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摘 要：试验研究了镍砷复合胁迫对向日葵幼苗叶片渗透调节物质及膜脂过氧化的影响，为了解重金属对植物的伤害机理及重金属污染修复植物的筛选提供科学依据。结果表明：随着镍砷复合胁迫浓度的不断升高，向日葵幼苗叶片丙二醛含量和游离脯氨酸含量总体呈逐渐上升的趋势，可溶性蛋白含量总体呈逐渐下降的趋势，可溶性糖含量先升高后降低再上升。
关键词：向日葵；镍砷复合胁迫；透调节物质；膜脂过氧化
中图分类号 S727.4 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）20-0026-03
越来越多的人关注到土壤重金属污染的问题。重金属污染不仅对土壤的组成和结构有影响，还会对作物的各种生命活动造成影响，甚至使作物减产或绝收，危害动物和人类健康[1]。传统的土壤污染治理方法存在许多缺陷，如耗资大、周期长、易破坏土壤结构等。相反地，应用植物修复土壤污染不仅可以节省大量的人力物力，还可以保护生态环境，因此植物修复技术成为了现代研究重金属污染修复的热点。
向日葵具有易存活、生长周期短、抗旱耐瘠能力强的特点，且对重金属的耐受和富集能力较强，所以在研究植物修复重金属污染及重金属对植物的伤害机理时它是较为理想的实验材料。生态环境中并非只存在某一类重金属，而往往是多类重金属之间相互协同或拮抗作用的污染[2]。本文研究了镍砷复合胁迫对向日葵幼苗叶片渗透调节物质及膜脂过氧化的影响，为了解重金属对植物的伤害机理及重金属污染修复植物的筛选提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 材料 供试的向日葵种子为“金星1号”，购于百色城西蔬菜种子店。
1.2 方法 筛选籽粒饱满的向日葵种子，高锰酸钾溶液消毒、浸泡、萌发，将萌发一致的种子移植到装有砾石的塑料一次性杯中，自然条件下培养，幼苗生长2d后改用Hoagland培养液浇灌。预培养21d之后，挑选出长势一致的幼苗，分成6组，分别用不同浓度的镍、砷复合胁迫液处理，镍、砷浓度组合如表1。8d后取叶片进行生理检测，相关指标的测定方法参照李玲等编著的《植物生理学模块实验指导》[3]。实验设3个重复。
2 結果与分析
2.1 镍砷复合胁迫下向日葵幼苗叶片丙二醛含量的变化 植物细胞质膜中的不饱和脂肪酸，在受到逆境干扰时容易发生过氧化作用产生MDA破坏质膜系统，导致膜的选择透过性功能渐失，透性变大，细胞质内电解质外渗量增加。丙二醛（MDA）作为胁迫条件下生理反应的终产物，是细胞膜被损坏的重要标志之一[4]，故可作为衡量膜质过氧化损伤的指标，其含量的变化可以反映植物遭受胁迫伤害的程度，MDA含量越高，表明植物受到的逆境伤害越大。从图1可知，随着Ni、As复合胁迫液浓度的增加，丙二醛的量总体呈不断上升的趋势。在1～5组内MDA量变化不大，说明该浓度范围内向日葵受到的胁迫伤害小；5～6组，MDA含量急剧升高，第6组MDA含量比第5组升高了14个百分点，比对照组升高了25个百分点，表明高浓度胁迫致使细胞质膜过氧化反应加剧，MDA大量积累而破坏质膜系统。
2.2 镍砷复合胁迫下向日葵幼苗叶片可溶性蛋白含量的变化 可溶性蛋白是植物体内重要的渗透调节物质，包含各种参与生命活动的酶。在重金属污染下蛋白质合成会受到干扰，导致其含量减少，人们可以通过其含量变化来了解植物体的总代谢水平。如图2所示，向日葵幼苗叶片中蛋白质含量总体上随着镍砷复合胁迫液浓度的升高而不断下降，这大概是由于胁迫液浓度升高，向日葵幼苗体内细胞外液浓度升高，细胞内水分外流，导致向日葵幼苗胞内水分缺失，加速了蛋白质的分解。同时，在高浓度胁迫液的处理下，向日葵蛋白质的合成路径受阻。一方面蛋白质被分解消耗，另一方面蛋白质合成得不到补充，故导致向日葵幼苗体内的可溶性蛋白质含量呈下降趋势。
