鮮靖蘋，劉伍強(qiáng)，崔笑玲，莊靜靜，王曉冰

(新鄉(xiāng)學(xué)院 生物工程學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453000)

隨著工業(yè)發(fā)展和人類活動(dòng)的加劇，土壤重金屬污染成為主要的環(huán)境問題之一.采礦、冶煉和電鍍等工業(yè)活動(dòng)產(chǎn)生的大量廢水和廢物，以及不合理的灌溉和農(nóng)業(yè)活動(dòng)等人為因素，會(huì)導(dǎo)致大量重金屬在土壤中沉積[1]，特別是銅(Cu)、鎘(Cd)單一污染或復(fù)合污染[2-3].農(nóng)田中重金屬的過量排放會(huì)導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)不良，微生物活動(dòng)減少，有機(jī)物含量降低，進(jìn)而導(dǎo)致土壤持水能力降低[4].因此，土壤中過高的重金屬濃度會(huì)導(dǎo)致作物出現(xiàn)各種問題，如影響植物光合作用、呼吸作用、能量轉(zhuǎn)換和蛋白質(zhì)合成，對(duì)土壤以及植物氧化還原平衡和離子平衡的干擾，進(jìn)而導(dǎo)致作物質(zhì)量差和產(chǎn)量低[5].當(dāng)重金屬濃度超過植物生長(zhǎng)的閾值時(shí)，植物細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能會(huì)被破壞，抑制礦物質(zhì)的吸收，對(duì)鈣、鎂、鐵等礦物質(zhì)元素的吸收起拮抗作用[6]，植物細(xì)胞膜的通透性、抗氧化物酶系統(tǒng)和葉綠體結(jié)構(gòu)都會(huì)遭到破壞，導(dǎo)致植物生長(zhǎng)和發(fā)育不良，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致植物死亡[7-8].研究表明，利用聚乙二醇(PEG)對(duì)植物種子、幼苗進(jìn)行預(yù)處理，能提高植物種子萌發(fā)期的活力，增強(qiáng)植物的抗逆性[9-14].比如低滲透勢(shì)PEG引發(fā)燕麥老化種子，可提高其發(fā)芽率、促進(jìn)根生長(zhǎng)[9].低濃度的PEG預(yù)處理能夠提高駝絨藜(Ceratoideslatens)、堿蓬(Suaedaglauca)[10]、籽粒莧(Amaranthushypochondriacus)、一年生黑麥草(Loliummultiflorum)、大麥(Hordeumvulgare)、二月蘭(Orychophragmusviolaceus)、沙打旺(Astragalusadsurgens)[11]、羊草(Leymuschinensis)[12]等植物種子的萌發(fā)率.PEG預(yù)處理可促進(jìn)高丹草(Sorghumhybridsudangrass)抗旱指數(shù)[13]，有效提高早熟禾“Brilliant”的耐熱性[14]，增強(qiáng)了水稻幼苗的耐鹽能力[15]和抗旱能力[16]，還能提高多年生黑麥草(Loliumperenne)的耐鹽能力和對(duì)重金屬鎘的抗性[17].

八寶景天(SedumSpectabileBoreau)為景天科多年生草本植物，具有耐旱、耐寒、生長(zhǎng)迅速、適應(yīng)性強(qiáng)等特性.研究表明，八寶景天對(duì)土壤中Cd具有較強(qiáng)耐受性的富集能力[18]，地上部Cd含量可達(dá)35 mg·kg-1以上[19]，又由于其廣泛的適生性等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于我國(guó)城市綠地建設(shè)中[20].但當(dāng)生長(zhǎng)環(huán)境重金屬含量過高時(shí)，生長(zhǎng)明顯受到抑制[21-22].從現(xiàn)有的報(bào)到可以看出，有關(guān)PEG預(yù)處理對(duì)八寶景天幼苗抗重金屬污染能力的影響鮮有報(bào)道.

