铅胁迫对白芨苗生理特性的影响

赵淑玲，陈 强，王让军，黄兆辉，王一峰，周详云

(1.陇南师范高等专科学校 生化系,甘肃 成县 742500; 2.陇南特色农业生物资源研究开发中心,甘肃 成县 742500; 3.文县禾康有限公司,甘肃 文县 746400)

铅胁迫对白芨苗生理特性的影响

赵淑玲1,2，陈 强1,2，王让军1,2，黄兆辉1,2，王一峰1,2，周详云3

(1.陇南师范高等专科学校 生化系,甘肃 成县 742500; 2.陇南特色农业生物资源研究开发中心,甘肃 成县 742500; 3.文县禾康有限公司,甘肃 文县 746400)

用白芨苗为材料，研究不同体积分数Pb2+溶液(12.5、25、50、100 mg/L)对白芨苗生理活性的影响.结果：随Pb2+体积分数的增加，白芨苗叶片中脯氨酸(Pro)含量呈上升趋势，叶绿素和类胡箩卜素含量总体下降，过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)活性先上升后下降，表明白芨苗对一定体积分数(0～50 mg/L)的铅胁迫有一定的抗逆性.

铅胁迫； 白芨；脯氨酸；叶绿素；类胡萝卜素;CAT；POD；SOD

铅是常见的重金属之一[1]，自然环境中的铅含量并不是很高，但铅及含铅制品在日常生活中用途很广，如在矿物开采、添加剂、蓄电池制作、工业冶炼、建筑材料等方面有大量的应用[2].铅不是人体和植物的必需矿质元素，但铅一旦进入到植物体内，有一定的累积性[3]，大量的铅被植物吸收后会对植物产生毒害，植物的新陈代谢受到阻碍，严重时导致植物死亡[4].铅在环境中不易被分解，能随食物链进入到人体，使人体的神经系统功能、血红素的合成以及消化泌尿系统等都会受到危害，导致贫血、智力下降、记忆力减退、免疫力低下等疾病[2]，铅被认为是儿童健康的的头号杀手，铅中毒事件屡有发生.据2002年资料报道，我国的广州、太原、兰州等地的工业园区、交通干线附近聚集区血铅含量均超过100 μg/L(目前国内外的标准：血铅含量≥100 μg/L可视为铅中毒)，全国大约有42.2%的城乡儿童血铅水平处于亚临床中毒状态[5]，近年来，随公民科学素养的提高和环境治理的进步，铅中毒现象呈下降趋势[6-7].

白芨(Bletillastriata)，植株高18～60 cm.假鳞茎扁球形，上面具荸荠似的环带，叶片4～6枚，狭长圆形或披针形，叶基部收狭成鞘并抱茎.花序具3～10朵花，花大，紫红色或粉红色；花期4～5月，产陕西南部、甘肃东南部等地[8].白芨体内有多种化学成分：联苄类、菲类、糖苷类[9]、甾体化合物、葡萄糖、淀粉、挥发性油、甘露聚糖、花色素等[10].白芨是中国的传统中药材，清《神农本草经》[11]就有记载，民间常用于止血、抗菌等.近年来，通过大量的动物、人体等的各种病理试验，试验显示，白芨的有效成分在止血、促进伤口愈合、抗肿瘤(食道癌、胃癌、肾脏肿瘤、宫颈癌、肝癌)、抗衰老、提高免疫系统等方面有其一定的效果[12-14].

白芨因其具有较高的药用和观赏价值，日益受到关注.近年来，社会对白芨的需求逐年增加，但自然界生长的白芨数量有限，人类的大肆采收、挖掘造成白芨野生资源日益减少，白芨已被列入国家濒危中药材之一[15].白芨种子繁殖能力较弱，对生长环境要求高，限制了白芨的人工栽培，目前市场上主要以野生白芨为主，尚没有大规模的人工栽培[16]，其繁育植株依赖于植物组织培养.本试验以白芨组培苗为材料，采用水培的方法，用Pb2+溶液处理，观察白芨苗的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)等生理指标的变化，试图为白芨在不同环境下人工栽培提供一定的理论支持.

1 试验材料与方法

1.1材料

白芨苗由甘肃文县禾康有限公司提供.

