Pb、Cd和酸脅迫對(duì)楓香種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)及體內(nèi)抗氧化酶活性的影響

陳順鈺 ，韓 航 ，薛凌云 ，張 韻 ，侯曉龍 ，2，3*，蔡麗平 ，2，周垂帆 ，2

（1.福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院，福州 350002；2.海峽兩岸紅壤區(qū)水土保持協(xié)同創(chuàng)新中心，福州 350002；3.福建農(nóng)林大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，福州 350002）

稀土礦的低水平開采和選別產(chǎn)生大面積廢棄地，不但使土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞，引起植被破壞、水土流失，同時(shí)還造成土壤酸化、重金屬污染[1]。目前，礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)成為國(guó)內(nèi)外亟需解決的重大環(huán)境問題[2]。福建長(zhǎng)汀屬離子型稀土礦區(qū)，其重金屬污染物主要為Pb、Cd，王友生等[3]研究表明，Pb在原地浸廢棄地、周邊未開采地達(dá)中度污染水平，在取土場(chǎng)達(dá)輕度污染水平，廢棄堆浸池達(dá)重度污染水平；Cd在原地浸廢棄地、取土場(chǎng)、廢棄堆浸池的質(zhì)量比分別為福建省土壤背景值的141、97、69倍，4個(gè)采樣區(qū)土壤Cd均達(dá)重度污染水平，綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)達(dá)極重污染水平；此外，開采過程中使用大量的硫酸銨進(jìn)行就地淋浸，導(dǎo)致土壤酸化，pH值相對(duì)背景值降低了0.23個(gè)單位。

近年來，植物修復(fù)技術(shù)備受關(guān)注，植物通過根部吸收或萃取污染土壤中重金屬而使重金屬原位固定化和隔離化，該技術(shù)具有安全經(jīng)濟(jì)、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)[4－5]。種子萌發(fā)是植物對(duì)環(huán)境脅迫較為敏感的時(shí)期之一，作為植物生命過程的開始階段，種子萌發(fā)能力及幼苗發(fā)育過程直接影響植物修復(fù)的效果[6]。因此通過研究在脅迫條件下種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的特性，可以在一定程度上反映植物對(duì)脅迫的耐性。馮宏等[7]研究重金屬和pH值對(duì)類蘆種子萌發(fā)的影響，發(fā)現(xiàn)在強(qiáng)酸性到強(qiáng)堿性條件下類蘆都能夠保持較高的萌發(fā)能力，不同重金屬對(duì)類蘆種子產(chǎn)生明顯抑制作用的濃度不同，且類蘆幼苗生長(zhǎng)比種子萌發(fā)對(duì)重金屬離子更加敏感。不同類型礦山廢棄地植被恢復(fù)限制因子不同，主要包括地表結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差、養(yǎng)分缺失、極端酸堿度、重金屬含量過高及有機(jī)污染等方面[8]。例如，遼西金屬礦山廢棄地存在表土層破壞、營(yíng)養(yǎng)元素缺乏、重金屬污染等限制植被恢復(fù)的因素[9]。貴州山區(qū)煤礦廢棄地限制植被生長(zhǎng)的主要因子為土壤pH值普遍較低、有效態(tài)N、P、K含量普遍較低、土壤中重金屬Cu、Zn、Pb、Cd為中度污染水平[10]。因此，不同污染區(qū)的植被治理模式也存在差異。

王友生等[11]研究發(fā)現(xiàn)有“荒山先鋒”樹種之稱的楓香（Liquidambar formosana Hance）可在長(zhǎng)汀稀土礦廢棄地正常生長(zhǎng)，其可能存在特殊的形態(tài)生理適應(yīng)機(jī)制，并已成為長(zhǎng)汀植被恢復(fù)的主要樹種之一。該研究表明“寬葉雀稗+胡枝子+木荷+楓香+山杜英”模式的肥力指數(shù)達(dá)0.544，是長(zhǎng)汀稀土礦取土場(chǎng)較好的植被恢復(fù)模式。當(dāng)前已有少數(shù)學(xué)者就楓香種子形狀特征、溫度和時(shí)間對(duì)種子萌發(fā)的影響進(jìn)行了研究[12－14]，但重金屬及酸脅迫對(duì)楓香種子的萌發(fā)和生理特性的影響尚不清楚。

