鎘脅迫對(duì)野生龍葵抗逆指標(biāo)的影響

陳鳳清　張紫瑤　馮鈺益

摘要：以吉林西部野生龍葵（Solanum nigrum L.）為試驗(yàn)材料，研究鎘脅迫對(duì)野生龍葵抗逆指標(biāo)的影響。結(jié)果表明，在高濃度鎘脅迫下，野生龍葵葉片中脯氨酸和丙二醛的含量都明顯增加；野生龍葵葉片中超氧化物歧化酶（SOD）的活性變化隨鎘脅迫濃度的增大呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)；在高濃度CdCl2（200 mg/kg）脅迫下，野生龍葵葉片中過氧化物酶（POD）活性明顯提高；在高濃度鎘脅迫下，野生龍葵葉片中過氧化氫酶（CAT）活性降低。

關(guān)鍵詞：鎘脅迫；野生龍葵（Solanum nigrum L.）；丙二醛；脯氨酸；抗氧化酶

中圖分類號(hào)：S567.21+9；Q945.78 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2017）11-2076-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.11.020

Abstract： Taking wild Solanum nigrum L. from the west of Jilin as material，the effects of cadmium stress on physiological anti-adversity indexes of S. nigrum L. were studied. The results showed that the proline content and MDA content obviously increased under the stress of high concentration of cadmium； the SOD activity presented unstable state with the increase of Cd concentration； under the stress of 200 mg/kg CdCl2， POD activity was significantly increased； CAT activity decreased under high concentration of cadmium stress.

Key words： cadmiumstress； wild Solanum nigrum L.； malondialdehyde； proline； antioxidase

1977年新西蘭科學(xué)家Brooks等[1]提出超富集植物的概念，隨后，Baker等[2]定義了重金屬超富集植物，即能超量吸收重金屬并將其運(yùn)送至地表層，甚至能達(dá)到比普通植物累積效果超100倍的重金屬。重金屬種類不同，其超富集植物也大不相同。鎘（Cd）超富集植物有很多。Cd不是植物生長必需的微量元素，但卻是環(huán)境中毒性最強(qiáng)的重金屬元素之一，其生物遷移性很強(qiáng)，對(duì)動(dòng)植物都有較大的毒性。更為嚴(yán)重的是，Cd在土壤中的大量積累，可以通過植物吸收經(jīng)食物鏈危及人類的健康[3]。近年來，由于公眾對(duì)環(huán)境問題意識(shí)的提高，重金屬污染受到越來越多的關(guān)注[4]。土壤中Cd超過一定濃度時(shí)不僅對(duì)自然和人為環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生毒害作用，而且還會(huì)對(duì)土壤生物學(xué)過程產(chǎn)生負(fù)面影響[5]。

龍葵（Solanum nigrum L.）是一種新發(fā)現(xiàn)的超富集鎘植物[6]，在龍葵植株體內(nèi)鎘的含量分布情況，大致呈現(xiàn)出葉片>莖>根>子實(shí)的基本特征[7]。為此，本文以吉林西部的野生龍葵為研究對(duì)象，通過研究在不同鎘濃度脅迫下的龍葵植株葉片中丙二醛（MDA）、脯氨酸含量以及幾種抗氧化酶活性的變化，探討鎘脅迫下龍葵的生理響應(yīng)機(jī)制，以期為龍葵生態(tài)修復(fù)鎘污染土壤提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)土壤取自白城師范學(xué)院校園，野生龍葵種子采自白城師范學(xué)院試驗(yàn)田。

考馬斯亮藍(lán)G-250、硫代巴比妥酸、CdCl2、愈創(chuàng)木酚等試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 試驗(yàn)方法

取白城師范學(xué)院的校園土，2 mm過篩，風(fēng)干，拌入CdCl2溶液。使土壤CdCl2濃度分別為0（CK）、5、10、25、50、100、200 mg/kg，共7個(gè)處理，每處理3次重復(fù)，裝入花盆內(nèi)，盆栽龍葵。生長6個(gè)月后，取葉片備用，進(jìn)行各指標(biāo)的測定。

1.3 測定項(xiàng)目

葉片丙二醛含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、過氧化物酶（POD）活性的測定參照文獻(xiàn)[8]進(jìn)行；葉片脯氨酸含量、過氧化氫酶（CAT）活性的測定參照文獻(xiàn)[9]進(jìn)行。各指標(biāo)測定結(jié)果均以鮮重計(jì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 鎘脅迫對(duì)野生龍葵葉片MDA含量的影響

鎘脅迫對(duì)野生龍葵葉片MDA含量的影響見圖1。從圖1可以看出，與對(duì)照相比，當(dāng)CdCl2濃度為5、10 mg/kg時(shí)，葉片MDA含量降低；CdCl2濃度為25、50 mg/kg時(shí)，葉片MDA含量略有升高；CdCl2濃度為100 mg/kg時(shí)，葉片MDA含量又降低；當(dāng)CdCl2濃度為200 mg/kg時(shí)，葉片MDA含量大幅度增加。總之，每千克土壤施入5～200 mg CdCl2后，葉片MDA含量呈增加趨勢（100 mg/kg例外）。

