外源6-BA對鎘（Cd）脅迫下茄子幼苗抗氧化系統(tǒng)及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

吳雪霞，朱宗文，張愛冬，查丁石

（上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院設(shè)施園藝研究所，上海市設(shè)施園藝技術(shù)重點實驗室，上海201403）

工業(yè)“三廢”排放、礦業(yè)開采和污水灌溉等人為活動使農(nóng)田土壤鎘（Cd）過度累積［1-3］。Cd是植物生長發(fā)育的非必需元素，具有較高的移動性和毒性，在極低濃度時就對植物產(chǎn)生毒害作用，嚴重危害農(nóng)作物的正常生長、產(chǎn)量及品質(zhì)［3-5］。據(jù)報道，Cd能干擾植物代謝，抑制生長［6-7］；增強質(zhì)膜透性，誘導(dǎo)活性氧（ROS）產(chǎn)生，擾亂抗氧化系統(tǒng)［8-9］；干擾葉綠素合成，導(dǎo)致光合速率下降［1，10］；影響營養(yǎng)元素的吸收、分配［11］。目前，Cd污染已成為威脅土壤生態(tài)安全和制約農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素［5，11］。

細胞分裂素是植物體內(nèi)存在的具有廣泛生物學(xué)效應(yīng)的一類激素，具有促進細胞分裂、誘導(dǎo)器官分化、促進種子萌發(fā)、打破種子休眠、解除植物頂端優(yōu)勢及延緩葉綠素降解等生理功能［12-13］，并能增強作物對多種非生物脅迫因子的抗性［1-15］。6-BA（6-芐基腺嘌呤）作為一種較活躍的細胞分裂素，在提高植物抗逆性方面有著積極的作用［16］。研究表明，6-BA能通過提高植物超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）的活性，增加谷胱苷肽（GSH）和抗壞血酸（AsA）等抗氧化物質(zhì)的含量，促進葉綠素合成和光合作用，增強植物對鹽害、低溫、干旱和淹水等逆境條件的抵抗能力［16-20］。此外，6-BA能通過提高ROS的清除能力，增強植物抵抗鎘［21］、鉛［22］、鋅［23］和汞［24］等重金屬脅迫的能力。

茄子（Solanum melongena L.）是設(shè)施栽培的主要蔬菜作物之一，在中國蔬菜栽培中占有重要地位。隨著工業(yè)化和城市化的發(fā)展，農(nóng)田土壤和水體重金屬Cd累積超標問題日益嚴重，嚴重影響茄子的產(chǎn)量和品質(zhì)［25］；同時環(huán)境中的Cd沿著食物鏈遷移和富集進入人體，對人類的健康造成了極大威脅［11，26］。因此，本試驗以茄子幼苗為材料，研究外源細胞分裂素類物質(zhì)6-BA對Cd脅迫下茄子幼苗葉片和根系ROS生成、抗氧化系統(tǒng)及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響，探討6-BA在增強茄子幼苗抵抗鎘脅迫方面的效應(yīng)及其生理機制，以期為鎘污染環(huán)境的治理提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試茄子品種為‘滬茄08-1’，耐Cd中等，由上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院設(shè)施園藝研究所提供。6-BA購自Sigma公司，使用前先用體積分數(shù)為95%的乙醇溶解，用蒸餾水配制50μmol/L的母液，4℃保存，用時按試驗所需濃度進行稀釋［16］。Cd供體為氯化鎘（CdCl2·2.5H2O），國產(chǎn)分析純。

1.2 試驗處理

試驗按吳雪霞等［16］方法進行，在上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院設(shè)施園藝研究所GSW-7430連棟塑料溫室內(nèi)進行。種子經(jīng)55℃溫水浸種后播于直徑10 cm、高10 cm的塑料營養(yǎng)缽中，以蛭石作基質(zhì)，每缽播1粒種子，共100粒種子。真葉展開后，每2 d澆1次1/4濃度日本園試營養(yǎng)液，每株澆50 mL，3片真葉后每株澆80 mL。當幼苗具有3—4片真葉時，選取生長一致的幼苗進行處理。

