錳脅迫對鹽膚木種子萌發(fā)、幼苗生長及理化特性的影響

王悟敏,匡雪韶,胡佳瑤,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,長沙 410004

錳(Mn)是植物體所必需的微量元素。適量的錳在進(jìn)行植物光合作用以及酶反應(yīng)等新陳代謝中發(fā)揮重要作用[1]。然而,環(huán)境中過量的錳會對植物產(chǎn)生毒害[2],甚至通過食物鏈危害人類健康。錳礦開采與利用在帶來經(jīng)濟(jì)利益的同時,長期不合理的開采也導(dǎo)致礦區(qū)生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞,錳礦區(qū)污染土壤的治理與修復(fù)成了亟待解決的問題。植物修復(fù)技術(shù)是礦區(qū)重要的治理技術(shù),與傳統(tǒng)技術(shù)相比,植物修復(fù)具有成本低、效果久、環(huán)境友好等特點(diǎn)[3]。其中,木本植物具有生物量較高、修復(fù)體系穩(wěn)定的優(yōu)勢。篩選出適合的植物并揭示其抗脅迫機(jī)理是進(jìn)行植物修復(fù)的關(guān)鍵。

種子萌發(fā)與幼苗生長是植物對環(huán)境最敏感的階段[4]。逆境脅迫下,種子的萌發(fā)與幼苗生長受到極大的影響,植物的種子萌發(fā)情況與幼苗生理響應(yīng)在一定程度上反映其抗逆性。研究表明,低濃度的必需元素對植物的種子萌發(fā)有促進(jìn)作用,而高濃度脅迫對種子萌發(fā)產(chǎn)生抑制甚至毒害作用[5]。脅迫條件下植物的生長受到抑制,生物量減少,幼苗存活率降低[6]。同時,幼苗會產(chǎn)生一系列生理響應(yīng)機(jī)制來適應(yīng)該逆境環(huán)境,減輕毒害作用。例如,錳脅迫下大豆(Glycinemax)的超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)和過氧化氫酶(CAT)活性升高[7],鹽脅迫下小麥(Triticumaestivum)中滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)大量積累[8],從而減輕脅迫產(chǎn)生的危害。當(dāng)然,隨著脅迫強(qiáng)度的增加與脅迫時間的延長,植物抗脅迫體系將受到破壞,其生長受到抑制。如長時間高錳脅迫下青葙(Celosiaargentea)[9]、美洲商陸(PhytolaccaAmericana)[10]幼苗葉片的光合色素合成受到抑制,SOD、POD、CAT活性降低,滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量下降,植物細(xì)胞受到損傷,丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量增加。因而,進(jìn)行植物種子萌發(fā)與幼苗生理的研究可揭示植物抗逆境脅迫的相關(guān)機(jī)理,這是開展植物修復(fù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié) 。

鹽膚木(Rhuschinensis)為漆樹科(Anacardiaceae)鹽膚木屬(Rhus)落葉小喬木,在我國大部分省區(qū)均有分布,資源豐富。該植物能適應(yīng)各種環(huán)境,耐干旱、耐貧瘠,抗逆性強(qiáng),在重金屬銅、鉻、鉛脅迫下均表現(xiàn)出良好的耐受性,是廢棄地恢復(fù)的先鋒植物[11—13]。鹽膚木具有良好的觀賞價值,其蟲癭稱“五倍子”,是一種可供醫(yī)藥、墨水、鞣革和塑料等工業(yè)用的化工原料,因而,該植物也是一種重要的經(jīng)濟(jì)樹種[14—15]。在湖南湘潭錳礦廢棄地現(xiàn)場調(diào)查顯示,鹽膚木在該區(qū)已自然恢復(fù)成林,生長良好,開花結(jié)實正常,說明該植物對高錳污染土壤具有較好的適應(yīng)能力。因而,鹽膚木具有較高的生態(tài)及經(jīng)濟(jì)價值,在錳污染土壤修復(fù)中具有較高的應(yīng)用潛力。然而,目前對鹽膚木在錳脅迫下的種子萌發(fā)、幼苗生長及生理生化響應(yīng)機(jī)制尚未系統(tǒng)研究,這限制了該植物在礦區(qū)修復(fù)中的推廣應(yīng)用。

