硒、铅胁迫对油菜生理生化指标的影响

巩　正，崔雪梅，王　彦，杨　杰

(湖北工程学院 生命科学技术学院, 湖北 孝感 432000)

硒、铅胁迫对油菜生理生化指标的影响

巩正，崔雪梅*，王彦，杨杰

(湖北工程学院 生命科学技术学院, 湖北 孝感 432000)

摘要：为探究在一定硒浓度下铅胁迫对油菜生长的影响，将油菜幼苗土培至壮苗后，移至水培环境，加硒条件下设定5种不同浓度的铅胁迫油菜，处理结束后测定油菜幼叶叶绿素、游离脯氨酸、丙二醛含量、根长、株高、生物量6项指标。结果表明： 在供硒条件下随着铅浓度的增大，油菜根长及生物量变量呈降低趋势。苗长增长量先降低后增加，说明铅胁迫对油菜根系生长影响最大，继而影响生物量。叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量及光能利用率先降低再增加。游离脯氨酸、丙二醛含量呈先下降后逐渐上升的趋势，当铅浓度达到20 mg/L时，脯氨酸及丙二醛含量均达到最低点。可见当铅浓度低于20 mg/L时，铅与硒呈现协同作用，当浓度大于20 mg/L时，铅与硒呈现出拮抗作用，适当的硒肥有利于抑制土壤中铅对油菜的迫害。

关键词：供硒；铅胁迫；生理生化指标；油菜幼苗

铅是造成土壤污染的“五毒”重金属元素之一[1]。随着工农业的发展和汽车尾气的大量排放，铅通过大气沉降、污水灌溉等方式进入土壤并在土壤中富集，植物通过根系和叶片等吸收后，不但会对植物的生长发育、产量、品质产生影响，还会通过食物链进入人体。肖承坤研究发现，铅几乎对人体的所有器官都能造成危害[2]。而杨文玲等人研究发现，在小麦生长过程中，铅胁迫导致小麦苗中的3种抗氧化酶(CAT、POD、SOD)活性明显升高，从而形成多种防御机制来抵御铅胁迫的危害[3]。

油菜是国产食用植物油的主要来源，在我国的种植面积和产量均处于世界首位，因此，研究铅胁迫对油菜生理机制的影响具有非常重要的意义。

1材料与方法

1.1试验材料

本实验采用的油菜品种为油霸旺，2011至2013年期间实验表明，平均每亩产298.78 kg(高产栽培可达300 kg以上)，比对照增产10.92%，经鉴定抗倒伏性和抗病性均较强。

1.2试验设计

利用浮选法挑选颗粒饱满、大小均匀油菜种子，经消毒处理后洗净，将充分吸水后的种子均匀放在铺有两层湿润滤纸的培养皿中，置于(25 ±2) ℃恒温的SPX-250BSH-Ⅱ生化培养箱中培养3天，培养期间每天补充两次蒸馏水。催芽3天后将种子播于装有等量沙土的塑料盆中继续培养，期间每天浇两次1∶2霍格兰营养液，待幼苗长出3～4片子叶、根系发达时，将幼苗七棵为一组测量株高、根长及生物量之后移至装有霍格兰营养液的塑料碗器皿，用泡沫固定幼苗，防止倒伏。营养液每3天更换一次，每天对幼苗曝气10 min。待幼苗在水培营养液中适应7天后，分别向各组油菜幼苗中加入铅溶液进行胁迫实验。所用胁迫铅溶液由乙酸铅配制，分别配制0 mg/L、10 mg/L、20 mg/L、40 mg/L、60 mg/L的浓度梯度，供硒浓度选择为0.5 μg/mL。胁迫10天左右开始测定幼苗的各项生理生化指标。

1.3测定方法

1.3.1根长、株高及生物量的测定

胁迫处理结束后，用刻度尺测量铅胁迫前后各组幼苗的根长、株高及生物量。前后测量值之差即为供硒条件下铅胁迫幼苗根长、株高、生物量的变化量。

1.3.2叶绿素含量的测定

根据叶绿素提取液对可见光谱的吸收，利用分光光度计在某一特定波长下测定其吸光度，即可用公式计算出提取液中各色素的含量。高等植物中叶绿素a、叶绿素b的比值可以反映植物对光能利用效率的大小，比值高则大，比值低则小。在测定叶绿素a、b时，为了排除类胡萝卜素的干扰，所用单色光的波长选择在663 nm和645 nm处(分别是叶绿素a、b在红光区的吸收峰)。

叶绿素a(mg/g)=(12.71A663-

2.59A645)V/(1000*W)

叶绿素b(mg/g)=(22.88A645-

4.67A663)V/(1000*W)

叶绿素总浓度(mg/g)=(8.04A663+

20.29A645)V/(1000*W)

光能利用效率=叶绿素a/叶绿素b

式中：V表示提取液总体积,W表示叶片质量。

1.3.3游离脯氨酸含量的测定

采用磺基水杨酸提取油菜样品，脯氨酸便游离于磺基水杨酸溶液中。加入酸性茚三酮并加热处理，待生成稳定的红色化合物后加入甲苯，色素全部转移至甲苯中，则色素的深浅表示脯氨酸含量的高低。用分光光度计在520 nm波长下测定吸光度，绘制标准曲线，即可查出脯氨酸的含量。

