重金屬銅、鋅、鎘復(fù)合脅迫對麻瘋樹幼苗生理生化的影響

朱成豪 唐健民 高麗梅 鄒蓉 史艷財(cái) 付嶸 曾小飚

摘 要：該研究以Cu2+、Zn2+、Cd2+單一脅迫為對照，探討不同濃度的Cu2+、Zn2+、Cd2+復(fù)合脅迫對麻瘋樹幼苗生理生化指標(biāo)的影響。結(jié)果表明：隨著Cu2+、Zn2+、Cd2+濃度的增加，麻瘋樹幼苗葉片中的蛋白質(zhì)（Pro）、丙二醛（MDA）含量均逐漸增加，其葉片葉綠素含量隨著Zn2+脅迫濃度的增加呈現(xiàn)出先降后升的趨勢，在中等濃度（100 mg·L-1）的Zn2+脅迫時含量最低、隨著Cu2+脅迫濃度的增加葉綠素含量先升高后降低，在Cu2+濃度為200 mg·L-1時含量最高，達(dá)到1 200 mg·g-1 FW;Cd2+脅迫對葉綠素含量和根系活力無明顯影響。根系活力在Zn2+濃度為100 mg·L-1 時最強(qiáng)，隨著Cu2+濃度的增加而減弱。低濃度的Cu2+、Zn2+、Cd2+對過氧化物酶活性和可溶性糖含量都具有促進(jìn)作用。Cu2+、Zn2+、Cd2+復(fù)合脅迫時對可溶性蛋白、葉綠素和丙二醛含量均無明顯影響，隨著復(fù)合脅迫時濃度的增加，可溶性糖含量和根系活力先增后減。這表明麻瘋樹對三種重金屬的脅迫具有一定的抗性，過高濃度的脅迫會影響麻瘋樹幼苗生理生化的一些指標(biāo)，但是麻瘋樹可以通過自身的防御系統(tǒng)使傷害降到最小。此外，重金屬復(fù)合脅迫可以在一定程度上減輕單一脅迫對麻瘋樹幼苗造成的毒害作用。

關(guān)鍵詞：重金屬脅迫， 麻瘋樹， 生理生化特性

中圖分類號：Q945.78， S718.43

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1000-3142（2019）06-0752-09

Abstract：Cu2+， Zn2+ and Cd2+ single stress were used as controls to study the effects of different concentrations of Cu2+， Zn2+ and Cd2+ on physiological and biochemical indexes of Jatropha curcas seedlings. The results showed that the contents of protein （Pro） and malondialdehyde （MDA） in leaves of J. curcas seedlings increased gradually with the increase of Cu2+， Zn2+ and Cd2+ concentrations， and the chlorophyll content of leaves increased with the increase of Zn2+ stress concentration. The post-reduction trend was the lowest at the medium concentration （100 mg·L-1） Zn2+ stress， and the chlorophyll content increased first and then decreased with the increase of Cu2+ stress concentration. The highest content was obtained when Cu2+ concentration was 200 mg·L-1， reaching 1 200 mg· g-1; Cd2+ stress had no significant effects on chlorophyll content and root activity. The root activity was the strongest when Zn2+ concentration was 100 mg·L-1， and it decreased with the increase of Cu2+ concentration. Low concentrations of Cu2+， Zn2+ and Cd2+ promoted both pero-xidase activity and soluble sugar content. The contents of soluble protein， chlorophyll and malondialdehyde were not significantly affected by Cu2+， Zn2+ and Cd2+ stresses. The soluble sugar content and root activity increased first and then decreased with the increase of concentration during complex stress. The results showed that J. curcas had certain resis-tance to stress of the heavy metals. Excessive concentration of stress could affect some physiological and biochemical indexes of J. curcas seedlings， but J. curcas could reduce damage through its own defense system. In addition， heavy metal complex stress could alleviate the toxic effects of single stress on J. curcas seedlings to some extent.