共設(shè)置6個處理：S0（10μmol/L 6-BA）、S1（0.05 mmol/L Cd）、S2（0.1 mmol/L Cd）、S3（0.05 mmol/L Cd+10μmol/L 6-BA）、S4（0.1 mmol/L Cd+10μmol/L 6-BA），以噴施6-BA濃度為0、不進行Cd脅迫的處理為對照（CK）。分別于處理4 d和8 d選取幼苗生長點下第2片完全展開葉測定各生理指標，每處理10株，3次重復(fù)。

1.3 統(tǒng)計分析

每個指標測定重復(fù)3次，取平均值。數(shù)據(jù)采用Origin 7.5軟件繪圖，使用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件對平均數(shù)用Duncan新復(fù)極差法進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源6-BA對Cd脅迫下茄子幼苗葉片和根系中MDA含量、O-2·產(chǎn)生速率及H2O2含量的影響

如圖1A—C所示，與對照（CK）相比，S0處理4 d和8 d顯著降低了茄子幼苗葉片中H2O2含量和產(chǎn)生速率，而對MDA含量無明顯影響；S1和S2處理4 d和8 d顯著提高了茄子幼苗葉片中MDA含量、產(chǎn)生速率和H2O2含量，S2處理的以上3種指標顯著高于S1處理。與單獨Cd脅迫處理（S1、S2）相比，S3和S4處理4 d、8 d均顯著降低了以上3種指標。S3處理的茄子幼苗葉片中MDA含量、產(chǎn)生速率與S4處理無明顯差別，而H2O2含量顯著低于S4處理。

如圖1D—F所示，與CK相比，S0處理4 d和8 d對茄子幼苗根系中MDA含量無顯著影響產(chǎn)生速率和H2O2含量均顯著降低。S1和S2處理4 d和8 d均使茄子幼苗根系中MDA含量、產(chǎn)生速率和H2O2含量明顯提高，處理時間越長，處理濃度越大，效果越明顯。S3、S4處理均使以上3種指標顯著降低。

圖1 外源6-BA對Cd脅迫下茄子幼苗葉片（A、B、C）和根系（D、E、F）中MDA含量、產(chǎn)生速率和H 2O2含量的影響Fig.1 Effects of exogenous 6-BA on MDA content，producing rate and H2 O2 content in leaves（A，B，C）and roots（D，E，F(xiàn)）of eggp lant seed lings under Cd stress

2.2 外源6-BA對Cd脅迫下茄子幼苗葉片和根系中SOD、POD及CAT活性的影響

如圖2A—C所示，與CK相比，除S0處理4 d對茄子幼苗葉片中CAT活性沒有顯著影響外，S0處理4 d和8 d的SOD、POD和CAT活性均顯著提高。S1、S2處理4 d和8 d的茄子幼苗葉片中SOD、POD和CAT活性均顯著高于CK，S1處理的以上3種酶活性顯著低于S2處理。S3、S4處理的茄子幼苗葉片中SOD、POD和CAT活性均顯著高于S1、S2處理。

如圖2D—F所示，S0處理4 d和8 d的茄子幼苗根系中CAT活性與CK相比無顯著變化，而SOD和POD活性均顯著高于CK。與CK相比，S1和S2處理的茄子幼苗根系中SOD、POD和CAT活性均顯著提高，S2處理的以上3種酶活性顯著高于S1處理。與S1和S2處理相比，S3和S4處理均進一步提高了茄子幼苗根系中SOD、POD和CAT的活性。相同處理下，茄子幼苗葉片中SOD、POD和CAT活性均高于根系。

圖2 外源6-BA對Cd脅迫下茄子幼苗葉片（A、B、C）和根系（D、E、F）中SOD、POD和CAT活性的影響Fig.2 Effects of exogenous6-BA on the activities of SOD，POD and CAT in leaves（A，B，C）and roots（D，E，F(xiàn)）of eggp lant seed lings under Cd stress

2.3 外源6-BA對Cd脅迫下茄子幼苗葉片及根系中APX、DHAR和GR活性的影響

如圖3A—C所示，與CK相比，S0處理能顯著提高茄子幼苗葉片中APX、GR的活性，對DHAR無明顯影響。S1、S2處理4 d和8 d時，茄子幼苗葉片中APX、DHAR和GR的活性均顯著高于CK，S1處理顯著低于S2處理。S3和S4處理均顯著提高了茄子幼苗葉片中APX、DHAR和GR的活性。

