錳脅迫下雞眼草的富集特征及生理響應(yīng)

李欣航，肖澤華，匡雪韶，王悟敏，羅亮宇，劉文勝

（中南林業(yè)科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410004）

錳（Mn）是植物生長(zhǎng)發(fā)育必需的微量營(yíng)養(yǎng)元素，作為代謝酶的組分參與許多生物化學(xué)反應(yīng)［1］。過(guò)量的錳會(huì)抑制植物生長(zhǎng)，甚至可通過(guò)食物鏈危害人體健康［2］。然而，由于長(zhǎng)期不合理的礦山開(kāi)采、冶金以及錳肥等富錳物質(zhì)的濫用，我國(guó)許多地區(qū)土壤錳污染日益嚴(yán)重。因此，錳污染區(qū)的生態(tài)修復(fù)與治理已成為刻不容緩的任務(wù)。

近年來(lái)，人們已采用多種方式開(kāi)展礦區(qū)治理。植物修復(fù)因具有環(huán)境友好和經(jīng)濟(jì)實(shí)惠等特點(diǎn)被廣泛關(guān)注，成為礦區(qū)污染治理的重要方式［3］。開(kāi)展植物修復(fù)的關(guān)鍵是篩選一批耐錳性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)美觀的植物或生態(tài)型，并揭示它們的錳耐受性機(jī)制。生長(zhǎng)在重金屬污染土壤上的植物，由于長(zhǎng)期經(jīng)受高重金屬濃度的選擇壓力，逐漸適應(yīng)該環(huán)境；其耐受重金屬脅迫的能力較生長(zhǎng)在非污染土壤上的植物強(qiáng)，進(jìn)而形成了不同的生態(tài)型［4］。因而，重金屬污染區(qū)植物具有與非污染區(qū)植物不同的重金屬耐受性。開(kāi)展兩種來(lái)源植物重金屬耐受性特征的比較，是篩選植物修復(fù)材料并揭示其耐受機(jī)制的重要途徑。

植物生長(zhǎng)、生理生化特征和重金屬富集能力均為衡量植物對(duì)重金屬耐受性的重要指標(biāo)，可反映植物對(duì)重金屬脅迫的適應(yīng)能力。例如，劉玉通等［5］對(duì)比研究不同生態(tài)型蜈蚣草（Pteris vittata）在鉛（Pd）脅迫下的表型特征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)礦區(qū)生態(tài)型蜈蚣草的生物量受脅迫影響較小，比非礦區(qū)生態(tài)型蜈蚣草有更強(qiáng)的鉛耐受性；胡國(guó)濤等［6］通過(guò)研究?jī)蓚€(gè)品種速生樹(shù)種竹柳（Salixsp.）對(duì)重金屬的生理反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)在重金屬脅迫作用下竹柳五號(hào)可維持較高的可溶性糖、可溶性蛋白含量和過(guò)氧化物酶、超氧化歧化酶活性，得出竹柳五號(hào)比竹柳三號(hào)對(duì)重金屬脅迫有更強(qiáng)的耐受性；王一峰等［7］比較研究了污染區(qū)與非污染區(qū)的烏蘇里風(fēng)毛菊（Saussurea ussuriensis）的葉綠素含量、抗氧化酶系的酶活性、丙二醛含量、可溶性蛋白含量等生理生化特征，發(fā)現(xiàn)污染區(qū)烏蘇里風(fēng)毛菊這些指標(biāo)受脅迫變化較非污染區(qū)的小，表明其已經(jīng)產(chǎn)生了適應(yīng)性抗性進(jìn)化。Zambrosia 等［8］通過(guò)對(duì)不同錳濃度下生長(zhǎng)的6 個(gè)甘蔗（Saccharumspp.）品種的研究表明，耐性品種植物組織的錳含量與敏感品種相當(dāng)或更高，植物組織錳含量是錳耐受性的重要指標(biāo)。Ding 等［3］對(duì)兩個(gè)紅麻（Hibiscus cannabinus）品種在鉻（Cr）脅迫下的表型、生理生化與富集特征進(jìn)行了比較研究，結(jié)果顯示隨著鉻濃度升高，植物體內(nèi)重金屬含量增加，這些指標(biāo)均可反映其耐受性。劉攀道等［9］通過(guò)研究對(duì)比兩種基因型圭亞那柱花草（Stylosanthes guianensis）在不同Mn2+濃度下的表型、生理生化及Mn積累特性，發(fā)現(xiàn)維持根系生長(zhǎng)、降低植物組織錳含量和提高抗氧化酶活性是苗期柱花草TF226 耐錳的生理機(jī)制。這些研究說(shuō)明植物生長(zhǎng)、生理生化特征和富集特性可較好地揭示植物耐受性機(jī)制。

