四個(gè)燕麥品種對(duì)鍶耐受性的比較研究

亓琳，楊瑩博，王曉凌，趙威

(1.河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南 洛陽 471023；2.蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院， 草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730000)

四個(gè)燕麥品種對(duì)鍶耐受性的比較研究

亓琳1*，楊瑩博2，王曉凌1，趙威1

(1.河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南 洛陽 471023；2.蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院， 草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730000)

為探明燕麥對(duì)鍶的富集能力和耐受機(jī)制，選取了4個(gè)燕麥品種(本德、白燕2號(hào)、白燕7號(hào)和定莜6號(hào))，施加不同濃度鍶(0、25、100、500和1000 mg/kg)處理30 d，分析燕麥對(duì)鍶的富集和分配特征、生長(zhǎng)指標(biāo)、丙二醛(MDA)含量以及超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)活性。結(jié)果顯示：1)燕麥幼苗的根部和地上生物量都隨著土壤中鍶濃度的升高呈先增加后降低的趨勢(shì)；2)各器官的富集濃度隨著土壤中鍶濃度的升高而增加，并表現(xiàn)為葉>根>莖。轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)隨著土壤中鍶濃度的升高而降低，在1000 mg/kg時(shí)小于1，而在其他鍶處理中均大于1。本德在25 mg/kg時(shí)的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)最高(2.026)；3)高濃度鍶增加了燕麥的MDA含量并抑制了POD活性，而SOD活性隨著鍶濃度增加而升高。結(jié)果表明，燕麥的根、莖、葉均能積累鍶，葉片的富集能力最強(qiáng)。4個(gè)燕麥品種具有鍶超富集植物的特征。低濃度鍶可以誘導(dǎo)燕麥中抗氧化酶活性的增強(qiáng)，促進(jìn)其生長(zhǎng)；高濃度鍶處理中SOD和CAT在清除活性氧中發(fā)揮重要作用。綜合評(píng)價(jià)，本德可用于治理鍶輕度污染地區(qū)，而定莜6號(hào)可用于治理鍶重度污染地區(qū)，為燕麥用于鍶污染地區(qū)的植物修復(fù)提供理論依據(jù)。

燕麥；鍶；富集；抗氧化酶活性

放射性核素鍶-90(90Sr)是核工業(yè)活動(dòng)和核電站事故的主要污染物之一，為235U和239Pu的裂變產(chǎn)物[1]。90Sr的半衰期為28.79年，是一種重要的長(zhǎng)壽命、高毒類核素。環(huán)境中的90Sr通過大氣沉降、降水或灌溉匯入土壤[2]。由于土壤中90Sr的遷移能力相對(duì)較弱，最終土壤中90Sr的濃度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于大氣和水體環(huán)境[3]。放射性核素并不易被生物降解，被植物根部吸收后通過食物鏈進(jìn)入人體。由于90Sr的化學(xué)形態(tài)和其同族元素鈣十分相似，為一種典型的親骨性元素，可沉積在含鈣的骨組織中并滯留多年，對(duì)人體的危害極大[4]。因此，面臨嚴(yán)峻的放射性核素土壤污染形勢(shì)，開展90Sr污染土壤的修復(fù)研究十分必要。放射性核素污染土壤的植物修復(fù)是一種經(jīng)濟(jì)有效、環(huán)境友好的修復(fù)方式。Negri等[5]比較了植物修復(fù)3H、235U、239Pu、137Cs和90Sr污染土壤的效果，結(jié)果顯示富集核素的能力與植物類型有關(guān)。谷類作物富集90Sr的濃度相差2～4倍，而大田作物的差別則達(dá)到27倍[6]。理想的修復(fù)植物應(yīng)該具有以下特點(diǎn)：1)耐受有害重金屬；2)地上部分富集能力強(qiáng)；3)生長(zhǎng)速度快；4)生物量大；5)大根系。在某些情況下，較高的地上生物量可以彌補(bǔ)較低的地上富集濃度[7]。因此，一些能夠富集重金屬的作物品種被用于植物修復(fù)。水稻(Oryzasativa)、玉米(Zeamays)和高粱(Sorghumbicolor)的地上部分能夠富集鍶[8]。反枝莧(Amaranthusretroflexus)地上部分富集90Sr的濃度低于印度芥菜(Brassicajuncea)和寬葉菜豆(Phaseolusacutifolius)，但由于反枝莧的生物量較大，其地上部分富集的90Sr總量高于印度芥菜和寬葉菜豆[9]。