本文以鹽膚木作為研究對象,設(shè)置錳濃度梯度開展鹽膚木種子萌發(fā)、幼苗生長試驗,測定脅迫后不同時間鹽膚木幼苗生理生化特征。其目的是揭示鹽膚木抗脅迫機(jī)理,為利用鹽膚木進(jìn)行重金屬錳污染土壤的植物修復(fù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

鹽膚木種子在2019年11月采集于湖南省湘潭市錳礦廢棄地(27°58′N,112°51′E,海拔26 m)。該區(qū)土壤錳含量達(dá)52319.25 mg/kg,鹽膚木種群平均高度約5.0 m。采集時,隨機(jī)選取50株鹽膚木采摘其果實,采回的果實儲藏于實驗室陰涼通風(fēng)處。果實呈褐色時去除果皮及其他雜質(zhì),將得到的種子裝入種子袋中。種子千粒重為9.785 g；種子長為3 mm,寬為 4 mm 。

1.2 試驗方法

1.2.1萌發(fā)試驗

根據(jù)王瓊和宋桂龍[16]的研究,鹽膚木種子硬實率高達(dá)90.2%,其種皮對于種子吸水有明顯的機(jī)械阻礙作用。因而,本研究采用徐莉清等[17]方法對種子進(jìn)行酸蝕處理以提高種子萌發(fā)率,即用98%濃硫酸浸泡90 min,然后在0.5%的KMnO4溶液中浸泡30 min,接著用去離子水徹底洗凈。

萌發(fā)實驗參照潘高等[18]方法進(jìn)行,即用MnCl2·4H2O設(shè)置1、5、10、15、20 mmol/L共5個Mn2+濃度,以等量蒸餾水設(shè)置為對照組(CK)。每個培養(yǎng)皿25粒種子,每個濃度6個重復(fù),將培養(yǎng)皿放入人工氣候箱(溫度25 ℃,12 h光照+12 h黑暗)中進(jìn)行萌發(fā)試驗。每24 h換一次錳溶液與濾紙,以保持脅迫濃度的恒定。每天定時記錄種子萌發(fā)情況,以胚根達(dá)到種子長度的1/2時為種子萌發(fā)的標(biāo)志,連續(xù)3天內(nèi)沒有新種子萌發(fā)時萌發(fā)結(jié)束。測定幼苗生物量,計算種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)與根冠比。

1.2.2幼苗生長

將預(yù)處理后的種子播種到裝有150 mL干凈純沙的杯中,放入人工氣候箱中,適量澆水,伸出子葉后用1/2 Hoagland營養(yǎng)液培養(yǎng)鹽膚木幼苗。待幼苗伸出5—6片真葉時,設(shè)置與萌發(fā)試驗相同的Mn2+濃度梯度,對照組(CK)施以等量Hoagland營養(yǎng)液。幼苗培養(yǎng)在培養(yǎng)箱中進(jìn)行,期間每3 d澆一次營養(yǎng)液,分別在脅迫后的第7、15、30 天時測定幼苗葉片生理生化指標(biāo)。

1.3 測定項目與方法

1.3.1種子萌發(fā)指標(biāo)測定

發(fā)芽率=13 d正常發(fā)芽種子數(shù)/總種子數(shù)×100%

發(fā)芽勢=4 d正常發(fā)芽種子數(shù)/總種子數(shù)×100%

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑(Gt/Dt)

活力指數(shù)(VI)=GI×S

式中,Gt為在t日的發(fā)芽種子數(shù)；Dt為發(fā)芽天數(shù)；S為幼苗高度。

1.3.2幼苗生物量測定

萌發(fā)實驗結(jié)束后,每個Mn2+濃度隨機(jī)選取20株幼苗,用游標(biāo)卡尺(0.1 mm)測量最長的根長、芽長。將所有幼苗(每個濃度梯度100株,共計600株)洗凈,分成地上和地下兩個部分裝袋；于105 ℃殺青5 min,再于烘箱中70 ℃烘干24 h直至恒重,用萬分之一天平測定生物量。