本試驗(yàn)對(duì)PEG預(yù)處理下八寶景天幼苗進(jìn)行Cd脅迫和Cu脅迫，試圖從生理角度探討PEG對(duì)八寶景天耐Cu和耐Cd性的影響，以期為PEG預(yù)處理在草本植物重金屬耐性以及抵抗其他非生物脅迫方面提供參考，為八寶景天對(duì)重金屬污染土壤的植物修復(fù)提供相關(guān)理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 八寶景天

本次試驗(yàn)以八寶景天幼苗為供試材料，購(gòu)于山東濰坊青州市潤(rùn)芊花卉苗木中心.

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 幼苗的培養(yǎng) 盆栽試驗(yàn)土壤采自河南省新鄉(xiāng)學(xué)院實(shí)習(xí)試驗(yàn)田，取耕層0～20 cm土壤，室內(nèi)風(fēng)干后，去除雜質(zhì)，2 mm磨細(xì)過篩.種植土、細(xì)沙按3∶2混合均勻，分別裝入直徑20 cm塑料花盆中，每盆裝1.8 kg土壤.選取長(zhǎng)勢(shì)一致的植株移栽入塑料盆，每盆栽植3株.于溫室內(nèi)盆栽培養(yǎng)，常規(guī)管理方式下，定期澆水、除草、除蚜蟲，生長(zhǎng)30 d后，進(jìn)行PEG預(yù)處理和脅迫處理.

1.2.2 PEG-6000溶液預(yù)處理 供試植物材料先用0%,5%,10%,15%,20%,25%(對(duì)應(yīng)水勢(shì)分別為0,-0.05,-0.15,-0.30,-0.50,-0.77 MPa)的PEG營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)5 d，再用完全營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)5 d(復(fù)水處理).

1.2.3 Cu脅迫和Cd脅迫處理 預(yù)處理10 d后，將經(jīng)過預(yù)處理的培養(yǎng)材料分為2組：Cu脅迫組和Cd脅迫組.Cd,Cu試驗(yàn)均設(shè)置7個(gè)處理組，每組處理3個(gè)重復(fù)，分別為：CK,Cd(20 mg·kg-1),P1(20 mg·kg-1+5%),P2(20 mg·kg-1+10%),P3(20 mg·kg-1+15%),P4(20 mg·kg-1+20%),P5(20 mg·kg-1+25%); CK,Cu(150 mg·kg-1),P1(150 mg·kg-1+5%),P2(150 mg·kg-1+10%),P3(150 mg·kg-1+15%),P4(150 mg·kg-1+20%),P5(150 mg·kg-1+25%).鹽脅迫組：用150 mg·kg-1的Cu2+營(yíng)養(yǎng)液脅迫培養(yǎng)7 d；Cd脅迫組：用Cd2+濃度為20 mg·kg-1的營(yíng)養(yǎng)液脅迫7 d，Cd2+由CdCl2·2.5H2O(分析純)提供，Cu2+由CuSO4提供，均采用根施法.7 d后采樣并進(jìn)行各項(xiàng)生理指標(biāo)測(cè)定，28 d后采樣進(jìn)行Cd含量測(cè)定.

1.3 試驗(yàn)方法

生理指標(biāo)測(cè)定參照張志良[23]、李合生[24]的方法.乙醇浸提法[23]測(cè)定葉綠素(CHL)；硫代巴比妥酸法[23]測(cè)定丙二醛(MDA)；蒽酮法[23]測(cè)定可溶性糖；酸性茚三酮法[23]測(cè)定游離脯氨酸(PRO)；氮藍(lán)四唑法[24]測(cè)定超氧化物歧化酶(SOD)；愈創(chuàng)木酚法[24]測(cè)定過氧化物酶(POD)；紫外分光光度法[24]測(cè)定過氧化氫酶(CAT).

