鉛脅迫對白芨苗生理特性的影響

趙淑玲，陳 強，王讓軍，黃兆輝，王一峰，周詳云

(1.隴南師范高等專科學(xué)校 生化系,甘肅 成縣 742500; 2.隴南特色農(nóng)業(yè)生物資源研究開發(fā)中心,甘肅 成縣 742500; 3.文縣禾康有限公司,甘肅 文縣 746400)

鉛脅迫對白芨苗生理特性的影響

趙淑玲1,2，陳 強1,2，王讓軍1,2，黃兆輝1,2，王一峰1,2，周詳云3

(1.隴南師范高等?？茖W(xué)校 生化系,甘肅 成縣 742500; 2.隴南特色農(nóng)業(yè)生物資源研究開發(fā)中心,甘肅 成縣 742500; 3.文縣禾康有限公司,甘肅 文縣 746400)

用白芨苗為材料，研究不同體積分數(shù)Pb2+溶液(12.5、25、50、100 mg/L)對白芨苗生理活性的影響.結(jié)果：隨Pb2+體積分數(shù)的增加，白芨苗葉片中脯氨酸(Pro)含量呈上升趨勢，葉綠素和類胡籮卜素含量總體下降，過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)活性先上升后下降，表明白芨苗對一定體積分數(shù)(0～50 mg/L)的鉛脅迫有一定的抗逆性.

鉛脅迫； 白芨；脯氨酸；葉綠素；類胡蘿卜素;CAT；POD；SOD

鉛是常見的重金屬之一[1]，自然環(huán)境中的鉛含量并不是很高，但鉛及含鉛制品在日常生活中用途很廣，如在礦物開采、添加劑、蓄電池制作、工業(yè)冶煉、建筑材料等方面有大量的應(yīng)用[2].鉛不是人體和植物的必需礦質(zhì)元素，但鉛一旦進入到植物體內(nèi)，有一定的累積性[3]，大量的鉛被植物吸收后會對植物產(chǎn)生毒害，植物的新陳代謝受到阻礙，嚴重時導(dǎo)致植物死亡[4].鉛在環(huán)境中不易被分解，能隨食物鏈進入到人體，使人體的神經(jīng)系統(tǒng)功能、血紅素的合成以及消化泌尿系統(tǒng)等都會受到危害，導(dǎo)致貧血、智力下降、記憶力減退、免疫力低下等疾病[2]，鉛被認為是兒童健康的的頭號殺手，鉛中毒事件屢有發(fā)生.據(jù)2002年資料報道，我國的廣州、太原、蘭州等地的工業(yè)園區(qū)、交通干線附近聚集區(qū)血鉛含量均超過100 μg/L(目前國內(nèi)外的標準：血鉛含量≥100 μg/L可視為鉛中毒)，全國大約有42.2%的城鄉(xiāng)兒童血鉛水平處于亞臨床中毒狀態(tài)[5]，近年來，隨公民科學(xué)素養(yǎng)的提高和環(huán)境治理的進步，鉛中毒現(xiàn)象呈下降趨勢[6-7].

白芨(Bletillastriata)，植株高18～60 cm.假鱗莖扁球形，上面具荸薺似的環(huán)帶，葉片4～6枚，狹長圓形或披針形，葉基部收狹成鞘并抱莖.花序具3～10朵花，花大，紫紅色或粉紅色；花期4～5月，產(chǎn)陜西南部、甘肅東南部等地[8].白芨體內(nèi)有多種化學(xué)成分：聯(lián)芐類、菲類、糖苷類[9]、甾體化合物、葡萄糖、淀粉、揮發(fā)性油、甘露聚糖、花色素等[10].白芨是中國的傳統(tǒng)中藥材，清《神農(nóng)本草經(jīng)》[11]就有記載，民間常用于止血、抗菌等.近年來，通過大量的動物、人體等的各種病理試驗，試驗顯示，白芨的有效成分在止血、促進傷口愈合、抗腫瘤(食道癌、胃癌、腎臟腫瘤、宮頸癌、肝癌)、抗衰老、提高免疫系統(tǒng)等方面有其一定的效果[12-14].