取6支试管，在依次编好号的试管中每管加入2 mL冰醋酸和3%磺基水杨酸以及4 mL 2.5%酸性茚三酮，在编号0、1、2、3、4、5号试管中依次加入10 μg/mL脯氨酸标准液0 mL、0.2 mL、0.4 mL、0.6 mL、0.8 mL、1 mL，并用蒸馏水定容至10 mL，得到的脯氨酸标准曲线数据如表1所示，对应的游离脯氨酸标准曲线如图1所示。

表1　脯氨酸标准曲线数据

图1　游离脯氨酸标准曲线

1.3.4丙二醛 (MDA)含量的测定

当植物器官衰老或受到逆境胁迫时，其组织或器官膜脂质发生过氧化反应就会产生丙二醛。因此，植物组织中丙二醛含量与其衰老及逆境胁迫有密切关系。称取植物样品0.2～0.3 g，准确加10%的三氯乙酸2mL及少量二氧化硅，研磨至匀浆，继续加8mL三氯乙酸研磨，匀浆后转入离心管，设置离心机4 000 r/min，离心10 min后，取5 mL上清液加0.6%硫代巴比妥酸5 mL，混合后在100 ℃水浴锅上煮沸30 min，迅速冷却后再离心一次。用分光光度计分别在450 nm、532 nm和600 nm处测定上清液的吸光值。

丙二醛质量摩尔浓度(nmol/g)=(A532-A600)*Vz*V1/(0.155*W*V2)

式中：Vz表示反应液总量(4 mL)，V1表示提取液体积(10 mL)，V2表示测定用用提取液量(2 mL)，W表示取叶鲜重(g)，常数0.155为MDA的消光系数。

2实验结果与分析

2.1在供硒条件下不同浓度铅胁迫对油菜幼苗生物量、根长、株高的影响

挑选大小均匀的土培油菜壮苗转入水培适应一周，测量胁迫前生物量、根长、株高，再用含硒0.5 μg/mL不同铅浓度胁迫处理10天，测量各组幼苗生物量、根长、株高，胁迫前后变化结果如表2所示。

表2　不同浓度铅胁迫下油菜幼苗生物量、根长、株高变量

从表2中可以看出，在供硒0.5 mg/L的条件下，随着铅浓度的增大，油菜根长增长量明显降低，生物量变量也呈降低趋势。但苗长增长量先降低后增加，到铅浓度为60 mg/L时达到最大值，比对照增加了一倍。表明铅胁迫对油菜根系生长影响最大，继而影响油菜的生物量。

2.2供硒条件下不同浓度铅胁迫对油菜幼苗叶绿素含量的影响

不同浓度铅处理后测得植物叶绿素含量见表3。

表3　不同浓度铅胁迫下油菜幼苗叶绿素含量

从表3中可以看出：铅胁迫使叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量先降低再增加，当铅的浓度为20 mg/L时，供硒条件下各类叶绿素含量在不同铅浓度下的差异不大。植物体内叶绿素含量的降低是重金属对植物毒害作用的普遍现象，硒与铅产生了一定程度的拮抗作用，硒可以增加叶绿素含量、修复受损的叶绿体，可以在一定程度上缓解重金属对植物的胁迫作用[4]。

2.3供硒条件下不同浓度铅胁迫对油菜幼苗游离脯氨酸含量的影响

研究发现，供硒条件下不同铅浓度对油菜幼苗中游离脯氨酸含量具有一定的影响，结果如图2所示。

图2　不同铅浓度胁迫下油菜幼苗脯氨酸含量

在逆境胁迫条件下，植物体内脯氨酸会大量积累，其含量会随着胁迫时间的延长而增加。因此，物体内游离脯氨酸含量是植物对逆境胁迫的一种生理生化反应的表现[5]。从图2中可以看出，供硒条件下油菜幼苗中游离脯氨酸含量呈先下降后逐渐上升的趋势，当铅胁迫浓度达到20 mg/L时脯氨酸含量达到最低点。当铅浓度低于20 mg/L时油菜幼苗中脯氨酸含量逐渐降低，植株正常代谢受到影响。当铅浓度达到一定浓度值时，植株再次体现抗逆性，游离脯氨酸含量逐渐上升。原因可能是硒缓解了重金属的胁迫。

2.4供硒条件下铅胁迫对油菜幼苗丙二醛含量的影响

供硒条件下铅胁迫浓度对油菜幼苗中丙二醛含量影响如图3所示。

图3　不同铅浓度处理的油菜幼苗丙二醛含量

由图3可以看出，在供硒条件下丙二醛含量很高，说明高浓度的硒促进了丙二醛的生成[6]。但随铅浓度增加，丙二醛含量逐渐降低，当浓度大于20 mg/L时，丙二醛含量再次升高，说明在硒溶液一定的条件下，铅溶液浓度小于20 mg/L时表现出拮抗作用，当铅溶液浓度高于20 mg/L时表现出协同作用。