植物體內(nèi)積累鍶之后，往往表現(xiàn)出受害癥狀。在形態(tài)上主要是幼苗和根的生長(zhǎng)受到抑制[10]。葉片失綠，植物的干重下降。生理生化方面則表現(xiàn)為葉綠素的含量大幅度下降，光合作用降低，細(xì)胞膜嚴(yán)重受損[11-13]。植物會(huì)在有氧呼吸和光合作用電子傳遞時(shí)產(chǎn)生具有氧化性質(zhì)的自由基。自由基的存在會(huì)使植物中蛋白質(zhì)和生物大分子變性，導(dǎo)致細(xì)胞膜受損，破壞細(xì)胞功能[14]。而對(duì)此，植物本身進(jìn)化出了可以清除自由基的抗氧化酶系統(tǒng)，主要包括超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、過氧化物酶(peroxidase，POD)和過氧化氫酶(catalase，CAT)。SOD可以將O2-轉(zhuǎn)化為H2O2。POD可以將H2O2分解成H2O，可以把有毒性作用的過氧離子轉(zhuǎn)化為無毒的H2O。而CAT可以直接把H2O2分解為H2O和O2，同時(shí)大幅度降低細(xì)胞中的自由基，防止細(xì)胞受到自由基的損害[15]。而這種正常的生理循環(huán)過程會(huì)在鍶的作用下受到破壞，導(dǎo)致產(chǎn)生大量的自由基，同時(shí)會(huì)破壞有些植物本身的抗氧化酶系統(tǒng)。唐永金等[16-18]研究了13種植物對(duì)鍶的富集和響應(yīng)，結(jié)果表明鍶脅迫使抗氧化酶活性降低了20%～50%，并顯著抑制了植物種子萌發(fā)，鍶抗性和富集能力與植物類型相關(guān)。

燕麥(Avenasativa)，禾本科燕麥屬，一年生草本植物，是世界各地廣泛種植的糧食作物。由于燕麥富含蛋白質(zhì)和膳食纖維，被譽(yù)為“全球十大健康食物”之一，成為人們關(guān)注的營(yíng)養(yǎng)健康食品。同時(shí)，因其環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、易栽培管理等特性，又是優(yōu)質(zhì)飼草作物的首選。燕麥?zhǔn)侵饕母吆魑镏?，為上等雜糧。集中種植于華北、 西北和青藏高原等高寒及半干旱地區(qū)[19]。其生物量大，根系發(fā)達(dá)，生長(zhǎng)速度快，耐鹽脅迫等特點(diǎn)有利于對(duì)土壤中污染物的吸附。已有研究表明，放射性核素在環(huán)境中的行為與其穩(wěn)定性元素相似。Soudek等[20]比較了水培條件下向日葵90SrCl2和88SrCl2的積累和轉(zhuǎn)運(yùn)特征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)放射性和穩(wěn)定性鍶在植物體內(nèi)的富集和分配沒有差異。因此，觀察穩(wěn)定性88Sr在環(huán)境中的行為，是一個(gè)預(yù)測(cè)模擬其放射性同位素90Sr的方法。本研究選擇了4個(gè)燕麥品種：本德(Bende)、白燕2號(hào)(Baiyan No.2)、白燕7號(hào)(Baiyan No.7)和定莜6號(hào)(Dingyou No.6)。砂培盆栽試驗(yàn)比較了4個(gè)燕麥品種在鍶脅迫下富集特征和生理響應(yīng)，旨在研究燕麥對(duì)鍶的耐受機(jī)理，為核素污染土壤的植物修復(fù)研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