鑒于此，以楓香為研究對(duì)象，設(shè)置不同梯度Pb、Cd濃度和pH值試驗(yàn)，測(cè)定種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)的形態(tài)指標(biāo)及抗氧化指標(biāo)，探討重金屬Pb、Cd及酸脅迫條件下楓香種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)過程的形態(tài)和生理響應(yīng)機(jī)制，以期為酸性廢棄礦地和重金屬污染地土壤植被恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試的楓香種子采購自江西省九江縣林木種苗公司，存儲(chǔ)于4℃冰箱。選用籽粒飽滿、堅(jiān)實(shí)、種殼烏亮的楓香種子，用0.3%高錳酸鉀溶液消毒浸泡30 min后，超純水沖洗6遍，然后用超純水浸泡24 h，除去漂浮的劣質(zhì)種子，余下的種子用濾紙吸干表面的水分，用于脅迫試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)稀土礦廢棄地土壤酸化及重金屬污染程度，設(shè)置 pH 值及 Pb、Cd 濃度[3，15－17]，Cd 脅迫采用分析純（CH3COO）2Cd·3H2O 配制，濃度分別為 0（以去離子水對(duì)照）、25、50、100 mg·L－1，記作 Cd－CK、Cd－25、Cd－50、Cd－100；Pb脅迫采用分析純（CH3COO）2Pb配制，濃度為 0（去離子水對(duì)照）、250、500、1000 mg·L－1記作Pb－CK、Pb－250、Pb－500、Pb－1000；pH 調(diào)節(jié)采用CH3COOH，分別為 3.5，4.5，5.5，CK（去離子水對(duì)照），記作 pH－3.5、pH－4.5、pH－5.5、pH－CK。

1.3 試驗(yàn)條件及過程

種子萌發(fā)試驗(yàn)于福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院實(shí)驗(yàn)室內(nèi)人工氣候箱中進(jìn)行。培養(yǎng)條件為溫度25℃、空氣相對(duì)濕度70%、光照14 h黑暗10 h、光強(qiáng)100%（RXZ－160A智能型人工氣候箱，寧波江南儀器廠）。鋪有兩張濾紙的直徑9 cm的玻璃培養(yǎng)皿，經(jīng)過高溫滅菌處理，分別加5 mL各設(shè)置濃度的Cd、Pb和酸溶液，每個(gè)培養(yǎng)皿50粒種子，每個(gè)脅迫濃度6個(gè)重復(fù)，其中3個(gè)重復(fù)用于測(cè)定形態(tài)學(xué)指標(biāo)，另外3個(gè)重復(fù)用于測(cè)定生理指標(biāo)。每日添加少量純水，保持濾紙濕潤(rùn)。每日觀察記錄種子萌發(fā)情況。

1.4 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.4.1 發(fā)芽指標(biāo)及形態(tài)學(xué)指標(biāo)測(cè)定

從種子置床之日起每日對(duì)發(fā)芽情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)記錄，以種子胚根長(zhǎng)度達(dá)到種子長(zhǎng)度的一半作為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，每日12點(diǎn)對(duì)種子發(fā)芽數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。連續(xù)3 d發(fā)芽種子數(shù)不足供試種子的1%則發(fā)芽結(jié)束。處理后第6 d統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢(shì)，第10 d發(fā)芽結(jié)束并統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率，從用于測(cè)形態(tài)學(xué)指標(biāo)的各濃度培養(yǎng)皿中取出20株長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗，用游標(biāo)卡尺測(cè)量幼苗地上部及根長(zhǎng)；用電子天平分別稱幼苗的地上部與根鮮重，再置于烘箱105℃殺青30 min，80℃烘干至恒重，稱各部分干重。

（1）發(fā)芽率=萌發(fā)種子數(shù)/種子總數(shù)×100%

（2）發(fā)芽指數(shù)=ΣGt/Dt（Gt指在t時(shí)間內(nèi)萌發(fā)數(shù)，Dt為相應(yīng)的萌發(fā)天數(shù)）

