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摘 要：该实验采用不同浓度砷溶液对向日葵幼苗进行胁迫处理，研究砷胁迫对向日葵苗期生理特性的影响，以期为今后开发利用向日葵进行砷污染土壤修复提供理论依据。结果显示：随着砷胁迫浓度的不断升高，向日葵幼苗叶片的可溶性蛋白含量呈现出先下降后上升的趋势；可溶性糖含量呈现先升高再下降的趋势；POD活性则随着砷胁迫浓度的升高而逐渐升高；在砷胁迫作用下，丙二醛含量与对照组相比变化不明显。
关键词：向日葵；砷胁迫；生理特性
中图分类号 S727.4 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）19-0015-2
近年来，随着我国工农业的高速发展，含重金属的污水大量排放引发的环境问题随之而来，给人类的生存家园带来了毁灭性的破坏。重金属难以自然降解是土壤重金属污染修复最大的问题。1983年，Chaney等提出可以用植物修复土壤污染[1]。目前已有人把蜈蚣草Pteris vittata、大叶凤尾蕨Pteris cretica、粉叶蕨Pityrogramma calomelanos等植物应用于砷污染土壤的修复。向日葵（Helianthus annuus）生长速度快，在重金属污染的土壤中具有较强的耐受性和吸收净化能力，日前成为植物修复研究的热点植物之一。为此，本研究探讨了向日葵幼苗在不同程度砷污染下某些生理指标的变化规律，以期为未来利用向日葵修复重金属污染土壤提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料 试验用材料向日葵种子为“金星1号”，于百色城西蔬菜种子店购得。
1.2 方法 将向日葵种子消毒、冲洗、浸泡、萌发，将萌发一致的种子挑选出来，移植到装有砾石的塑料一次性杯中，室内自然条件下培养，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4组，分别用不同浓度的砷胁迫液处理，As含量设为0mg/L、1mg/L、2mg/L、5mg/L（砷由砷酸钠提供）4个处理。胁迫8d后，取样（叶片）进行生理检测。蛋白质的含量采用考马斯亮蓝G-250法测定[2]；丙二醛（MDA）、可溶性糖（SS）含量采用硫代巴比妥酸法测定[3]；POD活性采用比色法测定[4]。
2 结果与分析
2.1 不同浓度砷胁迫对可溶性蛋白及可溶性糖含量的影响 从图1可看出，随着胁迫液As浓度的不断增大，向日葵幼苗叶片中的可溶性蛋白质含量呈先降低后上升的趋势。在0～2mg·L-1范围内，向日葵幼苗中蛋白质含量的变化趋势为持续下降，胁迫浓度为1mg·L-1、2mg·L-1分别比对照组降低了5.47%、16.22%；As浓度由2mg·L-1升高到5mg·L-1的过程中，向日葵中蛋白质含量呈现不断上升的趋势，As的浓度为5mg·L-1时，蛋白质含量比对照组增加了0.58%。图2显示，向日葵在受到As胁迫的时候，叶片内可溶性糖的含量随着胁迫浓度的增大而呈现先上升后下降的规律。
2.2 不同浓度的砷胁迫对向日葵叶片过氧化物酶活性的影响 过氧化物酶（POD）广泛存在于植物体内，能有效清除过量的活性氧，在抵御外界逆境伤害过程中扮演着重要的角色，是植物重要的保护酶之一。如图3所示，1mg·L-1As处理对向日葵POD的激活效应不明显，而2mg·L-1和5mg·L-1As处理使POD活性明显升高，与对照比分别增加约44.91%和62.03%，差异均达到显著水平。高浓度砷胁迫使向日葵幼苗POD活性显著升高，可见，POD对清除活性氧产生、降低砷胁迫对向日葵幼苗的氧化损害方面发挥着重要作用。
2.3 不同浓度的砷胁迫对向日葵叶片丙二醛含量的影响 丙二醛是膜脂过氧化的重要产物，它的含量在一定程度上反映了逆境胁迫对植物的损伤程度。图4表明，向日葵幼苗在不同浓度砷胁迫处理下，叶片MDA的含量与对照相比没有明显差异，表明该浓度范围内砷胁迫对向日葵幼苗未造成明显的氧化损害，这可能与砷诱导向日葵幼苗叶片SOD、CAT、POD和APX等抗氧化酶活性升高有关。
3 讨论
