花叶冷水花对镉和铅及其复合处理的生理响应

赵杨迪

(南充职业技术学院，四川 南充 637131)

随着工农业生产活动的高度发展，重金属污染及环境生态问题已严重关系到经济的持续发展及生物健康。Cd，Pb是目前环境中主要的重金属污染物，一般情况下，因其化学性质相似而常常伴生，表现为复合污染土壤的现象。因而开展Cd，Pb 复合污染对植物影响的研究很有必要。由于以往大部分研究都是基于农作物和草坪植物，对花卉植物的研究尚少。事实上，在人口密集的城市环境中，花卉植物在美化环境的同时，还在大气污染监测与防治方面有许多实际应用［1～3］。因此，研究花卉植物在污染环境治理、修复等方面具有重要的现实意义［4］。本文选用了常见的花卉植物花叶冷水花(Pilea cadierei Gagnep.et Guill)，通过土培试验，研究系列浓度Cd、Pb 单一及其复合处理对植物部分生理指标的影响，探索重金属对植物毒害机理及植物对重金属污染的耐性机理，以期为植物修复技术提供科学依据。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 种植土

种植土由腐叶土、园土、细沙按照3∶1∶1的比例配成。腐叶土和园土先自然风干、捣碎、剔除杂物，再与细沙按比例配成后过5 mm 竹筛。然后用多菌灵粉剂给种植土消毒，静置数天。测定土壤的基本理化性质(如表1)。

表1 土壤基本理化性质Table 1 Physical and chemical properties of soil

1.1.2 植物材料

花叶冷水花(采自雅安市周公山脚下):在4月中旬，选取当年生的健壮枝条进行扦插，扦插基质为1/2 蛭石+1/2 珍珠岩。待新生根木质化后，从扦插苗床上挖取长势一致的花叶冷水花生根幼苗，用清水洗净根系基质后，按每盆10株移植于种植土中。

1.2 材料处理

选用素烧泥盆(直径35 cm，深为25 cm)做栽培容器(盆下放塑料蓄水垫盘)，每盆装土9.5 kg。盆土浇清水至田间持水量的60%左右。平衡1 周后，将花叶冷水花生根幼苗上盆。生长期保证盆土的持水量在60%左右。培养20 d 后，植株正常生长。按表2 所示，把相应的CdC12·2.5H2O 和Pb(OAc)2·3H2O 配成溶液，均匀地浇灌在盆土中(渗出液反复回收浇灌，直到Cd、Pb 离子与土壤均匀混合)，浓度以纯Cd 和Pb 计，单位为mg·kg－1;以灌自来水为对照，记为CK。设置的重金属起始浓度参考国家土壤环境质量二级标准［5］。每个处理重复3次，共处理48 盆植物。待植物在重金属污染的盆土中生长30 d 后收获，测定分析。

表2 试验处理设计与水平(mg·kg －1)Table 2 Factors and levels (concentration of element addition)(mg·kg －1)

1.3 测定方法

采用氮蓝四唑光还原法测定超氧化物歧化酶(SOD 酶)活性［6］;采用愈创木酚法测定过氧化物酶(POD 酶)活性［7］;采用磺基水杨酸法测定脯氨酸(Pro)含量［8］;采用硫代巴比妥酸法测定丙二醛(MDA)含量［9］。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 和DPS 软件对数据进行方差分析和LSD 检验。

2 结果与分析

2.1 Cd、Pb 单一及其复合处理对花叶冷水花叶片SOD 活性的影响

SOD 为抗氧化物保护酶，能在一定胁迫范围内及时清除过多的活性氧以维持机体内自由基代谢的动态平衡，从而维护细胞膜的完整性［10］。由图1可知，随着Cd、Pb 单一处理浓度的增大，花叶冷水花叶片的SOD 活性呈持续上升的趋势。在Cd 单一处理水平Ⅰ－Ⅴ，测得的SOD 活性依次为142.19U/(g·FW)，154.99 U/(g·FW)，174.44 U/(g·FW)，171.70 U/(g·FW)，200.33 U/(g·FW)，都显著高于对照(P ＜0.05);在Pb 单一处理各水平下SOD 活性分别为157.79 U/(g·FW)，159.11 U/(g·FW)，160.74 U/(g·FW)，164.41 U/(g·FW)，213.22 U/(g·FW);Cd-Pb 复合处理时，除了处理水平Ⅰ、Ⅱ测得的SOD 活性分别为151.09 U/(g·FW)，138.45 U/(g·FW)，高于对照，其他处理水平下的SOD 活性都低于对照。

图1 Cd、Pb 单一及其复合处理对花叶冷水花叶片SOD活性的影响Fig.1 The effect of single and combined treatment of Cd or Pb on the activity of SOD in leaves of Pilea cadierei