燕麥種子購于甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院。4個(gè)燕麥品種包括本德、白燕2號(hào)、白燕7號(hào)和定莜6號(hào)，均為西北廣泛種植的品種。首先挑選粒大而飽滿種子，經(jīng)0.2%次氯酸鈉表面消毒20 min，用水浸種10 min，以去除種子表皮上的病菌，風(fēng)干，春化。采用砂基培養(yǎng)，砂基用水沖洗干凈，洗去砂子表面的泥沙后，基質(zhì)砂用3%HCl溶液浸泡過夜，然后用水沖洗至無Cl-離子，風(fēng)干備用。

1.2 材料培養(yǎng)及處理

試驗(yàn)于2016年4月5日至5月28日在甘肅省蘭州市榆中校區(qū)試驗(yàn)站進(jìn)行。播20顆麥粒，春化，在培養(yǎng)皿中培養(yǎng)發(fā)芽，10 d后移栽到直徑10 cm、高12 cm 的盆缽中(通氣盆)，裝入1.5 kg(以干重計(jì))砂基。移苗至盆中后，出苗后定株至12株。植物在人工溫室中培養(yǎng)，室內(nèi)條件為：晝夜溫度為25 ℃/18 ℃，相對(duì)濕度(45/60±5)%，光照強(qiáng)度為150～170 μmol/(m2·s)，1 d的光照時(shí)間為12 h。

試劑SrCl2·6H2O提供Sr2+，分析純。移苗3 d后添加Sr2+(88SrCl2)，5個(gè)處理水平分別為：0、25、100、500、1000 mg/kg砂基，0為對(duì)照(CK)，隨灌溉加入。每個(gè)處理6次重復(fù)。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間，培養(yǎng)期間通過稱重法添加蒸餾水，以保證必要的水分供應(yīng)。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1植物生長(zhǎng)指標(biāo)及鍶含量 播種后30 d采樣，每盆取6株。植株用蒸餾水沖洗用吸水紙吸干后，將根、莖、葉分成不同的信封作為樣本，然后在105 ℃條件下殺青30 min，55 ℃條件下烘干至恒重，用分析天平稱取其干重。將烘干的植株分為根、莖、葉，取3種器官，每種器官稱取2.0 g，在250 ℃條件下灰化，然后溫度逐漸增加至500 ℃灰化2 h?；一臉悠?5 ℃條件下在HCl-HNO3-H2O2的混合物中消化1 h(1.0 g的灰化樣品對(duì)應(yīng)6 mL的HCl-HNO3-H2O2的混合物，體積比為1∶1∶1)。采用ICP/AES和MS的方法測(cè)定鍶含量[21]，測(cè)定地點(diǎn)為中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所。

1)轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)(translocation factor，簡(jiǎn)稱為TLF)為根冠轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)，即植物的地上鍶富集濃度與根部鍶富集濃度之比。在富集植物中，TLF常大于1，然而，在非富集植物中，TLF常小于1[16]。

式中：αshoot和αroot分別為植物的地上部分與根部鍶富集濃度。

2)SrCl2的去除率(in%)=整株的金屬鍶富集含量/金屬鍶施加量

1.3.2抗氧化酶活性和脂質(zhì)過氧化水平的測(cè)定 取新鮮植物葉片或者根部，每盆取6株。用于MDA含量和抗氧化酶活性的測(cè)定。脂質(zhì)過氧化水平(MDA)測(cè)定采用硫代巴比妥酸(TBA)法；超氧化物歧化酶(SOD)活性測(cè)定采用光化學(xué)氮藍(lán)四唑(NBT)法；過氧化物酶(POD)活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法；過氧化氫酶(CAT)活性測(cè)定采用紫外吸收法[22]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

