Pb单一及Pb-Cu复合胁迫对香蒲部分生理指标的影响

徐小颖， 徐义昆， 池 源， 金银根

(扬州大学生物科学与技术学院， 江苏 扬州 225009)

Pb单一及Pb-Cu复合胁迫对香蒲部分生理指标的影响

徐小颖①， 徐义昆， 池 源， 金银根

(扬州大学生物科学与技术学院， 江苏 扬州 225009)

近年来，许多研究者[1-4]针对重金属胁迫条件下植物生理生化指标变化和体内矿质元素积累规律进行了相关研究，以期筛选出重金属超富集植物，用于重金属污染环境的修复。香蒲属(TyphaLinn.)植物宽叶香蒲(T.latifoliaLinn.)和狭叶香蒲(T.angustifoliaLinn.)均对Pb具有较强的耐性及吸附能力[5-6]，可用于Pb污染水体的净化和修复；同属植物香蒲(T.orientalisPresl)为多年生挺水植物，繁殖能力及适应性强，其叶片挺拔、花序粗壮，常作为观赏花卉使用，亦用于污水净化。相关研究结果表明：东方香蒲(TyphaorientalisPresl)对Pb具有较强的耐受能力和富集作用，其根部是主要的Pb积累器官[7-8]。通常，Pb和Cu在自然环境中普遍共存，容易形成Pb-Cu复合污染或与其他重金属元素形成复合污染环境，然而关于香蒲对Pb-Cu复合胁迫的耐性尚不明确，一定程度上限制其在重金属污染环境修复中的应用。因此，亟待明确香蒲对Pb-Cu复合胁迫的耐性。

1 材料和方法

1.1 材料

供试香蒲植株采自江苏扬州的无污染水域，经驯化培养后将具有嫩芽的地下茎置于温度24 ℃、光照度17 600 lx、光照时间12 h·d-1的光照培养箱中培养，待新生植株高达40 cm时置于无底泥玻璃缸中，用1/10 Hoagland营养液预培养5 d，选取生长状况一致的植株进行胁迫实验。

1.2 方法

1.2.1 胁迫处理 采用单因素实验设计，设置Pb单一胁迫处理液中的Pb终浓度为50 μmol·L-1、Pb-Cu复合胁迫处理液中的Pb和Cu终浓度均为50 μmol·L-1。于2014年7月16日8:00分别在1/10 Hoagland营养液中一次性加入一定体积的50 mmol·L-1Pb(NO3)2和50 mmol·L-1CuSO4溶液配制成Pb单一胁迫处理液和Pb-Cu复合胁迫处理液，对照组为不添加Pb和Cu的1/10 Hoagland营养液。每缸种植5株，每处理组各3缸(视为3次重复)；按照上述条件处理15 d，期间每2天更换1次培养液。

1.3 数据统计分析

采用STATISTICA 6.0 统计分析软件对原始数据进行处理，并进行差异显著性分析。

2 结果和分析

2.1 对香蒲叶片光合色素含量的影响

实验结果(表1)显示：在Pb单一及Pb-Cu复合胁迫条件下香蒲叶片中的叶绿素b和类胡萝卜素含量均略低于对照但无显著差异，叶绿素a含量则显著低于对照；且在Pb单一胁迫条件下3类光合色素的含量均最低，但与Pb-Cu复合胁迫处理组间无显著差异。

浓度/μmol·L-1 Conc.PbCu色素含量/mg·g-1 PigmentcontentChlaChlbCar000.49±0.06a0.25±0.08a0.11±0.03a5000.18±0.06b0.12±0.06a0.05±0.03a50500.22±0.04b0.14±0.01a0.11±0.02a

1)Chla: 叶绿素aChlorophylla; Chlb: 叶绿素bChlorophyllb; Car: 类胡萝卜素Carotenoid. 同列中不同的小写字母表示差异显著(P<0.05) Different small lettersinthesame column indicate the significant difference (P<0.05).