Cd和Cu含量的測(cè)定：測(cè)定地上部、地下部生物量后.將烘干樣品在490 ℃灰化處理8 h后用王水消煮至澄清，過濾、定容[25]，用火焰原子吸收分光光度計(jì)(AA-7000北京, 中國(guó))測(cè)定溶液中重金屬濃度，其中

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010繪制圖表并進(jìn)行回歸分析，運(yùn)用SPSS 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 PEG預(yù)處理對(duì)Cd脅迫下幼苗光合色素含量的影響

由圖1A可以看出，未經(jīng)PEG預(yù)處理時(shí)，Cd脅迫降低了八寶景天的葉綠素含量，葉綠素a在Cd脅迫下降低了13.9%，未經(jīng)預(yù)處理的Cd脅迫幼苗葉綠素含量?jī)H高于PEG預(yù)處理在25%(-0.77 MPa)時(shí)的濃度，相對(duì)來說升高了16.5%；而在Cd脅迫下，葉綠素b、類胡蘿卜素含量均低于PEG預(yù)處理.濃度為5%(-0.05 MPa)時(shí)，葉綠素含量降低了16.2%、類胡蘿卜素降低了17.7%.經(jīng)過PEG預(yù)處理后，八寶景天葉綠素含量隨著PEG濃度的升高先趨于增加而后降低，在不同PEG濃度下，與Cd脅迫組相比葉綠素含量有不同程度的增加；PEG預(yù)處理后葉綠素b與Cd脅迫組相比升高了19.4%.在5%(-0.05 MPa)濃度時(shí)，葉綠素含量為最大值.而在PEG預(yù)處理濃度為25%(-0.77 MPa)時(shí)，與未經(jīng)處理和其他濃度組相比葉綠素含量最少，與Cd脅迫組相比，葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量分別減少了14.2%，27.3%，69.6%.雖然葉綠素b在15%～20%(-0.30～-0.50 MPa)濃度下數(shù)據(jù)降低趨勢(shì)略有回升，但趨勢(shì)大體走向仍為先升高后降低.

注：不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下同.

2.2 PEG預(yù)處理對(duì)Cd脅迫下幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和膜脂過氧化作用的影響

由圖1B可以看出，未經(jīng)PEG預(yù)處理時(shí)，Cd脅迫降低了八寶景天的可溶性糖含量，相對(duì)于對(duì)照組降低了7.8%； 而Cd脅迫下游離脯氨酸含量比對(duì)照降低9.5%，MDA含量比對(duì)照升高了83.2%.在PEG預(yù)處理后，隨著PEG含量的增加八寶景天葉片的可溶性糖和游離脯氨酸含量呈現(xiàn)出的趨勢(shì)均為先增后減；在PEG預(yù)處理濃度為5%～20%(-0.05～-0.50 MPa)時(shí)，八寶景天可溶性糖含量與對(duì)照組相比有不同程度的增加，最大增幅為6.3%.在PEG預(yù)處理濃度為15%～25%(-0.30～-0.77 MPa)時(shí)，八寶景天的葉片MDA含量有不同程度的增加，與對(duì)照組相比，最高達(dá)31.4%，并隨著PEG含量的增加呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；在10%(- 0.15 MPa)濃度時(shí)，可溶性糖含量達(dá)到最大值.而在PEG預(yù)處理濃度為25%(-0.77 MPa)時(shí)，可溶性糖相對(duì)于未經(jīng)處理和其他預(yù)處理濃度含量最低，MDA含量為最高值，相對(duì)于對(duì)照組升高了3.8%.

2.3 PEG預(yù)處理對(duì)Cd脅迫下幼苗抗氧化酶活性的影響

圖2表明，Cd脅迫下八寶景天幼苗抗氧化酶活性相對(duì)于對(duì)照組均有不同程度的降低，其中POD與對(duì)照組相差最少，僅降低了4.5%；APX,CAT,SOD,POD四組均在10%(-0.15 MPa)時(shí)取得最大值，相比Cd脅迫組分別升高了28.6%，19.9%，21%，17.9%；在PEG預(yù)處理濃度為5%～20%(-0.05～-0.50 MPa)時(shí)，APX,SOD,POD相對(duì)于對(duì)照組均有不同程度的升高，而CAT在PEG預(yù)處理濃度為5%～15%(-0.05～-0.30 MPa)時(shí)活性升高，在20%(-0.50 MPa)預(yù)處理下相對(duì)于對(duì)照組略有下降，降低了2.1%；當(dāng)PEG預(yù)處理濃度為25%(-0.77 MPa)時(shí)，抗氧化酶活性四項(xiàng)測(cè)定目標(biāo)均比對(duì)照組有所降低，均為最小值.