以鍶添加量為固定因素(自變量)，對(duì)所有參數(shù)(因變量)進(jìn)行單因素方差分析。處理之間的差異顯著性在P<0.05概率水平以最小顯著性差異(LSD)進(jìn)行判定。所有統(tǒng)計(jì)分析都是用SPSS軟件(version 13.0；SPSS Institute Chicago，IL，USA)來進(jìn)行。各圖表中的數(shù)據(jù)均為6個(gè)重復(fù)的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 鍶處理對(duì)燕麥幼苗生長(zhǎng)的影響

由表1所示，4個(gè)燕麥品種的生物量隨著鍶濃度的升高呈先增加后降低的趨勢(shì)。燕麥的地上部分和根部對(duì)鍶的響應(yīng)一致。根生物量隨著土壤中鍶濃度的升高呈先增加后降低的趨勢(shì)，最高值出現(xiàn)在100 mg/kg處理(P<0.05)，在500 mg/kg處理時(shí)下降，除了定莜6號(hào)的根生物量在1000 mg/kg處理時(shí)低于對(duì)照(P<0.05)，其他3個(gè)品種的根生物量在1000 mg/kg處理時(shí)最低，但與對(duì)照相比差異不顯著(P>0.05)。地上生物量則隨著土壤中鍶濃度的升高，呈先增加后降低的趨勢(shì)。在100 mg/kg處理時(shí)達(dá)到最高(P<0.05)，在500 mg/kg處理時(shí)下降，但與對(duì)照無顯著性差異(P>0.05)，4個(gè)品種的地上生物量在1000 mg/kg處理時(shí)最低，且與對(duì)照相比差異顯著(P<0.05)。

表1 鍶處理對(duì)燕麥地上生物量和根生物量的影響Table 1 Effects of Sr treatment on shoot biomass and root biomass of oats mg/株P(guān)lant

注：同列不同小寫字母表示同一處理的不同品種之間差異顯著(P<0.05)；同行不同大寫字母表示同一品種的不同處理之間差異顯著(P<0.05),下同。

Note： Means with different lower letters in the same column are significantly different at the 0.05 level in different varieties of the same treatment; Means with different capital letters in the same row are significantly different at the 0.05 level in different treatments of the same variety， the same below.

2.2 鍶處理下4個(gè)燕麥品種根、莖、葉和地上部分的富集特征

如表2所示，燕麥品種在4個(gè)鍶處理下，其鍶富集濃度存在顯著差異。本試驗(yàn)中，所有燕麥品種的富集濃度都隨著處理中鍶濃度的升高而增加。在25 mg/kg時(shí)，燕麥中鍶的富集濃度范圍為385～875 mg/kg。在100 mg/kg時(shí)，燕麥中鍶的富集濃度范圍為1076～2801 mg/kg。在500 mg/kg時(shí)，燕麥中鍶的富集濃度范圍為2866～7270 mg/kg。在1000 mg/kg時(shí)，燕麥中鍶的富集濃度范圍為4886～16970 mg/kg。不同的燕麥品種相比，在所有的鍶處理中，定莜6號(hào)的根、莖、葉和地上的富集濃度最高，其次為白燕7號(hào)，白燕2號(hào)次之，本德的富集濃度最低。在最高濃度1000 mg/kg時(shí)，本德的根、葉片和地上的富集濃度最低，約為定莜6號(hào)的50%。不同富集部位相比，其富集能力依次排序?yàn)椋喝~片>根>莖。相對(duì)于根部，地上的富集濃度在不同的燕麥品種中存在差異。本德在所有處理中，地上富集濃度高于根部富集濃度，白燕2號(hào)、白燕7號(hào)和定莜6號(hào)在25、100和500 mg/kg處理時(shí)的地上富集濃度高于根部，而在1000 mg/kg處理時(shí)的地上富集濃度低于根部。

