铅胁迫对4种苗木叶片过氧化物酶和超氧化物歧化酶的影响*

吴际友 王旭军 程 勇 刘 球 唐水红 李 斌 刘欲晓 彭早珍

1 湖南省林业科学院 长沙 410004

2 湖南省第二建筑公司 长沙 410004

3 湖南省攸县林业局 湖南攸县 412300

铅胁迫对4种苗木叶片过氧化物酶和超氧化物歧化酶的影响*

吴际友1王旭军1程 勇1刘 球1唐水红1李 斌2刘欲晓3彭早珍3

1 湖南省林业科学院 长沙 410004

2 湖南省第二建筑公司 长沙 410004

3 湖南省攸县林业局 湖南攸县 412300

在湖南省林业科学院林场苗圃内对香樟(Cinnamomum camphora)、深山含笑(Michelia maudiae)、栾树(Koelreuteria paniculata)、鹅掌楸(Liriodendron chinense)4个树种的1年生幼苗进行铅胁迫试验，设定Pb2+浓度为对照、50 mg/L、400 mg/L、800 mg/L、1 600 mg/L共5个水平，每一处理重复3次，研究不同铅浓度对4种行道树幼苗叶片过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)的影响，得出苗期试验结果。

铅胁迫，行道树，过氧化物酶，超氧化物歧化酶，交互效应

目前，很多关于铅对植物形态和生理生化的影响及植物对铅污染的抗性机制等方面的研究工作主要以农作物为研究对象［1］，而以行道绿化树种为对象进行铅污染研究的报道较少。本文选择香樟、深山含笑、栾树、鹅掌楸4个树种的1年生幼苗为试材，研究其在不同程度铅污染土壤中的生理生化反应，探讨和比较不同树种的抗重金属铅胁迫特性和机理的差异，以期为今后筛选对重金属铅有较强抗性的行道树种提供参考和技术支持。

1 材料与方法

1.1 供试材料

选用湖南省林业科学院林场苗圃内香樟、深山含笑、栾树、鹅掌楸等4个树种的1年生幼苗。

1.2 试验方法

将选好的苗木栽植在规格为18 cm×16 cm的胶皮盆钵中，每盆装土1.5 kg并种植1株苗木。盆栽土壤为黄土加草木灰(以5∶1混合)。每个树种每个处理设3个重复，每个重复4盆，盆下垫托盘。将重金属处理浓度相同的苗木栽植在一畦，移植后进行常规管理。

苗木恢复生长后进行铅胁迫处理。设定Pb2+浓度分别为对照、50 mg/L、400 mg/L、800 mg/L、1 600 mg/L。处理前分别称取一定量的Pb(N03)2(分析纯)，配制成相应浓度的溶液。每株均匀浇灌200 mL处理溶液，对照浇灌等量的清水，并将渗到托盘中的溶液倒回盆中。所有的处理及处理后苗木的生长都在大棚内进行，且每次用等量的水浇灌进行养护，以避免因受雨水或浇灌水的影响而造成植株间处理浓度的差异［2］。

1.3 指标测定

采用愈创木酚法测定叶片过氧化物酶(POD)活性，NBT光化还原法测定超氧化物歧化酶(SOD)活性。

1.4 数据分析

采用SPSS16.0软件。

2 结果与分析

2.1 铅胁迫对4种行道树幼苗叶片过氧化物酶活性(POD)的影响

对4种行道树1年生幼苗于5月进行不同浓度Pb胁迫处理，处理后分别于6月、8月、10月对幼苗叶片的细胞膜透性进行测定分析，其POD活性测定结果如表1。

对4种行道树在不同浓度铅胁迫下的POD活性值进行方差分析的结果表明，浓度主效应及树种×浓度交互效应均达到了极显著的水平(Sig.＜0.01)，树种×浓度×时间交互效应达到了显著的水平(Sig.＜0.05)。

表1 铅胁迫下4种行道树种幼苗叶片的POD活性 u/(g·min)FW

1)铅浓度主效应分析表明，除Pb2+的浓度为1 600 mg/L的处理下叶片POD活性与对照差异极显著表现为受害外，其余浓度与对照的差异均不显著，即植株只在高浓度铅处理下叶片细胞受到了伤害。

2)树种与Pb2+浓度交互效应的多重比较分析表明(表2)，香樟在50 mg/L铅处理下POD活性与对照差异极显著，在800 mg/L和1 600 mg/L铅处理下与对照差异显著，但在50 mg/L铅胁迫下POD活性高于对照，其余两浓度下则低于对照。深山含笑和栾树均只在800 mg/L和1600 mg/L铅胁迫下POD活性与对照差异显著，鹅掌楸则除50 mg/L铅胁迫外在其余浓度均与对照差异极显著。说明深山含笑和栾树在较低浓度铅胁迫下均不受害，鹅掌楸则只在低浓度铅胁迫下不受害。