雞眼草（Kummerowia striata）為豆科一年生草本植物，具有生態(tài)適應(yīng)性廣、繁殖能力強(qiáng)和能進(jìn)行生物固氮等優(yōu)點(diǎn)；還是一種優(yōu)良的園林地被植物和重要中草藥［10］，值得進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用。雞眼草在錳礦廢棄地的高錳含量地段生長(zhǎng)繁茂，這表明該植物對(duì)錳具有較強(qiáng)耐受性，是一種兼性金屬型植物，也是一種理想的生物修復(fù)備選植物。近年來(lái)已有許多學(xué)者開(kāi)展了雞眼草的種子萌發(fā)［10］、生物學(xué)特征［11］和水分脅迫響應(yīng)［12］等方面的研究，這些研究表明了雞眼草具有較強(qiáng)的耐脅迫能力。本研究以污染區(qū)和非污染區(qū)雞眼草為材料，研究不同濃度Mn 脅迫下，兩種來(lái)源雞眼草的生長(zhǎng)、重金屬累積特征及生理生化反應(yīng)的變化規(guī)律，以期揭示雞眼草對(duì)錳脅迫的耐受機(jī)制，研究結(jié)果也可用于礦山恢復(fù)實(shí)踐。

1 材料與方法

1.1 種子采集及盆栽試驗(yàn)

供試污染區(qū)雞眼草種子于2017 年11 月中旬采自湖南省湘潭市錳礦區(qū)（北緯28°03′，東經(jīng)112°55′），該地段土壤錳含量達(dá) 17990.21 mg·kg?1（湖南省土壤錳含量平均值為 459 mg·kg?1［13］）。非污染區(qū)雞眼草種子于 2017 年 11月下旬采自位于湖南省長(zhǎng)沙市的中南林業(yè)科技大學(xué)校園內(nèi)，其土壤錳含量達(dá)138.25 mg·kg?1。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查顯示這兩個(gè)地段雞眼草的分布面積均超過(guò)1 hm2，長(zhǎng)勢(shì)較好，且均為自然生長(zhǎng)。在兩個(gè)地段各選擇100 株長(zhǎng)勢(shì)一致、果實(shí)已成熟的雞眼草植株，采集其地上部分并用信封裝好后帶回實(shí)驗(yàn)室分離萌發(fā)所需種子。

分別選取兩種來(lái)源籽粒飽滿、大小均勻的雞眼草種子進(jìn)行種子萌發(fā)。用0.5% NaClO 溶液將種子浸泡消毒30 min，然后用去離子水沖洗3～4 次后，最后將種子分別放置于干凈沙子中。根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及參照吳哲等［10］的結(jié)果，種子萌發(fā)在25 ℃、12 h 光照/12 h 黑暗、相對(duì)濕度80%的人工氣候箱中進(jìn)行。待到雞眼草生長(zhǎng)出5～6 片真葉時(shí)移栽至溫室大棚的花盆中繼續(xù)培養(yǎng)。