2.3 鍶處理下4個(gè)燕麥品種的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)

如圖1所示，本德和白燕7號(hào)的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)隨著處理鍶濃度的升高而降低。白燕2號(hào)和定莜6號(hào)的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)隨著處理鍶濃度的升高呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。本德的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)范圍為1.656～2.026，白燕2號(hào)的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)范圍為0.865～1.632，白燕7號(hào)的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)范圍為1.013～1.663，定莜6號(hào)的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)范圍為0.939～1.296。本德和白燕7號(hào)的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)始終高于1。而白燕2號(hào)和定莜6號(hào)的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)除了最高濃度1000 mg/kg時(shí)小于1，其他3個(gè)鍶處理中都大于1。在本試驗(yàn)中，本德在25 mg/kg時(shí)的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)最高，為2.026。

2.4 鍶處理下4個(gè)燕麥品種的SrCl2去除率

如圖2所示，4個(gè)燕麥品種的SrCl2去除率隨著處理鍶濃度的升高而降低。本德和白燕2號(hào)的SrCl2去除率隨著金屬濃度的升高而降低，且不同的處理之間存在顯著性差異(P<0.05)。白燕7號(hào)和定莜6號(hào)的SrCl2去除率在25 mg/kg時(shí)最高，100 mg/kg處理時(shí)顯著低于25 mg/kg(P<0.05)，在500和1000 mg/kg時(shí)最低，而兩個(gè)處理之間差異不顯著(P>0.05)。本德的SrCl2去除率范圍為0.04%～0.20%，白燕2號(hào)的SrCl2去除率范圍為0.05%～0.18%，白燕7號(hào)的SrCl2去除率范圍為0.06%～0.19%，定莜6號(hào)的SrCl2去除率范圍為0.09%～0.18%。

表2 在鍶處理下4個(gè)燕麥品種根、莖、葉和地上部分的富集特征Table 2 The accumulation characteristics in roots， stems， leaves and shoots of four oat varieties at four Sr treatments mg/kg

圖1 鍶處理下4個(gè)燕麥品種的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)Fig.1 Translocation factors of four oat varieties in four Sr treatments

圖2 鍶處理下4個(gè)燕麥品種的氯化鍶去除率Fig.2 SrCl2 clearance rate of four oat varieties under Sr treatments

不同小寫字母表示不同處理之間差異顯著(P<0.05)。下同。Different letters are significantly different at the 0.05 level. The same below.

2.5 鍶處理對(duì)4個(gè)燕麥品種丙二醛含量和抗氧化酶活性的影響

如圖3所示，在本試驗(yàn)中，4個(gè)燕麥的丙二醛含量都隨著處理鍶濃度的升高而增加。在最高濃度1000 mg/kg時(shí)，4個(gè)燕麥品種的丙二醛含量與對(duì)照相比平均增加了50%。本德的丙二醛含量高于其他3個(gè)品種。根中的丙二醛含量高于葉片，約為葉片中丙二醛含量的2倍。

如圖4所示，抗氧化酶SOD活性隨著處理鍶濃度的升高而增加。在最高濃度1000 mg/kg時(shí)，4個(gè)燕麥品種的SOD活性約為對(duì)照的2倍。POD活性隨著隨著處理鍶濃度的升高呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。在100 mg/kg時(shí)，4個(gè)燕麥品種的POD活性達(dá)到最高，與對(duì)照相比約增加了50%。在1000 mg/kg時(shí)，POD活性最低，與對(duì)照相比約減少了30%。CAT活性在不同的燕麥品種中存在差異。本德和白燕2號(hào)的CAT活性隨著處理鍶濃度的增加而增加，而白燕7號(hào)和定莜6號(hào)隨著處理鍶濃度的增加而降低。

