IAA對鉛脅迫下枇杷砧木幼苗生理特性的影響

江旭升，楊勇勝，李慶宏，魏 椿，王道靜，唐洪毅

（貴陽市農(nóng)業(yè)試驗中心，貴州貴陽 550018）

隨著工業(yè)的發(fā)展，重金屬污染問題日益嚴重，越來越多的水源和耕地受到重金屬離子的污染和影響[1]，從而影響農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)等。因此，解決重金屬污染已成為農(nóng)業(yè)研究的當務之急。利用外源物質(zhì)誘導植物產(chǎn)生抗逆性已成為近年來緩解脅迫的有效方法之一[2]，IAA 作為一種植物生長調(diào)節(jié)劑，對植物逆境脅迫具有一定的緩解作用，如王敬東[3]研究表明，一定濃度的外源IAA 對0.1mol NaCl 脅迫下水稻種子能顯著提高發(fā)芽勢，能顯著甚至極顯著恢復部分材料胚根的伸長生長及胚根數(shù)，以及可顯著提高部分材料根葉干重。IAA同樣對重金屬脅迫下的植物有一定的緩解作用，如張婷婷[4]研究發(fā)現(xiàn)，鎘脅迫環(huán)境下，外源IAA 能夠促進栝樓葉綠素的合成并調(diào)節(jié)其葉綠素熒光參數(shù)來增強抗逆性，提高栝樓體內(nèi)抗氧化酶活性，緩解膜脂過氧化。

枇杷（Eriobotrya japonica Lindl.）屬薔薇科枇杷屬植物，原產(chǎn)中國東南部，野生種質(zhì)資源極為豐富[5]。枇杷是高大喬木，樹體太高，易造成管理不便、土地利用率低等問題。為此，選擇適宜、優(yōu)良的矮化砧木是枇杷產(chǎn)業(yè)豐產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的保證，它不僅可以使枇杷的抗逆性變強，還能達到使枇杷早產(chǎn)、豐產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的目的[6]。針對枇杷砧木方面的研究，前人主要集中在砧木收集、篩選[7]等方面，對枇杷砧木幼苗逆境脅迫（高鹽、高溫、重金屬脅迫等）的研究鮮有報道。基于此，通過對枇杷砧木幼苗進行鉛離子脅迫后添加不同濃度的IAA，研究不同濃度的IAA 對枇杷幼苗相關生理特性的影響，旨在為枇杷砧木幼苗減輕甚至消除鉛離子的危害提供理論參考，為枇杷產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供一定的技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設計

以貴陽市烏當區(qū)貴陽市農(nóng)業(yè)試驗中心枇杷種質(zhì)資源圃中的‘老嫗’枇杷砧木幼苗為試材，選取生長均勻一致的枇杷砧木幼苗，將其移入培養(yǎng)缽中，加入300mL Hoagland 營養(yǎng)液培養(yǎng)3d 后，進行以下培養(yǎng)處理：

處理1（CK）：只加Hoagland 營養(yǎng)液，不加PbCl2和IAA；處理2：在Hoagland 營養(yǎng)液中加入18mg PbCl2（Pb2+濃度45mg/L）進行脅迫；處理3：在Hoagland 營養(yǎng)液中加入18mg PbCl2（Pb2+濃度45mg/L）進行脅迫，2d后加入0.3mg IAA（濃度為1mg/L）；處理4：在Hoagland營養(yǎng)液中加入18mg PbCl2（Pb2+濃度45mg/L）進行脅迫，2d 后加入3mg IAA（濃度為10mg/L）；處理5：在Hoagland 營養(yǎng)液中加入18mg PbCl2（Pb2+濃度45mg/L）進行脅迫，2d 后加入6mg IAA（濃度為20mg/L）。

每個處理15 株，重復3 次，將各處理的枇杷砧木幼苗放入人工氣候箱中培養(yǎng)7d。

1.2 測定方法

人工氣候箱中培養(yǎng)7d 后，選取各個處理的枇杷砧木幼苗葉片進行丙二醛（MDA）含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、過氧化物酶（POD）活性、游離脯氨酸（Pro）含量、相對電導率、葉綠素熒光參數(shù)和葉綠素含量等生理指標的測定。

利用電導儀測定相對電導率；利用XE-PAM 葉綠素熒光儀測定葉綠素熒光參數(shù)；采用張志良等[8]的方法測定丙二醛（MDA）含量、過氧化物酶（POD）活性；采用李合生等[9]的方法測定超氧化物歧化酶（SOD）活性；采用郝再彬等[10]的方法測定游離脯氨酸（Pro）含量；采用湯章城等[11]的方法測定葉綠素含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010 進行數(shù)據(jù)整理、制作柱狀圖和折線圖等，采用SPSS 19.0 進行數(shù)據(jù)單因素方差分析等。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對葉片膜透性的影響

