外源脯氨酸對鎳脅迫下小麥幼苗生長的影響

巴青松，張根生，張典典，李桂萍，宋運賢，陶興魁，胡玉玲，傅兆麟

(1.淮北師范大學生命科學學院/資源植物生物學安徽省重點實驗室，安徽淮北 235000；2.宿州學院生物與食品工程學院，安徽宿州 234000)

外源脯氨酸對鎳脅迫下小麥幼苗生長的影響

巴青松1，張根生1，張典典1，李桂萍1，宋運賢1，陶興魁2，胡玉玲1，傅兆麟1

(1.淮北師范大學生命科學學院/資源植物生物學安徽省重點實驗室，安徽淮北 235000；2.宿州學院生物與食品工程學院，安徽宿州 234000)

脯氨酸；鎳脅迫；活性氧代謝；小麥

鎳是植物必需的一種微量元素，同時也是重金屬污染物[1]。過量的鎳進入土壤后，會在土壤中富集，抑制植物生長；進入植物體的鎳還可通過食物鏈直接或間接危害人體健康[2]。研究發(fā)現(xiàn)，植物的許多金屬毒害均與活性氧代謝平衡被破壞而引起的活性氧大量積累密切相關，從活性氧代謝角度研究鎳脅迫下植物的生理變化，可能有利于揭示植物鎳中毒的生理機制。脯氨酸(Pro)是有效的有機滲透調節(jié)物質，可與重金屬形成絡合物，降低金屬離子的活性[3]；還可以清除細胞內活性氧(Reactive oxygen species，ROS)以維持膜結構的穩(wěn)定，緩解氯化鈉和鎘脅迫對植物的影響[4-5]。關于外源脯氨酸對鎳脅迫下小麥幼苗根系生長和活性氧代謝的影響還少見報道。因此，本試驗抑研究鎳脅迫下，外源Pro對小麥幼苗根系生長和活性氧代謝的影響，為揭示植物鎳中毒生理機制、提高作物產量及品質提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與設計

供試材料為小麥品種輪選988。

取均勻、飽滿種子，0.1%HgCl2消毒后，清水浸泡24 h，平鋪在放有濾紙的培養(yǎng)皿上。于25 ℃、200 μmol·m-2·s-1光照強度、光暗比12/12的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，每天加入適量去離子水。水培一周后，用體積相同含有100 μmol·L-1NiSO4和不同濃度脯氨酸(0、1、2.5、5、7.5、10、15、12.5、15和20 mmol·L-1)的溶液分別培養(yǎng)，分別記作T0、T1、T2.5、T5、T7.5、T10、T12.5、T15和T20，以蒸餾水培養(yǎng)的為對照(CK)。每天更換一次處理液，每個處理30株幼苗，每個處理3次重復，處理7 d后進行各項指標的測定。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 小麥幼苗生長指標的測定

處理7 d后，隨機取30株小麥幼苗，測定其株高、根長、根鮮重和根干重。

1.2.2 小麥幼苗根系生理指標的測定

1.3 數(shù)據分析

采用SPASS 19.0和 Sigma Plot 10.0軟件分別進行統(tǒng)計分析和作圖。

2 結果與分析

2.1 外源Pro對鎳脅迫下小麥植株生長指標的影響

由表1可以看出，外源Pro對Ni2+脅迫小麥幼苗的生長有顯著影響，隨外源Pro濃度的升高，小麥幼苗的形態(tài)指標呈先上升后下降的趨勢，以T5處理效果最好。T5和T0處理相比較，根長、株高、鮮重和干重分別提高了24.8%、12.5%、16.0%、20.0%，均有顯著差異。說明5 mmol·L-1外源Pro對100 μmol·L-1NiSO4脅迫小麥幼苗的生長有明顯促進作用，可有效緩解鎳對小麥幼苗生長的毒害程度。

2.2 外源Pro對鎳脅迫下小麥根系抗氧化酶活性的影響

由表2可知，T5處理下，小麥根系四種被測抗氧化酶的活性較單獨Ni2+處理均顯著提高。SOD、POD、APX和CAT酶活分別升高了54.30%、43.00%、13.08%和67.67%。由此可見，5 mmol·L-1外源Pro可以提高小麥幼苗中上述四種酶的活性，緩解鎳脅迫對小麥幼苗的毒害程度。

表1 外源Pro對鎳脅迫下小麥植株生長指標的影響

同列數(shù)據后不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

Different letters following data mean significant difference among different treatments at 0.05 level.The same below.

表2 外源Pro對鎳脅迫下小麥根系SOD、 POD 、CAT、APX活性的影響

圖柱上不同字母表示處理間差異顯著。下同。

Different letters above columns mean significant difference among different treatments at 0.05 level.The same below.

