黃開騰 陳勇杏 黃琳 曾小飚 陸全杰 張肅杰

摘 要：采用砂培試驗(yàn)研究了不同濃度的鋁錳復(fù)合脅迫（Al 0mg/L—Mn 0mg/L，Al 25mg/L—Mn 20mg/L，Al 50mg/L—Mn 50mg/L，Al 100mg/L—Mn 100mg/L，Al 200mg/L—Mn 200mg/L，Al 400mg/L—Mn 300mg/L）對(duì)向日葵幼苗葉片游離脯氨酸（Pro）、可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)含量的影響。結(jié)果表明：隨著鋁錳復(fù)合脅迫濃度的增加，向日葵幼苗葉片的Pro含量總體呈上升趨勢(shì);可溶性蛋白含量先升高后下降;可溶性糖含量先升高，再降低，最后再升高，且含量均高于對(duì)照組。

關(guān)鍵詞：向日葵;鋁錳復(fù)合脅迫;滲透調(diào)節(jié)物質(zhì);影響

中圖分類號(hào) S565.5;X503.23文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2020）17-0016-03

隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，土壤受到的重金屬污染也越來(lái)越嚴(yán)重。重金屬污染具有隱蔽性、長(zhǎng)期性、不可逆轉(zhuǎn)性等特點(diǎn)[1]，污染的土地經(jīng)修復(fù)后也難以回到最初的狀態(tài)。重金屬污染會(huì)導(dǎo)致土壤肥力下降，作物產(chǎn)量降低，甚至還會(huì)進(jìn)入食物鏈及人體，對(duì)機(jī)體造成極大傷害。向日葵（Helianthus annuus L.）是菊科的一年生草本植物。研究發(fā)現(xiàn)，向日葵對(duì)重金屬污染物有較強(qiáng)的抵御能力，根部的富集作用可以將土壤中的重金屬吸收，促使重金屬?gòu)耐寥擂D(zhuǎn)移到植物，從而有效降低土壤中重金屬含量。因此，向日葵具有較顯著的環(huán)境污染治理潛力，值得深入研究[2-4]。

滲透調(diào)節(jié)是植物應(yīng)對(duì)各種不利刺激的一種重要調(diào)節(jié)機(jī)制，蛋白質(zhì)、游離脯氨酸、可溶性糖是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。植物體可通過(guò)積累這些物質(zhì)，抵抗外界的影響與毒害，以維持植物體內(nèi)細(xì)胞的平衡。廣西百色鋁礦、錳礦資源十分豐富，但開采對(duì)當(dāng)?shù)卦斐梢欢ǔ潭鹊沫h(huán)境污染。筆者以向日葵幼苗為試驗(yàn)材料，探討向日葵幼苗受到Al–Mn復(fù)合污染時(shí)體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的變化規(guī)律，以期為利用向日葵修復(fù)重金屬污染土壤提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料 向日葵種子為亞太二號(hào)F1，購(gòu)自北京亞太農(nóng)業(yè)有限公司。

