鋁錳復合脅迫對向日葵幼苗葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

黃開騰 陳勇杏 黃琳 曾小飚 陸全杰 張肅杰

摘 要：采用砂培試驗研究了不同濃度的鋁錳復合脅迫（Al 0mg/L—Mn 0mg/L，Al 25mg/L—Mn 20mg/L，Al 50mg/L—Mn 50mg/L，Al 100mg/L—Mn 100mg/L，Al 200mg/L—Mn 200mg/L，Al 400mg/L—Mn 300mg/L）對向日葵幼苗葉片游離脯氨酸（Pro）、可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)含量的影響。結(jié)果表明：隨著鋁錳復合脅迫濃度的增加，向日葵幼苗葉片的Pro含量總體呈上升趨勢;可溶性蛋白含量先升高后下降;可溶性糖含量先升高，再降低，最后再升高，且含量均高于對照組。

關鍵詞：向日葵;鋁錳復合脅迫;滲透調(diào)節(jié)物質(zhì);影響

中圖分類號 S565.5;X503.23文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2020）17-0016-03

隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，土壤受到的重金屬污染也越來越嚴重。重金屬污染具有隱蔽性、長期性、不可逆轉(zhuǎn)性等特點[1]，污染的土地經(jīng)修復后也難以回到最初的狀態(tài)。重金屬污染會導致土壤肥力下降，作物產(chǎn)量降低，甚至還會進入食物鏈及人體，對機體造成極大傷害。向日葵（Helianthus annuus L.）是菊科的一年生草本植物。研究發(fā)現(xiàn)，向日葵對重金屬污染物有較強的抵御能力，根部的富集作用可以將土壤中的重金屬吸收，促使重金屬從土壤轉(zhuǎn)移到植物，從而有效降低土壤中重金屬含量。因此，向日葵具有較顯著的環(huán)境污染治理潛力，值得深入研究[2-4]。

滲透調(diào)節(jié)是植物應對各種不利刺激的一種重要調(diào)節(jié)機制，蛋白質(zhì)、游離脯氨酸、可溶性糖是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。植物體可通過積累這些物質(zhì)，抵抗外界的影響與毒害，以維持植物體內(nèi)細胞的平衡。廣西百色鋁礦、錳礦資源十分豐富，但開采對當?shù)卦斐梢欢ǔ潭鹊沫h(huán)境污染。筆者以向日葵幼苗為試驗材料，探討向日葵幼苗受到Al–Mn復合污染時體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的變化規(guī)律，以期為利用向日葵修復重金屬污染土壤提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料 向日葵種子為亞太二號F1，購自北京亞太農(nóng)業(yè)有限公司。

1.2 方法 挑選籽粒飽滿的向日葵種子，用1%的次氯酸鈉消毒后萌發(fā)，發(fā)芽后移栽入培養(yǎng)杯中，以砂礫作培養(yǎng)基質(zhì)，在室內(nèi)自然條件下澆灌霍格蘭培養(yǎng)液培育。培育15d后，選取長勢相同的幼苗均分為6組，鋁、錳復合脅迫濃度組合詳見表1，Mn、Al分別以MnCl2、AlCl3形式提供。脅迫7d后剪取幼苗葉片進行生理生化指標測定?？扇苄蕴呛窟x用恩酮比色法測定;可溶性蛋白質(zhì)含量采用考馬斯藍測定法;游離脯氨酸（Pro）含量選用酸性茚三酮法測定[5]。試驗做3次重復。

2 結(jié)果與分析

2.1 鋁錳復合脅迫對游離脯氨酸（Pro）含量的影響 Pro以游離的形式廣泛分布于植物體中，是植物蛋白重要成分之一，具有滲透調(diào)節(jié)的作用。游離的脯氨酸能與重金屬生成絡合物，減輕重金屬對植物體的毒害作用[6]。在干旱、鹽漬等不良環(huán)境中，Pro會大量積累，可以用于保持滲透勢。由圖1可知，隨著鋁錳復合脅迫液的增加，Pro含量總體呈上升趨勢。經(jīng)T1處理后，Pro含量相對于T0增加了17%，說明向日葵雖然只是受到低濃度鋁錳復合脅迫液的刺激，但是反應也非常明顯;T2、T3、T4、T5相對于T0分別增加了32%、172%、137%、283%;T4處理Pro含量雖然出現(xiàn)略微下降，但依然顯著高于T0、T1、T2;T5處理時Pro含量達到最高，說明隨著脅迫液濃度的不斷升高，對植物體的毒害也越來越嚴重。在鋁錳復合脅迫下，向日葵幼苗可以積累大量的Pro來參與滲透調(diào)節(jié)，以維持植物體的水勢，保證植物體的正常生理活動不被破壞。

2.2 鋁錳復合脅迫對可溶性糖含量的影響 可溶性糖既是植物體光合作用的產(chǎn)物，又參與植物光合作用的過程，還能為植物體的生長發(fā)育提供能量，在植物體中發(fā)揮著重要作用。在植物處于逆境時，可溶性糖的含量會增加，能夠及時作為滲透平衡的調(diào)節(jié)劑，維持植物細胞的滲透平衡。由圖2可知，向日葵幼苗葉片的可溶性糖含量先增加再減少，最后再升高。相對于對照T0，T1處理可溶性糖含量增加了26%，可能的原因是植物體內(nèi)可溶性糖的正常運輸被破壞，導致可溶性糖無法正常運輸，從而在植物體內(nèi)大量積累。T2處理相對于T0增加了9%，但較T1處理減少了12%，可能是由于隨著脅迫液濃度的增加，葉綠體被破壞，光合作用減弱，可溶性糖合成量減少。同時，植物體組織細胞為抵抗重金屬的毒害，增強了自身的代謝活動，消耗了一部分可溶性糖。當脅迫液濃度在T3、T4、T5時，可溶性糖含量又隨著脅迫液濃度的持續(xù)增加而增加，分別增加了28%、38%、66%，說明細胞膜已經(jīng)受到了嚴重的破壞，有機質(zhì)出現(xiàn)外滲，導致還原性糖含量上升。

