鉻脅迫對蘋果組培苗生理特性的影響

中圖分類號：S661.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1002-2910（2025）03-0018-05

Effect of chromium stress on the physiological characteristics of apple tissue culture seedlings

XUZhaoru1，HEDongyu2，CHEN Ziwen2，LILijiao2，LILing2，CHENXiude2，3*

（1.CollegeofFutureTechnology（QiluColege），handongAgriculturalUniversity，Tai'an，handong2018，

China;2.CollgeofHorticultureScienceandEngineering，handongAgriculturalUniversity，Tai'an，andong

，China;3.AppleTechnology InnovationCenterofShandongProvince，Tai'an，Shandong，China） Abstract： The effects of different concentrations of potassium dichromate on the physiological characteristics of P1 tissue cultured seedlings of apple rootstock were studied.The subculture medium was treated with potassium dichromate at four concentrations of25，50，100 and 200mgL with 0mg/L asthe control.Physiological indicators were measured every 7 days after treatment.The results showed that tissue cultured seedlings were negatively affected by 25～200mg/L chromium treatment，which was positively correlated with the treatment concentration and varied with the extension of treatment time until it decreased.The chlorophyllcontent in seedlings decreases with

increasing treatment concentration;After the same treatment， the content began to decrease on the 21st day，and the greater the chromium treatment concentration，the greater the decrease； The activities of soluble sugars，antioxidant enzymes SOD，POD and CAT increased with the increase of chromium treatment concentration，and showed a trend of first increasing and then decreasing with the prolongation ofchromium treatment time.After 7days of treatment，low concentrations of 25and 50mg/L potassium dichromate had little effect on the seedlings，and the enhancement of antioxidant enzymeactivity was relatively small.At14or21 daysof treatment，the activities of antioxidant enzymes SOD，POD and CAT in the seedlings treated with high concentrations of 100 and 200mg/L decreased，and the chlorophyll content decreased.The seedlings were subjected to chromium stress toxicity.

Key words： chromium; stress; apple tissue culture seedlings; physiological characteristics

鉻（Cr）屬于重金屬元素，是人體必需的微量營養(yǎng)元素之一，一般認(rèn)為二價(jià)鉻是無害的，三價(jià)鉻是動(dòng)物體必需的活性元素，六價(jià)鉻是環(huán)境污染物之一。鉻能影響植物對水分、所需礦質(zhì)元素的吸收，固氮、光合，抗氧化系統(tǒng)生理，以及植物的生長發(fā)育[]。隨著工業(yè)化發(fā)展，大量含“三廢”（廢水、廢氣和廢渣）不合理排放、導(dǎo)致土壤鉻污染問題日益嚴(yán)重。中國每年新排放鉻渣約60萬t，歷年累計(jì)堆存鉻渣近600萬t，已成為中國土壤的重大污染問題[2.3]，不但會(huì)對植物生長產(chǎn)生毒害，而且可能影響到人類的身體健康[4，5]。

重金屬鉻對植物生長有不利影響。李秋瑩等研究表明， Cr⁶⁺ 對丹參種子萌發(fā)及幼苗生長有顯著的脅迫和毒害作用，幼苗根的生長受脅迫最為嚴(yán)重[;牛蒡幼苗對重金屬鉻有一定的抗性[]。目前關(guān)于鉻脅迫對蘋果組培苗生理特性的影響尚不清楚。研究鉻脅迫對蘋果組培苗生長的影響有深遠(yuǎn)意義。筆者以蘋果砧木P1組培苗為試材，研究不同處理濃度鉻脅迫對組培苗生理特性的影響，為明確鉻污染機(jī)理和防治鉻污染提供依據(jù)，為果園選址、組培生產(chǎn)及指導(dǎo)污染土壤修復(fù)技術(shù)應(yīng)用提供參考。