根冠比=地下部分干重/地上部分干重

1.3.3幼苗生理生化指標(biāo)測定

在脅迫第7、15、30天時取不同處理下鹽膚木幼苗新鮮葉片進(jìn)行測定,各個生理指標(biāo)做3個重復(fù)。

(1)葉綠素含量

取新鮮葉片0.2 g用80%丙酮研磨提取,上清液在紫外分光光度計下測646 nm、663 nm和470 nm處的吸光值,按Chavoushi等[19]的方法計算葉綠素含量(mg/g FW(鮮重))。

(2)抗氧化酶活性

參照Gao等[20]的方法,取新鮮葉片0.1 g于預(yù)冷的研缽中,用5 mL的磷酸鹽緩沖液(0.05 mol/L,pH 7.8)將葉子研磨至勻漿,于4 ℃下8000 r/min離心15 min,取上清液待測。SOD活性采用氮藍(lán)四唑(NBT)法測定,以抑制NBT光還原的50%為一個SOD酶活性單位(U/g FW)；POD活性采用愈創(chuàng)木酚法測定,以每分鐘內(nèi)470 nm處吸光值升高0.01為一個POD酶活性單位(U g-1min-1FW)；CAT活性采用紫外吸收法測定,以每分鐘內(nèi)240 nm處吸光值減少0.01為一個CAT酶活性單位(U g-1min-1FW)。

(3)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量

參照等Li[21]的方法,取新鮮葉片0.2 g?？扇苄蕴呛坑幂焱壬y定,在紫外分光光度計下測620 nm處的吸光值；可溶性蛋白含量用考馬斯亮藍(lán)G—250法測定,以牛血清白蛋白為標(biāo)準(zhǔn),在紫外分光光度計下測595 nm處的吸光值；脯氨酸含量用酸性茚三酮顯色法測定,使用3%磺基水楊酸溶液5 mL,在沸水浴中提取10 min,冷卻后過濾至干凈管子。將2 mL濾液與2 mL酸性茚三酮和2 mL冰醋酸混合,混合物在沸水浴中加熱30 min。冷卻后加入4 mL甲苯,于3000 r/min離心5 min。以甲苯作為空白,上層液在紫外分光光度計下測520 nm處的吸光值。

(4)MDA含量

參照Gao等[20]的方法,取新鮮葉片0.2 g,加入石英砂和10%三氯乙酸磨成勻漿狀,于3000 r/min離心10 min。取2 mL提取液,以等量蒸餾水作對照,加入0.67% TBA溶液2 mL混勻,沸水浴15 min,冷卻后再離心。使用紫外分光光度計在450 nm、532 nm和600 nm處測量上清液。

1.3.4數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2016統(tǒng)計數(shù)據(jù),計算平均值與標(biāo)準(zhǔn)差。采用SPSS 22.0進(jìn)行ANOVA單因素方差分析,運(yùn)用LSD多重比較法(顯著性水平設(shè)為0.05)對不同濃度處理下的各項生理生化指標(biāo)進(jìn)行差異性分析。利用Sigma Plot 12.5進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度錳脅迫對鹽膚木種子萌發(fā)與幼苗生長的影響

萌發(fā)試驗開始后第2天發(fā)現(xiàn)有種子開始萌發(fā),第13天后種子大部分種子已萌發(fā)完畢。錳脅迫下鹽膚木種子發(fā)芽率在80.0%—81.6%之間,不同Mn2+濃度下種子發(fā)芽率差異不顯著。種子發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)與活力指數(shù)則呈先升后降的趨勢。Mn2+濃度為1 mmol/L時種子發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)與活力指數(shù)最高；20 mmol/L時最低,分別比CK下降19.05%、9.65%、85.70%(表1)。

表1 錳脅迫下鹽膚木種子發(fā)芽情況Table 1 Germination of R. chinensis seeds under manganese stress

根長、幼根干重、幼苗干重、總干重等呈先升后降的趨勢?？偢芍卦贛n2+濃度為1 mmol/L時最大,10—20 mmol/L處理下比CK顯著下降(P<0.05),20 mmol/L時比CK下降23.98%,說明在高濃度時鹽膚木幼苗生長受到抑制。根長、芽長、幼根干重、幼苗干重表現(xiàn)出相同的趨勢(表2)。

