铅离子对核桃幼苗细胞膜透性的影响

谭本会 李虹

摘   要   采用盆栽试验，设置不同铅离子污染浓度（100， 500， 1 000， 1 500， 2 000 mg·kg-1）的土壤作为培养基质，研究铅离子对核桃一年生幼苗叶片细胞膜透性的影响。结果表明：随着土壤中铅离子浓度的增加，核桃幼苗叶片中细胞膜的相对电导率、丙二醛及脯氨酸含量都呈现出逐渐升高的趋势，表明膜透性增大，植株受到一定程度的伤害;但与对照组比较差异不显著，说明核桃幼苗对铅离子胁迫具有抗逆性。

关键词   核桃;铅离子;丙二醛;脯氨酸;电导率;抗逆性

中图分类号：S723.9;Q945.78    文献标志码：A    DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.34.011

重金属铅作为土壤的主要污染源之一，当在土壤中积累过多时，植物通过吸收使自身的代谢发生紊乱，严重者会导致植株死亡。植物的根、茎、叶对土壤中铅离子有一定的吸收、转化和降解作用，从而使积累的污染物不会在短期内降解到环境中[1]。铅离子污染使土壤的生产力下降，使得农作物收成降低，减少种植收入，且铅离子污染最终通过食物链严重危害人类健康[2]。因此，研究铅离子对植物生长发育的影响具有重要意义。

核桃（Juglans regia L.）是世界上重要的坚果类果树和木本油料树种，果实含有黄酮、总酚、维生素E、多不饱和脂肪酸和褪黑素等多种成分，营养丰富[3];是一种集蛋白质、脂肪、纤维素、维生素等营养要素于一身的优良干果类食品，栽培的经济价值高。核桃还具有一定的药用价值[4]。核桃壳和花生壳作为生态友好材料，按照一定比例投放入轻度铅污染的土壤中，对土壤修复效果比较理想[5]。此外，核桃作为化感植物，在作物增产及病虫害防治等方面有着重要的作用[6]。

贵州省毕节市的赫章、威宁等县区由于土法炼锌等落后的生产工艺导致目前仍有大量的矿山迹地存在。研究铅离子对核桃幼苗生长过程中细胞膜透性的影响有助于进一步揭示核桃生长过程中对重金属的富集机理，为探索经果林树种在矿山迹地植被恢复中的利用提供理论依据，有利于核桃的规范化种植，从而加快毕节市核桃产业的发展。重金属铅离子对植物生理效应及生物学性状影响方面的研究较多，但主要集中于农作物和部分草本植物，对木本植物的研究相对较少[7]，有关铅离子对核桃幼苗细胞膜透性影响的研究目前未见报道。

1 材料与方法

1.1 供试苗木的选择

本试验供试的核桃幼苗为毕节市种苗站提供的一年生核桃实生苗。

1.2 铅离子胁迫处理

选用直径30 cm、高28 cm的花盆为试验栽培盆，使用无污染充分混匀的土壤作为试验盆栽的基质，每盆装无污染土9 kg（干重），下垫塑料托盘，将供试核桃幼苗除去根系原土后移植入盆，每盆栽植1株幼苗。移植后将试验盆放于正常通风、光照的地方，并进行常规浇水管理，待苗木恢复生长2个月后，选取个体、健康状况基本一致的苗木进行铅离子处理。铅离子处理是以Pb（CH3COO）2·3H2O水溶液的形式加入到基质中，形成铅离子浓度（以风干基质中含纯铅离子重量计）为100， 500， 1 000， 1 500， 2 000 mg·kg-1的污染土壤，另设不添加污染物的基质作为对照，每个处理浓度设置3个重复。所有的处理及处理后核桃幼苗的生长都在大棚内进行，保证每次都使用等量的水进行浇灌。处理90 d后随机取叶测定丙二醛、脯氨酸含量及相对电导率的变化。

1.3 相对电导率测定

随机抽取核桃幼苗叶片，每份称取0.2 g放入50 mL小烧杯中，加入蒸馏水20 mL，烧杯口用保鲜膜密封好，置于振荡锅内振荡（25 ℃，120 r·min-1）30 min后，室温下静置30 min，用DDS211A型电导仪测定每一个小烧杯中溶液的电导值，记录数据（R1）。测定之后，再一次用保鲜膜密封好小烧杯，并将其放入100 ℃的水浴锅中煮10 min，取出各个小烧杯并将其冷却至室温，测定各烧杯中溶液的电导值，记录数据（R2）。

