重金属Pb对高羊茅生长及抗氧化生理特性的影响

沈高峰 （天津农学院职业技术学院，天津300380）

高羊茅 （FestucaarundinaceaSchreb．）为禾本科羊茅属多年生草本植物，又名苇状羊茅，丛型，须根发达，适应性广，为冷季型草坪草，原产地为欧洲，在我国北方大部分地区均有分布。由于其具有耐寒、耐践踏、抗病性强，管理方便，建坪成本低等优点，目前被广泛应用于城市园林绿化、水土保持及体育等领域中，是我国目前使用量增长最快的草种［1］。有研究显示，高羊茅对重金属有一定的耐性和富集作用［2-6］。利用草坪草修复铅污染土壤，可以兼具美化环境与修复污染土壤的功能，但目前有关铅对高羊茅生理生化影响的报道仍然较少，本试验通过探讨不同浓度Pb胁迫对高羊茅生长及抗氧化生理特性的影响，为防治重金属对冷季性草坪草的危害提供一定的科学依据。

1 材料与方法

1．1 供试材料

本试验选用高羊茅种子。

1．2 试验方法

将6g高羊茅种子用0．2%的HgCl2消毒2min，然后用蒸馏水充分漂洗后播种在0．50m×0．40m规格的PVC方盆中，以蛭石和草炭 （1∶1）为栽培基质，用全浓度Hoagland培养液进行盆栽模拟试验。播种前充分灌溉培养液至基质达到80%饱和湿度，播后在盆面覆盖地膜直至完全出苗，发芽条件为室温，光照条件为自然光。

将栽培基质放入事先已经标记好的方盆中称量，将Pb以Pb（NO3）2水溶液的形式均匀拌入土壤中，以不加Pb （NO3）2为对照 （CK），处理组Pb2＋浓度分别为0、500、1000、1500mg／kg。

当长到3叶龄时，分别移栽到铅溶液处理过的方盆中，共4个处理，每个处理3个重复，共12盆，分别在胁迫6d、12d和18d后测量Pb胁迫下的生理指标。

1．3 指标测定方法

叶绿素含量采用丙酮浸提法［7］；SOD活性测定参照文献 ［8］的方法并略作修改；POD活性的测定按文献 ［9］的方法进行；MDA含量测定参照文献 ［10］的方法略作修改。

植物生物量采用鲜重直接称量法测定，单位为g。处理后第6、12、18天，分别在每个处理的每个重复中成片取200株草坪草，根系用洗根法将蛙石与根系分开，在室温下将根系表面水分用滤纸吸干后用电子分析天平称鲜重，以此作为植物生物量。

1．4 数据处理

试验数据均由 Microsoft Office Excel 2003进行处理。

2 结果与分析

2．1 Pb胁迫对高羊茅生物量的影响

用Pb（NO3）2处理6d、12d和18d后分别取样，测定了高羊茅的生物量 （表1）。从表1可以看出，在Pb胁迫下，高羊茅鲜重都有不同程度的下降，并且随着Pb浓度的升高和胁迫时间的增加，高羊茅下降趋势越明显。尤其在胁迫12d后，1500mg／kg条件下高羊茅的鲜重是对照的67．44%；在胁迫18d后，1500mg／kg条件下的鲜重是对照的45．62%。说明高羊茅的生长受到明显抑制。结合草坪草的外观来看，在1000mg／kg和1500mg／kg的高浓度及12d和18d的长时间胁迫下，高羊茅的植株普遍矮小，叶片发黄，尤其在胁迫18d后，受伤症状更加明显，在其叶上部出现枯萎，叶尖的枯萎现象普遍。由此说明，高羊茅在高浓度、长时间Pb胁迫下，生长受到明显抑制，难以继续生长。

表1 Pb胁迫对高羊茅的生物量的影响

2．2 Pb胁迫对高羊茅叶绿素的影响

在Pb胁迫6d、12d和18d分别测定后高羊茅草的叶绿素含量，图1结果显示，在胁迫6d和12d后，其叶绿素含量高于对照，尤其是在胁迫12d后其叶绿素水平出现最高值。在第18天时，其叶绿素出现了下降，而且表现出来的叶绿素的水平均低于对照。

2．3 Pb胁迫对高羊茅SOD活性的影响

从图2可知，高羊茅在胁迫初期（第 6 天 ）， 在 500mg／kg 和 1000 mg／kg浓度时，SOD活性明显高于对照，处于较高水平。但随着胁迫时间的增长，SOD的活性大幅下降，在胁迫第18天时，SOD活性降到最低值，对于1500mg／kg浓度胁迫，表现出较低的抗性。

图1 Pb胁迫下高羊茅叶绿素含量的变化

图2 Pb胁迫下高羊茅SOD活性的变化

2．4 重金属Pb胁迫对高羊茅POD活性的影响

从图3可以看出，高羊茅在胁迫初期 （第6天），POD活性呈上升趋势，500mg／kg和1000mg／kg浓度时明显高于对照，随着胁迫时间的增加，POD活性大幅下降，在第12天和第18天各浓度POD活性明显低于对照，说明在胁迫初期，高羊茅POD活性增强，胁迫后期随着胁迫时间增加，活性降低。高羊茅在Pb的胁迫下，POD的活性不仅随着浓度递增而下降，而且也随胁迫时间的增加而下降，但高羊茅在胁迫初期，POD活性随胁迫浓度的增加，呈先高后低的趋势。