Key words：heavy metal stress， Jatropha carcas， physiological and biochemical characteristics

由于生活和工業(yè)污水的排放、大氣沉降、采礦冶煉和農(nóng)藥化肥的大量施用，土壤累積富集了大量污染物，土壤污染尤其是重金屬污染狀況變得越來越嚴(yán)重（周國華等，2002;公勤等，2018）。重金屬污染是環(huán)境研究和保護(hù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)（孫波等，2003），因其不同于大氣和水體污染，具有隱蔽性、潛伏性和累積性的特點(diǎn)，是一類污染性質(zhì)非常嚴(yán)重的土壤污染，重金屬可以在生物體內(nèi)富集，有時還會轉(zhuǎn)化為更具毒性的甲基化合物。因此，急需找到一條在不影響土壤原本理化性質(zhì)的基礎(chǔ)上治理重金屬污染的新途徑，而植物的修復(fù)作用成為較易接受的方法（魏樹和等，2005）。在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，單一重金屬污染物對環(huán)境的影響較少見，往往是多種污染物對環(huán)境產(chǎn)生復(fù)合污染。復(fù)合污染時污染物的聯(lián)合作用方式有相加、拮抗、協(xié)同與獨(dú)立作用（呂小王，2004）。一些重金屬元素如Cu、Fe和Zn等，在較低濃度時是植物生長發(fā)育的必需元素，但過多吸收植物會出現(xiàn)明顯的不良癥狀。如，過量的Cu既不利于植物正常生長發(fā)育，還會使植物遭受重金屬毒害;Cd是土壤污染中最具毒性的物質(zhì)之一，且植物根系吸收的Cd最容易向地上部遷移;過量的Zn會作用于葉綠素生物合成途徑的幾種酶肽鏈中富含SH的部分，改變它們的正常構(gòu)型，抑制酶活性和阻礙葉綠素合成。因此研究這三種重金屬（Cu、Zn、Cd）單一及復(fù)合脅迫對植物生理生化造成的影響，對尋求治理重金屬污染的新途徑具有一定意義。

麻瘋樹（Jatropha curcas）系大戟科（Euphorbiacae）麻瘋樹屬（Jatropha Linn.）落葉灌木樹種，被稱為小桐子（云南）、假花生（廣西）等。原產(chǎn)美洲熱帶，現(xiàn)全世界熱帶和南亞熱帶地區(qū)均有栽培，我國主要分布于云南、四川、貴州、廣西等省（區(qū)），以云南分布面積最廣，資源數(shù)量最大（楊順林等，2006）。麻瘋樹種子含油率在40%以上，富含油酸和亞油酸（70%以上）;油脂碘值低，屬于半干性油，流動性好，它與柴油、汽油、酒精的摻合性很好，相互摻合后在長時間內(nèi)不分離，適合作工用油，是一種優(yōu)質(zhì)的木本油料植物（于曙明等，2006）。除榨取能源油外，其油渣、油餅可作農(nóng)藥、飼料或肥料等;全株有毒，莖、葉、樹皮均有豐富的白色乳汁，內(nèi)含大量毒蛋白、麻瘋酮等具有抗病毒、抗AIDS、抗腫瘤作用的成分，可開發(fā)作醫(yī)藥、生物農(nóng)藥和生物殺蟲劑等;此外麻瘋樹根系發(fā)達(dá)，是保水固土、防止沙化、增殖有機(jī)土質(zhì)、建造防護(hù)林的優(yōu)良造林材料，對改善生態(tài)環(huán)境和恢復(fù)植被有重要作用（茍圓和華堅(jiān)，2007）。麻瘋樹作為世界公認(rèn)的有較高經(jīng)濟(jì)價值的再生能源樹種，研究其對重金屬污染的修復(fù)作用，以便不耗費(fèi)更多的勞動力成本，發(fā)展前景良好。

