錳脅迫對向日葵幼苗葉片葉綠素及膜脂過氧化的影響

楊秀德 區(qū)善曉 吳松琦 曾小飚 黃開騰 童振樊

摘 要：采用砂培實(shí)驗(yàn)法，以向日葵作為試驗(yàn)材料，研究不同濃度的錳脅迫對向日葵植株幼苗葉片葉綠素及膜脂過氧化的影響。結(jié)果表明：隨著錳脅迫濃度的不斷升高，向日葵幼苗葉片內(nèi)葉綠素含量呈先升高再下降的趨勢，丙二醛含量則呈不斷上升的趨勢;低濃度的錳脅迫在一定程度上促進(jìn)了向日葵幼苗的生長發(fā)育，高濃度的錳脅迫則嚴(yán)重破壞了生物膜的功能特性，阻礙了向日葵幼苗的生長。

關(guān)鍵詞：錳脅迫;向日葵;葉綠素;丙二醛

中圖分類號(hào) S565.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2019）16-0010-03

伴隨著全球經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，環(huán)境問題越來越嚴(yán)重，尤其是工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，使得土壤-植物環(huán)境系統(tǒng)中的錳、鎳、汞、鎘等重金屬的污染日益嚴(yán)重。錳作為主要的土壤重金屬污染物之一，一旦進(jìn)入土壤則很難被降解，還會(huì)通過“土壤-植物-動(dòng)物”這一食物鏈不斷在生物體內(nèi)富集[1]。錳是植物生長發(fā)育過程中是必不可缺的元素之一，它不僅參與了植物的光合作用、氧化還原反應(yīng)，還參與多種酶代謝的過程，在生物化學(xué)過程中起著非常重要的作用[2]。作為土壤中存在的重金屬，錳對植物的影響很大，當(dāng)土壤中的錳含量超過一定濃度時(shí)，植物就會(huì)發(fā)生錳中毒[3]。一旦植物發(fā)生錳中毒，則不僅僅是產(chǎn)量減少，更為嚴(yán)重的是導(dǎo)致其品質(zhì)下降。近年來，眾多學(xué)者就錳對植物的生理影響進(jìn)行了研究，主要從生理生化角度研究錳對植物的影響，并探究了植物對錳脅迫的響應(yīng)機(jī)制[4]。

向日葵（Helianthus annuus L.）有著十分發(fā)達(dá)的根系，具有較好的抗旱耐瘠能力，且生長周期較短，對重金屬的耐受性和富集能力均較強(qiáng)，是理想的土壤修復(fù)植物。有研究表明，隨著鎘脅迫濃度的不斷增加，向日葵幼苗吸收鎘的能力明顯提高，但是鎘脅迫會(huì)抑制向日葵幼苗的生長，阻礙葉綠素的合成，使向日葵幼苗的游離脯氨酸和丙二醛含量升高[12]。目前，有關(guān)錳對向日葵的生長影響的研究還尚未見報(bào)道。為此，本試驗(yàn)以向日葵為實(shí)驗(yàn)材料，探究向日葵在不同濃度錳脅迫下葉片葉綠素的變化規(guī)律及膜脂過氧化程度，以期為重金屬生態(tài)毒理學(xué)的研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料 向日葵種子金星1號(hào)，從百色市城西市場種子店購得。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 浸種催芽 篩選出籽粒飽滿的優(yōu)質(zhì)種子，用高錳酸鉀溶液浸泡消毒、清水洗凈，然后均勻的撒在事先準(zhǔn)備好的鋪有較厚1層紗布的托盤上，再蓋上1層紗布。用蒸餾水噴灑，使下層紗布充分濕潤，每天早晚澆灌蒸餾水，保持充足的水分，放在培養(yǎng)箱中發(fā)芽。

1.2.2 培育幼苗 待大部分種子萌發(fā)出芽，并且幼苗長至一定程度后，選取發(fā)芽狀況良好的種子，移栽到充滿沙礫的塑料杯中，每天用霍格蘭（Hoagland）培養(yǎng)液澆灌，保持杯中有充足的培養(yǎng)液，自然條件下培育。

1.2.3 向日葵幼苗的脅迫處理 用霍格蘭培養(yǎng)液培養(yǎng)幼苗7d后，挑選生長健壯且長勢一致的幼苗分為6組，并編號(hào)。然后用含Mn2+濃度為0mg/L（對照）、20mg/L、50mg/L、100mg/L、200mg/L、300mg/L的Hoagland培養(yǎng)液分別澆灌6組幼苗，進(jìn)行脅迫處理，脅迫7d后，剪取向日葵幼苗葉片測定葉綠素、丙二醛（MDA）含量。3次重復(fù)。

1.2.4 測定方法 丙二醛（MDA）采用硫代巴比妥酸法測定[5];葉綠素的含量采用分光光度計(jì)法測定[6]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度的錳脅迫對向日葵葉片葉綠素含量的影響 如圖1所示，隨著錳脅迫濃度的不斷升高，向日葵幼苗體內(nèi)的總?cè)~綠素含量呈現(xiàn)出先升高、達(dá)到最大值后開始下降的趨勢。當(dāng)錳脅迫濃度在20～100mg/L，葉綠素的含量呈上升趨勢，并且上升的趨勢逐漸變緩;當(dāng)錳脅迫濃度在100mg/L時(shí)，向日葵幼苗中葉綠素的值達(dá)到最大，是對照組的1.58倍;Mn2+濃度為50mg/L時(shí)，向日葵中的葉綠素的含量是對照組的1.47倍，Mn2+濃度為20mg/L時(shí)，向日葵幼苗中的葉綠素的含量是對照組的1.33倍。Mn2+濃度從0mg/L升到20mg/L，向日葵幼苗中的葉綠素的含量增加33%;Mn2+濃度從20mg/L上升到50mg/L，向日葵幼苗中的葉綠素的含量增加11%;Mn2+濃度從50mg/L升到100mg/L，向日葵幼苗中的葉綠素含量增加7%?？梢钥闯?，低濃度的Mn2+可以促進(jìn)向日葵幼苗體內(nèi)葉綠素含量生成，促進(jìn)了光合作用，從而促進(jìn)了向日葵幼苗的生長。當(dāng)Mn2+濃度超過100mg/L時(shí)，向日葵體內(nèi)的葉綠素含量開始逐漸降低，其主要原因是較高濃度的Mn2+會(huì)阻礙向日葵幼苗對鐵（Fe）和鎂（Mg）的吸收，導(dǎo)致向日葵幼苗的葉綠素的合成受阻[7]，而且高濃度的Mn2+會(huì)破壞葉綠素的結(jié)構(gòu)。

