朱啟紅，夏紅霞，黃 磊

（重慶文理學(xué)院，重慶 永川 402168）

以高等植物為主體的植物修復(fù)技術(shù)因其治理效果的永久性、治理過程的原位性、治理成本的低廉性、環(huán)境美學(xué)的兼容性、后期處理的簡(jiǎn)易性等特點(diǎn)，受到人們的普遍推崇。因此被廣泛用于治理或修復(fù)水體[1-2]。但現(xiàn)有植物耐寒能力差，冬季易于死亡而無法保證凈化效果，這已成為制約植物修復(fù)技術(shù)大規(guī)模市場(chǎng)化的主要因素之一[3-4]。

燈芯草別名野席草、燈草和水燈芯，是席草類，莎草科蒲草屬多年生草本植物，在我國(guó)分布較廣。其經(jīng)濟(jì)、藥用價(jià)值高而廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥和民用工業(yè)，在治理城市污水方面也有相關(guān)報(bào)道。試驗(yàn)擬用燈芯草在低溫條件下處理含銅廢水，探討低溫環(huán)境中燈芯草對(duì)重金屬銅的耐受機(jī)制，為提高冬季植物凈化能力提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為燈芯草，采自重慶永川區(qū)某農(nóng)田。選取大小均一的植株洗凈，培養(yǎng)于Hoagland營(yíng)養(yǎng)液中，待植株長(zhǎng)出新葉后，用于水培試驗(yàn)。

1.2 營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)試驗(yàn)

試驗(yàn)自2011年12月9日開始，12月24日結(jié)束。試驗(yàn)采用水培方式。試驗(yàn)分A、B、C 3組，A組為對(duì)照組，B組的銅離子為30 mg/L，C組的銅離子濃度為60 mg/L。銅以分析純CuSO4·H2O形式加入。試驗(yàn)期間每天光照12 h，保持24 h連續(xù)通氣，每3 d更換一次營(yíng)養(yǎng)液。待加入銅離子后，每隔3 d測(cè)一次相應(yīng)指標(biāo)。每一處理均重復(fù)3次，取其平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1.3 樣品分析與測(cè)定方法

試驗(yàn)過程中測(cè)定葉片燈芯草體內(nèi)葉綠素、超氧自由基（O2-·）、丙二醛（MDA）的含量。葉綠素采用丙酮—乙醇混合液提取分光光度法；丙二醛參考林植芳等的硫代巴比妥酸（TBA）法方法；超氧自由基采用羥胺氧化分光光度法測(cè)定[5]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度銅離子對(duì)植株的毒害作用

試驗(yàn)中加入重金屬銅后，植株先后出現(xiàn)了枯萎現(xiàn)象。對(duì)出現(xiàn)枯萎的植株數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表1所示。由表1可見，隨著重金屬銅濃度升高和脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，燈芯草植株枯萎程度越嚴(yán)重。

表1 不同銅離子濃度對(duì)燈芯草植株毒害的影響

2.2 重金屬銅對(duì)于燈芯草葉綠素合成的影響

重金屬銅在低溫下對(duì)燈芯草葉綠素合成的影響如表2所示。表2結(jié)果顯示，重金屬銅對(duì)于植株葉綠素含量和組成都有一定的影響。低濃度重金屬在短期內(nèi)促進(jìn)燈芯草葉綠素的合成，隨著處理時(shí)間延長(zhǎng)，植株葉綠素含量有所降低；而高濃度同則使植株葉綠素含量持續(xù)降低，并且葉綠素a下降的速度超過葉綠素b下降的速度。胡云虎等[6]認(rèn)為葉綠素a/b值的變小是因?yàn)橹亟饘偈紫绕茐娜~綠素a的緣故。與葉綠素總量相比，葉綠素a/b值是衡量葉片感受重金屬的相對(duì)敏感的一個(gè)生理指標(biāo)，即葉綠素a對(duì)于重金屬的敏感程度較高。Stobart等[7]研究認(rèn)為葉綠素含量降低的原因一是重金屬抑制原葉綠素酸醋還原酶，二是影響了氨基-γ-酮戊酸的合成。而這兩種物質(zhì)又是葉片合成葉綠素所必需的酶和原料，從而使葉綠素含量降低，葉綠素的組成發(fā)生改變。