本研究利用不同濃度的Cu2+、Zn2+、Cd2+溶液對麻瘋樹幼苗進(jìn)行單一及復(fù)合脅迫處理，測定脅迫14 d后其幼苗的各項(xiàng)生理指標(biāo)，包括丙二醛（MDA）、過氧化物酶（POD）、根系活力、葉綠素含量、蛋白質(zhì)（Pro）含量、細(xì)胞膜透過性、脯氨酸含量等，以了解麻瘋樹受脅迫后生理生化的變化規(guī)律，探討銅、鋅、鎘毒害植物的機(jī)理以及被毒害后麻瘋樹的各種生理響應(yīng)和抗逆效果，對麻瘋樹的生長促進(jìn)和重金屬污染的植物修復(fù)提供科學(xué)根據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1.1 麻瘋樹種子萌發(fā) 麻瘋樹種子采購于云南壯大科技有限公司，品系為TD2。選取飽滿種子，用自來水浸泡12 h后用濃度為0.2 g·L-1高錳酸鉀消毒10 min，用蒸餾水反復(fù)洗去殘留的高錳酸鉀，用已消毒的鑷子將清洗干凈的麻瘋樹種子置于預(yù)先消毒準(zhǔn)備好的口徑為27 cm×22 cm×3.5 cm，下墊1層脫脂棉上層蓋濾紙的鋁合金盤中，轉(zhuǎn)入已經(jīng)消毒的恒溫恒濕培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，培養(yǎng)條件設(shè)定為溫度25 ℃、濕度85%、光照1 000 lx。萌發(fā)期間保證種子的水分需求。待種子發(fā)芽，胚根長至約0.5 cm時移栽。

1.1.2 麻瘋樹幼苗培養(yǎng)試驗(yàn) 選取發(fā)芽良好的麻瘋樹種子移栽至塑料杯中，用洗凈并風(fēng)干的沙礫固定根系，用pH6.4的1/2 Hoagland培養(yǎng)液在室內(nèi)自然條件下澆灌培養(yǎng)。培養(yǎng)期間保證水分及養(yǎng)料的需求。培養(yǎng)3 d后選出長勢一致的幼苗進(jìn)行重金屬脅迫試驗(yàn)。

1.1.3 麻瘋樹幼苗重金屬脅迫盆栽試驗(yàn)設(shè)計(jì) 處理Cu2+ 溶液質(zhì)量濃度（以純 Cu2+ 計(jì)）為0、25、50、100、200、400? mg·L-1;處理 Zn2+ 溶液質(zhì)量濃度（以純 Zn2+計(jì)）為0、25、50、100、200、400? mg·L-1，處理 Cd2+溶液質(zhì)量濃度（以純 Cd2+計(jì)）為0、5、25、50、100、200 mg·L-1處理 Cu2+、Zn2+、Cd2+ 復(fù)合的濃度（單位為mg·L-1）為0+0+0、25+25+5、50+50+25、100+100+50、200+200+100、400+400+200;各濃度組分別記為 T1、T2、T3、T4、T5、T6。配方試劑及濃度為322 μmol·L-1尿素;360 μmol·L-1 MgSO4·7H2O，600 μmol·L-1Ca （ NO3 ） 2 ·4H2O;300 μmol·L-1KH2PO4;900 μmol·L-1 KNO3 ;4.3 μmol·L-1MnSO4·H2O;4.0 μmol·L-1Na2B4O7·10H2O;0.34 μmol·L-1CuSO4 · 5H2O;1.3 μmol·L-1 ZnSO4 ·7H2O; 0.04 μmol·L-1Na2MoO4·2H2O;3.4 μmol·L-1Fe-EDTA。

以1/2 Hoagland培養(yǎng)液配置的脅迫液對麻瘋樹幼苗進(jìn)行脅迫處理，每個實(shí)驗(yàn)組10棵幼苗。選取長勢一致的麻瘋樹幼苗，用洗凈并風(fēng)干的沙礫固定根系。用不同濃度的CdCl2、CuSO4和ZnSO4的單獨(dú)及混合完全培養(yǎng)液澆灌，使之保持濕潤狀態(tài)，每兩天將聚乙烯塑料杯中剩余的完全培養(yǎng)液倒出，重新加入新的培養(yǎng)液進(jìn)行脅迫。培養(yǎng)14 d后，在同組中選取長勢一致的三株麻瘋樹幼苗進(jìn)行各項(xiàng)生理指標(biāo)的測定。

