fā)嚴(yán)重，重金屬污染土壤的情況也十分嚴(yán)峻。國槐（Sophora japonica）是城市綠化樹和行道樹的優(yōu)良品種，具有抗逆性強、觀賞價值高、栽植范圍廣、生物量大等優(yōu)點，現(xiàn)已成為各地園林栽培中綠化樹種之一。目前關(guān)于鉛對植物生理指標(biāo)及耐性機理的研究主要以豆科草本植物為主，以木本豆科植物對重金屬耐性機理的研究較少。因此，生物量大、對環(huán)境適應(yīng)能力強的耐性植物，是修復(fù)重金屬污染土地的關(guān)鍵。本研究旨在通過不同鉛濃度處理對國槐生理指標(biāo)的影響，探討國槐在重金屬鉛脅迫下的適應(yīng)機制，為修復(fù)重金屬污染的土壤環(huán)境提供理論參考及技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料國槐種子購于江蘇省宿遷市四季種業(yè)有限公司。

試驗基質(zhì)供試土壤使用江西財經(jīng)大學(xué)麥廬園校區(qū)東部農(nóng)田園土，經(jīng)自然風(fēng)干后，過孔徑4cm篩后裝盆。

1.2 試驗方法

采用Han[1]等的方法培養(yǎng)國槐幼苗。選擇生長一致的幼苗（株高約10cm）栽植于10×15×15cm的塑料盆中，先在盆內(nèi)套好塑料袋，防止培養(yǎng)土及水溶液從盆中漏出。盆栽試驗分為5個處理：將鉛以Pb(NO3)2水溶液的形式加入基質(zhì)中，制成鉛濃度(以1kg風(fēng)干基質(zhì)中含純鉛毫克數(shù)計)為100、200、400、800 mg/kg的人工污染土壤，另設(shè)不添加污染物的基質(zhì)為對照。每處理3次重復(fù)（盆），每盆中5株幼苗。自然光照下栽培，根據(jù)土壤濕度情況，補充適量水分。處理30天后將幼苗取出，沖洗干凈，吸干表面水分后選取國槐幼苗地上和地下部鮮樣相同部位各項生理指標(biāo)進行測定。

國槐膜透性、超氧化歧化酶（SOD）活性、丙二醛（MDA）含量參考李合生的方法[2]；抗壞血酸（AsA）含量參考Kampfenkel等的方法[3]。

1.3 分析方法

試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和方差分析（ANOVA）主要利用WPS 2016和SPSS13.0分析軟件，數(shù)據(jù)的差異顯著性分析采用鄧肯氏新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度Pb脅迫對國槐細胞膜透性、丙二醛(MDA)和抗壞血酸含量（AsA）的影響

圖1 鉛脅迫對國槐相對電導(dǎo)率、丙二醛和抗壞血酸的影響

由圖1可知，隨著Pb處理濃度的增大，國槐地上部電導(dǎo)率都呈先下降后上升趨勢，在400mg/kg濃度下的達到最高水平，比對照上升了10%，其余均低于對照。國槐地下部電導(dǎo)率均低于對照，并與對照達到顯著差異，與Pb脅迫水平表現(xiàn)出顯著的負相關(guān)。其中在處理100 mg/kg濃度下，地下部電導(dǎo)率相比對照下降明顯，比對照下降25%。從差異水平上來看，在400 mg/kg、800mg/kg時與對照相比達到極顯著差異（p＜0.05）。

由圖1可看出，隨著Pb處理濃度的增加，國槐地上部分MDA含量呈不斷下降的趨勢。在800 mg/k g處理濃度下，MDA含量下降明顯，相比對照下降28%。地下部MDA隨著鉛濃度的增加而增加，在400 mg/kg處理時達到最大；在100 mg/kg、400 mg/kg處理下，MDA含量分別比列對照增加了16%、28%。

國槐地上部抗壞血酸含量在不同Pb濃度處理下，呈先下降后上升趨勢，在100 mg/kg處理濃度下降低，與對照相比下降9%，其他均比對照高，在800 mg/g處理下上升到最高，比對照增加9%。地下部抗壞血酸含量均比對照低，呈不斷下降的趨勢，在400 mg/kg處理濃度下，抗壞血酸含量達到最低。從差異水平來看，在800mg/kg時，抗壞血酸含量與對照差異達到極顯著（p＜0.05）。