通過(guò)預(yù)備試驗(yàn)以及參考潘高等［14］的研究，雞眼草的盆栽試驗(yàn)在溫室大棚中開(kāi)展，利用MnCl2·4H2O 設(shè)置0（對(duì)照）、1000、5000、10000、15000、20000 μmol·L?16 個(gè)錳濃度梯度。兩種來(lái)源的雞眼草每個(gè)濃度各設(shè)置 10 個(gè)花盆，每個(gè)花盆7 株幼苗，共設(shè)置120 個(gè)花盆、840 株幼苗。每個(gè)塑料花盆（直徑18 cm）中裝入2 kg 按1∶1 混合的珍珠巖和細(xì)沙。日常澆水，防病蟲(chóng)害，每周澆一次Hoagland’s 營(yíng)養(yǎng)液，保證植物正常生長(zhǎng)。待幼苗在花盆中適應(yīng)生長(zhǎng)15 d 后，加入相應(yīng)濃度的MnCl2溶液。在脅迫第30 天時(shí)，收獲試驗(yàn)材料，測(cè)量雞眼草生長(zhǎng)、生理生化和富集等相關(guān)指標(biāo)。生長(zhǎng)相關(guān)指標(biāo)包括芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)、鮮重和干重；生理生化指標(biāo)包括可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸和葉綠素含量及超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、過(guò)氧化物酶（peroxidase，POD）活性和丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量；富集相關(guān)指標(biāo)包括根、莖和葉各部分的Mn 含量。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.2.1 生長(zhǎng)指標(biāo)的測(cè)定 植株芽長(zhǎng)和根長(zhǎng)的測(cè)定：污染區(qū)和非污染區(qū)雞眼草的每個(gè)處理隨機(jī)選取15 株植株，采用精度為1 mm 的直尺分別測(cè)量幼苗芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)等指標(biāo)。

植株鮮重和干重的測(cè)定：將雞眼草植株分為地上（芽）與地下（根）兩個(gè)部分，分別稱量鮮重，然后再于95 ℃下殺青10 min，65 ℃下烘干至恒重后稱重。

1.2.2 生理生化指標(biāo)的測(cè)定 隨機(jī)選取污染區(qū)和非污染區(qū)雞眼草幼苗葉片，測(cè)定生理生化指標(biāo)。采用蒽酮比色法測(cè)量可溶性糖（soluble sugar，SS）含量；采用考馬斯亮藍(lán)G-250 染色法測(cè)量可溶性蛋白（soluble protein，SP）含量；采用酸性茚三酮比色法測(cè)量脯氨酸含量；采用氮藍(lán)四唑法測(cè)量超氧化物歧化酶活性；采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)量過(guò)氧化物酶活性；采用硫代巴比妥酸比色法測(cè)量丙二醛含量［16］。以上各指標(biāo)均分別稱取污染區(qū)和非污染雞眼草新鮮葉片各0.1 g，重復(fù)3 次。

1.3 富集指標(biāo)的測(cè)定

收獲的樣品先用去離子水沖洗干凈，再將根浸入20 mmol·L?1EDTA-2Na 溶液中交換15 min，以去除表面吸附的金屬離子，最后再用去離子水沖洗干凈，吸干植株表面的水分。將樣品分為根、莖、葉，測(cè)定各部分鮮重。將新鮮樣品放在95 ℃的烘箱內(nèi)保持30 min，然后再在65 ℃下烘48 h，測(cè)定植物各部分干重，最后用不銹鋼粉碎機(jī)磨細(xì)，過(guò)2 mm 尼龍網(wǎng)篩，供分析測(cè)定。

采用濕法消解法［V（HNO3）∶V（HClO4）=3∶1］［17］將植物材料進(jìn)行消解至澄清，消解液用去離子水定容至 50 mL，用火焰原子吸收分光光度計(jì)（北京普析，TAS-990 型）測(cè)定Mn 含量。轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)反映植物吸收重金屬后從根部轉(zhuǎn)移到地上部分的能力，轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（translocation factor，TF）為雞眼草地上部分與根部Mn 含量的比值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 21.0 軟件對(duì)兩種來(lái)源雞眼草的生長(zhǎng)指標(biāo)、生理指標(biāo)、富集指標(biāo)與脅迫濃度進(jìn)行雙因素方差分析，并對(duì)每個(gè)指標(biāo)不同處理之間的差異顯著性使用LSD 法進(jìn)行多重比較。比較的數(shù)據(jù)結(jié)果均以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。用SigmaPlot 12.5 作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 錳脅迫對(duì)植物生長(zhǎng)的影響

隨著錳濃度的升高，兩種來(lái)源雞眼草的根長(zhǎng)、芽干重、根干重、根冠比均逐漸降低，芽長(zhǎng)則呈先升后降的趨勢(shì)（表1）。當(dāng)錳濃度達(dá)5000～20000 μmol·L?1時(shí)，與對(duì)照相比，污染區(qū)雞眼草的芽干重下降幅度為4.34%～27.71%，根干重下降幅度為19.00%～66.06%；非污染區(qū)雞眼草芽干重下降幅度為16.33%～49.77%，根干重下降幅度為27.90%～77.54%。兩種來(lái)源雞眼草在對(duì)照及1000 μmol·L?1時(shí)芽干重、根干重和根冠比無(wú)顯著差異；當(dāng)錳濃度達(dá)5000 μmol·L?1及以上時(shí)，污染區(qū)雞眼草的根干重則均顯著高于非污染區(qū)。這說(shuō)明雞眼草的生長(zhǎng)受高錳脅迫抑制，且在高錳濃度時(shí)，污染區(qū)雞眼草受到抑制程度較低。