當植物受到外界脅迫時，如重金屬脅迫、鹽脅迫以及干旱脅迫等，就會導致細胞質(zhì)膜的透性發(fā)生變化，使細胞內(nèi)的物質(zhì)大量外滲，導致植物體內(nèi)組織電導率增大，從而可以通過電導率反映出植物抗逆性的大小[12]。

由圖1 可以看出，與CK（處理1）相比，在遭受鉛脅迫（處理2）以后，枇杷砧木幼苗葉片的相對電導率有明顯的升高，比CK 升高了14.8%，然而當施加一定濃度的IAA 以后，對鉛脅迫下枇杷砧木幼苗具有不同程度的緩解作用，其中效果最好的處理4（IAA 濃度為10mg/L），相對電導率降低到了21.8%。而處理3（23.1%）和處理5（23.3%）的相對電導率相似，都在23%左右。5 個處理之間相對電導率的差異不顯著。

圖1 不同處理對枇杷砧木幼苗葉片相對電導率的影響

2.2 不同處理對枇杷幼苗葉片丙二醛、脯氨酸的含量及抗氧化酶活性的影響

丙二醛（MDA）是膜脂過氧化最重要的產(chǎn)物之一。植物膜脂過氧化是因為活性氧積累而誘發(fā)，該過程與植物在逆境下遭受傷害關系密切。由圖2A 可知，經(jīng)過鉛脅迫的處理2，MDA 含量顯著升高，達到了2.05μmol/g，比CK 的MDA 含量升高了0.51μmol/g，在鉛脅迫后加入IAA，隨著其濃度的增加，MDA 的含量逐漸降低，當IAA 濃度為20mg/L 時，其含量達到了CK 的水平，有效地緩解了鉛脅迫的毒害作用。

抗氧化酶活性高低與植物對脅迫的抗性有密切關系，它可以通過氧化還原反應將體內(nèi)的過氧化物轉(zhuǎn)化成對機體無害的物質(zhì)，從而減小對機體的傷害，主要包括超氧化物歧化酶（SOD）、硫氧還蛋白過氧化物酶、谷胱甘肽過氧化物酶和過氧化物酶（POD）等。由圖2B 可以看出，當枇杷砧木幼苗受到鉛脅迫時（處理2），POD活性比CK 升高了27.4%，這說明枇杷砧木幼苗在鉛脅迫環(huán)境下，導致過氧化物酶的大量積累，并且為了抵御鉛脅迫下的不良環(huán)境，植物體內(nèi)的保護酶體系也迅速啟動，從而使POD 活性上升[13]。而受鉛脅迫并加IAA處理時，枇杷砧木幼苗葉片的POD 活性顯著降低，其中當IAA 濃度為10mg/L 時，緩解作用最好，僅比CK高了20.0U/g·min，各處理POD 活性大小順序為處理1（CK）＜處理4＜處理3＜處理5＜處理2。由圖2C 可知，枇杷砧木幼苗受鉛脅迫時，其SOD 活性明顯升高（處理2），這是由于在逆境條件下，SOD 能被活性氧誘導產(chǎn)生，從而減輕對細胞膜的傷害[14]。在鉛脅迫下，外加IAA 處理時，SOD 的活性都有一定程度的降低，隨著IAA 濃度的升高，變化趨勢是先降低后升高，其中IAA 的濃度為10mg/L 時，對鉛脅迫的緩解效果最好，SOD 的活性接近CK，僅比CK 高5.9 U/g。

圖2 不同處理對葉片MDA 含量（A）、POD 活性（B）、SOD 活性（C）及其脯氨酸含量（D）的影響

脯氨酸是一種重要的滲透保護物質(zhì)。干旱、高鹽、高溫及重金屬等非生物脅迫條件都會導致植物體內(nèi)脯氨酸含量的增加，其作用是防止?jié)B透脅迫對植物造成傷害[15]。由圖2D 可知，當枇杷砧木幼苗受到鉛脅迫時，脯氨酸含量明顯升高，但是鉛脅迫同時加入IAA 時，脯氨酸的含量都有不同程度降低，當IAA 濃度為1mg/L、10mg/L 時，對脯氨酸的影響效果相似，脯氨酸的含量分別為8.23mg/g、8.24mg/g，效果最好的是濃度為20mg/L 時，脯氨酸含量接近對照值（僅比CK 高0.04mg/g）。

2.3 不同處理對葉片葉綠素含量的影響

由圖3 可知，枇杷砧木幼苗經(jīng)過鉛脅迫（處理2）后，葉片葉綠素含量明顯下降，由CK（處理1）的2.60mg/L 降到了1.89mg/L，但隨著IAA 濃度的不斷升高，葉綠素含量逐漸趨于正常水平，其中最接近CK 的為處理5，葉綠素含量達到了2.49mg/L，僅比CK 低0.11mg/L?？梢姡欢舛鹊腎AA 可有效緩解鉛對枇杷砧木幼苗葉片葉綠素含量的影響，從而使枇杷砧木幼苗正常生長。

