鉛脅迫對薄荷幼苗生理生長特性的影響

摘要 以薄荷幼苗為對象，研究200、400、600、800、1 000 mg/L不同濃度乙酸鉛對薄荷生理生長特性的影響。結(jié)果表明：幼苗株高隨著鉛濃度上升表現(xiàn)出低濃度促進、高濃度抑制的趨勢，鉛濃度為200 mg/L時促進生長效果最佳。在不同濃度乙酸鉛處理下，葉綠素含量、MDA含量、可溶性糖含量和SOD活性隨著鉛濃度的升高均呈現(xiàn)先升后降的趨勢。脯氨酸含量隨鉛濃度的升高呈現(xiàn)一直上升趨勢，鉛濃度為1 000 mg/L達最大值，與CK相比達到顯著差異水平。

關(guān)鍵詞 薄荷；重金屬；鉛脅迫；生理生長特性

中圖分類號 Q945.78 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2024）13-0140-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.13.035

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Effects of Pb Stress on Physiological Growth Characteristics of Mentha haplocalyx Seedlings

LI Jing-qi， SUN Xing

（Shaanxi Xueqian Normal University， Xi’an，Shaanxi 710100）

Abstract Using Mentha haplocalyx seedlings as the research object， the effects of different concentrations of lead acetate at 200， 400， 600， 800， and 1 000 mg/L on the physiological growth characteristics of Mentha haplocalyx were studied. The results showed that with the increase of Pb concentration， the plant height of Mentha haplocalyx seedlings was promoted at low concentration and inhibited at high concentration. When the Pb stress level was 200 mg/L， the promotion effect was the most obvious. Under different concentrations of lead acetate treatment，the chlorophyll， MDA， soluble sugar content and SOD activity of Mentha haplocalyx seedlings increased first and then decreased with the increase of lead concentration. The proline content increased with the increase of Pb concentration， and reached the maximum at the Pb concentration of 1 000 mg/L， which was significantly different from CK.

Key words Mentha haplocalyx;Heavy metals;Pb stress;Physiological growth characteristic

基金項目 陜西省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目（S202114390064）；陜西基礎(chǔ)科學(xué)研究院科研計劃項目（22JHQ046）；陜西省教育廳專項科研計劃項目（22JK0333）；2021年陜西省一流課程建設(shè)項目“植物生物學(xué)線上線下混合式一流課程建設(shè)”。

作者簡介 李璟琦（1967—），女，江蘇儀征人，教授，從事植物資源利用研究。

收稿日期 2023-09-04

薄荷（Mentha haplocalyx Briq.），唇形科薄荷屬多年生草本植物，是常用的中藥之一。薄荷繁殖能力強，生長非常迅速，適合生長于逆境環(huán)境中。對于薄荷在逆境中生長生理特性的研究很多，如鹽堿脅迫、重金屬鉻作用、干旱脅迫、低溫脅迫、高溫脅迫等。研究表明，較低NaCl濃度可以促進薄荷的生長，隨著NaCl濃度的上升薄荷中抗氧化酶活性隨之上升，MDA含量也隨之增加［1］；在一定鹽濃度下，薄荷自身為了適應(yīng)環(huán)境，進而調(diào)整自身含水量以及各項生理指標(biāo)的變化［2］；在重金屬鉻的作用下，薄荷在30 mg/L鉻濃度下仍可較好生長，且株高隨著鉻濃度的升高呈上升趨勢［3］；劉湘丹等［4］研究發(fā)現(xiàn)薄荷對重金屬鎘有一定的積累能力，可以在鎘污染的區(qū)域種植，治理重金屬鎘污染；徐延熙等［5］研究發(fā)現(xiàn)薄荷對重金屬鉛、汞、鉻具有較強的富集能力，對污染治理和種植區(qū)規(guī)劃有參考意義；面臨干旱脅迫時，薄荷可以通過調(diào)整自身的生長生理狀態(tài)，在中度干旱脅迫下仍能正常生長發(fā)育［6］；在低溫脅迫中，薄荷幼苗的株高、含水量等均較對照有所下降，其他生理指標(biāo)均升高，如脯氨酸含量、抗氧化酶活性等［7］；面臨高溫脅迫時，薄荷可啟動相應(yīng)機制響應(yīng)高溫脅迫，并通過產(chǎn)生次級代謝產(chǎn)物、蛋白質(zhì)加工等途徑來抵御高溫［8］。