1.2方法

1.2.1 试验设计 将生长4个月的白芨组培苗从瓶中取出，挑选生长较为一致的苗子，洗净根部，定植在专用海绵上，置于含1/8 Hongland溶液的容器中，培养15 d，待白芨苗生长稳定后，选取3叶1心的苗子，分别用1/8 Hongland配制的[17]含Pb2+体积分数为12.5、25、50、100 mg/L的溶液进行处理，每一处理做3个重复，每天视情况补充相应浓度的Pb2+溶液，以1/8 Hongland溶液处理为对照.白芨苗放置在陇南师范高等专科学校智能温室中，培养条件为：光照12 h/d、平均温度20 ℃、湿度70% RH、光照强度36 μmol·m-2·s-1、CO2摩尔浓度27 mmol.培养7 d后测定SOD、CAT、POD、Pro等生理指标.

图1 白芨苗叶绿素及类胡萝卜素含量(FW)Fig.1 Content of cholorophy ll and carotenoid of Bletilla striata

1.2.2 生理指标测定 叶绿素含量、SOD、POD、脯氨酸(Pro)测定参照王学奎方法[18]；SOD用NBT还原法；CAT测定参照张志良方法[19].实验数据用SPSS 18处理，用Origin 8软件做图.

2 结果与分析

2.1 Pb2+胁迫对白芨苗叶绿素含量的影响

图2 白芨苗体内POD、SOD 、CAT活性影响Fig.2 Effects of different concentrations of Pb2+ on POD、SOD and CAT activities of Bletilla striata

叶绿素和类胡萝卜素是高等植物的光合色素.在Pb2+胁迫试验中，Pb2+溶液的体积分数为25 mg/L时，叶绿素总量、类胡萝卜素均高于对照组，随后下降，但总体呈下降趋势，如图1.可能是在一定的范围的重金属铅胁迫下，白芨苗激活了植物体内的防御机制来减轻外来胁迫的伤害作用，但当重金属的体积分数持续增加，超过白芨苗的阈值时，其防御功能逐渐降低，光合色素合成减少[20].类胡萝卜素在Pb2+体积分数为25 mg/L时最高，与对照组相比，总体值变化幅度不大(Pgt;0.05).推测，白芨苗体内类胡萝卜素对Pb2+的胁迫反应较为迟缓.

2.2 Pb2+胁迫对白芨苗SOD、POD、CAT活性的影响

由图2可知， POD、SOD、CAT的活性随Pb2+体积分数的增加，其活性先升高再降低，POD、SOD的活性在Pb2+在体积分数为12.5 mg/L、CAT的活性分别在Pb2+在体积分数为25 mg/L时达到最高，分别是对照组133%、137%和214%，总体来看，Pb2+在体积分数为在0～100 mg/L范围内，POD、SOD、CAT活性先上升后下降.表明，白芨苗遭受外来Pb2+胁迫时，在较低体积分数的铅胁迫时，植物通过调节、激活体内抗氧化酶系统的活性对逆境产生一定的抵御行为[21].

2.3 Pb2+胁迫对白芨苗Pro含量的影响

Pro是植物细胞的渗透调节物质，其含量的高低能反映植物受胁迫的程度.由图3可知，白芨苗体内的Pro含量随Pb2+体积分数增加先升高后下降，总体呈上升趋势.在Pb2+体积分数50 mg/L时,Pro含量达到最高，是对照组的201.2%，与对照相比较，差异显著(Plt;0.05).

图3 白芨苗Pro含量(FW)Fig.3 Pro content of Bletilla striata

3 讨论

试验中，分别用不同体积分数的Pb2+胁迫白芨苗，发现，随Pb2+胁迫体积分数的增高，白芨苗体内的叶绿素含量、类胡萝卜素的含量均先升高，其中叶绿素含量在Pb2+体积分数为25 mg/L时达到最高值，变化较明显，类胡萝卜素在Pb2+体积分数为25 mg/L时最高，与对照组相比，变化不大.总体来看，在外来重金属Pb2+胁迫下，叶绿素及类胡萝卜素含量下降.研究表明，植物的根系对铅离子有吸收能力，铅离子能随矿质的运输从根到达植物体的茎、叶等器官，铅胁迫对植物的生长影响较大，铅胁迫在较低的体积分数时，对植物的生长有一定的促进作用，但当铅体积分数持续增大时，植物的光合效率、强度等均下降[22].推测，植物的叶绿素、类胡萝卜素的在较低体积分数的Pb2+胁迫范围内(Pb2+≤25 mg/L)，对白芨苗的生长有促进作用，但在重金属持续胁迫下，铅离子胁迫会使植物叶绿体会发生一系列的变化，叶绿体膜系统遭到破环[23]，阻碍叶绿体的合成[24]，同时，当有较大体积分数Pb2+胁迫植物时，Pb2+能与DNA分子中的磷酸根络合，导致DNA分子构象发生变化[25]，叶绿体有自身的DNA，是半自主性细胞器，DNA的构象变化，必然会对其合成产生影响，叶绿体数量减少，对植物正常的生长、发育造成阻碍.