白芨因其具有較高的藥用和觀賞價值，日益受到關(guān)注.近年來，社會對白芨的需求逐年增加，但自然界生長的白芨數(shù)量有限，人類的大肆采收、挖掘造成白芨野生資源日益減少，白芨已被列入國家瀕危中藥材之一[15].白芨種子繁殖能力較弱，對生長環(huán)境要求高，限制了白芨的人工栽培，目前市場上主要以野生白芨為主，尚沒有大規(guī)模的人工栽培[16]，其繁育植株依賴于植物組織培養(yǎng).本試驗以白芨組培苗為材料，采用水培的方法，用Pb2+溶液處理，觀察白芨苗的超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)等生理指標的變化，試圖為白芨在不同環(huán)境下人工栽培提供一定的理論支持.

1 試驗材料與方法

1.1材料

白芨苗由甘肅文縣禾康有限公司提供.

1.2方法

1.2.1 試驗設(shè)計 將生長4個月的白芨組培苗從瓶中取出，挑選生長較為一致的苗子，洗凈根部，定植在專用海綿上，置于含1/8 Hongland溶液的容器中，培養(yǎng)15 d，待白芨苗生長穩(wěn)定后，選取3葉1心的苗子，分別用1/8 Hongland配制的[17]含Pb2+體積分數(shù)為12.5、25、50、100 mg/L的溶液進行處理，每一處理做3個重復(fù)，每天視情況補充相應(yīng)濃度的Pb2+溶液，以1/8 Hongland溶液處理為對照.白芨苗放置在隴南師范高等?？茖W(xué)校智能溫室中，培養(yǎng)條件為：光照12 h/d、平均溫度20 ℃、濕度70% RH、光照強度36 μmol·m-2·s-1、CO2摩爾濃度27 mmol.培養(yǎng)7 d后測定SOD、CAT、POD、Pro等生理指標.

圖1 白芨苗葉綠素及類胡蘿卜素含量(FW)Fig.1 Content of cholorophy ll and carotenoid of Bletilla striata

1.2.2 生理指標測定 葉綠素含量、SOD、POD、脯氨酸(Pro)測定參照王學(xué)奎方法[18]；SOD用NBT還原法；CAT測定參照張志良方法[19].實驗數(shù)據(jù)用SPSS 18處理，用Origin 8軟件做圖.

2 結(jié)果與分析

2.1 Pb2+脅迫對白芨苗葉綠素含量的影響

圖2 白芨苗體內(nèi)POD、SOD 、CAT活性影響Fig.2 Effects of different concentrations of Pb2+ on POD、SOD and CAT activities of Bletilla striata

葉綠素和類胡蘿卜素是高等植物的光合色素.在Pb2+脅迫試驗中，Pb2+溶液的體積分數(shù)為25 mg/L時，葉綠素總量、類胡蘿卜素均高于對照組，隨后下降，但總體呈下降趨勢，如圖1.可能是在一定的范圍的重金屬鉛脅迫下，白芨苗激活了植物體內(nèi)的防御機制來減輕外來脅迫的傷害作用，但當(dāng)重金屬的體積分數(shù)持續(xù)增加，超過白芨苗的閾值時，其防御功能逐漸降低，光合色素合成減少[20].類胡蘿卜素在Pb2+體積分數(shù)為25 mg/L時最高，與對照組相比，總體值變化幅度不大(Pgt;0.05).推測，白芨苗體內(nèi)類胡蘿卜素對Pb2+的脅迫反應(yīng)較為遲緩.