（3）發(fā)芽勢(shì)=發(fā)芽高峰期發(fā)芽的種子數(shù)/種子總數(shù)×100%

（4）活力指數(shù)=發(fā)芽指數(shù)×苗長(zhǎng)度

（5）根伸長(zhǎng)抑制率=（對(duì)照組根長(zhǎng)－處理組根長(zhǎng)）/對(duì)照組根長(zhǎng)×100%

（6）地上部伸長(zhǎng)抑制率=（對(duì)照組地上部長(zhǎng)－處理組地上部長(zhǎng)）/對(duì)照組地上部長(zhǎng)×100%

1.4.2 生理指標(biāo)測(cè)定

發(fā)芽第4、7、10 d，從用于測(cè)生理指標(biāo)的各濃度培養(yǎng)皿中取出0.2 g發(fā)芽種子，于冰浴中的研缽內(nèi)研磨成勻漿，加入4 mL pH 7.8的磷酸緩沖液于離心管中，于 4℃下 10 000 r·min－1冷凍離心 20 min，取上清液立即放入4℃冰箱儲(chǔ)存待測(cè)。參考王學(xué)奎[18]的方法，采用硫代巴比妥酸法測(cè)定丙二醛（MDA）含量，紫外吸收法測(cè)種子過氧化氫酶（CAT）活性，愈創(chuàng)木酚法測(cè)定過氧化物酶（POD）活性，氮藍(lán)四唑光化還原法測(cè)定超氧化物岐化酶（SOD）活性，用多功能酶標(biāo)儀（IPBPinite M200 PRO，瑞士）測(cè)定各樣品的吸光度值。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集整理后，用SPSS 19.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用Origin 9.0作圖，圖表中數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（n=3）表示。采用單因子方差分析（One－way ANOVA）和多重比較法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用Tukey－HSD法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 Pb、Cd、酸脅迫對(duì)楓香種子萌發(fā)的影響

由表1可得，不同濃度Pb、Cd和酸脅迫處理下楓香種子發(fā)芽率均較高，在80%～93.3%之間，不同Pb、Cd處理下發(fā)芽率并無顯著差異（P＞0.05），pH－3.5脅迫下發(fā)芽率與發(fā)芽勢(shì)相比對(duì)照組顯著降低（P＜0.05）。就發(fā)芽指數(shù)而言，Pb處理組差異不顯著，隨著Cd脅迫濃度的增加發(fā)芽指數(shù)呈遞減趨勢(shì)，而酸處理下隨pH減小呈先增后減再增趨勢(shì)，除Cd－100顯著低于對(duì)照外，其他處理均無顯著差異，說明楓香種子在3種脅迫條件下萌發(fā)速度相對(duì)一致。對(duì)照組的活力指數(shù)顯著高于重金屬Pb、Cd脅迫下的各濃度活力指數(shù)（P＜0.05），pH－3.5條件下的活力指數(shù)顯著低于對(duì)照及其他兩組處理的活力指數(shù)。由此可見，在重金屬Pb、Cd脅迫下，發(fā)芽率雖然差異不明顯，活力指數(shù)卻受到明顯抑制，強(qiáng)酸條件（pH－3.5）對(duì)楓香種子萌發(fā)具有一定的抑制作用。

2.2 Pb、Cd和酸脅迫對(duì)楓香種子幼苗的影響

楓香幼苗對(duì)不同類型的脅迫處理響應(yīng)不同。隨重金屬Pb、Cd的濃度增加，出現(xiàn)不同程度的毒害效應(yīng)，如圖1所示，在Pb、Cd脅迫下發(fā)芽第10 d的楓香幼苗芽苗幼小，主根變短甚至出現(xiàn)“無根苗”等發(fā)育不良現(xiàn)象。處理組的根長(zhǎng)均顯著低于對(duì)照組（P＜0.05），且隨重金屬脅迫濃度的增加，根長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)，各Pb、Cd脅迫組的地上部長(zhǎng)均顯著高于根長(zhǎng)（圖2）。采用多項(xiàng)式曲線擬合，伸長(zhǎng)抑制率回歸方程如表2所示，重金屬濃度與抑制率呈正相關(guān)，脅迫濃度越大抑制率越高。根達(dá)到80%～95%的抑制率，地上部達(dá)到9%～43%的抑制率。Pb－1000處理，地上部鮮重、根鮮/干重都顯著低于對(duì)照（P＜0.05）（圖 3）。Cd－100 處理，地上部鮮重、根鮮/干重顯著低于對(duì)照（P＜0.05）。由此可見，重金屬脅迫對(duì)楓香幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育有抑制作用，甚至產(chǎn)生毒害。

