鈰緩解紫外線與鎘復合脅迫小麥幼苗的效應研究

古紅梅，翟亞欣

(周口師范學院 生命科學與農(nóng)學學院，河南 周口 466001)

氧化氮、氯氟烴等是由人類活動產(chǎn)生的，它們屬于臭氧損耗物，其作用是破壞平流層的臭氧，最終導致到達地表的紫外輻射增多．據(jù)研究[1-4]，紫外輻射增多會對人類健康、動植物生長、生態(tài)系統(tǒng)、生物化學循環(huán)及平流層大氣組成和空氣質量等造成多方面的影響和危害．同時，植物的生命活動也會受到自然界其他環(huán)境因子的影響，比如鎘等重金屬，通過研究紫外線和其他環(huán)境因子對植物的復合效應，能在一定程度上全面評價環(huán)境變化引起的生物學效應．

鈰能吸收紫外線與紅外線，前人報道了稀土元素在合適濃度能促進植物生長，提高農(nóng)作物產(chǎn)量，改善農(nóng)作物、果實品質[5-8]．

筆者研究了鈰對紫外線與鎘脅迫下小麥幼苗葉片中生理指標的影響，旨在探索稀土鈰防御紫外線輻射與鎘脅迫傷害的效果，對探索防御或減輕紫外線輻射與鎘脅迫對小麥幼苗損傷的新途徑有一定的應用價值．

1 材料與方法

1.1 實驗材料

小麥種子(周麥22)．

1.2 實驗方法

1.2.1 培養(yǎng)小麥幼苗

挑選顆粒飽滿的小麥種子，用10%的次氯酸鈉浸泡20～30 min，再用無菌水沖洗后，在室溫下用清水浸泡12 h，把處理好的種子均勻撒在鋪有兩層紗布的培養(yǎng)盤中，每天噴水，待長出4～6片真葉時備用．

1.2.2 配制處理液

分別稱取適量的氯化鈰和氯化鎘，配制出4 mg/L的氯化鈰溶液和100 mg/L的氯化鎘溶液，保存?zhèn)溆茫?/p>

1.2.3 各種處理設置

將培養(yǎng)好的小麥幼苗分為2個處理組(紫外線+鎘處理組、紫外線+鎘+鈰處理組)和1個對照組．紫外線+鎘處理組每天噴灑鎘溶液和照射紫外線；紫外線+鎘+鈰處理組每天除了噴灑鎘溶液和照射紫外線，還要噴灑CeCl3溶液；對照組每天噴灑清水和正常光照下培養(yǎng)．其中鎘脅迫采用葉面噴灑法，每天上午8時用100 mg/L的鎘溶液噴灑1次，連續(xù)噴灑5 d；紫外線脅迫按照每天用紫外線照射小麥幼苗3 h，連續(xù)照射5 d的方法進行；CeCl3溶液噴灑每天下午18時進行，連續(xù)噴灑5 d．處理完成后取同葉位葉片，完成各生理指標的測定．

1.2.4 測定生理指標

1)測定葉綠素含量.測定葉綠素含量利用分光光度法[9]，設置3個重復，最后的數(shù)據(jù)用平均值表示．

2)游離脯氨酸含量的測定.參考湯章城[10]的方法測定游離脯氨酸含量．測定時需要設置3個重復，最后的數(shù)據(jù)用平均值表示．

3)丙二醛(MDA)含量的測定.參照劉萍[11]的方法測定MDA含量．測定時需要設置3個重復，最后的數(shù)據(jù)用平均值表示．

4)可溶性糖含量的測定.用蒽酮法[12-13]測定，測定時需要設置3個重復，最后的數(shù)據(jù)用平均值表示．

5)可溶性蛋白含量的測定.用考馬斯亮藍法[13]測定可溶性蛋白含量，測定時需要設置3個重復，最后的數(shù)據(jù)用平均值表示．

6)過氧化物酶(POD)活性的測定.用愈創(chuàng)木酚比色法[13]測定過氧化物酶活性，測定時需要設置3個重復，最后的數(shù)據(jù)用平均值表示．

2 結果與分析

2.1 不同處理下葉綠素合成情況

表1 不同處理下葉綠素含量

表1顯示，相比對照，未噴灑CeCl3溶液的情況下，復合脅迫下葉綠素含量明顯降低，降低了23.13%．噴灑CeCl3溶液的情況下，對照組與復合脅迫組葉綠素含量均增加，對照組增加了19.05%，紫外線與鎘復合脅迫組增加了18.26%．由此可見,紫外線與鎘復合脅迫對小麥幼苗葉片中光和色素的含量有一定影響，而鈰能緩解這種不利影響，使小麥幼苗的光合能力增強．

2.2 不同處理下MDA生成情況

由表2知，未噴灑CeCl3溶液的情況下，與對照組相比，紫外線與鎘復合脅迫處理下小麥幼苗中MDA含量明顯增加，增加了15.65%．噴灑CeCl3溶液的情況下，與未噴灑CeCl3溶液的對照組相比，對照組與復合脅迫組MDA含量均有所降低，對照組降低了20.51%，紫外線與鎘復合脅迫組降低了10.98%．這說明稀土元素鈰可緩解紫外線與鎘復合脅迫對小麥幼苗細胞膜造成的破壞，對維持小麥幼苗細胞膜的完整性起到正面效應．