結(jié)果表明，Cd脅迫下進(jìn)行干旱預(yù)處理，可以使得抗氧化酶活性比Cd處理均有升高，在PEG濃度為10%(-0.15 MPa)時(shí)，緩解效果最為顯著.由此可以看出八寶景天幼苗的葉片抗氧化酶活性會(huì)因一定濃度的PEG預(yù)處理而升高，增強(qiáng)了植物自身的防御能力和對(duì)重金屬的抵抗力.

2.4 PEG預(yù)處理對(duì)Cu脅迫下幼苗光合色素含量的影響

由圖3A可以看出，Cu脅迫下，八寶景天葉片的葉綠素含量均有所降低，其中葉綠素a的含量降低了12.4%；Cu脅迫下幼苗的葉綠素a含量高于20%(-0.50 MPa)和25%(-0.77 MPa)的預(yù)處理濃度；葉綠素b含量?jī)H高于25%(-0.77 MPa)的預(yù)處理濃度，升高了13.9%，Cu脅迫降低了葉綠素a含量，相較于對(duì)照組降低了22.2%；類胡蘿卜素含量?jī)H低于5%(-0.05 MPa)和10%(-0.15 MPa)的預(yù)處理濃度，相對(duì)于對(duì)照組降低了18.5%；經(jīng)過PEG預(yù)處理后，隨著PEG濃度的升高，八寶景天葉片葉綠素含量呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，葉綠素a最高值相對(duì)于Cu脅迫組升高了23%，最低值相對(duì)于Cu脅迫組降低了41.1%；葉綠素b含量最高和最低值相比降低了41%；類胡蘿卜素含量相對(duì)于最低值升高了82.6%.在PEG預(yù)處理濃度為5%～15%(-0.05～-0.30 MPa)時(shí)，與對(duì)照組相比，八寶景天葉綠素a含量出現(xiàn)不同程度的增加，葉綠素b含量?jī)H高于濃度為25%(-0.77 MPa)的，而類胡蘿卜素只在5%～10%(-0.05～-0.15 MPa)時(shí)相較于對(duì)照組升高；在10%(-0.15 MPa)濃度時(shí)，葉綠素a和類胡蘿卜素含量取得最高值，而葉綠素b在15%(-0.30 MPa)時(shí)取得最大值.而當(dāng)PEG預(yù)處理濃度為25%(-0.77 MPa)時(shí)，與未經(jīng)處理和其他濃度組相比葉綠素含量最低.

2.5 PEG預(yù)處理對(duì)Cu脅迫下幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和膜脂過氧化作用的影響

由圖3B可以看出，未經(jīng)PEG預(yù)處理時(shí)，Cu脅迫降低了八寶景天的可溶性糖含量，相對(duì)于對(duì)照組降低了21.6%，游離脯氨酸含量比對(duì)照降低21.6%，MDA含量相比對(duì)照含量升高了69.1%.PEG預(yù)處理后，隨著PEG濃度的升高，八寶景天葉片可溶性糖含量呈現(xiàn)出的趨勢(shì)大致為先增加后降低，游離脯氨酸含量呈現(xiàn)出的趨勢(shì)為反復(fù)升高又降低.在PEG預(yù)處理濃度為5%～20%(-0.05～-0.50 MPa)時(shí)，八寶景天可溶性糖含量相對(duì)于對(duì)照組出現(xiàn)不同程度的升高，而游離脯氨酸和MDA含量在PEG預(yù)處理濃度為5%～25%(-0.05～-0.77 MPa)時(shí)，相對(duì)于脅迫組出現(xiàn)不同程度的下降.在5%(-0.05 MPa)濃度時(shí)，可溶性糖含量取得最高值，與最低值相比升高了62.4%；當(dāng)濃度為25%(-0.77 MPa)時(shí)，游離脯氨酸達(dá)到最小值；當(dāng)濃度達(dá)到5%(-0.05 MPa)時(shí)，MDA含量相對(duì)于Cu脅迫組降低了10.2%.而當(dāng)PEG預(yù)處理濃度為25%(-0.77 MPa)時(shí)，可溶性糖相對(duì)于未經(jīng)處理組和其他濃度組含量最低.