表2 錳脅迫下鹽膚木幼苗生物量Table 2 Biomass of R. chinensis seedlings under manganese stress

2.2 錳脅迫對鹽膚木葉片中光合色素含量的影響

脅迫7 d時,鹽膚木葉片中葉綠素a、葉綠素b含量、葉綠素a/b呈現(xiàn)先增后降的趨勢。葉綠素a、葉綠素b含量在Mn2+濃度為10 mmol/L時最高,比CK增加6.84%、4.92%,葉綠素a/b基本保持不變；類胡蘿卜素含量呈現(xiàn)出增加的趨勢,Mn2+濃度為15、20 mmol/L時均顯著高于CK(P<0.05),20 mmol/L時比CK增加17.50%(表3)。

表3 錳脅迫下鹽膚木葉片光合色素含量Table 3 Photosynthetic pigment content of R. chinensis leaves under manganese stress

脅迫15 d時,鹽膚木葉片中葉綠素a、葉綠素b含量呈先增后降的趨勢,Mn2+濃度為1 mmol/L時最高,15、20 mmol/L時顯著降低(P<0.05),20 mmol/L時分別比CK下降18.32%、13.33%,葉綠素a/b變化不顯著。類胡蘿卜素含量呈現(xiàn)先增后降的趨勢,Mn2+濃度為15 mmol/L時最高,比CK增加11.90%,20 mmol/L時最低,比CK下降7.14%。

脅迫30 d時,鹽膚木葉片中葉綠素a、葉綠素b含量呈先增后降的趨勢,Mn2+濃度為20 mmol/L時最低,分別比CK下降29.50%、20.68%,葉綠素a/b變化不顯著。類胡蘿卜素含量呈現(xiàn)下降的趨勢,Mn2+濃度為10—20 mmol/L時比CK顯著降低(P<0.05),20 mmol/L時比CK下降22.45%。

2.3 錳脅迫對鹽膚木葉片中抗氧化酶活性的影響

脅迫7、15 d時,鹽膚木葉片中SOD活性均顯示出隨Mn2+濃度的升高而升高的趨勢,Mn2+濃度為20 mmol/L時達(dá)到最高,分別為CK的1.40、1.72倍。脅迫30 d時,鹽膚木葉片中SOD活性在Mn2+濃度小于為10 mmol/L時隨濃度的升高而升高(P<0.05),20 mmol/L時SOD活性為CK的1.76倍(圖1)。

脅迫7 d時,鹽膚木葉片中POD活性隨Mn2+濃度的升高而升高,Mn2+濃度為20 mmol/L時達(dá)到最高,為CK的11.21倍。脅迫15、30 d時,POD活性隨Mn2+濃度升高呈現(xiàn)出先升高再下降的趨勢。脅迫15 d時,Mn2+濃度為10 mmol/L時達(dá)到最高,為CK的4.96倍；脅迫30 d時,Mn2+濃度為5 mmol/L時達(dá)到最高,為CK的3.64倍,均顯著高于20 mmol/L時的POD活性(P<0.05)(圖1)。

脅迫7 d時,鹽膚木葉片中CAT活性隨Mn2+濃度的升高而升高,Mn2+濃度為20 mmol/L時達(dá)到最高,為CK的1.95倍。脅迫15、30 d時,CAT活性隨Mn2+濃度升高呈現(xiàn)出先升高再下降的趨勢。脅迫15 d時,Mn2+濃度為15 mmol/L時達(dá)到最高,為CK的3.28倍；脅迫30 d時,Mn2+濃度為10 mmol/L時達(dá)到最高,為CK的4.39倍,均顯著高于20 mmol/L時的CAT活性(P<0.05)(圖1)。

圖1 錳脅迫下鹽膚木葉片SOD、POD、CAT活性Fig.1 SOD,POD and CAT activities of R. chinensis leaves under manganese stressSOD:超氧化物歧化酶Superoxide dismutase;POD:過氧化物酶Peroxidase;CAT:過氧化氫酶Catalase;FW:鮮重Fresh weight;柱狀圖上不同的小寫字母代表不同濃度之間差異顯著(P<0.05)