表2 不同處理下MDA含量

2.3 不同處理下POD活性變化情況

表3 POD活性在不同處理下的表現(xiàn)

表3顯示了各種處理下小麥幼苗葉片中POD含量的變化．由表3可以看出，未噴灑CeCl3溶液的情況下，與對照組相比，紫外線與鎘復合脅迫處理下小麥幼苗中POD活性明顯增強，POD含量增加了62.39%．噴灑CeCl3溶液的情況下，與未噴灑CeCl3溶液的對照組相比，對照組與復合脅迫組POD含量均增加，對照組增加了58.53%，紫外線與鎘復合脅迫組增加了137.82%．這表明稀土元素鈰能利用POD活性增強來緩解小麥幼苗受到的復合脅迫傷害．

2.4 不同處理下可溶性糖合成情況

表4顯示，對比對照組，未噴灑CeCl3時，復合脅迫下可溶性糖合成量變化不明顯，只降低了0.98%．外施鈰溶液處理下，與未噴灑CeCl3溶液的對照組相比，對照組小麥幼苗葉片中可溶性糖含量減少了4.34%；紫外線與鎘復合脅迫下小麥幼苗葉片中可溶性糖含量減少了4.46%．這說明復合脅迫和鈰均對可溶性糖合成量沒有明顯的影響．

表4 可溶性糖含量在不同處理下的表現(xiàn)

2.5 不同處理下可溶性蛋白生成情況

表5 可溶性蛋白含量在不同處理下的表現(xiàn)

表5顯示了可溶性蛋白含量在不同處理下的表現(xiàn)．從表5可知，沒有CeCl3作用時，復合脅迫下生成的可溶性蛋白增加，增加了42.34%. 有CeCl3作用時，復合脅迫組及對照組生成的可溶性蛋白增加更明顯，復合脅迫組高達92.52%，對照組增加了62.76%．這表明鈰能誘導蛋白質的增加而抵抗不良環(huán)境．

2.6 不同處理下游離脯氨酸生成情況

表6 游離脯氨酸在不同處理下的表現(xiàn)

表6顯示了各種處理下小麥幼苗葉片中游離脯氨酸含量的變化．通過表6可知，對比對照組，沒有CeCl3作用的情況下，復合脅迫下生成的游離脯氨酸明顯增加，增加了94.14%，噴灑CeCl3溶液的情況下，與未噴灑CeCl3溶液的對照組相比，對照組與復合脅迫組游離脯氨酸含量均顯著增加，對照組增加了54.99%，紫外線與鎘復合脅迫組增加了154.26%．這些數(shù)據(jù)證明了稀土元素鈰能夠通過增加植物體內(nèi)游離脯氨酸的含量來緩解復合脅迫的傷害．

3 討論

實驗結果顯示：復合脅迫下合成的葉綠素減少，生成的可溶性蛋白、丙二醛、游離脯氨酸增加，生成的可溶性糖變化不明顯，POD活性增強．通過噴灑外源鈰溶液，葉綠素含量和可溶性糖含量均有不同程度地增加，游離脯氨酸含量、可溶性蛋白含量、過氧化物酶含量上升的程度進一步加大，但丙二醛含量卻有所下降．

有研究表明，鎘對植物生長的影響主要表現(xiàn)在對植物細胞分裂周期、細胞分裂指數(shù)及染色體形態(tài)的影響．還有研究表明，鎘對葉綠體、線粒體、細胞核等亞顯微結構也會有破壞[14]．總之，在鎘脅迫下，植物生長受阻、花期延遲、抽穗期和成熟期推遲、籽實畸形、植物枯萎甚至死亡，嚴重影響作物產(chǎn)量和品質．

紫外線輻射增強對植物的生長發(fā)育、生理生化、形態(tài)結構產(chǎn)生一系列影響．紫外線輻射降低葉綠素含量從而對光合作用產(chǎn)生影響，這是由于紫外線輻射會引起植物脂質過氧化，破壞葉綠素或者影響葉綠素前體的合成，從而葉綠素含量下降．再者紫外線輻射會破壞光合系統(tǒng)反應中心，抑制電子傳遞，引起Hill反應活力下降和羧化酶數(shù)量的降低以及酶活性降低，植物同化能力被削弱、光合速率下降、暗呼吸增加、凈光合降低、植物生產(chǎn)量降低．還有受到紫外線輻射脅迫后，植物體內(nèi)POD的活性、游離脯氨酸的含量、MDA含量會升高．脅迫下游離脯氨酸的含量增加和抗氧化酶系統(tǒng)活性提高是植物抵抗紫外線輻射的一種防御機制．丙二醛是生物膜受到紫外線輻射傷害的產(chǎn)物，生物膜受損傷的程度越大，丙二醛含量越高．

稀土鈰是地殼中最豐富的元素，適量濃度的稀土元素能促進植物的生長發(fā)育，提高植物的光合作用和其中某些蛋白的活性，增加植物的抗逆能力，從而提高產(chǎn)量，改善品質．

本實驗結果反映了紫外線與鎘復合脅迫對植物造成的負面效應，同時也證明了稀土元素鈰可緩解紫外線與鎘復合脅迫對小麥幼苗造成的傷害．

小麥是重要的糧食作物，關系到民生，同時中國又是稀土元素大國，通過合理使用稀土元素來提高小麥的抗逆能力增加產(chǎn)量具有重大意義．