表1 不同脅迫處理對(duì)楓香種子萌發(fā)的影響Table 1 Seed germination of Liquidambar formosana under different treatments

圖1 發(fā)芽第10 d不同處理下的楓香幼苗Figure 1 Liquidambar formosana seedlings growth at tenth day with different treatments

弱酸環(huán)境（pH－5.5、pH－4.5）提高了發(fā)芽指數(shù)，對(duì)楓香種子萌發(fā)有促進(jìn)作用，同樣，pH－5.5處理促進(jìn)了楓香幼苗根系的生長(zhǎng)（圖1、圖2），根長(zhǎng)高于對(duì)照，而該pH條件下，地上部受到抑制，抑制率為6.5%。隨pH減小根及地上部的抑制率均呈先減后增趨勢(shì)（表2），pH－3.5處理，根、地上部抑制率達(dá) 84.35%、25.76%，地上部長(zhǎng)、根和地上部的鮮重以及根的干重均顯著低于其他組（圖2、圖3）。由此可見，強(qiáng)酸會(huì)抑制楓香幼苗的生長(zhǎng)。

2.3 種子萌發(fā)過程中抗氧化酶活性的變化

隨Pb濃度的增加（表3），發(fā)芽第4 d時(shí)SOD活性Pb－250處理顯著高于對(duì)照，SOD呈遞減趨勢(shì)，POD活性 Pb－1000處理顯著高于對(duì)照（P＜0.05）；第 10 d的POD活性各組差異顯著并呈遞增趨勢(shì)，SOD活性升高，但各組差異并不顯著。第4、7 d CAT活性均隨脅迫濃度的增加而呈先增后減再增趨勢(shì)，均在Pb－1000達(dá)最大值且顯著高于其余脅迫濃度（P＜0.05），說明高濃度的Pb脅迫對(duì)楓香CAT活性有顯著促進(jìn)作用。

表2 根和地上部的伸長(zhǎng)抑制率回歸方程Table 2 The regression equation for inhibition rate of root and aboveground

圖3 不同脅迫處理對(duì)楓香幼苗生物量的影響Figure 3 Effects of different treatments on biomass of Liquidambar formosana

隨時(shí)間的變化，對(duì)照組及處理組中CAT活性均隨萌發(fā)時(shí)間的增加呈先減后增趨勢(shì)，對(duì)照第0 d種子CAT活性均顯著高于萌發(fā)各時(shí)間段（P＜0.05）。SOD活性均呈先降低后增加的趨勢(shì)，但各組差異并不顯著。除Pb－1000處理外，POD活性隨種子萌發(fā)代謝的加強(qiáng)而下降。此外，發(fā)芽結(jié)束后各處理?xiàng)l件下未萌發(fā)種子之間的SOD、POD、CAT活性無顯著差異，且3種抗氧化酶活性均顯著低于對(duì)照種子。

隨Cd濃度的增加（表4），發(fā)芽第4 d時(shí)脅迫組SOD、CAT活性顯著高于對(duì)照（P＜0.05），POD 活性呈下降趨勢(shì)；發(fā)芽第7、10 d的POD活性增強(qiáng)，并在Cd－100時(shí)顯著高于其余脅迫組，可見發(fā)芽后期高濃度的Cd脅迫可促進(jìn)POD活性增強(qiáng)。第10 d時(shí)Cd－50的CAT活性顯著高于對(duì)照組（P＜0.05），其他時(shí)間段CAT隨脅迫濃度的增加而增加，但差異不顯著。