如圖3D—F所示，S0處理4 d的茄子幼苗根系中DHAR和GR活性與CK相比無明顯差異，其余處理均顯著高于CK。與CK相比，S1、S2處理4 d和8 d均顯著提高了茄子幼苗根系中APX、DHAR和GR的活性，S2處理4 d和8 d的茄子幼苗根系中APX、DHAR和GR的活性顯著高于S1處理。S3和S4處理顯著提高了茄子幼苗根系中APX、DHAR和GR的活性。

圖3 外源6-BA對Cd脅迫下茄子幼苗葉片（A、B、C）和根系（D、E、F）中APX、DHAR和GR活性的影響Fig.3 Effects of exogenous6-BA on the activities of APX，DHAR and GR in leaves（A，B，C）and roots（D，E，F(xiàn)）of eggplant seedlings under Cd stress

2.4 外源6-BA對Cd脅迫下茄子幼苗葉片及根系中AsA和GSH含量的影響

如圖4A、B所示，與CK相比，S0、S1和S2處理4 d和8 d均能顯著增加茄子幼苗葉片中AsA和GSH的含量，S1處理4 d的茄子幼苗葉片中AsA和GSH的含量與S2處理相比無顯著變化，處理8 d時均顯著低于S2處理。S3和S4處理均顯著提高了茄子幼苗葉片中AsA和GSH的含量。

如圖4C、D所示，與CK相比，S0處理4 d和8 d顯著提高了茄子幼苗根系中AsA的含量，對GSH含量無明顯影響。S1、S2處理4 d和8 d的茄子幼苗根系中AsA和GSH的含量均顯著高于CK，S1處理的以上2個指標均顯著低于S2處理。S3和S4處理進一步提高了茄子幼苗根系中AsA和GSH的含量。

2.5 外源6-BA對Cd脅迫下茄子幼苗葉片和根系中Pro和可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

如圖5A、B所示，與CK相比，S0、S1、S2處理4 d和8 d的茄子幼苗葉片中Pro和可溶性蛋白質(zhì)的含量均顯著提高。S3和S4處理進一步提高了茄子幼苗葉片中Pro和可溶性蛋白質(zhì)的含量。

如圖5C、D所示，S0、S1、S2處理4 d和8 d的茄子幼苗根系中Pro和可溶性蛋白質(zhì)含量均顯著高于CK。與單獨Cd脅迫處理（S1、S2）相比，外源6-BA處理（S3、S4）均顯著增加了Cd脅迫下茄子幼苗根系中Pro和可溶性蛋白質(zhì)的含量。

圖4 外源6-BA對Cd脅迫下茄子幼苗葉片（A、B）和根系（C、D）中ASA和GSH含量的影響Fig.4 Effects of exogenous6-BA on the content of ASA and GSH in leaves（A，B）and roots（C，D）of eggplant seedlings under Cd stress

圖5 外源6-BA對Cd脅迫下茄子幼苗葉片（A、B）和根系（C、D）中脯氨酸和可溶性蛋白質(zhì)含量的影響Fig.5 Effects of exogenous 6-BA on the content of proline and soluble protein content in leaves（A，B）and roots（C，D）of eggp lant seed lings under Cd stress

3 討論

MDA是植物組織在逆境下膜脂過氧化的主要產(chǎn)物，其含量直接反映了細胞膜結(jié)構(gòu)的損傷程度［9］。前人研究報道，Cd脅迫可增加萵苣［30］、甜瓜［31］和番茄［32］葉片中MDA和H2O2的含量、提高產(chǎn)生速率，細胞膜脂過氧化增加，植株的正常代謝受到影響。本試驗表明，Cd脅迫誘導(dǎo)茄子幼苗葉片和根系中MDA和H2O2含量增加以及產(chǎn)生速率提高，處理時間越長，處理濃度越大，效果越明顯。外源噴施6-BA后，茄子幼苗葉片和根系中MDA和H2O2含量以及產(chǎn)生速率均顯著降低，表明外源6-BA處理能夠有效清除ROS，緩解Cd脅迫對茄子幼苗的傷害。