表1 錳脅迫對(duì)兩種來(lái)源雞眼草生長(zhǎng)的影響Table 1 Effect of Mn stress on K.striata growth from two sources

2.2 錳脅迫對(duì)植物生理生化特征的影響

2.2.1 葉綠素和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量 雙因素方差分析結(jié)果顯示，植物來(lái)源與錳濃度對(duì)葉綠素、可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量均有極顯著影響，且兩者交互作用極顯著（圖1）。隨著錳濃度的升高，兩種來(lái)源雞眼草的葉綠素、可溶性糖和脯氨酸含量均呈先升后降的趨勢(shì)，可溶性蛋白的含量則呈逐漸下降的趨勢(shì)。錳濃度為1000 μmol·L?1時(shí)，兩種來(lái)源雞眼草的葉綠素含量達(dá)最大值；相同錳濃度下污染區(qū)雞眼草的葉綠素含量均顯著高于非污染區(qū)雞眼草。錳濃度為5000 μmol·L?1時(shí)，兩種來(lái)源雞眼草的可溶性糖和脯氨酸含量均達(dá)到最大值；當(dāng)錳濃度高于5000 μmol·L?1時(shí)，污染區(qū)雞眼草可溶性糖和脯氨酸含量則均顯著高于非污染區(qū)。錳濃度低于1000 μmol·L?1時(shí)，污染區(qū)與非污染區(qū)雞眼草的可溶性蛋白含量無(wú)顯著差異；當(dāng)錳濃度高于5000 μmol·L?1時(shí)，污染區(qū)雞眼草可溶性蛋白含量均顯著高于非污染區(qū)。這說(shuō)明錳濃度高于5000 μmol·L?1時(shí)，污染區(qū)雞眼草葉綠素和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量受到的影響小于非污染區(qū)。

圖1 錳脅迫對(duì)兩種來(lái)源雞眼草生長(zhǎng)過(guò)程中總?cè)~綠素、可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量的影響Fig.1 Effect of Mn stress on the total chlorophyll，soluble sugar，soluble protein and proline contents of leaves from two sources of K.striata

2.2.2 過(guò)氧化物酶、超氧化物歧化酶活性和MDA 含量 雙因素方差分析結(jié)果表明，錳濃度和植物來(lái)源對(duì)SOD、POD 酶活性和MDA 含量均有極顯著影響，且二者有極顯著的交互作用（圖2）。兩種來(lái)源雞眼草葉片的POD、SOD 活性隨錳濃度的升高呈先升后降的變化趨勢(shì)，且錳濃度高于5000 μmol·L?1時(shí)，污染區(qū)雞眼草的POD、SOD 活性均顯著高于非污染區(qū)；與對(duì)照相比，污染區(qū)雞眼草的SOD、POD 活性的下降程度低于非污染區(qū)。這說(shuō)明錳濃度高于5000 μmol·L?1時(shí)，污染區(qū)雞眼草的SOD、POD 活性受到的抑制程度低于非污染區(qū)。

圖2 錳脅迫對(duì)兩種來(lái)源雞眼草過(guò)氧化物酶、超氧化物歧化酶活性和丙二醛含量的影響Fig. 2 Effects of Mn stress on activities of peroxidase，superoxide dismutase and malondialdehyde content in two sources of K.striata

隨著錳濃度的升高，兩種來(lái)源雞眼草葉片的MDA 含量均逐漸升高。當(dāng)錳濃度小于1000 μmol·L?1時(shí)，兩種來(lái)源雞眼草的MDA 含量差異不顯著。錳濃度高于5000 μmol·L?1時(shí)，污染區(qū)雞眼草的MDA 含量則顯著低于非污染區(qū)（圖2）。