楓香種子在萌發(fā)過程中，CAT活性在Cd－50處理下各萌發(fā)階段間差異顯著（P＜0.05），對(duì)照及處理組的CAT、SOD活力均呈現(xiàn)出隨時(shí)間變化先降后升的趨勢(shì)。其中Cd－100、Cd－50的SOD活性在第4 d時(shí)顯著低于萌發(fā)過程其余各階段，說明在高濃度Cd脅迫下種子萌發(fā)初期SOD活性受到抑制，但隨時(shí)間的增加萌發(fā)代謝增強(qiáng)，SOD活性上升。對(duì)照及處理組的POD活性在第10 d顯著降低并達(dá)最小值（P＜0.05）。未萌發(fā)種子SOD、POD、CAT活性顯著低于對(duì)照第0 d種子，分別降低了43.11%～48.21%、66.44%～68.72%、77.44%～79.09%。

由表5所示，pH值減小過程中，發(fā)芽第4 d時(shí)SOD活性呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，pH－4.5處理組SOD活性顯著高于對(duì)照；POD活性呈先降低后升高趨勢(shì)，pH－5.5處理與對(duì)照相比顯著降低。第10 d時(shí)pH－5.5處理的SOD活性顯著低于對(duì)照，POD活性卻顯著增加（P＜0.05）。第4 d的pH－4.5處理組和第10 d的pH－3.5處理組CAT活性均顯著低于對(duì)照（P＜0.05）。

隨時(shí)間變化，pH－3.5處理POD活性呈先增后減趨勢(shì)，第 7 d的 POD 活性顯著高于第 0 d（P＜0.05），表明在強(qiáng)酸條件下萌發(fā)初中期的楓香種子為了適應(yīng)逆境脅迫，POD逐漸上升，提高了清除過氧化物的能力，至第7 d達(dá)最大值后快速下降了78.15%。CAT活性在pH－5.5及pH－4.5處理下發(fā)芽過程中各時(shí)段差異顯著（P＜0.05），且所有pH處理組在萌發(fā)過程中CAT活性均呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，說明在萌發(fā)初中期CAT活性受到抑制，后期（10 d）CAT活性略有增加。2.4 Pb、Cd、酸脅迫對(duì)楓香種子萌發(fā)過程中MDA含量變化

表3 Pb脅迫下楓香種子萌發(fā)過程中抗氧化酶活性的變化Table 3 Changes of antioxidant enzyme activities during seed germination in different Pb treatments of Liquidambar formosana

表4 Cd脅迫下楓香種子萌發(fā)過程中抗氧化酶活性的變化Table 4 Changes of antioxidant enzyme activities during seed germination in different Cd treatments of Liquidambar formosana

由表6可以看出，在第4、10 d的Pb－1000處理組MDA含量顯著高于同時(shí)間內(nèi)不同Pb處理，表明在高濃度Pb脅迫下膜脂過氧化嚴(yán)重。隨Cd濃度增加MDA含量整體增加，其中Cd－100處理組的MDA含量顯著高于對(duì)照（P＜0.05）。隨pH值減小MDA含量均呈遞增趨勢(shì)，其中pH－3.5處理組MDA含量在第7、10 d顯著增加，說明強(qiáng)酸條件一定程度上破壞了楓香種子的膜系統(tǒng)。

重金屬Pb、Cd及酸的脅迫程度越大，楓香體內(nèi)的MDA含量越多，隨發(fā)芽時(shí)間的延長(zhǎng)MDA含量逐漸增多，對(duì)照種子顯著低于脅迫組，未萌發(fā)種子MDA含量均是所有組中最大的，可能是由于未發(fā)芽種子膜脂過氧化嚴(yán)重、膜系統(tǒng)遭到嚴(yán)重?fù)p壞，這可能也是導(dǎo)致種子不能萌發(fā)的原因之一。

表5 pH脅迫下楓香種子萌發(fā)過程中抗氧化酶活性的變化Table 5 Changes of antioxidant enzyme activities during seed germination in different pH treatments of Liquidambar formosana