1.2 方法 挑選籽粒飽滿的向日葵種子，用1%的次氯酸鈉消毒后萌發(fā)，發(fā)芽后移栽入培養(yǎng)杯中，以砂礫作培養(yǎng)基質(zhì)，在室內(nèi)自然條件下澆灌霍格蘭培養(yǎng)液培育。培育15d后，選取長(zhǎng)勢(shì)相同的幼苗均分為6組，鋁、錳復(fù)合脅迫濃度組合詳見表1，Mn、Al分別以MnCl2、AlCl3形式提供。脅迫7d后剪取幼苗葉片進(jìn)行生理生化指標(biāo)測(cè)定。可溶性糖含量選用恩酮比色法測(cè)定;可溶性蛋白質(zhì)含量采用考馬斯藍(lán)測(cè)定法;游離脯氨酸（Pro）含量選用酸性茚三酮法測(cè)定[5]。試驗(yàn)做3次重復(fù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 鋁錳復(fù)合脅迫對(duì)游離脯氨酸（Pro）含量的影響 Pro以游離的形式廣泛分布于植物體中，是植物蛋白重要成分之一，具有滲透調(diào)節(jié)的作用。游離的脯氨酸能與重金屬生成絡(luò)合物，減輕重金屬對(duì)植物體的毒害作用[6]。在干旱、鹽漬等不良環(huán)境中，Pro會(huì)大量積累，可以用于保持滲透勢(shì)。由圖1可知，隨著鋁錳復(fù)合脅迫液的增加，Pro含量總體呈上升趨勢(shì)。經(jīng)T1處理后，Pro含量相對(duì)于T0增加了17%，說(shuō)明向日葵雖然只是受到低濃度鋁錳復(fù)合脅迫液的刺激，但是反應(yīng)也非常明顯;T2、T3、T4、T5相對(duì)于T0分別增加了32%、172%、137%、283%;T4處理Pro含量雖然出現(xiàn)略微下降，但依然顯著高于T0、T1、T2;T5處理時(shí)Pro含量達(dá)到最高，說(shuō)明隨著脅迫液濃度的不斷升高，對(duì)植物體的毒害也越來(lái)越嚴(yán)重。在鋁錳復(fù)合脅迫下，向日葵幼苗可以積累大量的Pro來(lái)參與滲透調(diào)節(jié)，以維持植物體的水勢(shì)，保證植物體的正常生理活動(dòng)不被破壞。

2.2 鋁錳復(fù)合脅迫對(duì)可溶性糖含量的影響 可溶性糖既是植物體光合作用的產(chǎn)物，又參與植物光合作用的過(guò)程，還能為植物體的生長(zhǎng)發(fā)育提供能量，在植物體中發(fā)揮著重要作用。在植物處于逆境時(shí)，可溶性糖的含量會(huì)增加，能夠及時(shí)作為滲透平衡的調(diào)節(jié)劑，維持植物細(xì)胞的滲透平衡。由圖2可知，向日葵幼苗葉片的可溶性糖含量先增加再減少，最后再升高。相對(duì)于對(duì)照T0，T1處理可溶性糖含量增加了26%，可能的原因是植物體內(nèi)可溶性糖的正常運(yùn)輸被破壞，導(dǎo)致可溶性糖無(wú)法正常運(yùn)輸，從而在植物體內(nèi)大量積累。T2處理相對(duì)于T0增加了9%，但較T1處理減少了12%，可能是由于隨著脅迫液濃度的增加，葉綠體被破壞，光合作用減弱，可溶性糖合成量減少。同時(shí)，植物體組織細(xì)胞為抵抗重金屬的毒害，增強(qiáng)了自身的代謝活動(dòng)，消耗了一部分可溶性糖。當(dāng)脅迫液濃度在T3、T4、T5時(shí)，可溶性糖含量又隨著脅迫液濃度的持續(xù)增加而增加，分別增加了28%、38%、66%，說(shuō)明細(xì)胞膜已經(jīng)受到了嚴(yán)重的破壞，有機(jī)質(zhì)出現(xiàn)外滲，導(dǎo)致還原性糖含量上升。

2.3 鋁錳復(fù)合脅迫對(duì)可溶性蛋白質(zhì)含量的影響 蛋白質(zhì)是生物體生命活動(dòng)必不可少的組分，許多參與新陳代謝的酶類也是由蛋白質(zhì)組成。可溶性蛋白質(zhì)在植物體內(nèi)可作為一種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。鋁錳復(fù)合脅迫可對(duì)可溶性蛋白含量產(chǎn)生一定的影響。由圖3可知，隨著金屬脅迫液濃度的上升，向日葵幼苗葉片可溶性蛋白含量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。當(dāng)脅迫濃度處于T1時(shí)，蛋白質(zhì)的含量出現(xiàn)了上升，較T0增加了40.2%，說(shuō)明低濃度的鋁錳復(fù)合液能夠刺激植物體合成蛋白質(zhì)，以降低金屬的毒害。此后，隨著金屬脅迫液的濃度逐漸增加，蛋白質(zhì)的含量開始下降，T5處理較T0降低了25.9%。究其原因可能是脅迫導(dǎo)致細(xì)胞外液的濃度升高，細(xì)胞內(nèi)的水分向外流失，細(xì)胞失水之后加快了蛋白質(zhì)的分解;同時(shí)，高濃度的金屬脅迫液也導(dǎo)致蛋白質(zhì)的合成路徑受到阻礙，蛋白質(zhì)一邊被消耗分解，一邊又得不到補(bǔ)充，導(dǎo)致向日葵幼苗葉片的可溶性蛋白質(zhì)含量出現(xiàn)下降。

