水杨酸在拟南芥对镉胁迫应答中的调节作用

刘楚桐 黄琳丽

摘 要：本文以Columbia野生型拟南芥和npr1-1水杨酸缺失突变体基因型拟南芥为试验材料，主要探讨在镉的胁迫作用下水杨酸在拟南芥对镉胁迫应答中的调节作用。

关键词：镉胁迫;拟南芥;水杨酸

中图分类号：Q945.78;X503.23 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2020）32-0127-03

Abstract： By using Columbia wild-type arabidopsis thaliana and npr1-1 salicylic acid deletion mutant genotype arabidopsis thaliana as experimental materials， this paper mainly discussed the regulation of salicylic acid in the response of arabidopsis thaliana to cadmium stress under cadmium stress.

Keywords： cadmium stress;arabidopsis thaliana;salicylic acid

重金属污染在我國乃至世界都十分常见。其中，镉（Cd）是生物毒性最强、迁移性最大的重金属元素之一[1]。有研究表明，镉能够引起植物体内系统紊乱，降低植物碳同化作用，导致气孔关闭，扰乱植物的水分状况，降低叶绿体的数量，减慢根部的生长发育，影响一些营养的吸收，削弱光合作用，阻碍植物生长[2]。镉胁迫对于植物的影响更多地表现为干扰植物地上部分生长、抑制植物的光合作用和蒸腾作用、干扰植物的代谢进程、降低产量和品质、加速植物衰老等[3]。有研究表明，当花生或者其他植物受到镉的毒害时，其会出现叶片失绿变黄、植株瘦小、生物量显著降低等现象，严重时植株会枯死[4]。

1 材料和方法

1.1 材料

本研究以拟南芥为材料进行试验，用到的基因型有两种，分别为Columbia野生型及npr1-1水杨酸缺失型拟南芥。试验期间，首先分别运用水筛法挑取籽粒饱满的拟南芥Columbia野生型和npr1-1突变型种子若干，并将其置于1.5 mL EP管中;然后，运用75%乙醇对挑选的种子冲洗消毒1 min，再用蒸馏水冲洗3次，洗掉种子上残留的乙醇;之后，用0.1%的琼脂将种子保存孵育2～3 d，从而保持种子萌发的一致性[5-7]。拟南芥的培养采用土培法。

1.2 镉胁迫处理

下面选取8周龄的Columbia野生型和npr1-1水杨酸缺失突变体基因型拟南芥进行镉浓度梯度试验，镉溶液浓度分别是0、100、200、400、600 mg/L。

首先，分别选取8周龄并且长势一致的两种基因型的拟南芥，随机分为对照组和胁迫组，每组4盒。然后，将对照组放于1 000 mL的清水中，将胁迫组放于1 000 mL的镉水中，连续胁迫1周，每天依旧维持原有的试验环境，光照持续12 h，黑暗持续12 h，湿度维持在50%～60%，再测定两组植株的各项生理生化指标数据[8-10]。

2 镉胁迫前后拟南芥生理生化指标的测定

2.1 干重鲜重的测定

在对照组和胁迫组中挑选各8例相似的拟南芥叶子，进行称量，记录数据;之后用烘箱将选取的拟南芥烘干，再次称量，并计算出相对含水率。

2.2 叶绿素含量的测定

试验期间，配制丙酮∶乙醇∶水的比例为4.5∶4.5∶1.0（v/v/v）的反应混合溶液，然后进行多项测定。相关计算公式如下：

2.3 丙二醛（MDA）含量的测定

丙二醛（MDA）的测定采用硫代巴比妥酸法，具体计算公式如下：

3 结果与分析

3.1 镉胁迫对拟南芥生长形态的影响

研究发现，经过镉胁迫的样品的根系较对照组短，这是因为拟南芥的根部从镉水中吸收一定量的镉离子从而影响植株的生长发育。同样，经过镉胁迫的两种拟南芥叶片均出现褪色，虽然褪色程度不同，但是该现象还是可以表明在此浓度下的镉胁迫对这两种拟南芥植株均已造成损伤。褪色的程度不同，是由于拟南芥基因型不同，植物的耐受性不同，受到的损伤程度也不同。

3.2 镉胁迫对叶绿素含量的影响

由图1可知，Columbia野生型拟南芥和npr1-1水杨酸缺失型拟南芥的叶绿素含量在未受到镉胁迫时相差无几，对比胁迫组可以看到，拟南芥受到镉胁迫时，无论是两种基因型中的哪一组，叶绿素的含量都有上升，但是npr1-1水杨酸缺失型的拟南芥叶绿素含量上升要比Columbia野生型拟南芥多，这就说明植物在遭受逆境胁迫时，其体内的水杨酸可以在一定程度上保护植物的叶绿体和光合系统，抑制植物体内叶绿素的下降。