表6 不同處理下楓香種子萌發(fā)過程中MDA含量的變化（μmol·g-1）Table 6 Changes of MDA content during seed germination in different treatments of Liquidambar formosana（μmol·g-1）

3 討論

土壤酸化及重金屬污染是植物生長(zhǎng)的限制因子，土壤環(huán)境過酸會(huì)影響植物正常的營(yíng)養(yǎng)代謝、光合作用和呼吸作用，甚至導(dǎo)致植物萎黃枯死[19]。當(dāng)植物受到重金屬脅迫時(shí)，出現(xiàn)生長(zhǎng)緩慢、生物量降低、植株矮小、根系生長(zhǎng)受到抑制等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致死亡[20]。種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)作為植物生命周期的開始階段，在逆境脅迫下能夠表現(xiàn)出一定程度的耐性。本試驗(yàn)中Pb、Cd處理對(duì)楓香種子發(fā)芽率無顯著影響，發(fā)芽率達(dá)80%～88%。pH-3.5對(duì)楓香種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)具有顯著的抑制作用。在Cd脅迫下發(fā)芽指數(shù)呈遞減趨勢(shì)，而酸處理下呈先增后減再增趨勢(shì)，種子活力指數(shù)在兩種重金屬脅迫下受到顯著的抑制作用，pH-4.5處理發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)及pH-5.5處理的發(fā)芽指數(shù)略高于對(duì)照。

相對(duì)種子萌發(fā)，Pb和Cd均對(duì)楓香幼苗產(chǎn)生顯著的毒害效應(yīng)，幼苗出現(xiàn)發(fā)育不良，主根變短等現(xiàn)象。陳俊任等[21]對(duì)毛竹種子在重金屬脅迫下的萌發(fā)研究中發(fā)現(xiàn)，重金屬對(duì)幼苗根的毒害明顯強(qiáng)于對(duì)芽的毒害。本研究中出現(xiàn)的“無根苗”現(xiàn)象及各組芽長(zhǎng)顯著高于根長(zhǎng)都與前人研究[21]成果一致，主要原因可能在于楓香幼苗根系直接與重金屬環(huán)境接觸，最先受到重金屬毒害，從而根的生長(zhǎng)受到明顯抑制（根伸長(zhǎng)抑制率達(dá)80%～95%）。高濃度的Pb、Cd脅迫下芽根的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量均顯著低于對(duì)照，由此可見幼苗生長(zhǎng)和種子萌發(fā)這兩個(gè)階段的生理代謝對(duì)Pb、Cd響應(yīng)存在差異。pH-5.5對(duì)楓香幼苗根系的生長(zhǎng)有刺激效應(yīng)，根長(zhǎng)高于對(duì)照，而對(duì)地上部生長(zhǎng)有抑制作用，抑制率為6.5%。pH－3.5時(shí)芽長(zhǎng)、根和芽的鮮質(zhì)量以及根的干質(zhì)量均顯著低于對(duì)照，抑制了楓香幼苗的生長(zhǎng)。