2.6 PEG預(yù)處理對(duì)Cu脅迫下幼苗抗氧化酶活性的影響

圖4表明，Cu脅迫下八寶景天幼苗抗氧化酶活性，APX,CAT,POD相對(duì)于對(duì)照組均有不同程度的降低，SOD含量與對(duì)照組相比反而升高，升高了14.7%；APX,CAT,SOD,POD四組均在5%(-0.05 MPa)時(shí)取得最大值，相比Cu脅迫組分別升高了55.1%,29.2%,19.6%,22.8%；當(dāng)PEG預(yù)處理濃度為25%(-0.77 MPa)時(shí)，與對(duì)照組相比，APX,CAT,SOD三項(xiàng)活性均有所降低，均為最小值；POD活性在濃度為25%(-0.77 MPa)時(shí)，相比對(duì)照組稍有下降，降低了5.4%.

圖4 PEG預(yù)處理對(duì)Cu脅迫下八寶景天葉片抗氧化酶活性的影響

在PEG預(yù)處理后，八寶景天幼苗葉片中APX,CAT,SOD活性均隨著PEG濃度的增加發(fā)生不同變化，其所呈現(xiàn)出的趨勢(shì)大致均為先增加后降低，但POD在濃度為20%(-0.50 MPa)時(shí)降低趨勢(shì)略有回升，相對(duì)于Cu脅迫組升高了18.5%.以上結(jié)果可以看出八寶景天幼苗葉片抗氧化酶活性會(huì)因一定濃度的PEG預(yù)處理而提高，增強(qiáng)了其對(duì)Cu等重金屬脅迫的抵制，同時(shí)也增強(qiáng)了其植物自身的防御抵抗能力， 以及八寶景天幼苗抗性和耐受力.除以上結(jié)果外，從圖4還可以看出一定范圍的PEG預(yù)處理濃度才會(huì)對(duì)植物有利，不同的重金屬脅迫處理有不一樣的PEG預(yù)處理最適濃度，過量濃度的溶液反而起抑制活性、降低其含量的作用.

2.7 PEG預(yù)處理對(duì)Cd、Cu脅迫下幼苗Cd含量、Cu含量以及轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)的影響

由圖5可知，Cd和Cu脅迫下八寶景天各部位Cd含量均為葉>莖>根，不同濃度PEG預(yù)處理對(duì)Cd脅迫和Cu脅迫下八寶景天地上部(葉+莖)和根部Cd和Cu含量具有不同程度的影響，低濃度的PEG預(yù)處理可促進(jìn)八寶景天根部Cd和Cu向地上部轉(zhuǎn)移，高濃度的PEG預(yù)處理抑制了八寶景天根部Cd和Cu向地上部轉(zhuǎn)移，降低了Cd和Cu轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù).相對(duì)于CK組和其他濃度的PEG預(yù)處理，10%PEG預(yù)處理對(duì)八寶景天地上部Cd含量和Cu含量有一定的促進(jìn)作用，10%PEG預(yù)處理的八寶景天地上部Cd含量和Cu含量分別比CK增加了3.87%和3.59%.

圖5 PEG預(yù)處理對(duì)Cd,Cu脅迫下八寶景天幼苗 Cd含量,Cu含量以及轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)的影響

不同濃度PEG預(yù)處理下，Cd脅迫和Cu脅迫下八寶景天轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)(TF)均大于1，由圖5可知， 低濃度的PEG預(yù)處理不同程度的增加了八寶景天Cd和Cu的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)，高濃度的PEG預(yù)處理則降低了八寶景天Cd和Cu的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù).相對(duì)于CK組，10%PEG預(yù)處理促進(jìn)了八寶景天根部Cd和Cu向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)，Cd和Cu轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)分別增加了15.4%和5.8%.同時(shí)，由圖5可以看出，各處理組之間的Cd,Cu含量以及轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)差異均不顯著.