2.4 錳脅迫對鹽膚木葉片中可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸含量的影響

脅迫7、15 d時,鹽膚木葉片中可溶性糖含量隨Mn2+濃度的升高而升高,Mn2+濃度達(dá)到20 mmol/L時均顯著高于CK(P<0.05),分別為CK的1.46、1.50倍。脅迫30 d時,可溶性糖含量呈先升后降的趨勢,Mn2+濃度為15 mmol/L時達(dá)到峰值,為CK的1.55倍(圖2)。

脅迫7、15 d時,鹽膚木葉片中可溶性蛋白含量呈先升高后降趨勢,Mn2+濃度為15 mmol/L時達(dá)到峰值,分別為CK的2.40、2.39倍。脅迫30 d時,與脅迫7、15 d時的趨勢相同,10 mmol/L時達(dá)到峰值,為CK的2.14倍(圖2)。

脅迫7 d時,鹽膚木葉片中游離脯氨酸含量呈增加的趨勢,在Mn2+濃度為10—20 mmol/L時顯著升高(P<0.05),Mn2+濃度達(dá)到20 mmol/L時為CK的5.80倍。在脅迫15、30 d時,游離脯氨酸含量呈先升后降的趨勢,15 mmol/L時達(dá)到峰值,分別為CK的7.96、3.69倍(圖2)。

圖2 錳脅迫下鹽膚木葉片可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸含量Fig.2 Contents of soluble sugar,soluble protein and free proline in leaves of R. chinensis under manganese stress

2.5 錳脅迫對鹽膚木葉片中MDA含量的影響

脅迫7 d時,鹽膚木葉片中MDA含量在不同Mn2+濃度處理之間沒有顯著差異。脅迫15 d時,MDA含量在Mn2+濃度為1、5 mmol/L處理下與CK之間沒有顯著差異,10—20 mmol/L時MDA含量顯著升高(P<0.05)。脅迫30 d時,MDA含量在Mn2+濃度為5—20 mmol/L處理下均顯著升高(P<0.05),分別為CK的2.69、4.31、5.73、7.03倍(圖3)。

圖3 錳脅迫下鹽膚木葉片MDA含量Fig.3 MDA content of R. chinensis leaves under manganese stressMDA:丙二醛Malondialdehyde

3 討論

3.1 種子萌發(fā)與幼苗生長

植物種子的萌發(fā)情況可反映出植物在脅迫情況下的生命力。種子發(fā)芽勢反映脅迫下植物種子的出芽速度與整齊度。發(fā)芽指數(shù)與活力指數(shù)反映污染物對種子發(fā)芽的脅迫情況。本文研究結(jié)果顯示,錳脅迫下鹽膚木種子發(fā)芽率均達(dá)80%以上,且不同Mn2+濃度下發(fā)芽率無顯著差異。這與鎘脅迫對不同品種糜子(Panicummiliaceum)的種子發(fā)芽率的影響[22]結(jié)果類似。這說明鹽膚木種子具有一定的錳耐受性。而種子發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)與活力指數(shù)則存在顯著差異,呈先升后降的趨勢。這與錳脅迫下蒼耳(Xanthiumsibiricum)種子萌發(fā)[18]規(guī)律一致。Mn2+濃度為1 mmol/L時,種子發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)與活力指數(shù)均升高,這是因為必需元素積累是植物種子發(fā)芽的先決條件。錳作為必需元素,其在種子萌發(fā)過程中在種子胚根中積累,可促進(jìn)種子萌發(fā)[23]。

錳脅迫下鹽膚木幼苗生長表現(xiàn)出隨著錳濃度的升高而先升后降的現(xiàn)象。這與鉛鋅脅迫下毛竹(Phyllostachyspubescens)[5]、鉛脅迫下金花茶(Camelliapetelotii)[24]幼苗生長影響結(jié)果一致,說明重金屬對植物生長的低促高抑作用是一種普遍現(xiàn)象。本文研究結(jié)果顯示,錳脅迫對鹽膚木幼苗地上部分影響較小,而對根的抑制顯著,說明錳脅迫對鹽膚木根的抑制大于芽。這與錳脅迫對紫花苜蓿(Medicagosativa)和地三葉草(Trifoliumrepens)[6]幼苗的影響相同。錳脅迫對鹽膚木根部生長的影響顯著高于對芽生長的影響,這與鉛脅迫下綠豆(Vignaradiata)種子及幼苗生長規(guī)律相似[25]。其原因是幼根作為直接吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)土壤中重金屬的器官,與脅迫環(huán)境直接接觸,這使得其受到的毒害作用大于芽。