2.3 镍砷复合胁迫下向日葵幼苗叶片游离脯氨酸含量的变化 植物体内脯氨酸的累积是植物在逆境胁迫下的一种系统防护措施，也是植物适应环境的普遍反应，因此可作为鉴定植物抗逆性的指标。图3表明，脯氨酸含量镍砷复合胁迫液浓度的升高而不断的升高。只是较低浓度（1～4组）时升高幅度不大，当混合胁迫液浓度超过Ni50mg·L-1+As5mg·L-1后，脯氨酸含量剧增。第6组浓度处理时脯氨酸含量达到29.75μg·g-1，是对照组的1.4倍，表明向日葵可通过大量累积脯氨酸参与渗透调节来保护植物体自身不受伤害或降低受伤害程度，这是植物进化中不断适应环境的表现。
2.4 镍砷复合胁迫下向日葵幼苗叶片可溶性糖含量的变化 可溶性糖是高等植物进行光合作用的生成物，也是植物维持细胞和内环境稳定的重要物质。在植物受到逆境胁迫时，能快速作出调节植物体正常代谢活动的响应。从图4可以得出：当胁迫液浓度在1～3组时，可溶性糖含量随胁迫液浓度增加而增加，可能原因是可溶性糖的运输机制被破坏，导致其大量积累；当胁迫液浓度在3～4组时，可溶性糖含量随胁迫液浓度升高而降低，有可能是叶绿体被破坏，糖类合成受到影响，而且向日葵幼苗维持正常生理代谢活动消耗掉一部分，所以可溶性糖含量减少；当胁迫液浓度在4～6组时，可溶性糖含量又随着胁迫液浓度升高而增加，说明细胞膜被破坏，有机质外渗，导致其含量的升高。
3 讨论
在逆境中生活的植物，细胞内活性氧自由基产生速度大于清除速度，若植物不能通过正常的生理代谢活动除去体内大量的活性氧自由基，会导致植物体内活性氧的量越积越多，由此引发膜脂过氧化作用，生成的产物MDA会使质膜系统受到破坏，进而影响植物正常的生理代谢功能[5]。本试验在胁迫液浓度逐渐升高的情况下，丙二醛含量随之升高的趋势开始并不显著，但当胁迫液浓度超过Ni50mg·L-1+As5mg·L-1后，丙二醛的含量却急剧增加。由此表明，向日葵在低浓度镍砷复合胁迫下受到的伤害较小，高浓度胁迫才会导致向日葵体内膜脂化反应加剧，生成大量MDA，损坏膜结构，影响生长发育。 有研究显示，重金属对植物体内蛋白质的影响具有两面性，当重金属的量在植物体内富集过多时，蛋白质合成路径受阻，且分解速率加快，导致植物体内蛋白质水平明显改变；当植物吸收较低浓度重金属时，诱导结合蛋白与重金属结合，以达到缓解重金属中毒的目的，提高植物耐受性[6]。本试验随着胁迫液浓度的升高，可溶性蛋白含量总体呈现下降趋势的实验结果与此相吻合。
脯氨酸除了起到渗透调节作用外，还具有清除活性氧，保护蛋白质、生物膜及亚细胞结构等功能。其最大的作用在于减弱植物细胞在重金属毒害下的伤害程度[7]。向日葵体内MDA含量的增加，破坏了细胞膜的选择透过性，胞内可溶性蛋白被加速分解变成脯氨酸，所以本试验中随着胁迫液浓度的升高可溶性蛋白含量反倒下降，而脯氨酸的含量则逐渐增加，这样可以减轻重金属的毒害。
可溶性糖大部分是由叶绿体光合作用合成，是植物体维持生命活动的重要物质基础，若恶劣的环境超出植物对逆境的耐受限度，致使叶绿素被损坏，植物体内可溶性糖的运输机制、合成途径、代谢过程等生命活动就会被影响，最后会导致植物体内可溶性糖含量的增加或减少。
参考文献
[1]宋伟，陈百明，刘琳.中国耕地土壤重金属污染概况[J].水土保持研究，2013，20（2）：293-298.
[2]曹心德，魏晓欣，代革联，等.土壤重金属复合污染及其化学钝化修复技术研究进展[J].环境工程学报，2011，5（7）：1441-1453.
[3]李玲.植物生理学模块实验指导[M].北京：科学出版社，2009.
[4]郑爱珍.镍对大豆、玉米生长早期膜脂过氧化的影响[J].种子，2007，26（7）：14-16.
[5]陳庆华.镍胁迫对黄瓜种子萌发生理生化特征的影响研究[J].广东农业科学，2009，10（7）：59-62.
[6]郭平，刘畅，张海博，等.向日葵幼苗对Pb、Cu富集能力与耐受性研究[J].水土保持学报，2007，21（6）：92-95，113.
