铈缓解紫外线与镉复合胁迫小麦幼苗的效应研究

古红梅，翟亚欣

(周口师范学院 生命科学与农学学院，河南 周口 466001)

氧化氮、氯氟烃等是由人类活动产生的，它们属于臭氧损耗物，其作用是破坏平流层的臭氧，最终导致到达地表的紫外辐射增多．据研究[1-4]，紫外辐射增多会对人类健康、动植物生长、生态系统、生物化学循环及平流层大气组成和空气质量等造成多方面的影响和危害．同时，植物的生命活动也会受到自然界其他环境因子的影响，比如镉等重金属，通过研究紫外线和其他环境因子对植物的复合效应，能在一定程度上全面评价环境变化引起的生物学效应．

铈能吸收紫外线与红外线，前人报道了稀土元素在合适浓度能促进植物生长，提高农作物产量，改善农作物、果实品质[5-8]．

笔者研究了铈对紫外线与镉胁迫下小麦幼苗叶片中生理指标的影响，旨在探索稀土铈防御紫外线辐射与镉胁迫伤害的效果，对探索防御或减轻紫外线辐射与镉胁迫对小麦幼苗损伤的新途径有一定的应用价值．

1 材料与方法

1.1 实验材料

小麦种子(周麦22)．

1.2 实验方法

1.2.1 培养小麦幼苗

挑选颗粒饱满的小麦种子，用10%的次氯酸钠浸泡20～30 min，再用无菌水冲洗后，在室温下用清水浸泡12 h，把处理好的种子均匀撒在铺有两层纱布的培养盘中，每天喷水，待长出4～6片真叶时备用．

1.2.2 配制处理液

分别称取适量的氯化铈和氯化镉，配制出4 mg/L的氯化铈溶液和100 mg/L的氯化镉溶液，保存备用．

1.2.3 各种处理设置

将培养好的小麦幼苗分为2个处理组(紫外线+镉处理组、紫外线+镉+铈处理组)和1个对照组．紫外线+镉处理组每天喷洒镉溶液和照射紫外线；紫外线+镉+铈处理组每天除了喷洒镉溶液和照射紫外线，还要喷洒CeCl3溶液；对照组每天喷洒清水和正常光照下培养．其中镉胁迫采用叶面喷洒法，每天上午8时用100 mg/L的镉溶液喷洒1次，连续喷洒5 d；紫外线胁迫按照每天用紫外线照射小麦幼苗3 h，连续照射5 d的方法进行；CeCl3溶液喷洒每天下午18时进行，连续喷洒5 d．处理完成后取同叶位叶片，完成各生理指标的测定．

1.2.4 测定生理指标

1)测定叶绿素含量.测定叶绿素含量利用分光光度法[9]，设置3个重复，最后的数据用平均值表示．

2)游离脯氨酸含量的测定.参考汤章城[10]的方法测定游离脯氨酸含量．测定时需要设置3个重复，最后的数据用平均值表示．

3)丙二醛(MDA)含量的测定.参照刘萍[11]的方法测定MDA含量．测定时需要设置3个重复，最后的数据用平均值表示．

4)可溶性糖含量的测定.用蒽酮法[12-13]测定，测定时需要设置3个重复，最后的数据用平均值表示．

5)可溶性蛋白含量的测定.用考马斯亮蓝法[13]测定可溶性蛋白含量，测定时需要设置3个重复，最后的数据用平均值表示．

6)过氧化物酶(POD)活性的测定.用愈创木酚比色法[13]测定过氧化物酶活性，测定时需要设置3个重复，最后的数据用平均值表示．

2 结果与分析

2.1 不同处理下叶绿素合成情况

表1 不同处理下叶绿素含量

表1显示，相比对照，未喷洒CeCl3溶液的情况下，复合胁迫下叶绿素含量明显降低，降低了23.13%．喷洒CeCl3溶液的情况下，对照组与复合胁迫组叶绿素含量均增加，对照组增加了19.05%，紫外线与镉复合胁迫组增加了18.26%．由此可见,紫外线与镉复合胁迫对小麦幼苗叶片中光和色素的含量有一定影响，而铈能缓解这种不利影响，使小麦幼苗的光合能力增强．

2.2 不同处理下MDA生成情况

由表2知，未喷洒CeCl3溶液的情况下，与对照组相比，紫外线与镉复合胁迫处理下小麦幼苗中MDA含量明显增加，增加了15.65%．喷洒CeCl3溶液的情况下，与未喷洒CeCl3溶液的对照组相比，对照组与复合胁迫组MDA含量均有所降低，对照组降低了20.51%，紫外线与镉复合胁迫组降低了10.98%．这说明稀土元素铈可缓解紫外线与镉复合胁迫对小麦幼苗细胞膜造成的破坏，对维持小麦幼苗细胞膜的完整性起到正面效应．