2.2 不同濃度Pb脅迫對國槐植物抗氧化酶的影響

圖2 鉛脅迫對國槐植物抗氧化酶的影響

由圖2可以看出，國槐地上部SOD活性隨著Pb濃度的增加而不斷下降，在濃度400 mg/kg處理下，SOD活性最低，比對照下降11%。國槐地下部SOD活性隨Pb濃度的增加呈先下降后上升趨勢，在Pb濃度為100 mg/kg、200mg/kg，400 mg/kg的處理脅迫下，國槐的地下部分SOD活性均低于對照且逐漸遞減，在Pb處理濃度800 mg/kg時逐漸增加，接近對照值。

國槐地上部的POD活性與對照相比差異不顯著，呈不斷上升趨勢，在200 mg/kg處理濃度下達到最高，與對照相比增加78%。國槐地下部的POD活性與對照相比差異顯著（P＜0.05），各處理的酶活性均明顯高于對照，在800 mg/kg處理濃度條件下活性最高，比對照增加了72%。

3 結(jié)論

當(dāng)植物體內(nèi)的重金屬含量超出一定的限值，重金屬將對植物的生長產(chǎn)生抑制與毒害，因此，植物的生理指標(biāo)及耐性機理研究是當(dāng)今修復(fù)重金屬污染土壤的重要一環(huán)。

MDA含量的高低直接說明植物受重金屬毒害的程度。趙飛宇研究發(fā)現(xiàn)在不同濃度Pb處理條件下小葉黃楊幼苗MDA含量隨Pb離子濃度升高而上升，在Pb濃度為3000mg/kg時，MDA含量最高。本次研究發(fā)現(xiàn)，國槐葉片在不同濃度鉛處理下MAD含量不斷降低，說明植物葉片抗逆性較好，地下部MDA含量比純園土條件處理下的高很多，表明該植物根系在鉛脅迫逆境所誘導(dǎo)的氧化傷害程度大，對植物生長產(chǎn)生影響。

抗壞血酸降低表明植物體受重金屬脅迫時，植物產(chǎn)生自由基保護植物細胞膜結(jié)構(gòu)不受破壞。司衛(wèi)靜研究表明在高濃度的Pb尾礦液中添加低濃度的P肥，荷花體內(nèi)的AsA含量高于對照，有利于提高AsA的酶活性，對植物形成保護。本次研究發(fā)現(xiàn)，國槐地上部AsA含量在不同Pb濃度處理下，呈先下降后上升趨勢，在800 mg/kg處理下上升到最高，比對照增加9%。說明在Pb含量為800 mg/kg時植物不會受明顯傷害。地下部AsA含量呈不斷下降的趨勢，在400 mg/kg處理濃度下，抗壞血酸含量達到最低，說明國槐地下部分受到一定程度的脅迫。

在重金屬脅迫下，植物的抗氧化酶系統(tǒng)可保護植物細胞膜結(jié)構(gòu)，抵御重金屬毒害。顧曉涵研究表明在Pb尾礦滲出液處理下，慈姑、銅錢草和香蒲地上部分的SOD均高于對照，三種植物體內(nèi)SOD對膜系統(tǒng)具有一定的抗性保護能力。本次研究發(fā)現(xiàn)，在不同濃度的Pb處理脅迫下，國槐地上部SOD活性均低于對照，地下部SOD活性呈先下降后上升趨勢。說明國槐幼苗受到一定脅迫。國槐幼苗地上和地下部分的過氧化物酶(POD)活性基本均顯著高于對照，說明在鉛脅迫條件下國槐幼苗體內(nèi)的抗氧化酶系統(tǒng)被啟動，對國槐抗鉛脅迫有重要作用。

綜上所述，國槐幼苗在低濃度脅迫下可以通過自身調(diào)節(jié)機制來適應(yīng)重金屬對其自身的氧化脅迫；當(dāng)脅迫強度超過國槐幼苗的耐受能力時，其抗氧化酶與活性氧平衡體系被打破，自身調(diào)節(jié)能力受到抑制，生長受到抑制。

[1]韓玉林.喜鹽鳶尾鉛(Pb)脅迫耐性生理研究[J].廣西農(nóng)業(yè)生物科學(xué),2008,27(4).

[2]Kalman J,Bonnail-Miguel E,Smith B D,Bury N R, Rainbow P S.Toxicity and the fractional distribution of trace metals accumulated from contaminated sediments by the clam Scrobicularia plana exposed in the laboratory and the field[J]. Science of The Total Environment,2015,506 507:109～117.

[3]顧曉涵,韓玉林,原海燕.鉛尾礦滲出液脅迫對黃菖蒲的生長與生理的影響[J].暨南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)與醫(yī)學(xué)版),2014(03): 250～254．

曾晨園，女，1992年出生，江西贛州人，碩士，研究方向：豆科木本植物對重金屬富集及植物修復(fù)。

江西省研究生創(chuàng)新專項資金項目(201510421103)及江西財經(jīng)大學(xué)研究生院資助。