1材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

蘋果砧木優(yōu)系P1（國光實(shí)生后代，2020年山東農(nóng)業(yè)大學(xué)選育）組培苗，株高 7cm 左右，每株有5＼～6片葉，苗齡 45d Ω重鉻酸鉀（ K₂Cr₂O₇ ），純度 ?99.8% ，天津市凱通化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2024年3～5月在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)施果樹實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，對砧木P1組培苗的繼代培養(yǎng)基進(jìn)行重鉻酸鉀5個(gè)濃度0、25、50、100、 200mg/L 的處理，即在 2.5L 繼代培養(yǎng)基中分別加入 _{0g，0.0625g} 、0.125，0.25，0.5g 重鉻酸鉀配制而成，分別記作 cr0 rCr25 、 Cr50 、 Cr100 、 Cr200 。將每一濃度繼代培養(yǎng)基平均分至30個(gè)組培瓶（規(guī)格 550mL 容量）中，每瓶約 83.3mL 。在不同濃度鉻處理的培養(yǎng)基上栽植蘋果砧木P1幼苗，每瓶10株，進(jìn)行繼代培養(yǎng)。

每隔7d測定幼苗有關(guān)指標(biāo)1次，共測定6次（記作0d、7d、 14d 、21d、 28d 、35d），處理前測定1次，處理后5次。各處理每次取植株上、中、下部葉片各1片，混合剪碎待測。

1.3 測定指標(biāo)及方法

葉綠素含量，用乙醇提取法測定。取混合剪碎后新鮮葉片 0.1g ，用 95% 乙醇 10mL 于黑暗條件下浸提 24～36h ，至試管內(nèi)葉片組織發(fā)白，取其浸提液，分別于 663nm、646nm 波長下測定其吸光值（由D表示），計(jì)算葉綠素含量[8]。

葉綠素a： Ca（mg/L）=12.21D663-2.81D646 葉綠素b：（

總?cè)~綠素： $C _ { ? } ＼mathrm { { = } C a ＼mathrm { { + } C b } }$ 。

抗氧化酶活性測定參考王學(xué)奎的方法[8]。超氧化物歧化酶（SOD）活性采用硝基四氮唑藍(lán)（NBT）還原法測定；過氧化物酶（POD）活性采用愈創(chuàng)木酚法；過氧化氫酶（CAT）活性采用紫外分光光度法；可溶性糖含量采用蒽酮比色法[8]。

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析

利用Excel2020軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，IBMSPSSStatistics2進(jìn)行差異顯著性分析，利用Word2023軟件制表。

2 結(jié)果與分析

2.1鉻處理對蘋果組培苗葉綠素含量的影響

如表1，處理前（0d）測定，對照和4個(gè)處理的葉片中葉綠素含量均在 30.70mg/L 左右，差異不顯著，基本一致。對照的6次取樣測定葉綠素含量在 30.71～32.62mg/L ，波動(dòng)幅度小，基本穩(wěn)定。

處理第7d，只有高濃度處理 Cr200 的葉綠素含量（ 29.74mg/L ）低于對照 cr0 （ 31.66mg/L ），差異不顯著；處理第 14d ，高濃度處理 Cr200 的葉綠素含量（ 30.44mg/L ）低于對照 cr0 （ 30.84mg/L ），差異也不顯著；處理第21、28、 35d ， Cr25 、 /Cr100. ， Cr200 鉻處理的葉綠素含量均顯著低于相應(yīng)對照 cr0 的含量，表明鉻脅迫顯著降低了蘋果組培苗葉片的葉綠素含量，且 Cr⁶⁺ 濃度越高，對葉片毒害越重。

2.2鉻處理對蘋果組培苗可溶性糖含量的影響

植物為適應(yīng)逆境條件，會(huì)積累大量滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，可溶性糖是重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。如表2，處理前（0d）測定，對照和4個(gè)處理的葉片可溶性糖含量為 0.22μg/g 左右，差異不顯著。