植物体内可溶性蛋白质含量的变化是植物在生长发育过程中由于外界环境变化而受到影响的直接指示，它的影响主要体现在植物细胞的渗透势调节上。当植物细胞的渗透势较低时，体内高含量的可溶性蛋白可帮助调节细胞的渗透压使它维持在正常水平。本试验中，随着胁迫液中As浓度的不断增大，向日葵体内的可溶性蛋白含量先下降后上升，原因可能是低浓度的As就可以让向日葵的蛋白质变性损害，使蛋白含量出现下降的现象；重金属浓度不断增加，植物体本身为了保护自身生命活性，体内大量的防御物质开始被诱导产生，而这些防御物质大多数恰好属于各种蛋白质类，如抗氧化酶系统（过氧化物酶、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶），金属结合蛋白（Mt、Pc）等，从而增加了体内可溶性蛋白质的含量，使向日葵体内的蛋白质含量由降低的趋势变为逐渐上升的状态。
植物体内可溶性糖是植物细胞渗透压的重要调节物质。本实验中，在低浓度的As胁迫作用下，向日葵体内的防御体制因受到毒害刺激而被激发，为了应对外界环境条件的改变，体内就会产生大量的可溶性糖来降低渗透压，使细胞免受伤害，维持正常的生命活动，因此可溶性糖含量会增加。但随着As胁迫浓度的进一步增大，简单的增加糖质量分数方式已经无法消除砷对向日葵产生的毒害，向日葵的生长因此受到抑制，可溶性糖合成能力也会受到影响；也有可能是因为向日葵受高浓度As胁迫的影响，导致植物体的呼吸能力增强，使其体内的可溶性糖含量减少。
广泛存在于植物体内的过氧化物酶是植物重要的保护酶之一，它能够抵御自由基的伤害，提高植株的抗逆性。本实验中，在不同浓度的As胁迫作用下，向日葵体内过氧化物酶活性不断提升，表明向日葵体内的防御体制不断被激发，从而较好地对抗As胁迫带来的伤害。
丙二醛是膜脂過氧化的终产物，其含量可作为考察细胞膜脂过氧化程度的指标。逆境会伤害细胞质膜，使其过氧化，改变膜的通透性，从而影响植物一系列生理活动的正常运行。本实验结果显示向日葵幼苗在砷胁迫下MDA含量变化较小，说明向日葵对该浓度下的砷的耐性较强。
参考文献
[1]CHANEY R L.Plant uptake of inorganic waste constituents[C]//PARR J F. Land Treatment of Hazardous Wastes. Noyes Data Corporation，New Jersey：Park Ridge，1983：50-76.
[2]华东师范大学生物系植物生理教研组.植物生理学实验指导[M].北京：人民教育出版社，1980：73-76，88-90.
[3]郝再斌，苍晶，徐仲.植物生理实验技术[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004：113-114.
[4]张志良.植物生理学实验指导[M].北京：高等教育出版社，1996：58-60.
（责编：张宏民）
关键词：向日葵；砷胁迫；生理特性
中图分类号 S727.4 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）19-0015-2
近年来，随着我国工农业的高速发展，含重金属的污水大量排放引发的环境问题随之而来，给人类的生存家园带来了毁灭性的破坏。重金属难以自然降解是土壤重金属污染修复最大的问题。1983年，Chaney等提出可以用植物修复土壤污染[1]。目前已有人把蜈蚣草Pteris vittata、大叶凤尾蕨Pteris cretica、粉叶蕨Pityrogramma calomelanos等植物应用于砷污染土壤的修复。向日葵（Helianthus annuus）生长速度快，在重金属污染的土壤中具有较强的耐受性和吸收净化能力，日前成为植物修复研究的热点植物之一。为此，本研究探讨了向日葵幼苗在不同程度砷污染下某些生理指标的变化规律，以期为未来利用向日葵修复重金属污染土壤提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料 试验用材料向日葵种子为“金星1号”，于百色城西蔬菜种子店购得。
1.2 方法 将向日葵种子消毒、冲洗、浸泡、萌发，将萌发一致的种子挑选出来，移植到装有砾石的塑料一次性杯中，室内自然条件下培养，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4组，分别用不同浓度的砷胁迫液处理，As含量设为0mg/L、1mg/L、2mg/L、5mg/L（砷由砷酸钠提供）4个处理。胁迫8d后，取样（叶片）进行生理检测。蛋白质的含量采用考马斯亮蓝G-250法测定[2]；丙二醛（MDA）、可溶性糖（SS）含量采用硫代巴比妥酸法测定[3]；POD活性采用比色法测定[4]。
2 结果与分析