2.2 Pb2+脅迫對白芨苗SOD、POD、CAT活性的影響

由圖2可知， POD、SOD、CAT的活性隨Pb2+體積分數(shù)的增加，其活性先升高再降低，POD、SOD的活性在Pb2+在體積分數(shù)為12.5 mg/L、CAT的活性分別在Pb2+在體積分數(shù)為25 mg/L時達到最高，分別是對照組133%、137%和214%，總體來看，Pb2+在體積分數(shù)為在0～100 mg/L范圍內(nèi)，POD、SOD、CAT活性先上升后下降.表明，白芨苗遭受外來Pb2+脅迫時，在較低體積分數(shù)的鉛脅迫時，植物通過調(diào)節(jié)、激活體內(nèi)抗氧化酶系統(tǒng)的活性對逆境產(chǎn)生一定的抵御行為[21].

2.3 Pb2+脅迫對白芨苗Pro含量的影響

Pro是植物細胞的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，其含量的高低能反映植物受脅迫的程度.由圖3可知，白芨苗體內(nèi)的Pro含量隨Pb2+體積分數(shù)增加先升高后下降，總體呈上升趨勢.在Pb2+體積分數(shù)50 mg/L時,Pro含量達到最高，是對照組的201.2%，與對照相比較，差異顯著(Plt;0.05).

圖3 白芨苗Pro含量(FW)Fig.3 Pro content of Bletilla striata

3 討論

試驗中，分別用不同體積分數(shù)的Pb2+脅迫白芨苗，發(fā)現(xiàn)，隨Pb2+脅迫體積分數(shù)的增高，白芨苗體內(nèi)的葉綠素含量、類胡蘿卜素的含量均先升高，其中葉綠素含量在Pb2+體積分數(shù)為25 mg/L時達到最高值，變化較明顯，類胡蘿卜素在Pb2+體積分數(shù)為25 mg/L時最高，與對照組相比，變化不大.總體來看，在外來重金屬Pb2+脅迫下，葉綠素及類胡蘿卜素含量下降.研究表明，植物的根系對鉛離子有吸收能力，鉛離子能隨礦質(zhì)的運輸從根到達植物體的莖、葉等器官，鉛脅迫對植物的生長影響較大，鉛脅迫在較低的體積分數(shù)時，對植物的生長有一定的促進作用，但當(dāng)鉛體積分數(shù)持續(xù)增大時，植物的光合效率、強度等均下降[22].推測，植物的葉綠素、類胡蘿卜素的在較低體積分數(shù)的Pb2+脅迫范圍內(nèi)(Pb2+≤25 mg/L)，對白芨苗的生長有促進作用，但在重金屬持續(xù)脅迫下，鉛離子脅迫會使植物葉綠體會發(fā)生一系列的變化，葉綠體膜系統(tǒng)遭到破環(huán)[23]，阻礙葉綠體的合成[24]，同時，當(dāng)有較大體積分數(shù)Pb2+脅迫植物時，Pb2+能與DNA分子中的磷酸根絡(luò)合，導(dǎo)致DNA分子構(gòu)象發(fā)生變化[25]，葉綠體有自身的DNA，是半自主性細胞器，DNA的構(gòu)象變化，必然會對其合成產(chǎn)生影響，葉綠體數(shù)量減少，對植物正常的生長、發(fā)育造成阻礙.

Pro是植物體內(nèi)很重要的滲透調(diào)節(jié)物，當(dāng)植物受到外界不良環(huán)境如高溫、干旱、冷凍害、重金屬脅迫時，其含量往往升高.邱念偉[26]試驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)植物遭受高鹽脅迫時，添加100～800 mmol的Pro能顯著保護光合作用的光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)，Pro對植物的光合作用系統(tǒng)有一定的積極作用.在本試驗中， Pb2+體積分數(shù)在0～50 mg/L范圍內(nèi)，Pro含量升高， Pb2+體積分數(shù)超過50 mg/L 時，Pro開始下降.推測，在較低體積分數(shù)的鉛脅迫范圍內(nèi)，Pro的積累對植物起到保護作用，白芨苗對較低體積分數(shù)Pb2+的有一定的抗性.