3讨论

实验结果表明，在供硒0.5 mg/L的条件下随着铅浓度的增大，油菜根长增长量明显降低，生物量变量也呈降低趋势。但苗长增长量先降低后增加，说明铅胁迫对油菜根系生长影响最大，继而影响油菜的生物量。王艳等人在铅胁迫油菜实验时也得出外源铅的使用量增加，植株鲜重总体积呈现下降趋势[7]，与本文研究观察的结果相似。供硒条件下铅胁迫导致幼苗叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量及光能利用率先降低再增加，结果表明植物体内叶绿素含量的降低是重金属对植物毒害作用的普遍现象。当铅的浓度为20 mg/L时，供硒条件下各类叶绿素含量跟对照差异不大，硒与铅产生了一定程度的拮抗作用。袁思莉等人研究硒缓解植物重金属胁迫累计实验结果表明硒可以增加叶绿素含量、修复受损的叶绿体，能够在一定程度上缓解重金属对植物的胁迫作用[4]。供硒条件下，油菜幼苗中游离脯氨酸含量呈先下降后逐渐上升的趋势，当铅胁迫浓度达到20 mg/L时脯氨酸含量达到最低点，此后随着浓度增大，游离脯氨酸含量逐渐上升，原因在于硒缓解了重金属的胁迫，与袁思莉等已有研究表明硒可以缓解植物体内重金属的胁迫的结果一致；当铅浓度为0 mg/g时，丙二醛含量很高，说明高浓度的硒促进了丙二醛的生成，随着铅浓度的增加，丙二醛含量降低，浓度到达20 mg/L时，丙二醛含量最低。此后随着铅浓度增加丙二醛含量增加，说明铅溶液浓度小于20 mg/L时，体现出拮抗作用，而当铅溶液浓度高于20 mg/L时，体现出协同作用。

[参考文献]

[1]赵钢,邹亮,彭镰心,等.铅胁迫对苦荞生理特性的影响[J].江苏农业科学,2012,40(7):98-99.

[2]肖承坤.我国铅污染现状分析[C]//全国铅污染监测与控制治理技术交流研讨会, 2007:159-161.

[3]杨文玲,巩涛,刘莹莹,等.铅铬胁迫对小麦幼苗抗氧化酶活性和丙二醛含量的影响[J].中国农学通报,2015,31(6):45-50.

[4]袁思莉,余垚,万亚男,等.硒缓解植物重金属胁迫和累积的机制[J].农业资源与环境学报,2014,6:545-550.

[5]Smirnoff N．The role of active oxygen in the response of plants to water deficit and desiccation[J].New Phytologist,1993,125(1):27-58.

[6]张驰,吴永尧,彭振坤,等.硒对油菜苗期脯氨酸和丙二醛含量的影响[J].湖北农业科学,2003(2):45-47.

[7]王艳,王金达,刘汝海,等.土壤铅的浓度与油菜生长相互影响的研究[J].农业环境科学学报，2004,23(1):47-50.

(责任编辑：张凯兵)

Influence of Selenium and Lead on Physiological and Biochemical Indexes of Rape

Kong Zheng,Cui Xuemei*,Wang Yan,Yang Jie

(SchoolofLifeScienceandTechnology,HubeiEngineeringUniversity,Xiaogan,Hubei432000,China)

Abstract：To explore the effects of lead stress on the growth of rape in a certain concentration of selenium, the researchers cultivated the rape seedling to the strong sprout in soil, then moved it to water culture environment, and set five different concentrations of lead in the conditions of selenium. Then they measured the 6 indicators: rape leaf chlorophyll, free proline, malondialdehyde (MDA) content, root length, plant height and biomass. The results showed that the lead concentration increased in the conditions of selenium, while the root length and biomass decreased. The length of seedling growth first decreased and then increased, indicating that the lead stress had the greatest influence on the rape root growth, and affected the biomass. The indicators of Chlorophyll a, chlorophyll b, total chlorophyll, light energy utilization, free proline and MDA content first decreased and then increased too. When the lead concentration reached 20 mg/L, the content of proline and MDA reached the minimum value. Hence the lead and selenium showed synergistic effect when the lead concentration was lower than 20 mg/L, while the lead and selenium showed antagonistic effects when the concentration was higher than 20 mg/L. Therefore appropriate selenium fertilizer can be helpful to suppress the persecution of the lead to rape in soil.

Key Words：selenium supply; lead stress; physiological and biochemical indexes; rape seedling

收稿日期：2016-02-28

基金项目：湖北省教育厅中青年人才项目(Q20152702)

作者简介：巩正(1995-)，男，甘肃天水人，湖北工程学院生命科学技术学院学生。

中图分类号：S565.4

文献标志码：A

文章编号：2095-4824(2016)03-0051-04

崔雪梅(1979-)，女，云南宣威人，湖北工程学院生命科学技术学院副教授，硕士，本文通信作者。