3 討論

3.1 對(duì)幼苗光合色素含量的影響

光合色素是參與吸收和傳遞光能的色素，它們的含量直接關(guān)系到植物光合作用能力的強(qiáng)弱和抗逆性強(qiáng)弱，最終影響到產(chǎn)量、質(zhì)量和植物生長(zhǎng)發(fā)育.在脅迫條件下，葉綠素酶的活性增加，加速了葉綠素的降解，導(dǎo)致葉片中的葉綠素含量下降[26].重金屬脅迫影響植物葉片中的葉綠素含量，主要是因?yàn)樗鼫p緩了光合速率，抑制了光合作用，最終影響了植物的生長(zhǎng)和發(fā)育[27].逆境脅迫下植物生長(zhǎng)受抑與多種生理反應(yīng)有關(guān)，已有研究表明，PEG預(yù)處理可調(diào)節(jié)這些逆境脅迫相關(guān)的代謝反應(yīng)，例如增加光合速率和葉綠素含量、調(diào)節(jié)抗氧化酶活性等[28].潘興等[29]研究結(jié)果顯示，經(jīng)過PEG預(yù)處理的水稻幼苗葉綠素含量比未經(jīng)預(yù)處理的水稻幼苗葉綠素含量顯著升高，這與本研究結(jié)果一致.本研究中PEG預(yù)處理下，葉綠素含量均高于Cd和Cu單獨(dú)脅迫處理組；Cd脅迫下葉綠素a,b均在PEG濃度為5%(-0.05 MPa)時(shí)緩解效應(yīng)最顯著，Cu脅迫下葉綠素a在PEG濃度為10%(-0.15 MPa)，葉綠素b為15%(-0.30 MPa)時(shí)效果最顯著.研究表明，用PEG預(yù)處理可以減少重金屬脅迫對(duì)八寶景天幼苗造成的葉綠素?fù)p傷.

3.2 對(duì)幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

植物為適應(yīng)外界的干旱、高鹽、重金屬超標(biāo)等不良環(huán)境，在逆境脅迫下組織細(xì)胞的滲透勢(shì)降低，這種現(xiàn)象稱為滲透調(diào)節(jié)[30].參與滲透調(diào)節(jié)的物質(zhì)包括脯氨酸、甜菜堿、甘油等，它們還包括一些代謝的中間產(chǎn)物，如糖和它們的衍生物[31].作為主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的可溶性糖，可穩(wěn)定原生質(zhì)體和細(xì)胞膜，供給能量，提供有機(jī)溶質(zhì)合成的碳架[32].有研究指出，鹽脅迫、鎘脅迫下細(xì)胞內(nèi)可溶性糖的積累可以反映植物抗逆性的高低[33-34].試驗(yàn)中，Cu脅迫和Cd脅迫不同處理下，可溶性糖含量的響應(yīng)有所差別，但均有下降的趨勢(shì)，而經(jīng)過PEG預(yù)處理后，兩種脅迫下，可溶性糖含量較未預(yù)處理組均有所增加，表明PEG預(yù)處理的試驗(yàn)材料可通過增加體內(nèi)可溶性糖含量來維持滲透平衡，增加其抗逆性.