2.3 鋁錳復合脅迫對可溶性蛋白質(zhì)含量的影響 蛋白質(zhì)是生物體生命活動必不可少的組分，許多參與新陳代謝的酶類也是由蛋白質(zhì)組成?？扇苄缘鞍踪|(zhì)在植物體內(nèi)可作為一種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。鋁錳復合脅迫可對可溶性蛋白含量產(chǎn)生一定的影響。由圖3可知，隨著金屬脅迫液濃度的上升，向日葵幼苗葉片可溶性蛋白含量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。當脅迫濃度處于T1時，蛋白質(zhì)的含量出現(xiàn)了上升，較T0增加了40.2%，說明低濃度的鋁錳復合液能夠刺激植物體合成蛋白質(zhì)，以降低金屬的毒害。此后，隨著金屬脅迫液的濃度逐漸增加，蛋白質(zhì)的含量開始下降，T5處理較T0降低了25.9%。究其原因可能是脅迫導致細胞外液的濃度升高，細胞內(nèi)的水分向外流失，細胞失水之后加快了蛋白質(zhì)的分解;同時，高濃度的金屬脅迫液也導致蛋白質(zhì)的合成路徑受到阻礙，蛋白質(zhì)一邊被消耗分解，一邊又得不到補充，導致向日葵幼苗葉片的可溶性蛋白質(zhì)含量出現(xiàn)下降。

3 結(jié)論與討論

植物體處于金屬污染、鹽漬、干旱等環(huán)境時會表現(xiàn)出抗逆性，可根據(jù)其生理生化指標的變化來研究植物的抗逆性。無論是輕微的刺激，還是重度的刺激，都會對植物的生理生化以及形態(tài)方面造成一定的影響。脯氨酸是植物體滲透調(diào)節(jié)中的重要物質(zhì)，在植物受到一定毒害影響后開始大量積累，以減輕重金屬對植物的毒害[7]。張云起等[8]研究發(fā)現(xiàn)，隨著鹽脅迫濃度的上升，西瓜脯氨酸的含量也隨之上升。本試驗中脯氨酸含量隨著鋁錳金屬脅迫濃度的上升而增加，這與前人研究結(jié)果一致。植物體受毒害后質(zhì)膜會發(fā)生膜脂過氧化反應，產(chǎn)生大量的MDA，對生物膜造成巨大傷害，失去細胞膜的保護，細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)被加速分解成各種氨基酸，其中也包括脯氨酸，致使脯氨酸的含量上升，以維持滲透的平衡。

糖是植物體滲透調(diào)節(jié)中不可缺少的部分，多由光合作用合成。李國雷等[9]對黃櫨、紫荊的研究發(fā)現(xiàn)，可溶性糖含量隨著鹽脅迫濃度的增加而增加。本試驗中向日葵受脅迫后幼苗葉片的可溶性糖含量一直比對照組高，但在濃度增加到T2（Al 50mg/L—Mn 50mg/L）時增加量最少。在鋁錳復合脅迫下，可溶性糖含量并沒有隨著脅迫液濃度的增加出現(xiàn)逐漸遞增，而是先迅速增加，然后降低，再慢慢增加。這說明低濃度的金屬脅迫液促進了向日葵幼苗的光合作用，合成了一定量的可溶性糖，但隨著脅迫液濃度的升高，向日葵受到的毒害加深，可溶性糖在植物體內(nèi)的運輸機制、合成途徑、代謝過程受到影響，可溶糖得到了積累。

重金屬對于植物體內(nèi)蛋白質(zhì)的影響具有兩面性，當植物受到較高濃度的金屬毒害時，會使蛋白質(zhì)加快分解，并抑制蛋白質(zhì)的合成，可以顯著改善植物體內(nèi)蛋白質(zhì)水平;當植物受到低濃度金屬毒害時，金屬離子誘導產(chǎn)生結(jié)合蛋白，結(jié)合蛋白與金屬結(jié)合，以此來緩解植物的毒害作用，達到提高植物耐受性的效果。本試驗中，隨著鋁錳復合脅迫濃度的提高，可溶性蛋白質(zhì)表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，低濃度下因為結(jié)合蛋白的產(chǎn)生提高了總體蛋白質(zhì)的含量，高濃度下蛋白質(zhì)含量降低，與前人研究結(jié)論基本相符。

參考文獻

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[8]張云起.設施西瓜耐鹽砧木篩選及其耐鹽機理研究[D].泰安：山東農(nóng)業(yè)大學，2004.

[9]李國雷，孫明高，夏陽，等.NaCl脅迫下黃櫨、紫荊的部分生理生化反應動態(tài)變化規(guī)律的研究[J].山東農(nóng)業(yè)大學學報（自然科學版），2004（2）：173-176，182. （責編：徐世紅）