2.3 錳脅迫對(duì)植物組織錳含量的影響

由表2 可知，雞眼草各器官錳含量高低順序?yàn)椋喝~＞根＞莖。隨著錳濃度的升高，污染區(qū)和非污染區(qū)雞眼草的根、莖、葉中的錳含量均顯著增加；當(dāng)錳濃度達(dá)20000 μmol·L?1時(shí)，污染區(qū)和非污染區(qū)雞眼草葉的錳含量分別達(dá)到了12553.03 和8558.05 mg·kg?1，為各自對(duì)照的16.53 和13.41 倍。兩種來(lái)源雞眼草相比，低濃度時(shí)污染區(qū)與非污染區(qū)雞眼草的根、莖、葉錳含量無(wú)顯著差異；高錳濃度時(shí)污染區(qū)雞眼草的根、莖、葉錳含量則均高于非污染區(qū)。污染區(qū)和非污染區(qū)雞眼草的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)隨著錳濃度的升高而增加，污染區(qū)和非污染區(qū)雞眼草的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)則無(wú)顯著差異。

表2 錳脅迫下兩種來(lái)源雞眼草根、莖、葉的Mn 含量Table 2 Mn content of roots，stems and leaves from two sources of K.striata under Mn stress

2.4 各指標(biāo)的相關(guān)性

由表3 可知，兩種來(lái)源雞眼草的丙二醛含量、根錳含量、莖錳含量、葉錳含量與根干重、芽干重、根冠比、脯氨酸含量、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、SOD 活性、POD 活性之間均呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。兩種來(lái)源雞眼草的丙二醛含量、根錳含量、莖錳含量、葉錳含量?jī)蓛芍g均呈顯著正相關(guān)關(guān)系。兩種來(lái)源雞眼草的根干重、芽干重、根冠比、脯氨酸含量、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、SOD 活性、POD 活性兩兩之間均呈顯著正相關(guān)關(guān)系。

3 討論

3.1 生物量的變化

植物在逆境下的生長(zhǎng)情況是植物對(duì)該環(huán)境適應(yīng)性的最直接反映［18］。本研究結(jié)果顯示，隨著錳濃度的升高，兩種來(lái)源雞眼草的芽干重、根干重均逐漸降低，污染區(qū)雞眼草的芽干重、根干重的下降幅度低于非污染區(qū)雞眼草。Ding 等［3］、劉玉通等［5］、Zambrosia 等［8］的研究也發(fā)現(xiàn)隨著重金屬濃度的升高，植物生物量降低，耐性較強(qiáng)的基因型（或生態(tài)型）生物量受重金屬脅迫影響較低，本研究結(jié)果與此基本一致。這說(shuō)明高濃度錳脅迫抑制雞眼草生長(zhǎng)，污染區(qū)較非污染區(qū)雞眼草具有更強(qiáng)的錳耐受性。其原因可能是污染區(qū)雞眼草在長(zhǎng)期處于高錳脅迫環(huán)境條件下，逐漸適應(yīng)立地環(huán)境，已產(chǎn)生較強(qiáng)的錳耐受性。

3.2 生理生化特征的變化

3.2.1 葉綠素和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量 葉綠素是植物光合作用的基礎(chǔ)物質(zhì)，其含量反映了植物光合能力的高低。本研究結(jié)果顯示，隨著錳濃度的升高，兩種來(lái)源雞眼草葉綠素含量均呈先上升后下降的趨勢(shì)，且同濃度下污染區(qū)雞眼草的葉綠素含量高于非污染區(qū)，這與劉玉通等［5］、劉攀道等［9］、王一峰等［7］對(duì)重金屬脅迫下不同生態(tài)型對(duì)比的結(jié)果一致。這說(shuō)明兩種來(lái)源雞眼草在高濃度錳脅迫時(shí)，其葉綠素均受到抑制；污染區(qū)雞眼草具有更強(qiáng)的耐受性。其原因是當(dāng)錳濃度過(guò)高時(shí)，高濃度的錳會(huì)破壞葉綠體的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致葉綠素合成受阻，從而降低了葉綠素的含量及光合作用能力；而污染區(qū)雞眼草可能已產(chǎn)生特殊機(jī)制來(lái)提高錳的耐受性。