Pro是植物体内很重要的渗透调节物，当植物受到外界不良环境如高温、干旱、冷冻害、重金属胁迫时，其含量往往升高.邱念伟[26]试验发现，当植物遭受高盐胁迫时，添加100～800 mmol的Pro能显著保护光合作用的光系统Ⅱ(PSⅡ)，Pro对植物的光合作用系统有一定的积极作用.在本试验中， Pb2+体积分数在0～50 mg/L范围内，Pro含量升高， Pb2+体积分数超过50 mg/L 时，Pro开始下降.推测，在较低体积分数的铅胁迫范围内，Pro的积累对植物起到保护作用，白芨苗对较低体积分数Pb2+的有一定的抗性.

POD、SOD 、CAT是植物体内的重要抗氧化系统.植物体内的活性氧(ROS)主要有过氧化氢(H2O2)、单线态氧(1O2)、羟自由基(·OH)、超氧阴离子(O2-)自由基等.正常情况下，植物体活性氧的产生和清除处于一个动态平衡状态[27]，当植物遭受外来胁迫时，这种平衡被打破，ROS不能及时清除，ROS不稳定，积累过多时，攻击细胞膜结构，对生物膜系统造成脱脂化及细胞膜的伤害[28]；导致植物体内环境发生改变，使酶活性发生变化如降低、失活等，还会造成核酸损伤[29].

在本试验中，白芨苗叶绿素、SOD 、POD活性在0～25 mg/L、CAT活性在0～50 mg/L浓度范围内，其活性和含量均上升，与彭诚[30]、赵淑玲等[31]研究结果相同.推测，白芨苗对一定的体积分数Pb2+胁迫时，植物体内的抗ROS系统、渗透调节渗透机制先后积极应对，以抵御外界不良环境，使白芨苗有一定的抗逆性，但当胁迫加强，植物体的酶系统、膜系统遭到破坏，光合作用能力下降，过氧化氢(H2O2)、单线态氧(1O2)、羟自由基(·OH)、超氧阴离子(O2-)等大量积累，最终导致植物代谢紊乱，阻碍植物的生长[30].

综合以上生理指标的测定，可以看出，白芨苗对Pb2+体积分数0～50 mg/L的胁迫时表现出一定的抗逆性，Pb2+体积分数超过50 mg/L时，植物的代谢活动受到阻碍，植物生理活动不能正常进行.

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责任编辑：高山

EffectofPb2+StressonPhysiologicalandBiochemicalCharacteristicsofBletillastriata

ZHAO Shuling1,2,CHEN Qiang1,2,WANG Rangjun1,2,HUANG Zhaohui1,2，WANG Yifeng1,2，ZHOU Xiangyun3

(1.Department of biology and chemistry,Longnan teachers’ college,Chengxian 742500,China；2.Center for Research amp; Development of Longnan Characteristic Agro-Bioresource，Chengxian 742500,China；3.Wenxian Grain co.,LTD,Wenxian 746400,China)

TakingBletillastriataseedlings as materials,we studied the effect of on the physiological and biochemical activity of Pb2+of different volume fractions(12.5,25,50 and 100 mg/ L)on theBletillastriataseedlings.The result showed that with the increase of Pb2+volume fraction,the content of Proline(Pro)increased and the contents of chlorophyll and carotenoid decreased.The activity of superoxide dismutase(SOD),catalase(CAT)and peroxidase(POD)tended to increase firstly and then decrease with the increase of Pb2+volume fraction.It indicated that theBletillastriataseedling is resistant to Pb2+stress in a certain volume fraction(0～50 mg/L).

Pb2+stress;Bletillastriata;Proline;chlorophyll;carotenoid;CAT;POD;SOD

2017-08-23.

陇南市科技局科技指导性项目(2016-18)；甘肃省委组织部陇原青年创新人才扶持计划(2015-13).

赵淑玲(1968-)，女，硕士，副教授，主要从事植物生理的研究.

1008-8423(2017)04-0379-04

10.13501/j.cnki.42-1569/n.2017.12.005

S643.4

A