3.2 光合色素

光合色素是植物進(jìn)行光合作用時吸收、傳遞光能,引起光化學(xué)反應(yīng)的色素,它能夠較好反映植物光合作用的能力[26]。本文研究結(jié)果顯示,鹽膚木葉片的葉綠素a、葉綠素b含量均呈現(xiàn)隨著Mn2+濃度升高而先升后降的趨勢,葉綠素a/b則變化不顯著。脅迫7 d時,在Mn2+濃度為10 mmol/L時出現(xiàn)明顯的促進(jìn)作用；脅迫15、30 d時,1 mmol/L時促進(jìn),15—20 mmol/L時出現(xiàn)抑制現(xiàn)象。這與錳脅迫下青葙[9]、鎘脅迫下梭魚草(Pontederiacordata)[27]葉片的葉綠素含量變化趨勢一致。這是由于錳元素是光合色素形成的重要元素,還直接參與光合作用中的光合放氧過程。適量的錳可以促進(jìn)鹽膚木葉片中葉綠素的合成,但在高濃度錳脅迫下植物葉綠體正常結(jié)構(gòu)遭到破壞,葉綠素合成減少[28—29]。其次,Mn2+的結(jié)合能力較強(qiáng),過量的錳會抑制Mg2+、Fe2+的吸收,Mg2+和Fe2+是葉綠素的重要組成,Mg2+、Fe2+的吸收的減少使得葉綠素的合成減少,光合能力減弱[30]。另外,葉綠素a主要作為光合中心色素等參與光系統(tǒng)反應(yīng),葉綠素b主要作為天線色素參與能量傳遞,二者具有不同的功能。本文研究中,鹽膚木幼苗在錳脅迫下較好地保持了葉綠素a/b值,說明其在高錳脅迫下仍能有效地利用葉綠體進(jìn)行光合作用。

3.3 抗氧化酶活性

脅迫15、30 d時,高M(jìn)n2+濃度下SOD活性仍然較高；POD、CAT活性則明顯下降。這與鉻脅迫下鹽膚木[14]、錳脅迫下野大豆(Glycinesoja)[34]、鎘與鋅脅迫下煙草(Nicotianatabacum)[35]抗氧化酶活性變化規(guī)律一致。這是由于SOD、POD、CAT為植物體內(nèi)重要的抗氧化酶,在一定程度脅迫時可提高其含量來應(yīng)對脅迫環(huán)境。但隨著脅迫時間的延長、強(qiáng)度的增加,SOD、POD、CAT活性受到一定程度的抑制,說明過高濃度、過長時間的錳脅迫使鹽膚木抗氧化體系遭到破壞,從而削弱了其保護(hù)能力,造成對植物體的損傷,最終導(dǎo)致其生物量的降低。因而,抗氧化酶系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)酶活性來緩解脅迫環(huán)境,是植物體響應(yīng)逆境脅迫的一種適應(yīng)機(jī)制。