2.1 不同浓度砷胁迫对可溶性蛋白及可溶性糖含量的影响 从图1可看出，随着胁迫液As浓度的不断增大，向日葵幼苗叶片中的可溶性蛋白质含量呈先降低后上升的趋势。在0～2mg·L-1范围内，向日葵幼苗中蛋白质含量的变化趋势为持续下降，胁迫浓度为1mg·L-1、2mg·L-1分别比对照组降低了5.47%、16.22%；As浓度由2mg·L-1升高到5mg·L-1的过程中，向日葵中蛋白质含量呈现不断上升的趋势，As的浓度为5mg·L-1时，蛋白质含量比对照组增加了0.58%。图2显示，向日葵在受到As胁迫的时候，叶片内可溶性糖的含量随着胁迫浓度的增大而呈现先上升后下降的规律。
2.2 不同浓度的砷胁迫对向日葵叶片过氧化物酶活性的影响 过氧化物酶（POD）广泛存在于植物体内，能有效清除过量的活性氧，在抵御外界逆境伤害过程中扮演着重要的角色，是植物重要的保护酶之一。如图3所示，1mg·L-1As处理对向日葵POD的激活效应不明显，而2mg·L-1和5mg·L-1As处理使POD活性明显升高，与对照比分别增加约44.91%和62.03%，差异均达到显著水平。高浓度砷胁迫使向日葵幼苗POD活性显著升高，可见，POD对清除活性氧产生、降低砷胁迫对向日葵幼苗的氧化损害方面发挥着重要作用。
2.3 不同浓度的砷胁迫对向日葵叶片丙二醛含量的影响 丙二醛是膜脂过氧化的重要产物，它的含量在一定程度上反映了逆境胁迫对植物的损伤程度。图4表明，向日葵幼苗在不同浓度砷胁迫处理下，叶片MDA的含量与对照相比没有明显差异，表明该浓度范围内砷胁迫对向日葵幼苗未造成明显的氧化损害，这可能与砷诱导向日葵幼苗叶片SOD、CAT、POD和APX等抗氧化酶活性升高有关。
3 讨论
植物体内可溶性蛋白质含量的变化是植物在生长发育过程中由于外界环境变化而受到影响的直接指示，它的影响主要体现在植物细胞的渗透势调节上。当植物细胞的渗透势较低时，体内高含量的可溶性蛋白可帮助调节细胞的渗透压使它维持在正常水平。本试验中，随着胁迫液中As浓度的不断增大，向日葵体内的可溶性蛋白含量先下降后上升，原因可能是低浓度的As就可以让向日葵的蛋白质变性损害，使蛋白含量出现下降的现象；重金属浓度不断增加，植物体本身为了保护自身生命活性，体内大量的防御物质开始被诱导产生，而这些防御物质大多数恰好属于各种蛋白质类，如抗氧化酶系统（过氧化物酶、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶），金属结合蛋白（Mt、Pc）等，从而增加了体内可溶性蛋白质的含量，使向日葵体内的蛋白质含量由降低的趋势变为逐渐上升的状态。
植物体内可溶性糖是植物细胞渗透压的重要调节物质。本实验中，在低浓度的As胁迫作用下，向日葵体内的防御体制因受到毒害刺激而被激发，为了应对外界环境条件的改变，体内就会产生大量的可溶性糖来降低渗透压，使细胞免受伤害，维持正常的生命活动，因此可溶性糖含量会增加。但随着As胁迫浓度的进一步增大，简单的增加糖质量分数方式已经无法消除砷对向日葵产生的毒害，向日葵的生长因此受到抑制，可溶性糖合成能力也会受到影响；也有可能是因为向日葵受高浓度As胁迫的影响，导致植物体的呼吸能力增强，使其体内的可溶性糖含量减少。
广泛存在于植物体内的过氧化物酶是植物重要的保护酶之一，它能够抵御自由基的伤害，提高植株的抗逆性。本实验中，在不同浓度的As胁迫作用下，向日葵体内过氧化物酶活性不断提升，表明向日葵体内的防御体制不断被激发，从而较好地对抗As胁迫带来的伤害。
丙二醛是膜脂過氧化的终产物，其含量可作为考察细胞膜脂过氧化程度的指标。逆境会伤害细胞质膜，使其过氧化，改变膜的通透性，从而影响植物一系列生理活动的正常运行。本实验结果显示向日葵幼苗在砷胁迫下MDA含量变化较小，说明向日葵对该浓度下的砷的耐性较强。
参考文献
[1]CHANEY R L.Plant uptake of inorganic waste constituents[C]//PARR J F. Land Treatment of Hazardous Wastes. Noyes Data Corporation，New Jersey：Park Ridge，1983：50-76.
[2]华东师范大学生物系植物生理教研组.植物生理学实验指导[M].北京：人民教育出版社，1980：73-76，88-90.
[3]郝再斌，苍晶，徐仲.植物生理实验技术[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004：113-114.
[4]张志良.植物生理学实验指导[M].北京：高等教育出版社，1996：58-60.
（责编：张宏民）