鉛是重金屬“五毒元素”之一［9］，是流動大、生物毒性強的重金屬，在土壤中無法分解，容易被植物吸收，可在植物組織中長期積累［10］。植物在鉛作用下，葉綠素含量、抗氧化酶活性、膜脂過氧化等會發(fā)生一定的變化，最終影響植物的正常生長發(fā)育與生理代謝［11-13］。目前，薄荷對鉻與鎘的耐受程度研究比較多，但重金屬鉛對薄荷幼苗的生長發(fā)育影響卻鮮有報道。因此，作為可食用、藥用的薄荷，鉛污染對其生長生理影響的研究有重要意義。該研究可為薄荷幼苗體內(nèi)的一些抗性機制的研究及土壤污染的治理提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 供試材料。薄荷根莖，購于淘寶網(wǎng)云南山奇土產(chǎn)店鋪；培養(yǎng)土壤購于暮春花園園藝旗艦店。

1.1.2 主要試驗儀器。

高速冷凍離心機（TGL-20M）；電熱恒溫水浴鍋（常州國華HH-4）；紫外可見分光光度計（屹譜儀器U-T1810）；電子分析天平（力辰科技FA2204）。

1.1.3 主要試驗試劑。

碳酸鈣（分析純），95%乙醇，10%三氯乙酸（TCA），0.6%硫代巴比妥酸，2.5%酸性茚三酮顯色液，冰乙酸（AR分析純），甲苯，3%磺基水楊酸，脯氨酸標(biāo)準(zhǔn)溶液。索萊寶公司超氧化物歧化酶（SOD）活性檢測試劑盒（規(guī)格50T/24S，貨號BC0170）。

1.2 試驗方法

1.2.1 材料培養(yǎng)及處理。

于2023年3月初播種于陜西學(xué)前師范學(xué)院植物生理學(xué)實驗室的花盆中，分3組平行組，每個平行組中設(shè)置不同鉛濃度。待根莖發(fā)芽長出第二對真葉時，澆灌0（CK）、200、400、600、800、1 000 mg/L乙酸鉛，在澆灌后的7、14、21 d時測定薄荷幼苗的株高、葉綠素含量、MDA含量、SOD活性、可溶性糖含量、脯氨酸含量等各項生長指標(biāo)及生理指標(biāo)。每組6盆，重復(fù)3次。

1.2.2 指標(biāo)測定。

株高：每隔7 d對薄荷幼苗的株高進行測量并記錄。

葉綠素含量：采用分光光度法［14］測定。SOD活性：利用索萊寶公司超氧化物歧化酶（SOD）活性檢測試劑盒測定。MDA和可溶性糖含量：采用硫代巴比妥酸法［14］測定。脯氨酸含量：采用酸性茚三酮法［14］測定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2007進行試驗數(shù)據(jù)處理和作圖，采用IBM SPSS Statistics 28.0軟件進行單因素方差分析，不同處理間用LSD法進行多重比較，顯著水平為P<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 鉛脅迫對薄荷幼苗生長的影響

由圖1可知，在鉛處理7 d時，在600、800 mg/L的濃度下薄荷幼苗長勢與CK基本一致；與CK相比，在200、400、1 000 mg/L的濃度下薄荷幼苗株高差異顯著（P<0.05），200、400 mg/L相對于CK分別增加了16.88%、17.92%，1 000 mg/L相對于CK降低了15.58%。表明在7 d時，200、400 mg/L的鉛濃度對薄荷生長起到了一定的促進作用，1 000 mg/L的鉛濃度對薄荷生長起到抑制作用，600、800 mg/L的鉛濃度對薄荷株高影響不大。