表2 銅脅迫對(duì)燈芯草植株體內(nèi)葉綠素含量及組成的影響

2.3 重金屬銅對(duì)植株丙二醛（MDA）的影響

丙二醛是常用的膜脂過氧化指標(biāo)，是植物器官衰老或在逆境條件下發(fā)生膜脂過氧化的產(chǎn)物之一，其含量高低表示細(xì)胞膜脂過氧化程度和植物對(duì)逆境條件耐受的強(qiáng)弱。由圖1可見，在重金屬脅迫下，燈芯草MDA含量先增高后降低。在試驗(yàn)濃度下，短短3 d的處理時(shí)間就使其細(xì)胞膜脂發(fā)生嚴(yán)重的過氧化，燈芯草體內(nèi)大量積累MDA，并且脅迫濃度越大、時(shí)間越長(zhǎng)，體內(nèi)積累的MDA就越多；當(dāng)處理時(shí)間超過6 d過后，MDA含量逐漸減少，可能是由于在燈芯草體內(nèi)SOD和POD的作用下，將O2-·歧化為H2O2，抑制Haber-Weiss反應(yīng)，最終將H2O2分解成H2O，將有毒的超氧陰離子轉(zhuǎn)變成無毒的H2O，使細(xì)胞內(nèi)自由基維持在一個(gè)低水平，防止細(xì)胞受自由基的傷害。

圖1 銅脅迫對(duì)燈芯草丙二醛含量的影響

圖2 銅脅迫對(duì)燈芯草超氧自由基含量的影響

2.4 重金屬銅對(duì)燈芯草植株O2-·合成的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，在重金屬銅污染條件下，3 d后燈芯草植株體內(nèi)的O2-·的均會(huì)明顯增加，所有施銅處理植株體內(nèi)的O2-·含量都高于對(duì)照；且較高濃度銅脅迫下比低濃度銅脅迫下，植株體內(nèi)O2-·的含量高，說明了較高濃度脅迫下，O2-·的產(chǎn)生更快。隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，植株體內(nèi)的O2-·含量先升高后逐漸降低，但在一定時(shí)間范圍內(nèi)始終比空白對(duì)照組高。超氧陰離子的生成加快，可使自由基積累，自由基能損傷主要的生物大分子，引起細(xì)胞的膜脂過氧化和脫脂化作用；該研究中，銅污染致使O2-·的產(chǎn)生加快，勢(shì)必引起細(xì)胞膜系統(tǒng)受傷害，從而使植物的發(fā)育和生長(zhǎng)遭受影響，是植物受銅脅迫傷害的主要機(jī)理之一。

3 討論

通過植物吸收將重金屬從水中轉(zhuǎn)移到植物體內(nèi)，可以達(dá)到凈化水體的作用。試驗(yàn)結(jié)果顯示，低濃度銅可促進(jìn)燈芯草生長(zhǎng)；但在高濃度的銅脅迫下，燈芯草有明顯的毒害作用，造成燈芯草失綠。在重金屬作用下，燈芯草體內(nèi)積累大量MDA，并且脅迫濃度越大、時(shí)間越長(zhǎng)，植株體內(nèi)積累的MDA就越多。而對(duì)于O2-·，所有施銅處理植株體內(nèi)的O2-·含量都高于對(duì)照；且較高濃度銅脅迫下比低濃度銅脅迫下，植株體內(nèi)O2-·的含量高，說明了較高濃度脅迫下，O2-·的產(chǎn)生更快?？梢姡谥亟饘僮饔孟轮参锏纳L(zhǎng)形態(tài)、葉綠素合成將會(huì)發(fā)生一定的變化，且細(xì)胞內(nèi)MDA和O2-·濃度升高帶來的膜脂過氧化增強(qiáng)是重金屬傷害植物的主要原因之一。

正常條件下植物體內(nèi)活性氧產(chǎn)生處于動(dòng)態(tài)平衡，自由基濃度較低，不會(huì)引起植物傷害。當(dāng)處于各種逆境脅迫條件下或衰老時(shí)，植物體內(nèi)活性氧產(chǎn)生和消除的平衡遭到破壞，有利于活性氧的產(chǎn)生。當(dāng)活性氧濃度超過一定閥值時(shí)，植物細(xì)胞內(nèi)的大分子物質(zhì)發(fā)生過氧化，特別是膜脂中的不飽和脂肪酸受到自由基的攻擊，引起膜脂相分離，膜的完整性受到破壞，導(dǎo)致植物生長(zhǎng)異常。膜脂過氧化是膜上不飽和脂肪酸中所發(fā)生的一系列活性氧反應(yīng)，其最重要的產(chǎn)物是MDA，它是一種高活性的脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物，能交聯(lián)脂類、核酸、糖類及蛋白質(zhì)，破壞膜的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)膜受損傷，電解質(zhì)滲漏嚴(yán)重。因此，MDA含量是反應(yīng)脂質(zhì)過氧化作用強(qiáng)弱的一個(gè)重要指標(biāo)。超氧陰離子的生成加快，可使自由基積累，自由基能損傷主要的生物大分子，引起細(xì)胞的膜脂過氧化和脫脂化作用；該研究中，銅污染致使O2-·的產(chǎn)生加快，勢(shì)必引起細(xì)胞膜系統(tǒng)受傷害，從而使植物的發(fā)育和生長(zhǎng)遭受影響，是植物受銅脅迫傷害的主要機(jī)理之一。

[1]羅固源，吳 松，肖 華，等.風(fēng)車草泡板型浮島在污染河水中的脫氮試驗(yàn)[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，31（10）：1169-1173.

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