[7]陈霖，姜岩，汪鹏合，等.镍胁迫对菹草（Potamogeton crispus L.）活性氧及脯氨酸代谢的影响[J].湖泊科学，2013，9（1）：131-137.
（责编：张宏民）
关键词：向日葵；镍砷复合胁迫；透调节物质；膜脂过氧化
中图分类号 S727.4 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）20-0026-03
越来越多的人关注到土壤重金属污染的问题。重金属污染不仅对土壤的组成和结构有影响，还会对作物的各种生命活动造成影响，甚至使作物减产或绝收，危害动物和人类健康[1]。传统的土壤污染治理方法存在许多缺陷，如耗资大、周期长、易破坏土壤结构等。相反地，应用植物修复土壤污染不仅可以节省大量的人力物力，还可以保护生态环境，因此植物修复技术成为了现代研究重金属污染修复的热点。
向日葵具有易存活、生长周期短、抗旱耐瘠能力强的特点，且对重金属的耐受和富集能力较强，所以在研究植物修复重金属污染及重金属对植物的伤害机理时它是较为理想的实验材料。生态环境中并非只存在某一类重金属，而往往是多类重金属之间相互协同或拮抗作用的污染[2]。本文研究了镍砷复合胁迫对向日葵幼苗叶片渗透调节物质及膜脂过氧化的影响，为了解重金属对植物的伤害机理及重金属污染修复植物的筛选提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 材料 供试的向日葵种子为“金星1号”，购于百色城西蔬菜种子店。
1.2 方法 筛选籽粒饱满的向日葵种子，高锰酸钾溶液消毒、浸泡、萌发，将萌发一致的种子移植到装有砾石的塑料一次性杯中，自然条件下培养，幼苗生长2d后改用Hoagland培养液浇灌。预培养21d之后，挑选出长势一致的幼苗，分成6组，分别用不同浓度的镍、砷复合胁迫液处理，镍、砷浓度组合如表1。8d后取叶片进行生理检测，相关指标的测定方法参照李玲等编著的《植物生理学模块实验指导》[3]。实验设3个重复。
2 結果与分析
2.1 镍砷复合胁迫下向日葵幼苗叶片丙二醛含量的变化 植物细胞质膜中的不饱和脂肪酸，在受到逆境干扰时容易发生过氧化作用产生MDA破坏质膜系统，导致膜的选择透过性功能渐失，透性变大，细胞质内电解质外渗量增加。丙二醛（MDA）作为胁迫条件下生理反应的终产物，是细胞膜被损坏的重要标志之一[4]，故可作为衡量膜质过氧化损伤的指标，其含量的变化可以反映植物遭受胁迫伤害的程度，MDA含量越高，表明植物受到的逆境伤害越大。从图1可知，随着Ni、As复合胁迫液浓度的增加，丙二醛的量总体呈不断上升的趋势。在1～5组内MDA量变化不大，说明该浓度范围内向日葵受到的胁迫伤害小；5～6组，MDA含量急剧升高，第6组MDA含量比第5组升高了14个百分点，比对照组升高了25个百分点，表明高浓度胁迫致使细胞质膜过氧化反应加剧，MDA大量积累而破坏质膜系统。
2.2 镍砷复合胁迫下向日葵幼苗叶片可溶性蛋白含量的变化 可溶性蛋白是植物体内重要的渗透调节物质，包含各种参与生命活动的酶。在重金属污染下蛋白质合成会受到干扰，导致其含量减少，人们可以通过其含量变化来了解植物体的总代谢水平。如图2所示，向日葵幼苗叶片中蛋白质含量总体上随着镍砷复合胁迫液浓度的升高而不断下降，这大概是由于胁迫液浓度升高，向日葵幼苗体内细胞外液浓度升高，细胞内水分外流，导致向日葵幼苗胞内水分缺失，加速了蛋白质的分解。同时，在高浓度胁迫液的处理下，向日葵蛋白质的合成路径受阻。一方面蛋白质被分解消耗，另一方面蛋白质合成得不到补充，故导致向日葵幼苗体内的可溶性蛋白质含量呈下降趋势。