3.4 可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸含量

在逆境環(huán)境中,植物都會產(chǎn)生逆境脅迫導(dǎo)致的直接或者間接水分缺失,其生理生化過程可以反映植物的應(yīng)對機(jī)制,此時植物體內(nèi)會大量的積累可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來保持細(xì)胞內(nèi)水分平衡,以維持細(xì)胞正常生命代謝活動,減輕脅迫對植物帶來的傷害[36]。本文研究結(jié)果表明,鹽膚木葉片中可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸含量在植物受到錳脅迫時隨Mn2+濃度升高而升高,但在長期、高濃度錳脅迫下其含量降低。這與錳脅迫下黃花草(Cleomeviscosa)[37]、小飛蓬(Comnyzacanadensis)、杠板歸(Polygonumperfoliatum)、美洲商陸[38]的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量變化趨勢相同。脯氨酸和可溶性糖是2種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì),脯氨酸具有很高的水溶性,可溶性糖是合成有機(jī)溶質(zhì)的碳架和能量來源,它們可使水分的跨膜運(yùn)輸朝著有利于植物生長的方向發(fā)展。植物體內(nèi)的可溶性蛋白大多是參與代謝的酶類,其含量高低反映植物代謝強(qiáng)度；同時,可溶性蛋白具較強(qiáng)的親水性,可提高細(xì)胞保水性能,有效防止其脫水。在本研究中,一定時間內(nèi)隨Mn2+濃度的升高,鹽膚木幼苗能夠通過提高體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量來緩解錳毒害,使其具有一定抗逆性。但隨著脅迫強(qiáng)度的增強(qiáng)與脅迫時間的延長,滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)合成受阻,其含量減少,這種滲透調(diào)節(jié)機(jī)制被破壞,導(dǎo)致鹽膚木幼苗受到一定傷害[39]。因而,滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的調(diào)節(jié)是植物應(yīng)對錳脅迫的一種重要機(jī)制。

3.5 MDA含量

MDA是植物細(xì)胞膜脂過氧化的最終產(chǎn)物。在逆境環(huán)境下,植物細(xì)胞中的活性氧產(chǎn)生與清除平衡會被破壞,自由基大量積累造成細(xì)胞膜脂過氧化,植物體內(nèi)MDA含量增加。因而,MDA含量高低可反映植物遭受毒害的程度,同時也能體現(xiàn)植物抗逆性高低[10]。本文研究結(jié)果顯示,脅迫7 d或Mn2+濃度低于10 mmol/L時鹽膚木幼苗葉片中MDA含量無明顯變化；脅迫30 d或Mn2+濃度高于10 mmol/L時鹽膚木幼苗葉片中MDA含量增加。這與中等鹽水平下蓖麻(Ricinuscommunis)幼苗葉片中MDA含量沒有顯著增加[40],錳脅迫下蒼耳[41]、鹽脅迫下越橘(Vaccinumcorymbosum)[42]、馬尾松(Pinusmassoniana)[43]MDA含量隨脅迫濃度增加均增加的趨勢一致。這說明在短時間或較低錳濃度的脅迫時細(xì)胞未受到明顯傷害,鹽膚木具有一定的抗逆能力。而當(dāng)脅迫濃度過高或脅迫時間延長時,鹽膚木受到毒害作用,葉片細(xì)胞遭受破壞,細(xì)胞膜脂過氧化程度隨Mn2+濃度的升高和脅迫時間的延長而加重,從而在體內(nèi)積累MDA。

本文研究結(jié)果表明,鹽膚木在錳脅迫下發(fā)芽率較高,在Mn2+濃度為10 mmol/L時SOD、POD、CAT活性、滲透調(diào)節(jié)物種含量仍然較高,說明該植物適應(yīng)錳脅迫能力較強(qiáng),為修復(fù)錳污染土壤的候選植物。

4 結(jié)論

錳脅迫下鹽膚木種子發(fā)芽率較高,Mn2+濃度對發(fā)芽率影響較?。挥酌缟L隨著Mn2+濃度的增加而呈先升后降的趨勢。鹽膚木幼苗葉片中葉綠素a、葉綠素b含量在低Mn2+濃度下上升,但隨著脅迫程度的增加和脅迫時間的延長,葉綠素a、葉綠素b含量均降低。短期或低Mn2+濃度下幼苗SOD、POD、CAT活性隨Mn2+濃度的升高而增強(qiáng)；長期的高錳脅迫下POD、CAT活性下降。短期Mn2+濃度處理下可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸含量增加,長期高錳脅迫下則下降。隨著脅迫程度的增加和脅迫時間的延長,MDA含量增加。本研究說明鹽膚木具有較強(qiáng)的耐錳能力,是錳礦區(qū)修復(fù)的理想候選植物,它能通過產(chǎn)生滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)以及提高抗氧化酶活性等方式來適應(yīng)錳脅迫環(huán)境。