1.1.4 麻瘋樹幼苗根的取樣 把根仔細(xì)洗凈，地上部分從莖基部切除。將根放入三角瓶中，倒入反應(yīng)液（1%TTC溶液、0.4 μmol·L-1的琥珀酸和磷酸緩沖液以1∶5∶4比例混合），以浸沒根為度，置37 ℃左右暗處放1～3 h，以觀察著色情況，待新根尖端幾毫米以及細(xì)側(cè)根都明顯地變成紅色。

1.2 麻瘋樹幼苗的生理生化測定

丙二醛（MDA）與可溶性糖含量用硫代巴比妥酸（TBA）法測定（殷恒霞等，2009）;過氧化物酶（POD）活性用愈創(chuàng)木酚法測定（湯章城，1999）;根系活力用TTC法測定（張志良等，2009）;葉片光合色素含量用80%丙酮萃取法測定（李得孝等，2005）;可溶性蛋白（Pro）用考馬斯亮藍(lán)法測定（曲春香等，2006）;游離脯氨酸含量用酸性茚三酮法測定;細(xì)胞膜滲透壓通過測定外滲液電導(dǎo)率變化來測定（石連旋等，2013）;CAT活性用紫外吸收法測定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

本研究原始數(shù)據(jù)的相關(guān)計(jì)算借助于Excel軟件 ，并用SPSS（13.0）對數(shù)據(jù)進(jìn)行 one-way ANOVA分析（P<0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 Cu2+、Zn2+、Cd2+單一及復(fù)合脅迫對麻瘋樹幼苗葉綠素含量的影響

由圖1可知，隨著Cu2+濃度的增加，麻瘋樹幼苗葉片的葉綠素含量先升后降，當(dāng)Cu2+濃度為200 mg·L-1時葉綠素含量最大，且受Cu2+脅迫的五組麻瘋樹葉片的葉綠素含量均比對照組有所增加。由此可知，Cu2+濃度較大時對麻瘋樹葉片中葉綠素的積累仍具有促進(jìn)作用。麻瘋樹幼苗葉片的葉綠素含量隨著Zn2+濃度的增加越來越低，隨著Zn2+攝入的增加麻瘋樹葉片中葉綠素合成遭受的破壞越嚴(yán)重（P<0.01）。而不同Cd2+濃度脅迫對葉綠素的合成影響不大（P>0.05）。在同一濃度組處理下，以Zn和Cd對葉綠素的含量變化影響最大。Cu、Zn、Cd 復(fù)合脅迫時與對照組相比各濃度組的葉綠素含量均有不同程度的升降，但是變化幅度都不大。由此可知，隨著Cu2+、Cd2+的加入減緩了Zn2+對葉綠素合成的毒害作用。

2.2 Cu2+、Zn2+、Cd2+單一及復(fù)合脅迫對麻瘋樹幼苗丙二醛（MDA）含量的影響

圖2結(jié)果表明，隨著Cu2+、Zn2+濃度的增加，丙二醛的含量也逐漸增加（P<0.01），表明Cu2+、Zn2+脅迫明顯加快了植物葉片細(xì)胞膜脂過氧化過程。低濃度的Cd2+對麻瘋樹葉片MDA含量與對照組相比無明顯的變化，只有在較高濃度 （Cd2+>100 mg·L-1）時麻瘋樹葉片膜脂的過氧化程度才開始加劇，MDA 含量升高，膜結(jié)構(gòu)受損嚴(yán)重，幼苗的抗逆性下降。Cu2+、Zn2+、Cd2+復(fù)合脅迫隨著濃度的增加與對照組相比MDA的含量均有不同程度的升降，但幅度都很小。