Hendny等[10]提出鎘對(duì)植物的作用是誘發(fā)高活性自由基，自由基是導(dǎo)致膜脂過氧化的主要原因，而劉莉[11]提出MDA含量高低是細(xì)胞膜損傷與否的重要標(biāo)志。由圖1可以看出，在高濃度鎘脅迫下MDA含量增加，說明過高濃度的鎘脅迫使野生龍葵體內(nèi)氧自由基明顯積累，誘發(fā)并加劇膜脂過氧化作用，從而使MDA大量積累。

2.2 鎘脅迫對(duì)野生龍葵葉片脯氨酸含量的影響

鎘脅迫對(duì)野生龍葵葉片脯氨酸含量的影響見圖2。從圖2可以看出，在土壤CdCl2濃度為10～200 mg/kg時(shí)，葉片脯氨酸含量均高于對(duì)照；隨土壤鎘濃度的增加，龍葵葉片脯氨酸含量呈先上升后下降的趨勢，峰值出現(xiàn)在CdCl2濃度為50～100 mg/kg之間。脯氨酸是植物體內(nèi)一個(gè)重要的抗逆指標(biāo)，也是植物體內(nèi)一種理想的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。本研究中，鎘脅迫下，龍葵脯氨酸含量增加，促進(jìn)了細(xì)胞內(nèi)脯氨酸對(duì)膜的滲透調(diào)節(jié)，這有助于龍葵葉綠素和可溶性糖的增加，使龍葵光合作用加強(qiáng)，由此反映出龍葵對(duì)鎘的抗性增強(qiáng)。

2.3 鎘脅迫對(duì)野生龍葵葉片SOD活性的影響

鎘脅迫對(duì)野生龍葵葉片SOD活性的影響見圖3。從圖3可以看出，野生龍葵葉片中SOD活性隨鎘脅迫濃度的增加呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)。這不能否定龍葵作為超富集鎘植物的可靠性，可能是由于鎘處理導(dǎo)致龍葵植株體內(nèi)的營養(yǎng)元素吸收紊亂，而恰好影響了SOD的活性。

2.4 鎘脅迫對(duì)野生龍葵葉片POD活性的影響

鎘脅迫對(duì)野生龍葵葉片POD活性的影響見圖4。圖4結(jié)果表明，鎘脅迫使野生龍葵植株P(guān)OD活性增高。在高濃度CdCl2（200 mg/kg）的脅迫下，龍葵葉片POD的活性增加最明顯。說明龍葵體內(nèi)的POD對(duì)高濃度鎘脅迫起到了較強(qiáng)的抗逆作用，這也進(jìn)一步驗(yàn)證了龍葵超富集鎘的能力。

2.5 鎘脅迫對(duì)野生龍葵葉片CAT活性的影響

鎘脅迫對(duì)野生龍葵葉片CAT活性的影響見圖5。從圖5可以看出，隨著鎘脅迫濃度的增大，龍葵葉片CAT活性先增大后減小。由此可以看出，在高濃度鎘脅迫下龍葵葉片中CAT活性降低，說明龍葵葉片中CAT對(duì)高濃度鎘脅迫具有較弱的抗逆性。這可能是由于龍葵本身的富集鎘能力存在一定的局限性，在高濃度鎘脅迫下呈現(xiàn)CAT活性下降的現(xiàn)象。

3 小結(jié)與討論

試驗(yàn)結(jié)果表明，野生龍葵在一定濃度的鎘脅迫下具有抗逆性，但龍葵對(duì)鎘的富集能力存在一定的限度，一旦超過富集限度，龍葵的生理反應(yīng)就會(huì)受到一定的傷害。脯氨酸含量和MDA含量在高濃度的鎘脅迫下都明顯增加。脯氨酸含量增加說明龍葵中的脯氨酸確實(shí)具有較強(qiáng)的抗逆性，在逆境條件下積累的脯氨酸可維持細(xì)胞膜正常功能，有助于細(xì)胞正常代謝，從而提高龍葵的抗逆性；MDA含量增加說明當(dāng)龍葵植株中鎘過量時(shí)，超過了龍葵“防御系統(tǒng)”的富集能力，使膜脂過氧化加劇，導(dǎo)致MDA大量積累，這說明龍葵對(duì)鎘的富集存在一定的限度。

而在龍葵葉片中SOD活性隨著鎘脅迫濃度的增大呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，這不能否定龍葵作為超富集鎘植物的可靠性，可能是由于鎘處理導(dǎo)致龍葵植株體內(nèi)的營養(yǎng)元素吸收紊亂而恰好影響了SOD的活力。在高濃度CdCl2（200 mg/kg）的脅迫下，POD的活性明顯增大，說明龍葵中的POD對(duì)鎘具有較強(qiáng)的抗逆性。葉片中CAT活性在高濃度的鎘脅迫下降低，說明龍葵中CAT對(duì)高濃度鎘具有較弱的抗逆性，也進(jìn)一步說明龍葵對(duì)鎘的富集能力存在一定的限度。因此，SOD、POD、CAT活性以及MDA和脯氨酸的含量可作為龍葵抗逆性篩選的依據(jù)。

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