生物體在代謝過(guò)程中，可通過(guò)有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累和分解來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透平衡，以緩解重金屬脅迫導(dǎo)致的傷害［19］。本研究結(jié)果表明，隨著錳濃度的升高，兩種來(lái)源雞眼草幼苗的可溶性糖和脯氨酸含量呈先升高后下降的趨勢(shì)，可溶性蛋白含量呈逐漸下降的趨勢(shì)；當(dāng)錳濃度高于5000 μmol·L?1時(shí)，污染區(qū)雞眼草的可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量的下降程度均低于非污染區(qū)。這與劉攀道等［9］、王一峰等［7］、潘高等［14］的研究結(jié)果一致。其原因是錳作為植物的必需元素，低濃度的錳可以促進(jìn)植物體內(nèi)所需物質(zhì)的合成，這可能使植物體內(nèi)的糖和脯氨酸的含量增加；過(guò)量的錳則會(huì)使植物受到錳毒害，導(dǎo)致植物體內(nèi)可溶性糖和脯氨酸的合成受阻，植物體內(nèi)的可溶性蛋白、可溶性糖和脯氨酸含量降低。在錳脅迫條件下，污染區(qū)雞眼草的耐受性高于非污染區(qū)，可能是因?yàn)殚L(zhǎng)期在污染區(qū)生長(zhǎng)的雞眼草已經(jīng)產(chǎn)生了對(duì)錳的適應(yīng)性抗性進(jìn)化，對(duì)錳產(chǎn)生了一定的抗性。

3.2.2 SOD、POD 活性和 MDA 含量 植物長(zhǎng)期生長(zhǎng)在逆境環(huán)境中，為了適應(yīng)環(huán)境而進(jìn)化出抗氧化保護(hù)酶系統(tǒng)。其中，SOD 是植物清除活性氧的重要物質(zhì)，它可以將O?快速歧化為H2O2和O2；而 POD 則可將 H2O2進(jìn)一步分解成 H2O 和 O2，從而達(dá)到植物的自我保護(hù)作用［20］。本研究中，隨著錳濃度的升高，兩種來(lái)源雞眼草葉片的SOD、POD 活性呈先升后降的變化趨勢(shì)，且污染區(qū)雞眼草的POD、SOD 活性變化幅度低于非污染區(qū)，這與劉玉通等［5］、王一峰等［7］的研究結(jié)果一致。說(shuō)明在錳脅迫環(huán)境下，抗氧化酶的去氧化是植物重要的防御反應(yīng)，使植物對(duì)逆境脅迫具有一定的調(diào)節(jié)能力；較強(qiáng)的去氧化能力，加強(qiáng)了活性氧的清除能力，使植物具有較強(qiáng)的重金屬耐受能力；而在高濃度重金屬脅迫下，抗氧化保護(hù)酶活性受到抑制，過(guò)高濃度的重金屬使植物抗氧化體系遭到破壞，從而削弱了其保護(hù)能力，造成對(duì)植物體的損傷［21］。另一方面，本研究也說(shuō)明污染區(qū)雞眼草具有較強(qiáng)的去氧化能力，其對(duì)逆境的自我調(diào)節(jié)能力高于非污染區(qū)。其原因可能是污染區(qū)生長(zhǎng)的雞眼草已經(jīng)產(chǎn)生了對(duì)錳的適應(yīng)性抗性進(jìn)化，具有較強(qiáng)的抗氧化保護(hù)酶系統(tǒng)，是污染區(qū)雞眼草具有較強(qiáng)錳耐受性的重要生理機(jī)制。

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植物在正常生長(zhǎng)情況下，體內(nèi)的活性氧物質(zhì)會(huì)處于平衡狀態(tài)。當(dāng)植物受到外界脅迫時(shí)，這種平衡被打破，導(dǎo)致植物體產(chǎn)生過(guò)量的活性氧物質(zhì)。當(dāng)植物體吸收一定量的重金屬后，會(huì)使植物組織中的重金屬含量增加，引起植物膜脂過(guò)氧化，MDA 含量升高，從而打破植物體內(nèi)活性氧物質(zhì)的平衡。本研究中，兩種來(lái)源雞眼草的MDA 含量均隨錳濃度的升高逐漸上升，同濃度下污染區(qū)雞眼草的MDA 含量顯著低于非污染區(qū)。說(shuō)明污染區(qū)雞眼草在錳脅迫下表現(xiàn)出更強(qiáng)的抵抗能力，受到的傷害更小。這與趙建橋等［22］對(duì)鉛脅迫下2 種生態(tài)型五節(jié)芒（Miscanthus floridulus）的研究及王一峰等［7］對(duì)鉛脅迫下污染區(qū)與非污染區(qū)烏蘇里風(fēng)毛菊研究中MDA 含量變化的結(jié)果相似。其原因可能是因?yàn)殚L(zhǎng)期在污染區(qū)生長(zhǎng)的雞眼草已經(jīng)產(chǎn)生了對(duì)錳的適應(yīng)性抗性進(jìn)化，形成了對(duì)錳的抗性居群，因此在低錳濃度下產(chǎn)生的MDA 少于非污染區(qū)雞眼草。