Cd脅迫、鹽脅迫等逆境脅迫下植物組織內(nèi)的游離脯氨酸大量積累是一個(gè)普遍現(xiàn)象，在很多植物研究中都有發(fā)現(xiàn)[35-36].但是關(guān)于游離脯氨酸和植物抗逆性的關(guān)系，以及游離脯氨酸是否能作為鑒定植物抗性的指標(biāo)一直存在爭(zhēng)議.有研究認(rèn)為，游離脯氨酸合成是在逆境脅迫下被動(dòng)合成，也有人認(rèn)為游離脯氨酸的累積是自身主動(dòng)合成，是植物對(duì)逆境的忍受結(jié)果[37].高戰(zhàn)武[38]對(duì)紫花苜蓿和燕麥抗鹽堿機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，游離脯氨酸增加量與抗旱鹽性呈正相關(guān).而有研究卻提出，鹽脅迫下大葉藻和擬南芥游離脯氨酸含量的變化與抗逆性沒有顯著相關(guān)性，游離脯氨酸的積累只是植物在逆境時(shí)的一種表現(xiàn)[39].因此，能否把游離脯氨酸作為植物抗性鑒定和育種指標(biāo)還存在一些分歧.本試驗(yàn)中游離脯氨酸含量在Cd,Cu脅迫下有所下降，而經(jīng)過較低濃度PEG預(yù)處理的八寶景天幼苗葉片游離脯氨酸含量較未經(jīng)預(yù)處理的明顯上升.

3.3 對(duì)幼苗抗氧化酶活性和膜脂過氧化作用的影響

植物對(duì)逆境的反應(yīng)機(jī)制一方面是植物的抗氧化酶系統(tǒng)的活性變化，另一方面是膜脂過氧化[40].在干旱和重金屬等脅迫因素的共同作用下，自由基在植物體內(nèi)積累，膜的脂質(zhì)過氧化增強(qiáng)導(dǎo)致MDA含量增加，植物葉片的光合能力下降[41].植物中的脂質(zhì)過氧化防御系統(tǒng)可以保護(hù)細(xì)胞免受損害，在水分脅迫條件下，植物感知干旱信號(hào)并通過細(xì)胞傳遞，導(dǎo)致植物從形態(tài)到生理等各方面的變化，如葉面積明顯減少，膜的脂質(zhì)過氧化增強(qiáng)，細(xì)胞膜受損，植物葉片的光合能力下降[42].在本試驗(yàn)中，干旱預(yù)處理對(duì)葉片膜的脂質(zhì)過氧化影響不大，可能與八寶景天有很強(qiáng)的抗旱性有關(guān)[43].

抗氧化劑系統(tǒng)清除多余的活性氧是植物解毒的最重要的方式之一，抗壞血酸過氧化物酶(APX)和超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)以及過氧化物酶(POD)這4種為酶促系統(tǒng)常見的酶，它們通過清除植物中的有害活性氧來保護(hù)植物的膜系統(tǒng)[44].當(dāng)植物暴露在重金屬脅迫下，自由基和活性氧過度積累，此時(shí)，APX,SOD,POD和CAT作為抗氧化酶，ROS自由基能夠被它們氧化并且將之分解為無毒的水、氧氣，以便能夠減少植物在重金屬脅迫方面的毒性作用[45].植物中的各種不同抗氧化酶以一種協(xié)調(diào)的方式來清除ROS，這與陳敏菊等[42]的說法一致.兩種脅迫下，PEG預(yù)處理的八寶景天幼苗葉片SOD,POD,CAT,APX活性均比未經(jīng)預(yù)處理的對(duì)照組有顯著升高，并伴隨著PEG濃度的升高，呈先上升后下降的趨勢(shì)，這與李曉東等[40]和富春元等[46]的研究結(jié)果一致.由此可以看出，環(huán)境脅迫誘導(dǎo)八寶景天幼苗體內(nèi)活性氧大量累積，細(xì)胞質(zhì)膜受損，體內(nèi)MDA水平升高，植物抗氧化酶防御系統(tǒng)隨即被激活，試圖通過SOD,POD等抗氧化酶活性的升高來清除過多的自由基，但是大量的自由基積累破壞了質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)和功能，機(jī)體內(nèi)許多相關(guān)蛋白合成受阻，嚴(yán)重影響了SOD,POD等抗氧化酶基因的表達(dá)，其活性隨之下降.PEG預(yù)處理可以提高抗氧化酶活性，體現(xiàn)了PEG預(yù)處理的八寶景天幼苗在受到逆境脅迫時(shí)，比未經(jīng)PEG預(yù)處理的幼苗抵抗力有所提高，可以在一定程度上緩解脅迫傷害.