表2 不同处理下MDA含量

2.3 不同处理下POD活性变化情况

表3 POD活性在不同处理下的表现

表3显示了各种处理下小麦幼苗叶片中POD含量的变化．由表3可以看出，未喷洒CeCl3溶液的情况下，与对照组相比，紫外线与镉复合胁迫处理下小麦幼苗中POD活性明显增强，POD含量增加了62.39%．喷洒CeCl3溶液的情况下，与未喷洒CeCl3溶液的对照组相比，对照组与复合胁迫组POD含量均增加，对照组增加了58.53%，紫外线与镉复合胁迫组增加了137.82%．这表明稀土元素铈能利用POD活性增强来缓解小麦幼苗受到的复合胁迫伤害．

2.4 不同处理下可溶性糖合成情况

表4显示，对比对照组，未喷洒CeCl3时，复合胁迫下可溶性糖合成量变化不明显，只降低了0.98%．外施铈溶液处理下，与未喷洒CeCl3溶液的对照组相比，对照组小麦幼苗叶片中可溶性糖含量减少了4.34%；紫外线与镉复合胁迫下小麦幼苗叶片中可溶性糖含量减少了4.46%．这说明复合胁迫和铈均对可溶性糖合成量没有明显的影响．

表4 可溶性糖含量在不同处理下的表现

2.5 不同处理下可溶性蛋白生成情况

表5 可溶性蛋白含量在不同处理下的表现

表5显示了可溶性蛋白含量在不同处理下的表现．从表5可知，没有CeCl3作用时，复合胁迫下生成的可溶性蛋白增加，增加了42.34%. 有CeCl3作用时，复合胁迫组及对照组生成的可溶性蛋白增加更明显，复合胁迫组高达92.52%，对照组增加了62.76%．这表明铈能诱导蛋白质的增加而抵抗不良环境．

2.6 不同处理下游离脯氨酸生成情况

表6 游离脯氨酸在不同处理下的表现

表6显示了各种处理下小麦幼苗叶片中游离脯氨酸含量的变化．通过表6可知，对比对照组，没有CeCl3作用的情况下，复合胁迫下生成的游离脯氨酸明显增加，增加了94.14%，喷洒CeCl3溶液的情况下，与未喷洒CeCl3溶液的对照组相比，对照组与复合胁迫组游离脯氨酸含量均显著增加，对照组增加了54.99%，紫外线与镉复合胁迫组增加了154.26%．这些数据证明了稀土元素铈能够通过增加植物体内游离脯氨酸的含量来缓解复合胁迫的伤害．

3 讨论

实验结果显示：复合胁迫下合成的叶绿素减少，生成的可溶性蛋白、丙二醛、游离脯氨酸增加，生成的可溶性糖变化不明显，POD活性增强．通过喷洒外源铈溶液，叶绿素含量和可溶性糖含量均有不同程度地增加，游离脯氨酸含量、可溶性蛋白含量、过氧化物酶含量上升的程度进一步加大，但丙二醛含量却有所下降．

有研究表明，镉对植物生长的影响主要表现在对植物细胞分裂周期、细胞分裂指数及染色体形态的影响．还有研究表明，镉对叶绿体、线粒体、细胞核等亚显微结构也会有破坏[14]．总之，在镉胁迫下，植物生长受阻、花期延迟、抽穗期和成熟期推迟、籽实畸形、植物枯萎甚至死亡，严重影响作物产量和品质．

紫外线辐射增强对植物的生长发育、生理生化、形态结构产生一系列影响．紫外线辐射降低叶绿素含量从而对光合作用产生影响，这是由于紫外线辐射会引起植物脂质过氧化，破坏叶绿素或者影响叶绿素前体的合成，从而叶绿素含量下降．再者紫外线辐射会破坏光合系统反应中心，抑制电子传递，引起Hill反应活力下降和羧化酶数量的降低以及酶活性降低，植物同化能力被削弱、光合速率下降、暗呼吸增加、净光合降低、植物生产量降低．还有受到紫外线辐射胁迫后，植物体内POD的活性、游离脯氨酸的含量、MDA含量会升高．胁迫下游离脯氨酸的含量增加和抗氧化酶系统活性提高是植物抵抗紫外线辐射的一种防御机制．丙二醛是生物膜受到紫外线辐射伤害的产物，生物膜受损伤的程度越大，丙二醛含量越高．

稀土铈是地壳中最丰富的元素，适量浓度的稀土元素能促进植物的生长发育，提高植物的光合作用和其中某些蛋白的活性，增加植物的抗逆能力，从而提高产量，改善品质．

本实验结果反映了紫外线与镉复合胁迫对植物造成的负面效应，同时也证明了稀土元素铈可缓解紫外线与镉复合胁迫对小麦幼苗造成的伤害．

小麦是重要的粮食作物，关系到民生，同时中国又是稀土元素大国，通过合理使用稀土元素来提高小麦的抗逆能力增加产量具有重大意义．