2.3 Cu2+、Zn2+、Cd2+單一及復(fù)合脅迫對幼苗葉片過氧化物酶（POD）及CAT活性的影響從圖3：a可以看出，不同濃度的Cu2+脅迫，幼苗葉片的POD活性與對照組相比相差均不大（P>0.05）。Zn2+和Cd2+脅迫則對幼苗葉片的POD活性造成極顯著的影響（P<0.01）。隨著Zn2+和Cd2+濃度的增加，POD活性均先升后降，說明低濃度的Zn2+和Cd2+能提高麻瘋樹幼苗的POD活性，當(dāng)Zn2+

2.4 Cu2+、Zn2+、Cd2+單一及復(fù)合脅迫對麻瘋樹幼苗葉片脯氨酸含量的影響

從圖4可以看出，在較低（Cu2+、 Zn2+ <100 mg·L-1）濃度脅迫時麻瘋樹幼苗脯氨酸含量與對照組相比無明顯影響，但在較高濃度（Cu2+ >100 mg·L-1）水平下脯氨酸含量則成明顯的上升趨勢，分別比對照組增加了237.65%和242.04%（P<0.01）。在不同濃度Cd脅迫和復(fù)合脅迫中麻瘋樹幼苗體內(nèi)脯氨酸的含量與對照組相比雖有所增加，但是增加的幅度都很小，說明Cd脅迫和復(fù)合脅迫對麻瘋樹幼苗脯氨酸的積累無明顯影響。

2.5 Cu2+、Zn2+、Cd2+單一及復(fù)合脅迫對麻瘋樹幼苗葉片可溶性糖含量的影響

從圖5可以看出，隨著 Cu2+濃度的增加麻瘋樹幼苗葉片中可溶性糖的含量也逐漸增加。隨著Zn2+濃度的增加，麻瘋樹幼苗葉片中可溶性糖的含量與對照組相比均有不同程度的增加，Cu2+濃度為100 mg·L-1時達(dá)到峰值，Zn2+濃度為25 mg·L-1時達(dá)到峰值。Cd2+單一脅迫時隨著濃度的增加麻瘋樹葉片中可溶性糖含量與對照組相比無明顯變化。即Cd2+脅迫對麻瘋樹可溶性糖的累積無明顯影響。由不同Cu2+、 Zn2+濃度脅迫麻瘋樹幼苗測定的葉片脯氨酸含量表明，隨著復(fù)合脅迫濃度的增加麻瘋樹幼苗葉片中可溶性糖含量先升后降，在T5組濃度（Cu2+、Zn2+ 為200 mg·L-1、Cd2+為100 mg·L-1）時達(dá)到最大值。

2.6 Cu2+、Zn2+、Cd2+單一及復(fù)合脅迫對麻瘋樹幼苗葉片可溶性蛋白含量的影響

植物體內(nèi)的可溶性蛋白含量是一個重要的生理生化指標(biāo)。其含量還可以影響細(xì)胞滲透性和功能蛋白的數(shù)量。圖6結(jié)果顯示，Cu2+、Zn2+、Cd2+單一脅迫時麻瘋樹幼苗葉片中可溶性蛋白含量隨著脅迫濃度的增加而增加，且Cd2+單一脅迫時增加的最為明顯（P<0.01）。復(fù)合脅迫時麻瘋樹幼苗葉片內(nèi)可溶性蛋白含量均維持在一個較高的水平，但受復(fù)合脅迫濃度的影響變化不大（P>0.05）。