按公式：相对电导率（%）= R1/R2×100%，计算核桃叶片的相对电导率[8]。

1.4 丙二醛（MDA）含量测定

采用二硫代巴比妥酸显色法[9]。随机抽取每一株核桃苗上的幼叶1片，用自来水、蒸馏水冲洗后，称取0.5 g叶片于研钵中，加入5 mL 5%的三氯乙酸于研钵中，将研磨后的匀浆离心（4 ℃，3 000 r·min-1）10 min。离心后取上清液2 mL于带塞的试管中，同时加入2 mL 10%的三氯乙酸（含0.5%硫代巴比妥酸），将试管置于100 ℃水浴中煮沸30 min，冷卻后离心，取上清液于450， 532， 600 nm波长下测定吸光度值。按公式：C=6.45（OD532-OD600）-0.56×OD450计算丙二醛的含量[10]，式中C为MDA浓度，单位μmol·L-1。

1.5 脯氨酸含量测定

脯氨酸含量测定采用茚三酮法[10]。随机抽取每一株核桃苗上的幼叶1片，用自来水、蒸馏水冲洗，烘干后研磨成粉末状，称取0.1 g叶片粉末于10 mL刻度试管中，加入80%的乙醇定容后置于80 ℃的水浴中提取20 min，加入一勺人造沸石和少量活性炭，塞上试管塞并放入振荡锅中强烈振荡5 min，滤液备用。取提取液2 mL，以2 mL 80%乙醇作对照，加入2 mL冰醋酸和2 mL茚三酮试剂，于100 ℃水浴锅中加热15 min，冷却后于520 nm波长测定光密度值，根据标准曲线（见图1）计算脯氨酸的含量。

2 结果与分析

2.1 铅离子对核桃幼苗叶片相对电导率的影响

植物细胞膜的功能之一是调节和控制细胞内外物质的交换。当植物受到低温、高温、干旱或重金属污染等不利环境伤害时，其细胞膜的选择透过性将受到一定程度的影响。表现在污染物与细胞膜上的某些成分发生一定反应，使得成分的结构发生了变化，最终导致膜系统的破坏、膜功能的改变。细胞膜的选择透过性被改变，细胞内的可溶性物质，如盐类、有机酸等进入到外界环境介质中，人为环境介质为蒸馏水，外渗液中的物质增加了外界环境蒸馏水的浓度，表现为蒸馏水的导电性增加。由表1可见，随培养基质中铅离子浓度增加，核桃幼苗叶片的相对电导率逐渐加大;但由表2的方差分析结果可见，处理组与对照组比较差异不显著（P>0.05）。表明核桃幼苗对重金属污染物有一定的吸收、净化能力。

2.2 铅离子对核桃幼苗叶片丙二醛（MDA）含量的影响

植物在干旱及各种污染的条件下，细胞膜上会发生膜脂过氧化作用。丙二醛作为细胞膜脂的过氧化产物之一，植物积累丙二醛浓度越高，表明膜脂过氧化程度和膜系统受伤害程度越大，所以丙二醛含量的变化可作为检测不利条件下植物细胞膜系统受损害程度的指标。由表3可见，随培养基质中铅离子浓度增加，核桃幼苗叶片中丙二醛的含量逐渐增加;但由表4的方差分析结果可见，处理组与对照组比较差异不显著（P>0.05）。表明这个处理浓度范围（100～1 500 mg·kg-1土壤）之内，推测核桃幼苗细胞膜可以通过积累一定量的丙二醛，保持其渗透调节。

2.3 铅离子对核桃幼苗叶片脯氨酸含量的影响

植物蛋白的组成部分之一为脯氨酸，脯氨酸在自由状态下广泛存在于植物体内。脯氨酸作为一种植物渗透剂膜和酶保护物质，如果植物体内积累较多脯氨酸，表明植物的抗逆性强[7]。由表5可知，随着培养基质中铅离子浓度的增加，核桃幼苗叶片中脯氨酸含量表现出增加趋势;但由表6的方差分析结果可见，处理组与对照组比较差异不显著（P>0.05）。表明在这个处理浓度范围（100～1 500 mg·kg-1土壤）之内，核桃幼苗能够积累游离脯氨酸以保持渗透作用。

3 讨论

细胞膜能够调节和控制细胞内外物质的交流，當植物处于各种不利环境条件下时，细胞膜作为细胞的第一防线，将首先接到刺激和受到破坏，从而导致细胞膜的选择透过性发生改变或者丧失，引起植物生理代谢的紊乱，严重时还会导致细胞的解体和死亡。相对电导率、丙二醛含量、脯氨酸含量的变化是细胞膜受伤害的重要生理指标，因此可以通过测定其含量的变化，来检测细胞膜受伤害的程度。在本试验所设定的土壤铅离子浓度范围（100～1 500 mg·kg-1）之内，随着培养基质中铅离子浓度的增加，核桃幼苗叶片丙二醛、脯氨酸含量及细胞膜的相对电导率都逐渐升高，表明膜透性增大，植株受到一定程度的伤害;但与对照组比较，差异不显著，说明在该浓度范围内，核桃幼苗的生长受影响不大，反映出核桃幼苗对铅离子具有较强的抗逆性。

参考文献：

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[10] 张宪政.作物生理研究法[M].北京：农业出版社，1992：45.