3.4 對(duì)幼苗Cd含量、Cu含量以及轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)的影響

研究結(jié)果顯示，八寶景天在特定濃度的Cd脅迫下，地上部和根系積累了大量的Cd，PEG預(yù)處理對(duì)于2種重金屬脅迫的八寶景天Cu,Cd含量和Cu,Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均有不同程度的影響，適當(dāng)濃度的PEG預(yù)處理可以增加八寶景天根部Cd和Cu向地上部轉(zhuǎn)運(yùn).各處理八寶景天Cd和Cu的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均大于1，分別在4.0～5.3以及2.1～2.4之間.徐佩賢[47]的研究中，匍匐翦股穎、多年生黑麥草、草地早熟禾、高羊茅在50 mg·kg-1Cd處理下，地上部Cd含量分別為239.9,187.3,302.4和270.7 mg·kg-1，根系Cd含量分別為1 232.8,1 330.7,877.5和884.8 mg·kg-1，轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)分別為0.19,0.14,0.35和0.31，均小于1.本研究中八寶景天分別在20 mg·Kg-1Cd處理和150 mg·Kg-1Cu處理下，地上部Cd含量分別為41.3,223.1 mg·kg-1，根系Cd含量分別為9.0,100.2 mg·kg-1.可見八寶景天地上部和根系對(duì)Cd和Cu均有很強(qiáng)的積累能力，對(duì)Cd和Cu的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均大于1，分別為4.6和2.2，而Cd和Cu處理下，適當(dāng)濃度PEG預(yù)處理植株的Cd和Cu積累量和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)都有所增加.PEG預(yù)處理緩解重金屬脅迫、增加重金屬在八寶景天體內(nèi)積累的具體生理和分子機(jī)理有待進(jìn)一步更加深入的研究.

4 結(jié)論與展望

通過研究PEG預(yù)處理對(duì)Cu脅迫和Cd脅迫下八寶景天生理特性的影響，表明PEG預(yù)處理可以通過調(diào)節(jié)逆境脅迫下八寶景天光合色素、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、膜脂過氧化作用、抗氧化酶系統(tǒng)等，增強(qiáng)植物對(duì)Cu和Cd的耐受能力.不同濃度PEG預(yù)處理對(duì)Cd脅迫和Cu脅迫下八寶景天地上部和根部Cd和Cu含量具有不同程度的影響，低濃度的PEG預(yù)處理可促進(jìn)八寶景天根部Cd和Cu向地上部轉(zhuǎn)移，高濃度的PEG預(yù)處理抑制了八寶景天根部Cd和Cu向地上部轉(zhuǎn)移，降低了Cd和Cu轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù).但是各處理組之間的Cd含量、Cu含量以及轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)差異均不顯著.PEG預(yù)處理對(duì)植物脅迫的緩解效果有濃度效應(yīng)，最適宜作用濃度會(huì)在不同植物、不同脅迫濃度和時(shí)間下表現(xiàn)出差異性.本試驗(yàn)得到的最佳預(yù)處理濃度分別為：150 mg·kg-1Cu脅迫下5%(-0.05 MPa)PEG效果最明顯；20 mg·kg-1Cd脅迫下10%(-0.15 MPa)PEG預(yù)處理效果最明顯.

本試驗(yàn)僅從生理指標(biāo)方面探討了PEG預(yù)處理對(duì)Cu脅迫和Cd脅迫下八寶景天幼苗的影響，表明植物對(duì)逆境脅迫具有交叉適應(yīng)能力，即植物在經(jīng)歷了某種脅迫后，對(duì)另一些逆境的抵抗能力會(huì)隨之增加.而綜合分析PEG預(yù)處理對(duì)八寶景天逆境脅迫的生理影響和分子響應(yīng)，從而揭示八寶景天抗逆性的分子機(jī)理，是下一步研究的重點(diǎn).