2．5 Pb胁迫对高羊茅MDA含量水平的影响

高羊茅在不同浓度Pb胁迫处理下，其MDA含量随着Pb2＋浓度的增大都有升高的趋势，尤其在高浓度胁迫下，MDA的积累量更高 （图4）。在胁迫初期 （第6天），高羊茅MDA的含量有升高的趋势，但不是很明显。在胁迫12天后，高羊茅在1500mg／kg处理达到最高值，约为对照的2倍，MDA含量增加明显。

图3 Pb胁迫下高羊茅POD活性的变化

图4 Pb胁迫下高羊茅MDA含量的变化

3 讨论

3．1 重金属胁迫对生物量的影响

Pb是一种毒性较强的重金属元素，当它在植物体内积累到一定程度时，就会对植物产生一定的毒害作用。秦天才等［11］发现Pb对小白菜的生长发育的影响主要为根系变浅，白菜叶片量变小且易倒伏；吴燕玉［12］发现Pb等含量超标的地段水稻生长矮小，分孽减少，而且出现大量空批粒。本试验发现，在不同浓度Pb胁迫下，高羊茅的生物量在较低浓度胁迫时，生物量降低幅度不是很大，但是随着胁迫时间和胁迫浓度的增加，生物量下降明显，这与前人所发现的趋势一致。

3．2 重金属胁迫对叶绿素含量的影响

许多研究表明，叶绿素含量降低是重金属对植物毒害的普遍现象。本试验中，在胁迫6d和12d后，高羊茅的叶绿素含量高于对照，尤其是在胁迫12d后高羊茅的叶绿素水平出现最高值。在第18天时，高羊茅的叶绿素出现了下降，而且表现出来的叶绿素的水平均低于对照。高浓度Pb导致叶绿素含量下降，可能是由于Pb破坏了叶绿素合成过程并影响了叶绿素酶的活性，或自由基攻击直接导致叶绿素微结构的破坏。Kupper等［13］的研究发现，叶绿素分子中的镁离子可被包括铅在内的多种重金属元素所取代，并认为这是植物在胁迫条件下的伤害机制之一。低浓度铅引起叶绿素量增加，其机理有待于进一步研究。关于Pb对叶绿素的影响，不同研究的结论不尽相同，这可能与研究材料及其成熟度、铅处理浓度、栽培基质和土壤的pH有关，今后有必要对此进行更深入的探讨。

3．3 重金属胁迫对超氧化物歧化酶影响

由于重金属胁迫通常引起植物体内活性氧超量形成，SOD是植物细胞中最重要的抗氧化酶之一。由于受底物浓度影响，植物体内抗氧化酶中的SOD活性变化较为活跃，故一般以SOD活性变化间接表示植物体内活性氧自由基的变化趋势。John M K发现重金属镉对莴苣离体叶片细胞内SOD活性的影响具有处理早期表现为促使酶活性上升，后期对酶活性抑制的特点［14］。

本试验结果表明，不同浓度Pb对高羊茅SOD活性的影响表现为 “先扬后抑”，即在低浓度胁迫下，植物体内形成的活性氧自由基诱导了抗氧化酶的活性水平，因而自由基上升不显著，但随着胁迫时间的延长，氧自由基浓度增加，SOD活性也相应增加，当二者间平衡被打破后，SOD活性受到抑制、甚至失活。

3．4 重金属胁迫对过氧化物酶的影响

过氧化物酶广泛存在于植物体内不同组织中，过氧化物酶作为活性较高的适应性酶，能够反映植物生长发育的特点，体内代谢状况以及对外界环境的适应性。重金属胁迫能诱导植物组织中POD总活性升高，这是植物对所有污染胁迫的共同响应。

本试验结果显示，低浓度的Pb胁迫促进了高羊茅POD活性的显著提高，其清除氧自由基能力增强，但在较高浓度处理时，其活性开始下降，说明植物抗Pb胁迫能力有一定的限度。另外，低浓度的Pb胁迫促进了高羊茅POD活性的加强，在一定程度上减轻了铅胁迫的损伤程度，但在较高浓度处理时，却表现活性降低，说明胁迫产生的超氧阴离子自由基超过了高羊茅自身的清除能力。

3．5 重金属胁迫对丙二醛 （MDA）含量的影响

重金属是脂质过氧化的诱导剂，当重金属处理植物时，细胞内自由基的产生和消除之间的平衡受到破坏，导致大量的活性氧自由基产生，自由基引发膜中不饱和脂肪酸产生过氧化反应，破坏膜的结构和功能。因此，MDA的积累在一定程度上反应了体内自由基活动的动态，本试验也反应出高羊茅和多年生黑麦草在不同浓度Pb胁迫处理下，其MDA含量随着Pb浓度的增大都有升高的趋势，尤其在高浓度胁迫下，MDA的积累量更高。

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