在鉛處理14 d時，200、400 mg/L鉛濃度的薄荷幼苗株高與CK基本一致，但600、800、1 000 mg/L的濃度下與CK相比呈現(xiàn)顯著差異（P<0.05），幼苗株高分別下降了16.84%、18.95%、21.05%。在鉛處理21 d時，薄荷幼苗株高的變化與14 d時基本一致，低濃度情況下相對于CK無明顯差異，甚至在200 mg/L濃度下有一定的促進作用；但在600、800、1 000 mg/L的濃度下與CK相比呈現(xiàn)顯著差異（P<0.05），幼苗株高分別下降了14.00%、13.56%、16.00%。

綜上所述，隨著鉛濃度的變化，薄荷株高總體呈現(xiàn)為低濃度鉛促進、高濃度鉛抑制的趨勢。此外，隨著鉛處理時間的延長，鉛濃度對薄荷株高的影響更為明顯，在14、21 d時薄荷的生長受到了一定的影響，在600 mg/L及更高濃度的處理下，植物雖然能夠正常生活，但其生長速度受到影響，生長緩慢。

2.2 鉛脅迫對薄荷幼苗生理指標(biāo)的影響

2.2.1 葉綠素含量。

由圖2可知，在鉛處理7 d時，600 mg/L鉛濃度的薄荷幼苗葉綠素含量與CK呈顯著差異（P<0.05），該濃度下的葉綠素含量處于最高值，較CK上升了48.42%。葉綠素含量從大到小依次為600 mg/L>200 mg/L>400 mg/L>CK>800 mg/L>1 000 mg/L。其中，200、400 mg/L濃度下的葉綠素含量較CK分別上升了7.37%、5.26%；800、1 000 mg/L濃度下的相比CK分別下降了9.47%、17.89%。

在鉛處理14、21 d時，600 mg/L鉛濃度的薄荷幼苗葉綠素含量與CK之間均呈顯著差異（P<0.05），分別為CK的2.10、1.60倍。在21 d時800、1 000 mg/L鉛濃度的葉綠素含量與CK差異顯著（P<0.05），較CK分別降低了33.33%、45.24%，表明在該濃度下薄荷的生長受到了一定的阻礙。

試驗結(jié)果表明，在7、14、21 d時，隨著鉛濃度的增加薄荷幼苗葉片的葉綠素含量整體表現(xiàn)為先升后降的趨勢。在600 mg/L的濃度下，葉綠素含量均為最高值，在更高鉛濃度下，薄荷幼苗的生長受阻。

2.2.2 SOD活性。

從圖3可以看出，SOD活性在鉛處理7 d時隨著鉛濃度的增加呈先升高后降低的趨勢，于800 mg/L鉛濃度時達到最高值，與CK相比呈顯著差異（P<0.05），是CK的4.2倍。400、600 mg/L鉛濃度處理下與CK相比呈顯著差異（P<0.05），分別上升40.90%、65.73%。

在鉛處理14、21 d時，SOD活性變化與7 d時一致，在800 mg/L鉛濃度時達到最高值，與CK相比呈顯著差異（P<0.05），分別是CK的3.44、3.32倍，且隨著時間的延長，800 mg/L鉛濃度的SOD活性呈現(xiàn)上升趨勢，從低到高依次為7 d<14 d<21 d。在1 000 mg/L鉛濃度時，7、14、21 d的SOD活性均出現(xiàn)明顯下降。

試驗結(jié)果表明，隨著鉛濃度的增加，SOD活性整體呈先升高后降低的趨勢。在7、14、21 d時，SOD活性在800 mg/L鉛濃度處最高，1 000 mg/L鉛濃度處降低。隨著時間的推移和濃度的增加，薄荷體內(nèi)鉛不斷積累，大量自由基產(chǎn)生。鉛濃度為1 000 mg/L時，SOD清除自由基的能力降低，導(dǎo)致薄荷生長發(fā)育受到一定程度的抑制。

