重金属离子胁迫对早熟禾品种润草1号生化指标的影响

赵忠涛++张丽

摘 要：用盆栽的方法，研究了不同浓度Cu2+，Zn2+，Pb2+和Cd2+对早熟禾品种“润草1号”的蛋白质含量、可溶性糖含量、超氧化物歧化酶（SOD）以及过氧化物酶（POD）的影响。结果表明， Cu2+，Zn2+对于润草1号生化指标影响不明显；而Cd2+和Pd2+则显著的降低了植物叶片的蛋白和可溶性糖含量，对植物体氧化酶系统也有较大影响。

关键词：早熟禾；重金属； 生化指标；SOD；POD

中图分类号：S-3 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20170933001

重金属不能被生物所降解，并且能够通过食物链的传递作用，在生物体内不断富集，生态危害高。因此，重金属污染土壤的修复是生态环境保护所面临的重大课题。在污染区种植耐性植物，特别是非食用性的耐性植物是较为有效的植被恢复措施。

重金属元素锌（Zn）和铜（Cu）是植物生长的必要元素，在正常生长情况下，植物对Zn2+和Cu2+的吸收主要是受代谢控制的主动吸收过程。但是当Zn2+和Cu2+超过某一数值时，就会对植物产生负作用，轻则使植物体内的代谢紊乱，生长发育受阻，重则导致植物死亡。重金属元素铅（Pb）和镉（Cd）是植物生长的非必需元素，并且环境危害极大，是常见污染物。Pb和Cd都可以在植物体中大量积累，难以被分解代谢，会对植物产生毒害。

早熟禾主要适宜于南方地区露地栽培，是我国草坪绿化常用的草坪植物之一，主要用于观赏草坪的建植，对于降低环境污染、城市绿化及美化起着非常重要的作用[1]。“润草1号”是一种新型的早熟禾品种，于2012年由江苏农林职业技术学院培育而成。“润草1号”属于低矮型草种，坪用性状优良，具有较强的耐荫、耐热性能，抗倒伏和抗病能力强。之前本实验室已对重金属对“润草1号”生理指标的影响进行了深入研究，而本研究以“润草1号”为实验材料，进行了Cu2+，Zn2+，Pb2+和Cd2+胁迫下“润草1号”生化指标的变化规律研究，为今后开发利用“润草1号”修复重金属污染土壤修复提供理论依据，为“润草1号”在城市地区的园林应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试草地早熟禾品种为“润草1号”，由江苏农林职业技术学院提供。供试土壤取自学院花房土质较好的表层土壤，Cu2+添加形式为CuSO4，分析纯；Zn2+添加形式为ZnCl2，分析纯；Pb2+添加形式为Pb（Ac）2，分析纯；Cd2+添加形式为3CdSO4·8H2O，分析纯。

1.2 试验方法

室外盆栽试验于2015年9月—2016年12月在江苏农林职业技术学院进行。供试土壤风干后过0.5 cm筛，按照1：3将草炭土和土壤混合配制，并称重5.0kg装入花盆中，以不使用重金属处理作为对照，Zn2+，Cu2+和Cd2+浓度梯度均为5mg/kg、10mg/kg、20mg/kg、50mg/kg和100mg/kg；Pb2+浓度梯度均为50mg/kg、100mg/kg、200mg/kg、500mg/kg和1000mg/kg。每个处理浓度3次重复。平衡土壤半个月。

1.3 测定方法

总蛋白含量的测定采用考马斯亮蓝法；可溶性糖含量的测定采用蒽酮法；SOD和POD的测定采用试剂盒法。

2 结果与分析

2.1 重金属胁迫下早熟禾叶片总蛋白含量的变化

叶片总蛋白含量反应了植物的生长状态，用重金属胁迫处理植株会导致叶片中蛋白含量的变化。在不同浓度的Zn2+、Cu2+，Pb2+和Cd2+溶液胁迫下，对叶片总蛋白含量的影响见图1。在Zn2+处理过程中，“润草1号”叶片总蛋白含量变化随处理浓度升高而升高；在Cu2+处理过程中，“润草1号”叶片总蛋白含量变化随处理浓度升高而先上升再降低；在Pb2+和Cd2+溶液处理过程中，“润草1号”叶片总蛋白含量变化随处理浓度升高而递减，且Cd2+处理的样品总蛋白含量降低快于Pb2+处理的样品。从这些结果看来，“润草1号”叶片总蛋白含量相对于重金属处理的敏感性依次为Zn2+