圖3 鍶處理對(duì)4個(gè)燕麥品種丙二醛含量的影響Fig.3 Effects of Sr treatments on MDA content in four oat varieties

圖4 鍶處理對(duì)4個(gè)燕麥品種抗氧化酶活性的影響Fig.4 Effects of Sr treatments on antioxidant enzyme activities in four oat varieties

3 討論

3.1 4個(gè)燕麥品種間鍶分布及耐受性差異

低濃度鍶促進(jìn)燕麥種子的萌發(fā)，根和芽的伸長(zhǎng)[18]。常思宇等[10]發(fā)現(xiàn)高濃度鍶對(duì)玉米種子的萌發(fā)，幼苗的根長(zhǎng)和株高有強(qiáng)烈的抑制作用。本研究中，鍶顯著影響了燕麥幼苗的生長(zhǎng)，燕麥幼苗的地上和根生物量都隨著處理中鍶濃度的升高先增加后降低。這一現(xiàn)象的原因可能是鍶通過根部吸收進(jìn)入到植物體內(nèi)，通過區(qū)域化分布貯存于葉綠體，損傷了植物的光合作用[11]。高濃度鍶使植物根尖細(xì)胞有絲分裂受阻，促進(jìn)DNA鏈的斷裂，出現(xiàn)異常染色體片段[12]。在本試驗(yàn)中，4種燕麥品種的地上生物量和根生物量在100 mg/kg處理時(shí)顯著增加，而在500 mg/kg處理時(shí)下降，1000 mg/kg處理與對(duì)照相比約減少了10%。這一結(jié)果表明燕麥能夠耐受鍶脅迫，500 mg/kg為燕麥耐受鍶脅迫的閾值，在1000 mg/kg鍶處理時(shí)受到顯著抑制。本德燕麥的生物量在所有處理中都顯著高于其他3個(gè)品種，表明本德燕麥在鍶脅迫時(shí)能夠產(chǎn)生較高的生物量。

植物富集的金屬含量與植物種類及吸收部位有關(guān)。鍶在水稻、玉米和高粱等多種作物內(nèi)的富集部位主要在植物莖、葉等地上部分[23]。本試驗(yàn)中4種燕麥不同器官富集鍶的能力依次為葉片>根>莖。在低濃度鍶處理(25和100 mg/kg)中，本德的富集能力較強(qiáng)，葉片和地上富集濃度都高于其他3個(gè)品種。定莜6號(hào)在高濃度鍶處理(500和1000 mg/kg)中的富集能力最強(qiáng)，根、莖、葉和地上部分的鍶富集濃度都高于其他3個(gè)品種，這一結(jié)果說明定莜6號(hào)在高濃度下的富集能力較強(qiáng)。

3.2 4個(gè)燕麥品種間耐受鍶脅迫的生理響應(yīng)

細(xì)胞膜是第一個(gè)受到重金屬傷害的區(qū)域，細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性主要是由于膜脂質(zhì)的氧化[24]。脂質(zhì)過氧化會(huì)產(chǎn)生超氧負(fù)離子，組織中的MDA含量用于衡量脂質(zhì)過氧化水平。在本研究中，4個(gè)燕麥的MDA含量都隨著處理鍶濃度的升高而增加。在最高濃度1000 mg/kg時(shí)，4個(gè)燕麥品種的MDA含量與對(duì)照相比平均增加了50%。燕麥幼苗雖然未出現(xiàn)葉片失綠、萎蔫等癥狀，而高濃度鍶導(dǎo)致活性氧的累積，造成氧化損傷，從而加劇了脂質(zhì)過氧化程度。