圖3 不同處理對葉片葉綠素含量的影響

2.4 不同處理對葉綠素熒光參數(shù)的影響

從圖4 可以看出，PS II 最大光能轉(zhuǎn)化效率（Fv/Fm）、光化學猝滅值（qP）以及PS II 實際光能轉(zhuǎn)化效率（Yield）都呈現(xiàn)出先降低后升高再降低的趨勢，而PS II 活性（Fv/Fo）則呈現(xiàn)出先降低后升高的趨勢。

圖4 不同處理對葉綠素熒光參數(shù)的影響

Fv/Fm 的變化可以看出鉛脅迫以后，其值有明顯的下降，降低了0.27，加入IAA 后，有了一定的緩解作用，其中較理想的濃度為10mg/L（0.83）。

Fv/Fo 的變化曲線中，濃度較理想的為20mg/L，各處理的值分別是6.12（處理1）、4.43（處理2）、4.99（處理3）、5.52（處理4）、5.93（處理5）。

qP 值的變化與Fv/Fm 值的變化相似，都在10mg/L時為較理想的緩解濃度，其中處理2（0.66）與處理3（0.67）、處理5（0.65）的qP 值相似?？梢?，IAA 濃度為1mg/L 和20mg/L 時，對鉛脅迫緩解作用不是很大。

鉛脅迫對Yield 影響較大，由CK 組的0.51 降到了0.30，當IAA 濃度為10mg/L 時，有效緩解了鉛脅迫對枇杷砧木幼苗的影響，Yield 升高到了0.50。

綜上可以看出，當IAA 濃度為10mg/L 時，可以有效降低鉛對枇杷砧木幼苗葉綠素各熒光參數(shù)的影響，使枇杷砧木幼苗正常生長。

3 結(jié)論與討論

相對電導率的變化可以反映植物細胞膜的受傷害程度，通常被用來作為研究樹木抗逆性的指標，而鉛脅迫也是植物逆境的一種情況，所以相對電導率的變化也可以作為鉛脅迫的一個重要指標。試驗結(jié)果表明，一定濃度的IAA 可以降低鉛脅迫下枇杷砧木幼苗的相對電導率，即可以緩解鉛脅迫對幼苗細胞膜的傷害程度，從而表明IAA 可以緩解鉛脅迫的毒害作用，本試驗中最適IAA 濃度為10mg/L，該結(jié)果與魏愛麗等[16]的研究結(jié)果相符：一定濃度的IAA 處理可降低膜相對透性（相對導電性）。

在逆境傷害和衰老過程中，發(fā)生脂質(zhì)過氧化作用而產(chǎn)生丙二醛（MDA），其含量高低可用來說明脂質(zhì)過氧化的程度，并進一步反映有機體的衰老程度[17]。結(jié)果表明，與單純鉛脅迫（處理2）相比，施加IAA 后，MDA的含量明顯降低，效果最好的濃度為20mg/L，枇杷砧木幼苗葉片MDA 的含量與對照組（處理1）相同，說明IAA 可減弱鉛脅迫對枇杷砧木幼苗生理指標的影響，這與魏愛麗等[16]的研究結(jié)果相符。

在適度逆境誘導下，POD、SOD 活性提高，以增加植物的抗逆能力而適應逆境得以生存[18]。本研究中，當枇杷砧木幼苗進行鉛脅迫時，POD 和SOD 活性都有一定程度的升高，但在鉛脅迫的同時外加一定濃度的IAA 時，兩者的活性又有了一定程度的降低，而效果最好的都是濃度為10mg/L，表明外施IAA 對于解除鉛脅迫的毒害具有一定的作用。

脯氨酸是植物逆境脅迫下積累的主要有機分子，它介導逆境脅迫下植物體內(nèi)很多細胞和亞細胞反應，其主要功能包括滲透調(diào)節(jié)劑、酶保護劑、自由基清除劑等[19]。試驗結(jié)果表明，一定濃度的IAA 可以降低因鉛脅迫而升高的脯氨酸的含量，當IAA 濃度達到20mg/L時，其緩解效果最好?？梢?，適宜濃度的IAA 可以增強枇杷砧木幼苗的抗鉛脅迫的能力。

從光合作用各指標（葉綠素含量及葉綠素各熒光參數(shù)）可以看出，IAA 可以有效地降低重金屬鉛對枇杷砧木幼苗的影響，當IAA 濃度為10～20mg/L 時，緩解效果最突出。

綜上所述，一定濃度的IAA 對鉛脅迫下枇杷砧木幼苗生長發(fā)育起到明顯的促進作用，一定程度上緩解了鉛脅迫對枇杷砧木幼苗的傷害，主要表現(xiàn)為適宜濃度的IAA 能降低鉛脅迫下枇杷砧木幼苗丙二醛和脯氨酸的含量、抗氧化酶活性及相對電導率，可提高鉛脅迫下枇杷砧木幼苗光合作用各指標（葉綠素含量及葉綠素各熒光參數(shù)）。在本試驗中，當IAA 濃度達到10～20mg/L 時，對鉛脅迫下枇杷砧木幼苗的毒害作用緩解效果最好。