關(guān)于Cd脅迫下SOD、POD和CAT活性的變化前人研究并不一致。張義凱等［33］研究認為，Cd脅迫顯著抑制了番茄葉片和根系中SOD和CAT的活性，提高了番茄葉片和根系中POD的活性。張永平等［34］研究發(fā)現(xiàn)，Cd脅迫下2個Cd耐性不同的甜瓜品種中SOD、POD和CAT活性均顯著升高。本試驗表明，Cd脅迫誘導(dǎo)了茄子幼苗期葉片和根系中SOD、POD和CAT活性的增加，且隨著Cd脅迫水平的增加和脅迫時間的延長，酶的活性增強，可能是因為Cd脅迫誘導(dǎo)了抗氧化酶基因的轉(zhuǎn)錄水平或轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)節(jié)，從而提高了抗氧化酶的活性［11，35］。葉面噴施6-BA可顯著提高Cd脅迫下茄子幼苗SOD、POD和CAT的活性，提高了植物對ROS的清除能力，可能是6-BA作為生物活性分子通過一系列生理生化反應(yīng)，增加了抗氧化酶底物的濃度，激活了抗氧化酶的活性。徐莉莉等［21］研究表明，葉面噴施6-BA可增強Cd脅迫下玉米SOD、POD和CAT的活性，與本研究結(jié)果一致。

抗壞血酸-谷胱甘肽（AsA-GSH）循環(huán)系統(tǒng)是植物體內(nèi)清除ROS自由基的另外一條重要途徑，該循環(huán)主要包括APX、DHAR和GR等組份，以及AsA和GSH等抗氧化物質(zhì)［33］。劉燦玉等［36］研究表明，Cd脅迫下，姜葉片中APX、DHAR和GR的活性均被誘導(dǎo)增強，ASA和GSH含量顯著升高。張義凱等［33］研究認為，Cd處理顯著抑制了番茄葉片中APX活性，而顯著提高了番茄根系中APX活性。本試驗中，Cd脅迫誘導(dǎo)了茄子幼苗葉片和根系中APX、DHAR、GR的活性，AsA和GSH含量增加，說明茄子在感受重金屬Cd信號時，可通過自身的調(diào)節(jié)機制適應(yīng)Cd脅迫，有利于ROS的清除。外源6-BA進一步提高了APX、DHAR、GR的活性以及AsA和GSH的含量，表明外源6-BA使Cd脅迫下茄子幼苗葉片和根系抗壞血酸-谷胱甘肽代謝能力提高，抗氧化能力增強，較好地維持細胞內(nèi)活性氧代謝的平衡，增強了植株的Cd脅迫耐性。

Pro作為細胞內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在植物受重金屬脅迫下可以螯合Cd，形成Cd-Pro復(fù)合體來減輕Cd對植物的傷害［4］。本研究表明，Cd脅迫顯著提高了茄子幼苗葉片和根系中Pro的積累，這與張永平等［34］研究結(jié)果一致。6-BA處理的茄子幼苗在Cd脅迫下其Pro含量顯著增加，使植物具有一定的抗性。Cd脅迫下，可溶性蛋白質(zhì)含量增加，可能是ROS誘導(dǎo)了蛋白激酶的合成，是植物抵抗Cd毒害的一種解毒機制［5］。本試驗表明，與對照（CK）相比，Cd脅迫下可溶性蛋白質(zhì)含量升高，Cd處理促進了細胞蛋白質(zhì)的合成代謝，誘導(dǎo)合成更多可溶性蛋白質(zhì)，參與滲透調(diào)節(jié)，提高其抗逆性。6-BA處理提高了Cd脅迫下茄子的可溶性蛋白質(zhì)含量，表明6-BA能夠促進Cd脅迫下茄子幼苗葉片內(nèi)的蛋白質(zhì)合成，維持植株的水分運輸和葉片光合功能，從而促進植株生長并提高其Cd耐性。

4 結(jié)論

Cd脅迫下，茄子幼苗葉片和根系中ROS含量增加，抗氧化酶活性增強，Pro和可溶性蛋白質(zhì)含量提高；外源6-BA通過提高茄子幼苗葉片和根系中抗氧化酶活性（SOD、POD和CAT）和抗氧化劑含量（AsA和GSH，Pro和可溶性蛋白質(zhì)）增強茄子幼苗對細胞內(nèi)ROS的清除能力，緩解Cd脅迫對茄子幼苗的傷害。