對照的6次取樣測定可溶性糖含量在0.22～0.25μg/g ，波動(dòng)幅度小，基本穩(wěn)定。鉻處理第7、28、35d 時(shí)，處理 Cr25 的可溶性糖含量較對照穩(wěn)定，處理14、21d時(shí)，處理 Cr25 的可溶性糖含量顯著高于對照 Cr0 。鉻處理7、14、21、28、35d時(shí)， Cr50 、Crl00 ！ Cr200 處理的可溶性糖含量均顯著高于相應(yīng)對照 cr0 。同一測定時(shí)間，組培苗的可溶性糖含量隨著鉻處理濃度的增加而升高。 Cr25 / Cr50 、Cr100、Cr200 的可溶性糖含量均隨時(shí)間的延長均呈先升后降趨勢。表明植物為適應(yīng)鉻脅迫會(huì)積累大量可溶性糖，且 Cr⁶⁺ 濃度越高可溶性糖含量越高，在維持一定時(shí)間后降低。

2.3鉻處理對蘋果組培苗超氧化物歧化酶活性的影響

SOD是植物體內(nèi)重要的抗氧化酶，植物為適應(yīng)重金屬的脅迫后會(huì)導(dǎo)致抗氧化酶活性的增強(qiáng)。如表3，處理前（0d）測定，對照和4個(gè)處理的組培苗葉片的SOD活性分別為35.72、35.71、35.73、35.71、35.71U/gFW ，差異不顯著，基本一致。

對照的6次取樣測定超氧化物歧化酶活性在35.70～35.86U/gFW ，波動(dòng)幅度小，基本穩(wěn)定。處理第7、14、21、28、35d， Cr25 、Cr50、 Cr100 /Cr200 處理的葉片SOD活性均顯著高于相應(yīng)對照。在第7、14、21、35d的3個(gè)測定時(shí)，SOD活性隨鉻處理濃度的升高而增強(qiáng)，至高濃度 Cr200 處理的SOD活性減弱。只在第 28d 測定時(shí)，SOD活性隨鉻處理濃度的升高而一直增強(qiáng)。

4個(gè)處理Cr25、 Cr50 、 Crl00 、 Cr200 濃度的SOD活性隨時(shí)間延長均呈先升后降趨勢，至第35d時(shí)達(dá)最低。這表明，植物為適應(yīng)鉻脅迫而增強(qiáng)超氧化物歧化酶（SOD）的活性，但 Cr⁶⁺ 濃度高到一定長度，SOD的活性降低。

2.4鉻處理對蘋果組培苗過氧化物酶活性的影響

POD是植物體內(nèi)重要的抗氧化酶，會(huì)通過清除活性氧（ROS）保護(hù)植物不受逆境脅迫。如表4，處理前（0d）測定，對照和4個(gè)處理的組培苗葉片POD活性分別為12.23、12.20、12.23、12.23、12.22ΔOD470/min?gFW ），差異不顯著，基本一致。對照的6次取樣測定過氧化物酶活性在 12.00～ 13.47ΔOD470/min?gFW 之間，波動(dòng)幅度小，基本穩(wěn)定。

在處理第7、14d測定時(shí)，4個(gè)處理的過氧化物酶活性均呈隨鉻處理濃度的升高而增加；在第21、28、35d測定時(shí)，過氧化物酶活性均呈隨處理濃度的升高而先升后降趨勢，且各處理隨測定時(shí)間的延長表現(xiàn)先升后降趨勢。但第7、14、21、28、35d5個(gè)測定時(shí)間的4個(gè)處理的過氧化物酶活性均顯著高于相應(yīng)對照 cr0 的。這表明，組培苗為適應(yīng)鉻脅迫，體內(nèi)過氧化物酶的活性隨 Cr⁶⁺ 濃度升高而增強(qiáng)，也隨處理時(shí)間的延長而增強(qiáng)，但 Cr⁶⁺ 濃度超過一定濃度和生長時(shí)間超過一定長度，體內(nèi)的過氧化物酶活性表現(xiàn)降低。

2.5鉻處理對蘋果組培苗過氧化氫酶活性的影響

CAT是催化過氧化氫分解成水和氧氣的酶，是過氧化物酶體的標(biāo)志酶。如表5，處理前（0d）測定，對照和4個(gè)處理的組培苗葉片CAT活性分別為11.23?11.23?11.25?11.25?11.24ΔOD240/min?gFW， （204差異不顯著。對照的6次取樣測定過氧化氫酶活性在 11.23～12.87ΔOD240/min?gFW 之間，波動(dòng)幅度小，基本穩(wěn)定。