3.3 錳脅迫下雞眼草的錳累積特征

本研究結(jié)果顯示，污染區(qū)和非污染區(qū)雞眼草根、莖、葉中的錳含量均隨著錳濃度的升高而增加。Ding 等［3］對(duì)鉻脅迫下紅麻體內(nèi)鉻含量的研究及陳小米等［23］對(duì)鎘和鋅復(fù)合污染條件下竹柳重金屬含量的研究結(jié)果均顯示，植物體內(nèi)重金屬含量隨著環(huán)境重金屬濃度的增加而增加。本研究結(jié)果與此一致，說(shuō)明雞眼草具有較強(qiáng)的錳富集能力；植物體內(nèi)重金屬含量隨環(huán)境重金屬濃度的增加而增加是一個(gè)普遍規(guī)律。本研究還顯示，相同濃度錳脅迫下，污染區(qū)雞眼草根、莖、葉的錳含量均高于非污染區(qū)。這與Gan 等［24］對(duì)銅（Cu）脅迫下長(zhǎng)萼雞眼草（Kummerowia stipulacea）的研究、Pan 等［25］對(duì)錳脅迫下污染區(qū)與非污染區(qū)蒼耳（Xanthium strumarium）的研究結(jié)果一致。這說(shuō)明污染區(qū)雞眼草對(duì)錳的吸收與富集能力高于非污染區(qū)。其原因可能是雞眼草長(zhǎng)期生長(zhǎng)在礦區(qū)高錳濃度的環(huán)境條件下，其種群產(chǎn)生了適應(yīng)性遺傳分化，已進(jìn)化形成了相應(yīng)的能在體內(nèi)累積較高濃度的錳而不受傷害的耐受性機(jī)制，例如螯合機(jī)制等。需要有更多的研究來(lái)驗(yàn)證并揭示相關(guān)機(jī)制。

兩種來(lái)源雞眼草在錳濃度20000 μmol·L?1的脅迫條件下仍能生長(zhǎng)，且污染區(qū)和非污染區(qū)雞眼草的葉片中的錳含量分別達(dá)到了12553.03 和8558.05 mg·kg?1，這說(shuō)明雞眼草對(duì)錳具有較強(qiáng)的富集能力。雞眼草具有耐不良生長(zhǎng)環(huán)境、繁殖能力強(qiáng)、生長(zhǎng)迅速等特點(diǎn)，是一種非常好的園林地被植物。同種錳濃度下，污染區(qū)雞眼草植株內(nèi)錳的含量顯著高于非污染區(qū)，所以利用污染區(qū)雞眼草是礦區(qū)土壤Mn 污染生態(tài)修復(fù)的一種較好的選擇。

4 結(jié)論

隨著錳濃度的升高，兩種來(lái)源雞眼草的芽干重、根干重均逐漸降低，污染區(qū)雞眼草降低幅度低于非污染區(qū)雞眼草。隨著錳濃度的升高，兩種來(lái)源雞眼草的葉綠素、可溶性糖和脯氨酸含量、SOD、POD 活性均呈先升后降的趨勢(shì)，可溶性蛋白含量逐漸下降，MDA 含量逐漸升高。隨著錳濃度的升高，污染區(qū)和非污染區(qū)雞眼草根、莖、葉中的錳含量均增加，污染區(qū)雞眼草較非污染區(qū)錳富集能力強(qiáng)。污染區(qū)雞眼草錳耐受能力及富集能力均高于非污染區(qū)，提高抗氧化酶活性是其重要的生理機(jī)制。