SOD活性隨著處理鍶濃度的升高而增加。在最高濃度1000 mg/kg時(shí)，4個(gè)燕麥品種的SOD活性約為對(duì)照的2倍。根部和葉片中的SOD活性隨著鍶處理濃度的增加而增加。SOD活性的增加可能是由于ROS水平的提高而引起的適應(yīng)性反應(yīng)。暴露在高濃度鍶處理中，葉片和根部的POD活性都顯著下降。POD活性顯著減少的原因可能是由于其合成受到抑制或H2O2引起的失活[25]。CAT活性增加體現(xiàn)出H2O2水平的提高，CAT是一個(gè)強(qiáng)有力的清除H2O2的抗氧化酶。在本實(shí)驗(yàn)中，CAT活性在所有鍶處理中都高于對(duì)照，并且隨著處理中鍶濃度的增加而增加。在鍶脅迫中POD活性的不足可以由增加的CAT活性抵消，以清除鍶脅迫產(chǎn)生的H2O2。SOD和CAT可能在高濃度鍶脅迫時(shí)清除過氧化產(chǎn)物發(fā)揮關(guān)鍵作用。

3.3 4個(gè)燕麥品種間的鍶富集能力

植物地上部分積累重金屬達(dá)到某個(gè)臨界值即可認(rèn)定為超富集植物。目前對(duì)超富集植物的界定主要依據(jù)Baker和Brooks所提出的參考值：鎘(Cd)達(dá)到100 mg/kg，鈷(Co)、銅(Cu)、鎳(Ni)和鉛(Pd)達(dá)到1000 mg/kg，錳(Mn)和鋅(Zn)達(dá)到10000 mg/kg[26]。超富集植物庭薺(Alyssumbertolonii)葉片富集鎳(Ni)達(dá)到7900 mg/kg[27]。本研究中，100、500和1000 mg/kg鍶處理時(shí)，燕麥的地上鍶富集濃度范圍分別為1076～2801 mg/kg、2866～7270 mg/kg和4886～16970 mg/kg。至今還未有鍶超富集植物的界定，但燕麥已表現(xiàn)出很強(qiáng)的鍶富集能力。

根冠轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)(TLF)表示植物由根部向地上轉(zhuǎn)移金屬的能力，是評(píng)價(jià)植物富集金屬能力的重要因素。超富集植物的TLF大于1[16]。3種礦區(qū)超富集植物巨枝大戟(Euphorbiamacroclada)、毛蕊花(Verbascumcheiranthifolium)和黃芪(Astragalusgummifer)的TLF分別為2.08、1.47和1.18[28]。在本研究中，本德、白燕2號(hào)、白燕7號(hào)和定莜6號(hào)的TLF范圍分別為1.656～2.026、0.865～1.632、1.013～1.663和0.939～1.296。本德和白燕7號(hào)的TLF始終高于1。而白燕2號(hào)和定莜6號(hào)的TLF除在最高濃度1000 mg/kg時(shí)小于1，其他鍶處理中都大于1。本德在25 mg/kg時(shí)的TLF最高，為2.026。燕麥可以作為潛在的品種用于修復(fù)鍶污染地區(qū)的土壤，其中本德轉(zhuǎn)移鍶至地上部分的能力最強(qiáng)。隨核素濃度的增加，燕麥的TLF呈下降趨勢(shì)。這一現(xiàn)象的原因一方面由于植物根系的鍶濃度逐漸飽和，而鍶載體的數(shù)量有限，因此導(dǎo)致吸收能力下降[29]；另一方面重金屬在植物體內(nèi)逐漸積累，植物在鍶脅迫下通過回避機(jī)制減少鍶富集，同時(shí)增強(qiáng)了植物對(duì)鍶的耐受性[30]。4個(gè)燕麥品種的SrCl2去除率隨鍶濃度的增加而降低，而白燕7號(hào)和定莜6號(hào)在500和1000 mg/kg處理時(shí)的SrCl2去除率雖然是最低值，但兩個(gè)處理之間無顯著性差異。白燕7號(hào)和定莜6號(hào)在高濃度鍶處理(1000 mg/kg)時(shí)整株的SrCl2去除率沒有顯著下降，這一結(jié)果說明白燕7號(hào)和定莜6號(hào)可以在鍶重污染地區(qū)中維持較強(qiáng)的鍶富集能力。