2.7 Cu2+、Zn2+、Cd2+單一及復(fù)合脅迫對麻瘋樹幼苗根系活力的影響

由圖7可知，Cu2+、Zn2+、Cd2+單一和復(fù)合脅迫對麻瘋樹幼苗的根系活力都表現(xiàn)出較為顯著的影響（P<0.01）。隨著Cu2+濃度的增加麻瘋樹幼苗根系活力逐漸減弱，在高濃度Cu2+脅迫時（Cu2+>200 mg·L-1），根系活力急劇下降基本接近于零即根基本死亡。Zn2+脅迫時，隨著Zn2+濃度的增加根系活力先增強(qiáng)后減弱，但根系活力都維持在一個較高水平。Cd2+脅迫對根系活力沒有明顯的影響，隨著Cd2+濃度的增加根系活力與對照組相比雖有不同程度的增減但都維持在較高的水平。復(fù)合脅迫時隨著復(fù)合濃度的增加，麻瘋樹幼苗根系活力先增強(qiáng)后減弱，在T6組濃度時基本死亡。

2.8 Cu2+、Zn2+、Cd2+單一及復(fù)合脅迫對麻瘋樹幼苗細(xì)胞膜透過性的影響

在正常情況下，細(xì)胞膜對物質(zhì)具有選擇透過性，當(dāng)植物受到逆境影響時，細(xì)胞膜遭受破壞，膜透性增大，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的電解質(zhì)外滲，以致植物細(xì)胞浸提液的相對電導(dǎo)率增大?？筛鶕?jù)相對電導(dǎo)率鑒定植物抗逆性強(qiáng)弱。圖8結(jié)果顯示，隨著Cu2+濃度的增加，麻瘋樹幼苗相對電導(dǎo)率逐漸增加，說明隨著Cu2+濃度的增加，細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的損傷越嚴(yán)重。Zn2+脅迫時相對電導(dǎo)率隨著Zn2+濃度的增加先降低后升高，在T4、T5、T6組濃度時與對照組相比分別增加了307.86%、501.78%、651.21%。Cd2+脅迫時隨著Cd2+濃度的變化麻瘋樹幼苗的相對電導(dǎo)率與對照組相比無明顯差異。復(fù)合脅迫時在T5組脅迫濃度內(nèi)麻瘋樹幼苗的相對電導(dǎo)率變化不大，當(dāng)達(dá)到T6組濃度時相對電導(dǎo)率急劇上升，與對照組相比增加了652.26%。

3 討論

3.1 重金屬Cu脅迫對麻瘋樹幼苗生理生化特性的影響

重金屬對植物生理生化特性的影響過程是較復(fù)雜的，會由于外界環(huán)境的改變產(chǎn)生不同影響，較嚴(yán)重的不利影響會導(dǎo)致植物生長不良、產(chǎn)生病害、早衰甚至死亡。銅是植物生長發(fā)育必需的營養(yǎng)元素，細(xì)胞色素氧化酶、多酚氧化酶和抗壞血酸氧化酶的合成及光合電子傳遞均離不開銅，但由于銅具有累積性，過量的銅會使植物體遭受嚴(yán)重的重金屬毒害（王鏡巖等，2002）。本研究中，經(jīng)過不同濃度的Cu2+ 處理，麻瘋樹幼苗的各項(xiàng)生理指標(biāo)表現(xiàn)出不同的變化。隨著 Cu2+ 濃度的增大，丙二醛含量和相對電導(dǎo)率也逐漸增大表明Cu2+會破壞麻瘋樹幼苗葉片膜的結(jié)構(gòu)和功能，引起細(xì)胞膜透過性升高和MDA含量的升高。隨著脯氨酸和可溶性蛋白含量的逐漸增加麻瘋樹幼苗也體現(xiàn)出對Cu脅迫的抗逆性和適應(yīng)性。葉綠素、可溶性糖含量和根系活力先增后降，200 mg·L-1時葉綠素含量最大;100 mg·L-1時可溶性糖含量最高;50 mg·L-1時根系活力最強(qiáng)，當(dāng)濃度達(dá)到400 mg·L-1時根系已基本死亡。這表明低濃度的Cu2+對麻瘋樹幼苗的毒害作用不大，只有當(dāng)Cu2+濃度達(dá)到一定量時，麻瘋樹幼苗的生長才會受到嚴(yán)重抑制。