3)树种×浓度×时间的交互效应的分析表明(表3)，处理初期香樟在50 mg/L铅胁迫下，POD活性与对照差异显著，且POD活性高于对照;T2时在800 mg/L处理下与对照差异显著，T3时在800 mg/L和1 600 mg/L铅处理下POD活性分别与对照差异极显著和显著，且在这2个浓度下POD活性均小于对照，表现为受害。深山含笑处理初期只在800 mg/L、1 600 mg/L铅胁迫下POD活性与对照差异显著，并表现为受害，其余浓度并不受害，但随着处理时间的延长，受害加重，逐渐向低浓度延伸，在各个浓度均表现出受害特征。

表2 树种×Pb2+浓度交互效应对幼苗叶片POD活性影响的多重比较

栾树处理初期在800 mg/L和1 600 mg/L铅胁迫下POD活性分别与对照差异极显著和显著，表现为受害，随着处理时间的延长;在T2时受害程度加剧，在800 mg/L和1 600 mg/L铅胁迫下均与对照差异达到极显著水平;处理时间进一步延长后，受害继续加重，只在50 mg/L铅胁迫下不受害。

鹅掌楸处理初期，只在1 600 mg/L铅处理下POD活性与对照差异显著并表现为受害;随着处理时间的延长，受害加重，在除50 mg/L铅处理下外均受害;处理时间进一步延长后，受害程度加剧。除50 mg/L铅胁迫外在其余铅浓度处理下POD活性均与对照差异极显著。

2.2 铅胁迫对4种行道树幼苗叶片超氧化物歧化酶(SOD)的影响

6月、8月、10月对幼苗叶片SOD活性的测定结果如表4。

表3 树种×Pb2+浓度×时间交互效应对不同树种幼苗叶片POD活性影响的多重比较

表4 铅胁迫下4种行道树种幼苗叶片的SOD活性 u/gFW

对SOD活性值进行方差分析得出，浓度主效应及树种×浓度均达到了极显著水平(Sig.＜0.01)，树种×浓度×时间交互效应达到了显著的水平(Sig.＜0.05)。

由表5可知，香樟在50 mg/L，800 mg/L和1 600 mg/L铅胁迫下均与对照差异极显著，但在50 mg/L铅胁迫下SOD活性高于对照，其余两浓度下则低于对照。深山含笑在800 mg/L和1 600 mg/L铅胁迫下均与对照差异极显著，且SOD活性低于对照。栾树仅在1 600 mg/L铅胁迫下与对照差异显著，并表现为受害。鹅掌楸在除800 mg/L铅胁迫下外其余各浓度均与对照差异极显著，表现为受害。可见，深山含笑在较高浓度铅处理均下受害，栾树只在高浓度铅处理下受害，鹅掌楸在除800 mg/L铅胁迫外其余浓度均受害。

由表6可知，香樟在处理后的各个时间阶段在400 mg/L铅胁迫下均与对照差异显著，且SOD活性低于对照，表现为受害;T1时还在50 mg/L和400 mg/L铅胁迫下SOD活性与对照差异显著，SOD活性高于对照;T2时在50 mg/L和400 mg/L铅胁迫下SOD活性分别与差异极显著和显著，SOD活性高于对照;T3时则仅在50 mg/L铅胁迫下与对照差异显著，SOD活性高于对照。

表5 树种×Pb2+浓度交互效应对幼苗叶片SOD活性影响的多重比较

深山含笑处理后的初、中期与香樟类似，在较低浓度胁迫下SOD活性显著升高，但随着胁迫时间的延长逐渐消失。深山含笑处理在800 mg/L和1 600 mg/L浓度下SOD活性分别与对照差异显著和极显著，且SOD活性低于对照，表现为受害;随着时间的延长，受害加剧，SOD活性在这2个浓度下均与对照差异极显著;处理时间进一步延长以后，受害情况向较低浓度延伸，只在低浓度铅胁迫下不受害。

栾树与鹅掌楸初期在较低浓度铅胁迫下SOD含量上升，对铅胁迫也有一定的保护能力;随着处理时间的延长呈逐渐减退趋势，而受害情况也逐渐加重，由开始只在高胁迫铅处理下受害到最后在较高浓度铅胁迫下均受害。

表6 树种×Pb2+浓度×时间交互效应对不同树种幼苗叶片SOD活性影响的多重比较

3 结论与讨论

1)本试验通过对4个树种在不同浓度铅胁迫下的POD活性的研究，发现香樟处理后短期内在低浓度铅胁迫下POD活性有了显著提高，随处理时间延长又逐渐下降。其他3个树种也有类似的结果，但是在处理初期低浓度铅胁迫下POD活性虽高于对照，却均未达到显著水平。4个树种在低浓度铅胁迫下，其POD活性在短期内先升高后降低，在高浓度铅胁迫下其POD活性下降。这与许多之前的研究结果相似［3］。这可能是因为植株在逆境条件下存在短时间内活性氧大量爆发的现象，作为本能的防御机制，植物体内迅速启动一系列应激反应，POD酶被迅速激活，其合成和周转过程迅速运转，导致短期内POD活性迅速上升。低浓度的铅胁迫下，细胞内产生的活性氧量在POD调节能力范围内，所以短期内能恢复到正常水平;但在高浓度的铅胁迫下，细胞内活性氧大量积累，长时间维持在较高水平，超过POD调节能力，并对POD功能产生抑制作用，导致活性下降［5］。