2.2.3 MDA含量。從圖4可以看出，在鉛處理7 d時，薄荷幼苗中MDA含量從大到小依次為600 mg/L>800 mg/L>1 000 mg/L>400 mg/L>200 mg/L>CK，在600 mg/L鉛濃度下達最高值，與CK相比呈顯著差異（P<0.05），是CK的5.42倍。在7 d時，200、400、600 mg/L濃度下的植株MDA含量呈上升狀態(tài)，分別為CK的1.27、1.61、5.42倍，在800 mg/L的濃度下其MDA含量開始下降。

在鉛處理14、21 d時，MDA含量均在800 mg/L達到最高值，與CK相比均呈顯著差異（P<0.05），分別為CK的2.83、2.53倍；在1 000 mg/L鉛濃度下，MDA含量開始下降，分別降低為最高值的48.88%、28.08%。

試驗結(jié)果表明，在7、14、21 d時，隨著鉛濃度的增加，薄荷幼苗的MDA含量呈現(xiàn)先升后降的趨勢。在低濃度狀態(tài)下，薄荷幼苗的膜脂過氧化作用比較小，細胞受損程度比較好，但當(dāng)濃度達到600～800 mg/L時，MDA含量劇增，細胞受到較嚴重的破壞，在濃度為1 000 mg/L時，部分細胞失活，MDA含量呈下降狀態(tài)。

2.2.4 可溶性糖含量。

從圖5可以看出，在鉛處理7 d時，薄荷幼苗可溶性糖含量隨鉛濃度的增加均比CK有所提高，200、400、600、800、1 000 mg/L鉛濃度下可溶性糖含量分別是CK的2.25、1.92、2.62、1.95、1.24倍，且在600 mg/L鉛濃度出現(xiàn)最高值，與CK差異顯著（P<0.05）。

在鉛處理14、21 d時，最高值分別出現(xiàn)在600、800 mg/L鉛濃度處，分別為CK的1.83、2.05倍，差異達顯著水平（P<0.05）。當(dāng)鉛濃度達到1 000 mg/L時，可溶性糖含量驟減，在7、14、21 d時，分別降低為最高值的47.52%、60.78%、46.84%。

在同一鉛濃度條件下，除了200 mg/L以外，薄荷幼苗的可溶性糖含量隨時間的推移而增加，均表現(xiàn)為21 d>14 d>7 d。在800 mg/L的鉛濃度下，21 d的可溶性糖含量是14 d的2.34倍、7 d的3.85倍，均達到了顯著水平（P<0.05）。

試驗結(jié)果表明，隨著鉛濃度的增加，植株可溶性糖含量在7、14、21 d時均呈先升高后降低的趨勢，且21 d時的變化趨勢大于7、14 d。在1 000 mg/L的鉛濃度下，可溶性糖含量降低，薄荷幼苗生長受到抑制。

2.2.5 脯氨酸含量。

由圖6可知，在鉛處理7 d時，脯氨酸含量隨著鉛濃度上升在不斷上升，其中600、800、1 000 mg/L的鉛濃度下脯氨酸含量分別為CK的2.02、3.38、4.62倍，與CK相比差異顯著（P<0.05）。在14、21 d處理下與7 d一致，600、800、1 000 mg/L的鉛濃度與CK相比差異顯著（P<0.05）。

在不同濃度處理下，1 000 mg/L的鉛濃度下脯氨酸含量與CK相比差異顯著（P<0.05），在7、14、21 d分別為CK的4.62、6.08、5.46倍。14 d與7 d相比，在800、1 000 mg/L的濃度下脯氨酸含量差異明顯，21 d與7、14 d相比，脯氨酸含量差異顯著。

以上數(shù)據(jù)表明，隨著處理時長以及處理濃度的增加，薄荷幼苗脯氨酸含量有明顯的增加，且一直呈現(xiàn)持續(xù)累積的狀態(tài)。時間越長，濃度越高、脯氨酸積累越多。薄荷在面對鉛作用時，其通過增加游離脯氨酸含量以提高植物細胞的滲透調(diào)節(jié)能力，來調(diào)節(jié)自身面對逆境時的抗性。