處理第7、14、21、28、35d的5個(gè)抽樣測定時(shí)間時(shí)，4個(gè)處理 Cr25 、 、Cr100、 Cr200 的過氧化氫酶活性都表現(xiàn)為隨鉻處理濃度的升高呈先升后降趨勢；且隨測定時(shí)間的延長表現(xiàn)先升后降趨勢。至21d測定時(shí)，4個(gè)處理的過氧化氫酶活性均顯著高于相應(yīng)對照 cr0 的；但至28、35d測定時(shí)，只有高濃度處理 Cr200 的過氧化氫酶活性（7.50、4.65ΔOD240/min?gFW ）反而顯著低于相應(yīng)對照 cr0 的（12.73、 12.87ΔOD240/min?gFW ）。這表明，植物為適應(yīng)鉻脅迫，自身增強(qiáng)過氧化氫酶的活性，且隨 Cr⁶⁺ 濃度升高而增強(qiáng)。但鉻脅迫超過一定限度，過氧化氫酶活性表現(xiàn)明顯降低。

3小結(jié)與討論

重鉻酸鉀處理后組培苗生長及正常生理代謝過程受到一定程度的毒害，葉綠素含量在處理后21d開始下降，且鉻處理濃度越高，葉綠素含量越低，這與高濃度 Cr⁶⁺ 脅迫顯著抑制葉綠素合成結(jié)論一致[。推測高濃度鉻處理下葉綠體膜結(jié)構(gòu)受氧化而破壞，阻礙葉綠素的合成。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)高濃度 Cr⁶⁺ 脅迫下，蘋果組培苗體內(nèi)的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)增多，葉綠體膜結(jié)構(gòu)受氧化脅迫而遭到破壞，葉綠素合成受阻，抗氧化酶活性降低。

植物在重金屬鉻脅迫下會(huì)發(fā)生自身適應(yīng)性反應(yīng)，在組織細(xì)胞內(nèi)會(huì)積累大量可溶性糖[9]。隨著鉻處理濃度的增加，可溶性糖含量逐漸上升，可能是蘋果組培苗為應(yīng)對脅迫啟動(dòng)了自我保護(hù)機(jī)制，促進(jìn)了可溶性糖的積累。而隨著處理時(shí)間的增加，可溶性糖含量先升后降，組培苗所積累的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)已不足以抵御鉻脅迫帶來的危害，于是在處理21d后可溶性糖含量逐漸降低。

ROS是與生物體內(nèi)氧代謝密切相關(guān)的物質(zhì)，其合成和分解過程保持在一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)[10]。當(dāng)植物遭遇逆境時(shí)，活性氧的平衡會(huì)被打破，導(dǎo)致活性氧積累，細(xì)胞進(jìn)入氧化脅迫狀態(tài)，進(jìn)而造成蛋白質(zhì)氧化、酶失去活性、核酸受損以及脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，最終誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生程序性死亡[6]。

SOD、POD、CAT作為重要的抗氧化酶，可以抵御ROS對細(xì)胞膜造成的傷害[11]。植物受到脅迫后，會(huì)導(dǎo)致體內(nèi)的抗氧化酶活性發(fā)生改變。本研究表明，隨著鉻處理后時(shí)間的延長，各處理濃度的蘋果組培苗的SOD、POD、CAT活性均呈先升后降趨勢，前期組培苗受到鉻脅迫后會(huì)在體內(nèi)積累ROS，體內(nèi)的抗氧化酶活性不斷增加來抵御ROS對細(xì)胞膜造成的傷害；隨著處理時(shí)間的延長，組培苗自身的抵御能力已不足以抵御鉻脅迫，因此抗氧化酶活性會(huì)下降，且高濃度鉻脅迫會(huì)對組培苗產(chǎn)生更嚴(yán)重的毒害作用。這與黃亞萍等[12]，李秋瑩等[6]，鄭愛珍等[13]研究結(jié)果類似。

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