图1 重金属处理后“润草1号”叶片中总蛋白含量变化

2.2 重金属胁迫下早熟禾叶片可溶性糖含量的变化

糖是高等植物的主要代谢产物之一，在植物体内的含量和种类极其丰富。糖是植物生长发育和基因表达的重要调节因子，它不仅是能量来源和结构物质，而且在信号转导中具有类似激素的初级信使作用[2]。从图2可以看出在Zn2+处理过程中，叶片可溶性糖变化随处理浓度升高而升高；在Cu2+处理过程中，叶片可溶性糖含量变化随处理浓度升高而先上升再降低；在Pb2+和Cd2+溶液处理过程中，叶片可溶性糖变化随处理浓度升高而递减，总趋势与蛋白含量变化一致。

图2 重金属处理后早熟禾叶片中可溶性糖总量变化

2.3 重金属胁迫下“润草1号”叶片SOD的变化

植物细胞中的SOD是植物体内ROS清除系统中的一个重要的酶，参与到了超氧化物的清除过程，在抗氧化物酶类中处于重要地位。重金属胁迫可导致细胞代谢异常，诱发ROS积累从而产生氧胁迫。SOD水平的高低可以一定程度上反应植物细胞耐受氧胁迫的能力。在Zn2+胁迫下，“润草1号”叶片组织中SOD含量随Zn2+浓度的增加而先降再升，但与对照差别不大。在Cu2+和Cd2+胁迫下，“润草1号”叶片组织中SOD含量随Cu2+浓度的升高而先降再升，高浓度时再降低。在Pd2+胁迫下，“润草1号”叶片组织中SOD含量随Pd2+浓度的增加不断升高，显著高于对照。

图3 重金属处理后“润草1号”叶片SOD含量变化

2.4 重金属胁迫对“润草1号”叶片POD的影响

POD是广泛存在于植物体内的一类氧化酶，参与了活性氧的代谢过程，在植物体逆境胁迫响应过程具有重要作用。在Zn2+ 和Cu2+胁迫下，“润草1号”叶片组织中POD含量随Zn2+和Cu2+浓度的增加先升再降，但与对照差别不大。在Cd2+和Cd2+胁迫下，“润草1号”叶片组织中SOD含量随Cu2+浓度的升高而不断降低，与对照相比有显著变化。

图4 重金属处理后“润草1号”叶片POD含量变化

3 讨论与结论

之前，本研究小组对重金属处理对“润草1号”生理特性的影响进行了初期研究[3-5]。在本研究中，又对重金属胁迫对“润草1号”生化指标的影响做了进一步研究，希望从生化水平探讨重金属胁迫对早熟禾影响的机理。在本研究所设置的胁迫浓度范围内，Cu2+，Zn2+，Pb2+和Cd2+4种重金属胁迫对“润草1号”生长的影响存在差异。Zn2+处理植物对植株叶片的总蛋白和可溶性糖含量有促进性影响。Cu2+和Pb2+处理植物对植株叶片的总蛋白和可溶性糖含量影响比较类似，低浓度时有促进作用而高浓度时有抑制作用。Cd2+处理植物对植株叶片的总蛋白和可溶性糖含量的抑制作用则非常明显。

重金属处理对于“润草1号”叶片中SOD和POD含量变化影响比较显著，其中Zn2+和Cu2+处理相对来说对于叶片氧化物酶的影响比较小，说明Zn2+和Cu2+对“润草1号”影響不大。而Pb2+和Cd2+处理则会对“润草1号”SOD和POD含量造成很大变化，说明Pb2+和Cd2+胁迫能够明显抑制“润草1号”的生化活性，与之前的研究结果一致。

参考文献

[1]陈树国，李瑞华，杨秋生.观赏园艺学[M].北京：中国农业科技出版社，1991：206-224.

[2]张伟.栝楼叶片可溶性糖含量的分析比较[J].商丘师范学院学报，2012，6（28）：78-82.

[3]赵忠涛，张丽，李超.重金属离子Cu2+和Zn2+胁迫对早熟禾润草1号生理特性的影响[J].湖北农业科学，2017（2）：295-298.

[4]赵忠涛，张丽.重金属离子Pb2+胁迫对早熟禾润草1号生理特性的影响[J].科技资讯，2017（5）：113-116.

[5]张丽，赵忠涛.土壤中重金属镉污染对润草1号生理生化指标的影响[J].湖北农业科学，2016（19）：4952-4955.

作者简介：赵忠涛（1981-），男，江苏省句容市人，讲师，硕士，研究方向：生物化学和有机化学。