3 討論

3.1 鉛脅迫對薄荷幼苗生長的影響

受到重金屬影響的植株通常會產(chǎn)生一些不良反應(yīng)，且程度不一致。該研究中低濃度的乙酸鉛對薄荷生長有促進作用，高濃度時有抑制作用，這與孫海博等［6］的研究結(jié)果相似。李琬婷等［15］研究發(fā)現(xiàn)，在較低濃度醋酸鉛脅迫下，中華常春藤的株高等一些生長特征均有顯著下降，進而抑制植株的正常生長，在高濃度下，植物產(chǎn)生了徒長的現(xiàn)象，而在該研究中植物并未出現(xiàn)徒長現(xiàn)象。

3.2 鉛脅迫對薄荷幼苗生理特性的影響

葉綠素是植物的一個重要的生理指標(biāo)，可以判斷植物光合作用的強弱。在該試驗中，隨著鉛濃度的增加，葉綠素含量呈先升后降趨勢，且薄荷幼苗對低濃度的鉛作用有良好的適應(yīng)能力，這與李佩華［16］的研究結(jié)果一致。重金屬可以抑制原葉綠素酸酯還原酶的合成，所以當(dāng)鉛濃度更高時其葉綠素含量就會降低，適應(yīng)性不如低濃度的強。

MDA表示細胞膜質(zhì)過氧化程度以及植物對逆境條件反應(yīng)強弱，可溶性糖也是增加滲透性溶質(zhì)的重要成分。該試驗中，隨著鉛濃度的增加，MDA、可溶性糖含量均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，這與穆海婷等［17］的研究結(jié)果一致，但與李泊玉［13］的研究結(jié)果差異較大，可能是由于植物種類的不同，對重金屬的抗性不同所致。

植物在重金屬脅迫下，會影響其正常的生理代謝，抗氧化酶活性增加。而SOD活性的高低決定了植物的抗逆性。在該研究中，SOD活性隨著鉛濃度的增加呈現(xiàn)先升后降的趨勢，這與呂瀟［18］的研究結(jié)果相似，濃度在一定范圍時，SOD活性升高是對薄荷植株的一種保護，當(dāng)鉛濃度升高時，其活性下降，表明植物細胞受到了較為嚴重的氧化傷害?？梢奡OD對植物的保護機制也是有一定限度的。

脯氨酸是可溶性滲透物質(zhì)，對維護植物體內(nèi)的離子平衡和生物膜穩(wěn)定性有重要作用。在該研究中，隨著鉛濃度的增加，脯氨酸含量一直處于上升狀態(tài)，在最高濃度1 000 mg/L時，與CK呈顯著差異，是CK的5.46倍，這與陳筱圓［19］、蔡雄偉［20］的研究結(jié)果相似。脯氨酸作為膜滲透調(diào)節(jié)指標(biāo)性物

質(zhì)，薄荷幼苗為了緩解重金屬作用對其機體造成傷害，進而

提高了機體內(nèi)游離脯氨酸含量，以提高細胞的滲透調(diào)節(jié)能力。

4 結(jié)論

隨著鉛濃度的增加，薄荷幼苗的株高呈現(xiàn)出低濃度促進、高濃度抑制的現(xiàn)象。在600 mg/L鉛濃度下，對植株生長有抑制作用。薄荷葉片內(nèi)葉綠素含量、SOD活性、MDA含量和可溶性糖含量，隨著鉛濃度的增加整體均呈現(xiàn)先升后降的趨勢，脯氨酸含量隨鉛濃度的增加呈一直上升的趨勢。試驗表明，隨著鉛脅迫時間的推移，時間越長薄荷幼苗的株高以及相應(yīng)生理指標(biāo)受鉛處理的影響越大。隨著鉛濃度的增加，薄荷自身的生長生理狀態(tài)受到一定程度的影響，鉛濃度越大，影響越深，在低濃度鉛脅迫下幼苗的生長表現(xiàn)為促進狀態(tài)，表明其幼苗體內(nèi)產(chǎn)生了相應(yīng)的保護機制；在高濃度鉛脅迫時，除脯氨酸外，幼苗的生理指標(biāo)含量均有所下降，表明此時鉛脅迫對薄荷體內(nèi)的抗性機制產(chǎn)生抑制作用，同時也抑制了株高的長勢。

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