2)依据4个树种表现出不同的受害程度，可以看出香樟的抗铅胁迫能力相对较强，深山含笑的抗铅胁迫能力相对较弱，栾树和鹅掌楸介于两者之间。

3)本试验通过对4个树种在不同浓度铅胁迫下的SOD活性的研究，发现4个树种在不同浓度铅胁迫下，SOD活性均表现出随浓度的升高先升高后降低，并在某些浓度上表现出随胁迫时间先升高后降低。这与许多之前的研究结果相似［3］。关于重金属铅胁迫下植物体内SOD活性的变化，目前主要有两种情况:一是SOD活性随重金属浓度的增加而增加，二是随着重金属浓度的增加SOD活性先上升后下降［4－5］。这可能是因为重金属胁迫诱发植物细胞内活性氧反应加剧，活性氧自由基含量增加，这时细胞采取的积极的防御策略，SOD活性应激上升，以清除过多的活性氧，从而有效地消除重金属胁迫诱发的氧化胁迫危害。但随着铅浓度的增大，过高浓度的重金属会导致酶结构变化、活性丧失，最终造成活性氧防御系统瓦解［6－7］。本试验中，低浓度铅胁迫时提高了4树种体内的SOD活性，表明这4个树种对Pb胁迫均具有一定的保护能力，在一定程度上能抵御铅危害。但是高浓度铅胁迫胁迫致使植物细胞长时间地维持在较高的O2－浓度时，细胞内的活性物质包括酶也会受到损伤，导致SOD活性下降。

4)4个树种在不同浓度铅胁迫下的SOD活性变化不尽一致。依据4个树种表现出不同的受害程度，可以看出香樟的抗铅胁迫能力相对较强，深山含笑的抗铅胁迫能力相对较弱，栾树和鹅掌楸介于两者之间。

5)本试验通过对POD活性的研究得出，铅胁迫下树种幼苗叶片的受害情况不仅受主效应的影响，还受树种×浓度、树种×浓度×时间交互效应的影响。

［1］曹莹，韩豫，蒋文春，等．铅胁迫对花生生长与铅积累特性的研究［J］．中国油料作物学报，2008(2):198 －200．

［2］李斌，李志辉，吴际友，等．铅胁迫对4种行道树种幼苗叶片丙二醛含量的影响［J］．湖南林业科学，2010，37(2):8 －11．

［3］杨小琴，赵运林，孙玉珍．凤仙花生物量及抗氧化酶系统对重金属铅胁迫的生理响应［J］．安徽农业科学，2008，36(9):3526 －3528．

［4］严重玲，洪业汤，付舜珍，等．锡铅胁迫对烟草叶片中活性氧清除系统的影响［J］．生态学报1997，17(5):488－492．

［5］林杰，柯金炼，魏道军．铅胁迫对香根草叶片膜系统及抗氧化系统的影响［J］．福建农业学报，2009，24(3):254 －257．

［6］Dat J，Vandenbeele S，Vranova E，et al．Dual action of the active oxygen species during plant stress responses［J］．Cellular and Molecular Life Sciences，2000，57(5):779 －795．

［7］王慧，郭晋平，张芸香．山西省高速路路旁土壤—植物重金属分布格局及相关性［J］．中国城市林业，2011，9(3):31 －33．

Effects of Pb Stress on POD and SOD of Leaves of 4 Species of Street Tree

Wu Jiyou1，Wang Xujun1，Cheng Yong1，Liu Qiu1，Tang Shuihong1，Li Bin2，Liu Yuxiao3，Peng Zaozhen3
(1.Hunan Academy of Forestry，Changsha 410004，China;2.Hunan No.2 Engineering Co.Ltd，Changsha 410004，China;3.Youxian Forestry Bureau，Youxian 412300，China)

Pb stress experiment were carried out on 1－year－old seedlings of 4 species of street tree includingCinnamomum camphora，Michelia maudiae，Koelreuteria paniculataandLiriodendron chinensein the experimental nursery of Hunan Academy of Forestry.The Pb2+concentration was chosen as the control(no Pb2+)，while 50 mg/L，400 mg/L，800 mg/L and 1600 mg/L were set for the experiment，each with 3 replicates.The experiment was done to study the effect of different Pb concentrations on POD and SOD of leaves of the 4 species of street tree.The experiment results were finally obtained for the effect.

Pb stress，street tree，POD，SOD，interaction effect

S731.9

A

1672－4925(2011)05－0009－04

2011－09－02

国家“十二五”科技支撑项目城镇景观生态林建设试验与示范(2011BAD38B03)

吴际友，研究员，主要从事森林培育研究，E－mail:hnforestry@sina.com