3.3 镉胁迫对丙二醛的影响

丙二醛是衡量植物受伤害程度的重要指标，是植物受到逆境胁迫后细胞膜发生脂质过氧化的产物。如图2所示，两种基因型的拟南芥受到镉胁迫后，丙二醛含量都有所上升，这个结果同样表明镉对拟南芥起到胁迫作用，在一定程度上损伤了拟南芥。

相对于对照组而言，Columbia野生型拟南芥的丙二醛含量增加了50%，而npr1-1水杨酸缺失型拟南芥胁迫相对于对照增加了40%，这可以说明npr1-1水杨酸缺失的突变体与Columbia野生型拟南芥处于同样的逆境胁迫时，npr1-1水杨酸缺失的突变体要比Columbia野生型拟南芥所受到的影响少一些，因此水杨酸抑制了镉胁迫对植物的损害，对于植物逆境胁迫具有一定的保护作用。

3.4 镉胁迫对供试植株鲜重、干重的影响

3.4.1 镉胁迫对供试植株鲜重的影响。如图3所示，胁迫组的拟南芥整体的鲜重略低于对照组，这能够说明镉胁迫对于植物的鲜重造成了一定的损伤。在未受到镉胁迫时，无论是对照组还是胁迫组，npr1-1水杨酸缺失型植株的鲜重都比Columbia野生型微微的高出一些。这进一步说明水杨酸能够增加植物的含水量，对于植物的逆境胁迫具有抑制作用。

3.4.2 镉胁迫对供试植株干重的影响。图4是镉胁迫对Columbia野生型和npr1-1水杨酸缺失型的拟南芥的单株干重的对比图，Columbia野生型拟南芥的干重总体要略低于突变型。经过镉胁迫后，突变型要比Columbia野生型的干重上升30%，说明水杨酸在一定程度上抑制了镉对植物的胁迫。

4 结论

拟南芥的外观变化和试验数据表明，高浓度的镉对植物生长发育有抑制作用，会使拟南芥的生长形态变小，叶子出现微弱变黄和卷曲。在进行对照组和胁迫组的对比时，镉胁迫破坏了植物的叶绿体，进而影响叶绿素的合成和植物的光合系统，胁迫组的拟南芥的鲜重和干重都比对照组的低。研究数据表明，在镉胁迫的情况下，丙二醛有大量的积累，但是npr1-1水杨酸缺失基因型拟南芥的生化指标积累量相对较少。具体来说，水杨酸的丙二醛指标少于Columbia野生型，证明npr1-1水杨酸缺失型拟南芥植株受镉胁迫没有Columbia野生型严重，膜渗透破坏弱于Columbia野生型，细胞受氧化损伤比Columbia野生型轻。这进一步说明水杨酸对植物抗逆境胁迫具有积极的促进作用。

参考文献：

[1]冯世静，杨途熙，张艳军，等.镉胁迫对杨树光合特性的影响[J].农业环境科学学报，2013（3）：539-547.

[2]钟珍梅.圆叶决明对重金属镉胁迫的响应及镉吸收效果研究[C]//中国草学会青年工作委员会学术研讨会.2010.

[3]何雪莹，杨锦芬，张敏玲，等.水杨酸及其信号转导基因表达在阳春砂果实发育过程中的变化[J].广州中医药大学学报，2016（3）：404-410.

[4]宋建，金凤媚，薛俊，等.镉胁迫对植物生长及生理生态效应的研究进展[J].天津农业科学，2014（12）：19-22.

[5]田丹，任艳芳，王艳玲，等.镉胁迫对生菜种子萌发及幼苗抗氧化酶系统的影响[J].北方园艺，2018（2）：15-21.

[6]刘畅.内源水杨酸改变的拟南芥突变体对盐胁迫应答的研究[D].沈阳：沈阳师范大学，2011：22-23.

[7]马群飞.内源水杨酸对拟南芥应答二氧化氮胁迫的调节作用[D].沈阳：沈阳师范大学，2016：18-19.

[8]王宝增.脯氨酸与植物的抗逆性[J].生物學教学，2011（11）：4-5.

[9]王玉祥，张博.盐胁迫对苜蓿同工酶活性和可溶性糖的影响[J].新疆农业科学，2009（3）：589-591.

[10]于靖潇，韩乐，黄琳丽，等.水杨酸和乙烯信号转导对镉胁迫下拟南芥生长发育情况研究[J].河南农业，2017（29）：32-33.