3 結(jié)論與討論

植物體處于金屬污染、鹽漬、干旱等環(huán)境時(shí)會(huì)表現(xiàn)出抗逆性，可根據(jù)其生理生化指標(biāo)的變化來(lái)研究植物的抗逆性。無(wú)論是輕微的刺激，還是重度的刺激，都會(huì)對(duì)植物的生理生化以及形態(tài)方面造成一定的影響。脯氨酸是植物體滲透調(diào)節(jié)中的重要物質(zhì)，在植物受到一定毒害影響后開始大量積累，以減輕重金屬對(duì)植物的毒害[7]。張?jiān)破鸬萚8]研究發(fā)現(xiàn)，隨著鹽脅迫濃度的上升，西瓜脯氨酸的含量也隨之上升。本試驗(yàn)中脯氨酸含量隨著鋁錳金屬脅迫濃度的上升而增加，這與前人研究結(jié)果一致。植物體受毒害后質(zhì)膜會(huì)發(fā)生膜脂過(guò)氧化反應(yīng)，產(chǎn)生大量的MDA，對(duì)生物膜造成巨大傷害，失去細(xì)胞膜的保護(hù)，細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)被加速分解成各種氨基酸，其中也包括脯氨酸，致使脯氨酸的含量上升，以維持滲透的平衡。

糖是植物體滲透調(diào)節(jié)中不可缺少的部分，多由光合作用合成。李國(guó)雷等[9]對(duì)黃櫨、紫荊的研究發(fā)現(xiàn)，可溶性糖含量隨著鹽脅迫濃度的增加而增加。本試驗(yàn)中向日葵受脅迫后幼苗葉片的可溶性糖含量一直比對(duì)照組高，但在濃度增加到T2（Al 50mg/L—Mn 50mg/L）時(shí)增加量最少。在鋁錳復(fù)合脅迫下，可溶性糖含量并沒(méi)有隨著脅迫液濃度的增加出現(xiàn)逐漸遞增，而是先迅速增加，然后降低，再慢慢增加。這說(shuō)明低濃度的金屬脅迫液促進(jìn)了向日葵幼苗的光合作用，合成了一定量的可溶性糖，但隨著脅迫液濃度的升高，向日葵受到的毒害加深，可溶性糖在植物體內(nèi)的運(yùn)輸機(jī)制、合成途徑、代謝過(guò)程受到影響，可溶糖得到了積累。

重金屬對(duì)于植物體內(nèi)蛋白質(zhì)的影響具有兩面性，當(dāng)植物受到較高濃度的金屬毒害時(shí)，會(huì)使蛋白質(zhì)加快分解，并抑制蛋白質(zhì)的合成，可以顯著改善植物體內(nèi)蛋白質(zhì)水平;當(dāng)植物受到低濃度金屬毒害時(shí)，金屬離子誘導(dǎo)產(chǎn)生結(jié)合蛋白，結(jié)合蛋白與金屬結(jié)合，以此來(lái)緩解植物的毒害作用，達(dá)到提高植物耐受性的效果。本試驗(yàn)中，隨著鋁錳復(fù)合脅迫濃度的提高，可溶性蛋白質(zhì)表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，低濃度下因?yàn)榻Y(jié)合蛋白的產(chǎn)生提高了總體蛋白質(zhì)的含量，高濃度下蛋白質(zhì)含量降低，與前人研究結(jié)論基本相符。

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