在逆境脅迫下的植物細(xì)胞存在著自由基的產(chǎn)生和消除這兩個(gè)過程，只有抗氧化酶系統(tǒng)CAT、POD、SOD三者協(xié)調(diào)一致，才能使生物自由基維持在較低水平，從而防止被自由基毒害[22]。楊穎麗等[23]發(fā)現(xiàn)在小麥種子萌發(fā)過程中，Cd脅迫誘導(dǎo)CAT、POD和APX活性升高，小麥葉片在Cd脅迫下可通過提高抗氧化酶的活性來清除產(chǎn)生的H2O2、降低膜脂過氧化損害。本研究中在Pb脅迫下，各時(shí)間段CAT、POD、SOD活性呈現(xiàn)出不一致的變化趨勢(shì)。隨時(shí)間的延長(zhǎng)，SOD、CAT活性先減后增，POD活性降低，在同時(shí)間段隨Pb脅迫濃度的增加，SOD活性、第10 d POD活性、第4、7 d CAT活性均呈多項(xiàng)式變化，表現(xiàn)為“升高－降低－升高”的趨勢(shì)，清除活性氧來保護(hù)植物細(xì)胞免受活性氧的損傷，這與前人研究[23]結(jié)果一致。陳偉[24]在研究重金屬脅迫對(duì)草坪草生長(zhǎng)發(fā)育及生理特性的影響中發(fā)現(xiàn)，重金屬脅迫對(duì)草地早熟禾抗氧化酶活性影響較大，隨Pb、Cd濃度增加，SOD、POD活性升高。楓香種子隨Cd濃度增加顯著提高SOD和CAT活性，發(fā)芽初期（4 d）POD 受到抑制，中后期（7、10 d）隨脅迫加強(qiáng)顯著升高。隨時(shí)間的延長(zhǎng)POD活性受到抑制、SOD和CAT活性先增后減，以此來達(dá)到酶之間的平衡比。例如，紫萼玉簪種子和幼苗對(duì)酸雨與Cd復(fù)合污染的生理生態(tài)響應(yīng)過程[25]中，在單一酸雨脅迫下CAT、SOD、POD活性變化趨勢(shì)相似，均增高，不同的是當(dāng)pH－4.5時(shí)CAT活性顯著增高，說明CAT與SOD、POD相比對(duì)酸的敏感性更高。從本試驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨pH減小，第7 d的POD活性及第10 d的POD、CAT活性顯著增加，隨時(shí)間增加，pH－3.5處理下POD活性最高峰值出現(xiàn)在第7 d，與對(duì)照第0 d種子相比具有顯著差異（P＜0.05），并呈先增后減趨勢(shì)，表明在強(qiáng)酸條件下萌發(fā)初期的楓香種子為了適應(yīng)逆境脅迫POD活性逐漸上升，提高了清除過氧化物的能力。楓香種子在萌發(fā)過程中三種酶活性相互協(xié)調(diào)，使得楓香自由基維持在較低水平狀態(tài)，這可能是楓香種子能在重金屬和酸污染的長(zhǎng)汀稀土礦廢棄地萌發(fā)的原因之一。未萌發(fā)種子的POD、SOD、CAT活性均顯著降低，重金屬及酸逆境脅迫下，楓香未萌發(fā)種子對(duì)活性氧的清除能力下降，使活性氧的產(chǎn)生速率超過抗氧化酶系統(tǒng)的清除能力。

MDA是膜脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物之一，其含量大小對(duì)生物體過氧化強(qiáng)度和膜系統(tǒng)受損程度具有重要指示作用[22]。在3種脅迫條件下MDA含量均隨處理強(qiáng)度的升高而增加，在楓香萌發(fā)過程中MDA的積累與脅迫強(qiáng)度呈正相關(guān)。其中未發(fā)芽的種子MDA含量顯著高于對(duì)照種子及其他處理組，這說明楓香種子體內(nèi)活性氧產(chǎn)生和清除的平衡受到破壞，而有利于體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生，所積累的活性氧引發(fā)了膜脂過氧化，所以MDA含量高度積累，這與前人的研究[23－25]結(jié)果相一致。本試驗(yàn)僅探討了酸、Pb、Cd單獨(dú)脅迫下楓香種子的萌發(fā)及幼苗的生長(zhǎng)，對(duì)酸和重金屬復(fù)合脅迫，特別是成年植株的抗逆解毒機(jī)理、富集規(guī)律、分子水平及細(xì)胞結(jié)構(gòu)上的影響，還有待進(jìn)一步深入研究。

4 結(jié)論

（1）Pb、Cd處理對(duì)楓香種子發(fā)芽率無顯著影響，但對(duì)幼苗根長(zhǎng)具有顯著的抑制效應(yīng)，出現(xiàn)“無根苗”現(xiàn)象；pH－5.5、pH－4.5對(duì)楓香種子萌發(fā)、幼苗的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，pH－3.5則有抑制作用。

（2）CAT活性變化是楓香種子響應(yīng)Pb、Cd和酸3種脅迫的主要策略；SOD在楓香種子適應(yīng)Cd脅迫、POD在楓香種子適應(yīng)Pb和酸脅迫的一定階段也發(fā)揮了重要作用。在楓香萌發(fā)過程中MDA的積累與脅迫濃度呈正相關(guān)。

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