從圖2和圖3可以看出，向日葵體內(nèi)的葉綠素a和葉綠素b含量也表現(xiàn)出隨著錳脅迫濃度的不斷升高，呈先上升再下降的變化趨勢，反映出低濃度的Mn2+可以促使向日葵幼苗葉片內(nèi)葉綠素含量不斷增加，對促進(jìn)向日葵的生長發(fā)育很有意義。當(dāng)Mn2+濃度達(dá)到100mg/L時(shí)，向日葵幼苗葉綠素含量達(dá)到最高，繼續(xù)升高M(jìn)n2+濃度，則導(dǎo)致含量開始下降。試驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)植物處于生長的不利條件下時(shí)，會(huì)導(dǎo)致植物體內(nèi)的理化性質(zhì)改變，使植物體內(nèi)各物質(zhì)的含量都發(fā)生改變，最終直接或者間接的影響植物體內(nèi)葉綠素的含量。

2.2 錳脅迫對向日葵幼苗中丙二醛（MDA）含量的影響 當(dāng)植物處在不良環(huán)境中或者衰老時(shí)，植物體內(nèi)的毒害物質(zhì)不斷富集堆積，導(dǎo)致植物體內(nèi)代謝混亂，引發(fā)一系列的生理生化反應(yīng)，使植物受到傷害[8]。在不良環(huán)境中生長時(shí)，會(huì)生成大量的ROS（活性氧），而這些ROS則會(huì)致使膜脂發(fā)生過氧化不良反應(yīng)，丙二醛（MDA）是膜脂過氧化反應(yīng)的產(chǎn)物。從圖4可以看出，隨著錳脅迫濃度的不斷升高，向日葵幼苗中丙二醛（MDA）的含量呈現(xiàn)出不斷上升的趨勢，且一開始丙二醛含量的增加不是很明顯，但當(dāng)Mn2+的濃度超過20mg/L時(shí)，丙二醛的含量開始快速增加，Mn2+的濃度為20mg/L、50mg/L、100mg/L、200mg/L、300mg/L，分別比對照組上升了2%、12%、30%、45%、57%。表明向日葵幼苗在錳脅迫下，隨著脅迫濃度升高，受到的傷害越加嚴(yán)重，ROS不斷在體內(nèi)積累，使體內(nèi)的膜脂發(fā)生氧化反應(yīng)或者脫脂，生成大量的MDA，隨著錳脅迫濃度的不斷升高，向日葵體內(nèi)的MDA的含量不斷升高。

3 結(jié)論與討論

植物體內(nèi)的葉綠素含量的高低，會(huì)直接影響植物光合作用的強(qiáng)弱，從而影響阻礙植物的正常生長代謝。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，向日葵葉綠素含量隨著Mn2+濃度的不斷升高，呈現(xiàn)先上升，達(dá)到最大值后再下降的變化趨勢。反映出低濃度的錳脅迫可以促進(jìn)植物生長發(fā)育，使向日葵幼苗體內(nèi)的葉綠素的含量增加，促進(jìn)向日葵幼苗的生長代謝;但當(dāng)錳脅迫濃度超過100mg/L時(shí)，葉綠素的含量開始下降，其主要原因是因?yàn)楦邼舛鹊腻i脅迫抑制了Fe和Mg的吸收，導(dǎo)致葉綠素的合成受阻，而且高濃度的Mn2+會(huì)破壞植物體內(nèi)的葉綠素的結(jié)構(gòu)。當(dāng)植物處于生長的不利條件下時(shí)，會(huì)導(dǎo)致植物體內(nèi)的理化性質(zhì)改變，使植物體內(nèi)各物質(zhì)的含量都發(fā)生改變，最終直接或者間接的影響植物體內(nèi)葉綠素的含量。

當(dāng)植物處于逆境時(shí)，植物體內(nèi)的自由基、活性氧會(huì)大量生成，毒害物質(zhì)不斷的在植物體內(nèi)積累，導(dǎo)致代謝混亂，從而引發(fā)一系列的生理生化反應(yīng)。大量的活性氧和自由基存在植物體內(nèi)，致使膜脂發(fā)生一系列的不良反應(yīng)，產(chǎn)生丙二醛。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著Mn2+濃度升高，向日葵中丙二醛含量呈不斷升高的趨勢，一開始升高的趨勢不是明顯，而當(dāng)Mn2+的濃度超過20mg/L時(shí)，丙二醛的含量急劇升高。表明低濃度的錳脅迫對向日葵的影響不是很大，當(dāng)脅迫濃度超過20mg/L時(shí)，則嚴(yán)重破壞了向日葵的生理生化反應(yīng)，導(dǎo)致膜脂反應(yīng)不斷加劇，生成了大量的丙二醛，從而阻礙了向日葵幼苗的生長發(fā)育。

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（責(zé)編：張宏民）