2.3 镍砷复合胁迫下向日葵幼苗叶片游离脯氨酸含量的变化 植物体内脯氨酸的累积是植物在逆境胁迫下的一种系统防护措施，也是植物适应环境的普遍反应，因此可作为鉴定植物抗逆性的指标。图3表明，脯氨酸含量镍砷复合胁迫液浓度的升高而不断的升高。只是较低浓度（1～4组）时升高幅度不大，当混合胁迫液浓度超过Ni50mg·L-1+As5mg·L-1后，脯氨酸含量剧增。第6组浓度处理时脯氨酸含量达到29.75μg·g-1，是对照组的1.4倍，表明向日葵可通过大量累积脯氨酸参与渗透调节来保护植物体自身不受伤害或降低受伤害程度，这是植物进化中不断适应环境的表现。
2.4 镍砷复合胁迫下向日葵幼苗叶片可溶性糖含量的变化 可溶性糖是高等植物进行光合作用的生成物，也是植物维持细胞和内环境稳定的重要物质。在植物受到逆境胁迫时，能快速作出调节植物体正常代谢活动的响应。从图4可以得出：当胁迫液浓度在1～3组时，可溶性糖含量随胁迫液浓度增加而增加，可能原因是可溶性糖的运输机制被破坏，导致其大量积累；当胁迫液浓度在3～4组时，可溶性糖含量随胁迫液浓度升高而降低，有可能是叶绿体被破坏，糖类合成受到影响，而且向日葵幼苗维持正常生理代谢活动消耗掉一部分，所以可溶性糖含量减少；当胁迫液浓度在4～6组时，可溶性糖含量又随着胁迫液浓度升高而增加，说明细胞膜被破坏，有机质外渗，导致其含量的升高。
3 讨论
在逆境中生活的植物，细胞内活性氧自由基产生速度大于清除速度，若植物不能通过正常的生理代谢活动除去体内大量的活性氧自由基，会导致植物体内活性氧的量越积越多，由此引发膜脂过氧化作用，生成的产物MDA会使质膜系统受到破坏，进而影响植物正常的生理代谢功能[5]。本试验在胁迫液浓度逐渐升高的情况下，丙二醛含量随之升高的趋势开始并不显著，但当胁迫液浓度超过Ni50mg·L-1+As5mg·L-1后，丙二醛的含量却急剧增加。由此表明，向日葵在低浓度镍砷复合胁迫下受到的伤害较小，高浓度胁迫才会导致向日葵体内膜脂化反应加剧，生成大量MDA，损坏膜结构，影响生长发育。 有研究显示，重金属对植物体内蛋白质的影响具有两面性，当重金属的量在植物体内富集过多时，蛋白质合成路径受阻，且分解速率加快，导致植物体内蛋白质水平明显改变；当植物吸收较低浓度重金属时，诱导结合蛋白与重金属结合，以达到缓解重金属中毒的目的，提高植物耐受性[6]。本试验随着胁迫液浓度的升高，可溶性蛋白含量总体呈现下降趋势的实验结果与此相吻合。
脯氨酸除了起到渗透调节作用外，还具有清除活性氧，保护蛋白质、生物膜及亚细胞结构等功能。其最大的作用在于减弱植物细胞在重金属毒害下的伤害程度[7]。向日葵体内MDA含量的增加，破坏了细胞膜的选择透过性，胞内可溶性蛋白被加速分解变成脯氨酸，所以本试验中随着胁迫液浓度的升高可溶性蛋白含量反倒下降，而脯氨酸的含量则逐渐增加，这样可以减轻重金属的毒害。
可溶性糖大部分是由叶绿体光合作用合成，是植物体维持生命活动的重要物质基础，若恶劣的环境超出植物对逆境的耐受限度，致使叶绿素被损坏，植物体内可溶性糖的运输机制、合成途径、代谢过程等生命活动就会被影响，最后会导致植物体内可溶性糖含量的增加或减少。
参考文献
[1]宋伟，陈百明，刘琳.中国耕地土壤重金属污染概况[J].水土保持研究，2013，20（2）：293-298.
[2]曹心德，魏晓欣，代革联，等.土壤重金属复合污染及其化学钝化修复技术研究进展[J].环境工程学报，2011，5（7）：1441-1453.
[3]李玲.植物生理学模块实验指导[M].北京：科学出版社，2009.
[4]郑爱珍.镍对大豆、玉米生长早期膜脂过氧化的影响[J].种子，2007，26（7）：14-16.
[5]陳庆华.镍胁迫对黄瓜种子萌发生理生化特征的影响研究[J].广东农业科学，2009，10（7）：59-62.
[6]郭平，刘畅，张海博，等.向日葵幼苗对Pb、Cu富集能力与耐受性研究[J].水土保持学报，2007，21（6）：92-95，113.
[7]陈霖，姜岩，汪鹏合，等.镍胁迫对菹草（Potamogeton crispus L.）活性氧及脯氨酸代谢的影响[J].湖泊科学，2013，9（1）：131-137.
（责编：张宏民）