3.2 重金屬Zn脅迫對麻瘋樹幼苗生理生化特性的影響

Zn是植物生長的必需元素之一，缺乏Zn元素時植物會出現(xiàn)明顯的癥狀。Zn2+在細(xì)胞內(nèi)超過一定濃度時，也會損害植物細(xì)胞。植物吸收過量的Zn2+會導(dǎo)致酶活性降低或喪失，蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的破壞會引起胞內(nèi)蛋白質(zhì)的凝集，細(xì)胞代謝平衡失調(diào)，細(xì)胞塌陷甚至崩解。由本研究生理指標(biāo)的測定結(jié)果可知，隨著Zn2+濃度的增加，麻瘋樹葉綠素含量和過氧化物酶活性逐漸降低，丙二醛含量逐漸升高，說明過量的Zn2+能夠破壞麻瘋樹幼苗葉片中葉綠素的合成和抑制抗氧化酶的活性，破壞葉片膜結(jié)構(gòu)和功能，導(dǎo)致MDA的大量合成。從可溶性糖、可溶性蛋白和游離脯氨酸含量的逐漸增加可知麻瘋樹幼苗通過自身的調(diào)節(jié)來抵抗和適應(yīng)Zn2+脅迫對自身造成的傷害。由相對電導(dǎo)率和根系活力先升后降可知，低濃度的Zn2+對麻瘋樹幼苗的生長起到一定的促進(jìn)作用，高濃度Zn2+則明顯地抑制麻瘋樹幼苗生理生化的指標(biāo)。

3.3 重金屬Cd脅迫對麻瘋樹幼苗生理生化特性的影響

Cd是植物生長的非必需元素，不參與任何結(jié)構(gòu)組成和生命代謝活動，對于所有生物體都具有毒性，低濃度（0.1～1 mg·kg-1）Cd2+可抑制植物的生長、發(fā)育和繁殖，高濃度Cd2+可導(dǎo)致植物死亡（尹國麗等，2013）。研究表明，Cd2+能夠?qū)е轮参锛?xì)胞損傷，包括引起植物根損傷（Godbold & Polle，2001）、抑制光合作用和蒸騰作用（Siedlecka & Tadeusz，1993）、束縛自由巰基使蛋白變性或失活（Cobbett & Goldsbrough，2002）、置換不同蛋白包括轉(zhuǎn)錄因子和輔酶（Assche & Clijsters，1990）、引起氧化脅迫（Sandalio et al.，2001）、產(chǎn)生活性氧（Shah et al.，2001）等。本研究中，Cd脅迫麻瘋樹幼苗結(jié)果表明，MDA含量隨著Cd2+濃度的增加而增加說明Cd2+破壞了麻瘋樹幼苗體內(nèi)活性氧代謝的平衡，可溶性蛋白和游離脯氨酸含量的增加減弱了Cd2+對麻瘋樹幼苗的毒害作用，從而使得Cd2+對葉綠素的合成和根系活力的毒害作用降至最低。當(dāng)Cd2+濃度大于50 mg·L-1時POD活性和可溶性糖含量均有明顯的下降，而相對電導(dǎo)率則明顯增高，由此可知當(dāng)Cd2+濃度大于50 mg·L-1時，Cd對麻瘋樹幼苗的毒害作用逐漸表現(xiàn)出來。

3.4 重金屬Cu、Zn、Cd復(fù)合脅迫對麻瘋樹幼苗生理生化特性的影響

葉綠素是植物光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，其含量高低直接影響植物光合作用的強(qiáng)度及物質(zhì)合成速率。當(dāng)植物受到重金屬脅迫時，葉綠素含量顯著降低，葉綠體膜結(jié)構(gòu)受到損傷，葉綠體內(nèi)的光合酶含量降低，葉片氣孔關(guān)閉，光合作用強(qiáng)度降低（文曉慧，2012）。本研究麻瘋樹幼苗葉片色素吸收光譜結(jié)果表明，隨著復(fù)合脅迫濃度的增加，其葉綠素含量與對照組相比有不同程度的增減但是變化均不大，即復(fù)合脅迫對麻瘋樹幼苗葉片葉綠素的合成影響不大。本研究結(jié)果顯示，與對照組相比受脅迫的麻瘋樹幼苗POD活性有不同程度的降低，由此可知復(fù)合脅迫打破了麻瘋樹幼苗體內(nèi)正常的活性氧代謝平衡，因過氧化物酶活性的降低引起活性氧的累積，進(jìn)而導(dǎo)致膜脂過氧化，MDA含量升高。