2.2 对香蒲根和叶片中与过氧化伤害相关的生理生化指标的影响

浓度/μmol·L-1 Concentration PbCuMDA含量/nmol·g-1MDAcontent根Root叶LeafO-·2产生速率/nmol·min-1·g-1O-·2productionrate根Root叶LeafH2O2含量/mmol·g-1H2O2content根Root叶Leaf009.72±0.07b5.51±0.05b1.64±0.60a1.73±0.33a1.21±0.13a1.13±0.13a50013.41±0.15a5.05±0.06c1.78±0.14a1.48±0.08a1.00±0.08a1.11±0.09a50504.15±0.08c8.98±0.11a1.55±0.13a1.99±0.12a0.63±0.07b1.08±0.12a

浓度/μmol·L-1ConcentrationPbCuSOD活性/U·g-1SODactivity根Root叶LeafCAT活性/U·g-1CATactivity根Root叶LeafPOD活性/U·g-1·min-1PODactivity根Root叶Leaf0023.44±9.61c 185.45±2.58a 148.60±28.17b 615.08±11.45b 7386.67±104.10a 1179.26±134.90b 500235.64±3.73a 136.67±1.68b 208.29±6.96a708.20±3.80a7866.67±344.13a2776.89±133.90a5050128.13±18.83b 188.07±3.70a 164.19±5.82b383.83±41.90c5469.63±564.22b2278.52±308.48a

1)同列中不同的小写字母表示差异显著(P<0.05) Different small letters in the same column indicate the significant difference (P<0.05).

由表2还可见：在3个处理组中，Pb单一胁迫处理组根的SOD、CAT和POD活性以及叶片的CAT和POD活性均最高，而其叶片的SOD活性最低，且总体上与对照有显著差异。Pb-Cu复合胁迫处理组根的SOD活性显著高于对照但显著低于Pb单一胁迫处理组，而叶片的SOD活性显著高于Pb单一胁迫处理组但与对照无显著差异；根的CAT活性显著低于Pb单一胁迫处理组但与对照无显著差异，叶片的CAT活性显著低于Pb单一胁迫处理组和对照；根的POD活性显著低于对照和Pb单一胁迫处理组，叶片的POD活性显著高于对照但与Pb单一胁迫处理组无显著差异。

3 讨论和结论

植物体内叶绿素含量的变化可在一定程度上反映重金属胁迫对机体的伤害程度[15]。经Pb单一胁迫后香蒲叶片的叶绿素含量均低于对照，可能由于Pb2+能够降低叶绿素合成必需的原叶绿素还原酶活性[16]，并可取代叶绿素分子中的Mg2+，进而直接破坏叶绿素结构[17]。而经Pb-Cu复合胁迫后香蒲叶片的叶绿素含量略高于Pb单一胁迫处理组，说明Cu能够在一定程度上缓解Pb胁迫对叶绿素的破坏作用。

在重金属胁迫条件下植物体内的MDA含量会不同程度增加[6]，但经Pb-Cu复合胁迫后香蒲根的MDA含量却显著低于对照，可能是因为其根部细胞膜上的多元不饱和脂肪酸易发生过氧化损伤[18]，从而导致根中MDA含量显著降低。

[1] 徐勤松, 施国新, 王 学, 等. 镉、铜和锌胁迫下黑藻活性氧的产生及抗氧化酶活性的变化研究[J]. 水生生物学报, 2006, 30(1): 107-112.

[2] 胡宗达, 杨远祥, 朱雪梅, 等. Pb, Zn对超富集植物(小鳞苔草)抗氧化酶活性的影响[J]. 水土保持学报, 2007, 21(6): 86-91.

[3] 计汪栋, 施国新, 张 慧, 等. 菹草对Hg2+胁迫的生理和结构应答反应[J]. 生态学报, 2007, 27(7): 2856-2863.

[4] 计汪栋, 施国新, 徐勤松, 等. 水鳖叶片矿质营养、保护酶活性及同工酶对Cu2+胁迫的响应[J]. 南京师范大学学报: 自然科学版, 2008, 31(1): 93-99.