4 結(jié)論

在本研究中，低濃度鍶促進(jìn)燕麥的生長(zhǎng)，提高抗氧化酶活性，閾值為500 mg/kg鍶處理。高濃度鍶抑制燕麥的生長(zhǎng)發(fā)育，SOD和CAT可能在燕麥耐受鍶脅迫中起到關(guān)鍵作用。燕麥葉片富集鍶的能力最強(qiáng)。本德的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)在所有鍶處理中都大于1，具備鍶超富集植物的特征。定莜6號(hào)在高濃度鍶時(shí)富集能力較強(qiáng)，可用于修復(fù)鍶重污染地區(qū)。

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ComparativestudiesonstrontiumtoleranceoffourAvenasativavarieties

QI Lin1*， YANG Ying-Bo2， WANG Xiao-Ling1， ZHAO Wei1

1.AgriculturalCollege,HenanUniversityofScienceandTechnology,Luoyang471023,China; 2.SchoolofLifeSciences,LanzhouUniversity,StateKeyLaboratoryofGrasslandAgro-ecosystem,Lanzhou730000,China

Strontium (Sr) is a common fission product of U-235 and Pu-239. Radioactive isotopes are toxic because they are heavy metals and also because of their radioactivity. The fate of radio nuclides in the environment is similar to that of stable elements therefore the behavior of stable Sr-88 in the environment should be regarded as a useful analogue for predicting the long-term fate of Sr-90. Phytoremediation is an emerging alternative technology which utilizes plants to remove metals from the environment. To investigate the ability of oats to accumulate strontium four oat varieties (Bende, Baiyan No.2, Baiyan No.7 and Dingyou No.6) were exposed to five strontium levels (0, 25, 100, 500 and 1000 mg/kg). Plants were cultivated for 30 days. Strontium accumulation and distribution in plants, growth, MDA content, as well as POD, SOD and CAT activity were measured. The results showed that the root and shoot biomass of oat seedlings were increased early and decreased later with increased strontium concentration. Strontium accumulation increased with increased strontium levels; ranked leaf> root>stem. Translocation decreased with increasing strontium concentration. The high strontium treatments increased the MDA content and inhibited POD activity whereas SOD activity increased. The root, stem and leaf of oats could accumulate strontium but most was accumulated in the leaf. All four varieties were able to be classified as hyper accumulators of strontium. Low strontium concentration increased the activities of antioxidant enzymes.Under high strontium concentrations SOD and CAT played an important role in scavenging active oxygen. Oats were able to accumulate and tolerate high concentrations of strontium and could be used for phytoremediation of strontium polluted soils.

oat (Avenasativa); strontium; accumulation; antioxidant enzyme activity

10.11686/cyxb2017268http//cyxb.lzu.edu.cn

亓琳, 楊瑩博, 王曉凌, 趙威. 四個(gè)燕麥品種對(duì)鍶耐受性的比較研究. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2017, 26(12): 89-97.

QI Lin, YANG Ying-Bo, WANG Xiao-Ling, ZHAO Wei. Comparative studies on strontium tolerance of fourAvenasativavarieties. Acta Prataculturae Sinica, 2017, 26(12): 89-97.

2017-06-06；改回日期：2017-07-27

河南科技大學(xué)青年

基金項(xiàng)目(2014QN065)，河南科技大學(xué)學(xué)科提升振興A計(jì)劃項(xiàng)目(13660001)和國(guó)家自然科學(xué)基金(U1304326)資助。

亓琳(1985-)，女，河南洛陽人，講師，博士。*通信作者Corresponding author. E-mail：qilinchampion@126.com

DOI：10.11686/cyxb2017054http//cyxb.lzu.edu.cn