脯氨酸作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)（盧少云等，2003），可在逆境條件下大量合成。本研究在較低復(fù)合脅迫濃度（Cu2+、Zn2+<50 mg·L-1，Cd2+<25 mg·L-1）時脯氨酸含量與對照組相比無明顯變化，當(dāng)復(fù)合脅迫濃度較高（Cu2+、Zn2+>100 mg·L-1，Cd2+>50 mg·L-1）時脯氨酸含量急劇增加，可能是由于重金屬脅迫時氧自由基的大量累積，從而造成脯氨酸應(yīng)激性升高，以發(fā)揮清除氧自由基的作用。

根系作為植物吸收和運(yùn)輸水分及營養(yǎng)物質(zhì)的主要器官，根系活力的高低可以直接反應(yīng)植物的生長狀況。本研究結(jié)果表明，隨著復(fù)合脅迫濃度的增加根系活力先增后減說明低濃度的復(fù)合脅迫對麻瘋樹幼苗的生長會起到一定的促進(jìn)作用，通過葉綠素的合成水平，可看出Cu2+、Cd2+的加入使得Zn2+對葉綠素合成造成的影響減弱，可能是由于Cu、Cd的加入抑制了麻瘋樹對Zn的吸收，Cu、Cd對Zn的吸收產(chǎn)生了拮抗作用，此外通過其他生理生化指標(biāo)的變化表明，復(fù)合脅迫時對麻瘋樹的毒害作用小于單一脅迫，這可能是三種離子共存時，會在一定程度上降低植物對彼此的吸收，即復(fù)合脅迫下，一種元素的加入將抑制植物對另外元素的吸收，進(jìn)而減輕毒害。

4 結(jié)論

本文研究了麻瘋樹幼苗生長、生理生化特征對不同濃度的Cu2+、Zn2+、Cd2+單一及復(fù)合脅迫下響應(yīng)機(jī)制，得出以下結(jié)論：（1）Cu2+主要破壞麻瘋樹幼苗的根系和細(xì)胞膜，對麻瘋樹的毒害作用最大。（2）Zn2+主要破壞麻瘋樹幼苗的光合色素的合成和抑制過氧化物酶的活性，但麻瘋樹可以通過增加蛋白質(zhì)、脯氨酸、可溶性糖等的含量來對自身進(jìn)行調(diào)節(jié)以減輕Zn2+的毒害作用。（3）低濃度的Cd2+對麻瘋樹幼苗的生長發(fā)育無明顯影響，濃度大于50 mg·L-1時對麻瘋樹幼苗的過氧化物酶活性、細(xì)胞膜透過性等表現(xiàn)出較大的毒害作用。（4）低濃度復(fù)合脅迫可以減輕單金屬脅迫對麻瘋樹幼苗的毒害作用，較高濃度（Cu2+、Zn2+>100 mg·L-1，Cd2+>50 mg·L-1）的復(fù)合脅迫可以直接破壞麻瘋樹幼苗的根系，使根系腐爛、植株脫水死亡。

綜上所述，麻瘋樹對三種重金屬的脅迫具有一定的抗性，過高濃度的脅迫會對麻瘋樹幼苗生長發(fā)育造成損傷，但是麻瘋樹可以通過自身的防御系統(tǒng)使傷害降到最小，以此可以將其作為一種再生能源樹種，通過其本身的植物修復(fù)作用，來為治理重金屬污染提供一些基礎(chǔ)依據(jù)。

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