2.4 外源Pro對鎳脅迫下小麥根系可溶性糖、游離Pro含量的影響

由圖3、4可以看出，單獨Ni2+脅迫下，小麥幼苗根系可溶性糖和游離脯氨酸含量與對照相比，分別增加了34.18%和200.60%，差異顯著。T5處理后，與單獨Ni2+脅迫比較，小麥幼苗可溶性糖和游離脯氨酸的含量下降了36.86% 和42.38%，差異顯著?？扇苄蕴堑暮炕净謴椭翆φ账?。說明鎳脅迫下5 mmol·L-1外源Pro可有效調控根系滲透調節(jié)能力。

圖2 外源Pro對鎳脅迫下小麥幼苗H2O2含量的影響

2.5 外源Pro對鎳脅迫下小麥根系MDA含量的影響

由圖5知， Ni2+脅迫下，小麥幼苗MDA含量與CK相比上升了47.83%，差異顯著。說明過量的Ni2+可導致小麥根系過氧化損傷加重。5 mmol·L-1Pro處理后，與單獨Ni2+脅迫比較，小麥幼苗MDA的含量下降了32.35%，差異顯著，基本恢復至正常水平。由此可見，5 mmoL·L-1外源Pro處理，具有降低小麥根系細胞膜脂過氧化作用，可有效緩解根系Ni2+脅迫。

2.6 外源Pro對鎳脅迫下小麥幼苗根系活力的影響

圖6表明，與CK比較，Ni2+處理小麥根系活力下降了91.57%，差異顯著；外施5 mmol·L-1Pro后，小麥幼苗的根系活力升高了233.83%，差異顯著。

圖3 外源Pro對鎳脅迫下小麥幼苗可溶性糖含量的影響

圖4 外源Pro對鎳脅迫下小麥幼苗游離Pro含量的影響

3 討 論

高濃度Ni2+處理能夠降低小麥根系鮮重和根長度，抑制幼苗生長[16]。小麥中Pro以游離狀態(tài)存在，非生物脅迫下，植物體內源Pro含量有明顯的變化[17-18]。研究發(fā)現(xiàn),外施Pro能夠提高鹽脅迫下植物的生長能力[19]。本試驗結果表明，5 mmol·L-1外源Pro可顯著提高小麥Ni2+脅迫下的根長、株高和根重，說明外源Pro可以緩解小麥Ni2+脅迫。

圖5 外源Pro對鎳脅迫下小麥幼苗MDA含量的影響

圖6 外源Pro對鎳脅迫下小麥根系活力的影響

可溶性糖是植物體內的滲透調節(jié)物質，可以增強植物細胞內環(huán)境的穩(wěn)定性，在逆境條件下可顯著積累，以調節(jié)細胞滲透壓，增強植物適應環(huán)境的能力[22]。外源Pro可提高Ni2+脅迫下小麥根系的可溶性糖含量，提高小麥的抗性。楊居榮等[23]研究發(fā)現(xiàn),抗性高的黑小麥和玉米在鎘脅迫下，可溶性糖含量變化較小?？剐韵鄬^弱的黃瓜、大豆中的可溶性糖含量在鎘脅迫下顯著降低[24]。這些結果的差異可能與重金屬的種類、供試材料及測定的時期有關。

外源Pro對小麥Ni2+脅迫下抗逆能力增強、緩解Ni2+對小麥根系毒害作用的更多機理，還有待更進一步的研究。

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Effect of Exogenous Proline on the Growth of Wheat Seedling under Nickel Stress

BA Qingsong1,ZHANG Gensheng1,ZHANG Diandian1,LI Guiping1,SONG Yunxian1,TAO Xingkui2,HU Yulin1,FU Zhaolin1

(1.College of Life Science,Huaibei Normal University,Anhui Key Laboratory of Plant Resources and Biology，Huaibei,Anhui 235000,China; 2.College of Biological and Food Engineering，Suzhou University,Suzhou,Anhui 234000,China)

Proline; Nickel stress; Reactive oxygen metabolism; Wheat

時間：2017-05-12

2016-07-14

2016-09-01

安徽省高等學校省級自然科學研究項目(KJ2014B19；KJ2016A624；KJ2013A232)；淮北師范大學博士科研啟動基金項目(15600971)；宿州學院特色種植業(yè)苗種生產工程技術研究中心開放課題(2014XKF19)；安徽省自然科學基金項目(1708085QC62)；安徽省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃項目(201610373081)

E-mail：baqs1234@163.com

S512.1；S311

A

1009-1041(2017)05-0700-05

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