POD、SOD 、CAT是植物體內(nèi)的重要抗氧化系統(tǒng).植物體內(nèi)的活性氧(ROS)主要有過氧化氫(H2O2)、單線態(tài)氧(1O2)、羥自由基(·OH)、超氧陰離子(O2-)自由基等.正常情況下，植物體活性氧的產(chǎn)生和清除處于一個動態(tài)平衡狀態(tài)[27]，當(dāng)植物遭受外來脅迫時，這種平衡被打破，ROS不能及時清除，ROS不穩(wěn)定，積累過多時，攻擊細胞膜結(jié)構(gòu)，對生物膜系統(tǒng)造成脫脂化及細胞膜的傷害[28]；導(dǎo)致植物體內(nèi)環(huán)境發(fā)生改變，使酶活性發(fā)生變化如降低、失活等，還會造成核酸損傷[29].

在本試驗中，白芨苗葉綠素、SOD 、POD活性在0～25 mg/L、CAT活性在0～50 mg/L濃度范圍內(nèi)，其活性和含量均上升，與彭誠[30]、趙淑玲等[31]研究結(jié)果相同.推測，白芨苗對一定的體積分數(shù)Pb2+脅迫時，植物體內(nèi)的抗ROS系統(tǒng)、滲透調(diào)節(jié)滲透機制先后積極應(yīng)對，以抵御外界不良環(huán)境，使白芨苗有一定的抗逆性，但當(dāng)脅迫加強，植物體的酶系統(tǒng)、膜系統(tǒng)遭到破壞，光合作用能力下降，過氧化氫(H2O2)、單線態(tài)氧(1O2)、羥自由基(·OH)、超氧陰離子(O2-)等大量積累，最終導(dǎo)致植物代謝紊亂，阻礙植物的生長[30].

綜合以上生理指標的測定，可以看出，白芨苗對Pb2+體積分數(shù)0～50 mg/L的脅迫時表現(xiàn)出一定的抗逆性，Pb2+體積分數(shù)超過50 mg/L時，植物的代謝活動受到阻礙，植物生理活動不能正常進行.

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責(zé)任編輯：高山

EffectofPb2+StressonPhysiologicalandBiochemicalCharacteristicsofBletillastriata

ZHAO Shuling1,2,CHEN Qiang1,2,WANG Rangjun1,2,HUANG Zhaohui1,2，WANG Yifeng1,2，ZHOU Xiangyun3

(1.Department of biology and chemistry,Longnan teachers’ college,Chengxian 742500,China；2.Center for Research amp; Development of Longnan Characteristic Agro-Bioresource，Chengxian 742500,China；3.Wenxian Grain co.,LTD,Wenxian 746400,China)

TakingBletillastriataseedlings as materials,we studied the effect of on the physiological and biochemical activity of Pb2+of different volume fractions(12.5,25,50 and 100 mg/ L)on theBletillastriataseedlings.The result showed that with the increase of Pb2+volume fraction,the content of Proline(Pro)increased and the contents of chlorophyll and carotenoid decreased.The activity of superoxide dismutase(SOD),catalase(CAT)and peroxidase(POD)tended to increase firstly and then decrease with the increase of Pb2+volume fraction.It indicated that theBletillastriataseedling is resistant to Pb2+stress in a certain volume fraction(0～50 mg/L).

Pb2+stress;Bletillastriata;Proline;chlorophyll;carotenoid;CAT;POD;SOD

2017-08-23.

隴南市科技局科技指導(dǎo)性項目(2016-18)；甘肅省委組織部隴原青年創(chuàng)新人才扶持計劃(2015-13).

趙淑玲(1968-)，女，碩士，副教授，主要從事植物生理的研究.

1008-8423(2017)04-0379-04

10.13501/j.cnki.42-1569/n.2017.12.005

S643.4

A