2.2 Cd、Pb 单一及其复合处理对花叶冷水花叶片POD 活性的影响

从图2可以看出，花叶冷水花叶片POD 活性在Cd 单一处理水平Ⅲ和Ⅳ时显著高于对照(P ＜0.05)，其他处理水平下与对照均无显著性差异。在Pb 单一处理时，随着处理浓度的增大，花叶冷水花叶片POD 活性先上升，后下降。在处理水平Ⅰ时达到峰值，为440.53 U/(g·min)，显著高于对照(P＜0.05)，在处理水平Ⅳ时最小，为239.87 U/(g·min)，略小于对照。其他处理水平下测得的POD 值均高于对照。而Cd-Pb 复合处理条件下，花叶冷水花叶片的POD 活性都有不同程度的降低。这可能是因为复合处理下花叶冷水花体内产生的有毒物质已经超过了POD 正常的催化能力，进而导致其活性下降。

图2 Cd、Pb 单一及其复合处理对花叶冷水花叶片POD活性的影响Fig.2 The effect of single and combined treatment of Cd or Pb on the activity of POD in leaves of Pilea cadierei

2.3 Cd、Pb 单一及其复合处理对花叶冷水花叶片Pro 含量的影响

图3 Cd、Pb 单一及其复合处理对花叶冷水花叶片Pro含量的影响Fig.3 The effect of single and combined treatment of Cd or Pb on the content of Pro in leaves of Pilea cadierei

从图3可以看出，随着Cd、Pb 单一及其复合处理浓度的增加，花叶冷水花叶片中Pro 的含量也在逐渐增加，到处理水平Ⅴ时，分别为117.28 μg·g－1，91.73 μg·g－1，124.67 μg·g－1，比 对 照 高 出147.60%，93.65%，163.19%。与单一处理相比，Cd、Pb 复合处理下得到的Pro 含量均高于所有单一处理。由此可见，Cd、Pb 复合处理使花叶冷水花叶片Pro 的积累量进一步增大，具有协同促进作用。

2.4 Cd、Pb 单一及其复合处理对花叶冷水花叶片MDA 含量的影响

由图4可知花叶冷水花在Cd、Pb 单一及其复合处理下，叶片MDA 的含量均随着处理浓度的加大而上升。在Cd 单一处理各水平下，测得的值比对 照 依次 高 出 14.13%，23.79%，22.68%，29.88%，45.03%;Pb 单一处理各水平下，比对照依次高出5.59%，9.34%，17.52%，31.77%，65.45%;Cd-Pb 复合处理各水平下，依次高出22.84%，43.46%，40.82%，59.47%，67.50%。可见复合处理较单一处理加重了植物叶片MDA 的积累。

图4 Cd、Pb 单一及其复合处理对花叶冷水花叶片MDA含量的影响Fig.4 The effect of single and combined treatment of Cd or Pb on the content of MDA in leaves of Pilea cadierei

3 结论与讨论

在Cd、Pb 单一处理和低浓度的Cd-Pb 复合处理时，花叶冷水花叶片SOD 活性均产生了不同程度的激活效应，这可能是因为SOD 作为一种诱导酶，在重金属逆境条件下，植物体内O2－含量一定程度的增加能诱导酶活性的上升，保持植物体清除自由基的正常功能，SOD 活性的提高是相应于O2－含量增加的应急解毒措施，从而使植物细胞免受毒害的调节反应［11］。而Cd-Pb 复合处理又使得SOD 活性下降，这是因为植物细胞受到两种重金属的胁迫，产生了大量的O2－，超出SOD 的能力范围，细胞受到损害，SOD 活性下降。

花叶冷水花叶片POD 活性在Cd 单一处理水平Ⅲ和Ⅳ时显著高于对照(P ＜0.05)，其他处理水平下与对照均无显著性差异。这可能是因为低浓度的Cd 处理对POD 活性没有太大的影响，高浓度的Cd处理已经超出了花叶冷水花体内抗氧化酶系统能正常发挥其功能的临界值，使得POD 活性受到抑制。在Cd-Pb 复合处理条件下，花叶冷水花叶片的POD活性都有不同程度的降低。这可能是因为复合处理下花叶冷水花体内产生的有毒物质已经超过了POD 正常的催化能力，进而导致其活性下降。可见Cd-Pb 复合处理对花叶冷水花的伤害较严重。

Pro 作为植物体内适应外界逆境环境的调节物质之一，在遇到重金属胁迫时，其含量因植物抗性能力的不同而有所不同。本试验中，花叶冷水花在Cd、Pb 单一处理下，叶片中Pro 的含量随着处理浓度的增加而逐渐上升，Cd 处理组的Pro 含量显著大于Pb 处理组。与单一处理相比较，Cd-Pb 复合处理后，Pro 含量均高于所有单一处理，表明复合处理对Pro 的积累有协同促进作用，这也是植物对重金属胁迫的一种生理适应［12，13］。

植物在衰老或逆境胁迫下，膜脂过氧化作用加强，其产物MDA 含量变化是反映逆境下植物受伤害程度的指标之一［14］。本实验中，花叶冷水花在Cd、Pb 单一及其复合处理下，叶片中MDA 的含量均随着处理浓度的加大而上升。MDA 含量不断积累，说明膜脂过氧化程度在加重，再者，复合处理时测得的MDA 值比同水平单一处理时更大，可见，复合处理加重了对花叶冷水花的毒害作用。

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