[5] 叶志鸿, 陈桂珠, 蓝崇钰, 等. 宽叶香蒲净化塘系统净化铅/锌矿废水效应的研究[J]. 应用生态学报, 1992, 3(2): 190-194.

[6] 徐金波, 徐迎春, 赵 慧, 等. Pb胁迫条件下狭叶香蒲种子的萌发特性及其幼苗的生理响应[J]. 植物资源与环境学报, 2014, 23(3): 74-80.

[7] 李永丽, 李 欣, 李 硕, 等. 东方香蒲(TyphaorientalisPresl)对铅的富集特征及其EDTA效应分析[J]. 生态环境, 2005, 14(4): 555-558．

[8] 王凤永, 郭朝晖, 苗旭峰, 等. 东方香蒲(TyphaorientalisPresl)对重度污染土壤中As、Cd、Pb的耐性与累积特征[J]. 农业环境科学学报, 2011, 30(10): 1966-1971.

[9] 李合生. 植物生理生化实验原理和技术[M]. 北京: 高等教育出版社, 2000.

[10] HEATH R L, PACKER L. Photoperoxidation in isolated chloro-plasts: Ⅰ. Kinetics and stoichiometry of fatty acid peroxidation[J]. Archives of Biochemistry and Biophysics, 1968, 125: 189-198.

[11] 王爱国, 罗广华. 植物的超氧物自由基与羟胺反应的定量关系[J]. 植物生理学通讯, 1990(6): 55-57.

[12] STEWART R R, BEWLEY J D. Lipid peroxidation associated with accelerated aging of soybean axes[J]. Plant Physiology, 1980, 65: 245-248.

[13] KARSTEN U,FRANKLIN L A,LÜNINGK,etal.Natural ultraviolet radiation and photosynthetically active radiation induce formation of mycosporine-like amino acids in the marine macroalgaChondruscrispus(Rhodophyta)[J]. Planta, 1998, 205: 257-262.

[14] MAEHLY A C. Plant peroxidase[J]. Methods in Enzymology, 1955, 2: 801-813.

[15] 李铮铮, 伍 钧, 唐 亚, 等. 铅、锌及其交互作用对鱼腥草(Houttuyniacordata)叶绿素含量及抗氧化酶系统的影响[J]. 生态学报, 2007, 27(12): 5441-5446.

[16] PRASAD D D K, PRASAD A R K. Effect of lead and mercury on chlorophyll synthesis in mung bean seedlings[J]. Phytochemistry, 1987, 26: 881-883.

[17] KÜPPER H, KÜPPER F, SPILLER M. Environmental relevance of heavy metal-substituted chlorophylls using the example of water plants[J]. Journal of Experimental Botany, 1996, 47: 259-266.

[18] XU X Y, SHI G X, WANG J, et al. Copper-induced oxidative stress inAlternantheraphiloxeroidescallus[J]. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 2011, 106: 243-251.

(责任编辑: 佟金凤)

Effects of Pb single and Pb-Cu complex stresses on some physiological indexes ofTyphaorientalisPresl

XU Xiaoying①, XU Yikun, CHI Yuan, JIN Yin’gen

(College of Bioscience and Biotechnology, Yangzhou University, Yangzhou 225009, China),

J.PlantResour. &Environ., 2015, 24(4): 105-107

香蒲； Pb单一胁迫； Pb-Cu复合胁迫； 光合色素含量； 过氧化伤害； 保护机制

TyphaorientalisPresl; Pb single stress; Pb-Cu complex stress; photosynthetic pigment content； peroxide damage; protection mechanism

2015-03-26

国家自然科学基金青年科学基金资助项目(31300324)； 江苏省高校自然科学研究面上项目(13KJB180028)

徐小颖(1985—)，女，山东淄博人，博士，讲师，主要从事植物生理与分子生物学研究。

①通信作者E-mail: xuxiaoying@yzu.edu.cn

Q945.78; S682.32; X53

A

1674-7895(2015)04-0105-03

10.3969/j.issn.1674-7895.2015.04.14