扎龙湿地2种表型芦苇生理生化差异

杨卓，杨晓杰，刘晓涵

扎龙湿地2种表型芦苇生理生化差异

杨卓1，杨晓杰2，刘晓涵2

（1. 齐齐哈尔市药品检验中心，黑龙江 齐齐哈尔 161001；2. 齐齐哈尔大学 生命科学与农林学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006）

对扎龙湿地同一生境2种不同表型的芦苇进行生理生化指标测定，分析2型芦苇在生理生化代谢水平的差异．结果表明，铁秆芦苇的鲜质量、干质量、可溶性蛋白质量浓度、脯氨酸质量浓度均极显著高于普通芦苇（<0.01），铁秆芦苇的叶绿素含量、可溶性糖浓度、过氧化物酶活性显著高于普通芦苇（<0.05）；两型芦苇的Ca质量浓度差异不显著，铁秆芦苇的S，Mg质量浓度高于普通芦苇（<0.05），普通芦苇的P，K，Fe，Cu，Na质量浓度显著或极显著高于铁秆芦苇（<0.05或<0.01），铁秆芦苇的4种重金属Cd，Hg，Pb，Cr质量浓度均显著低于普通芦苇（<0.05）．由此可见，普通芦苇具有较强的重金属富集能力；而铁秆芦苇的生理调节机制、生物代谢水平较好，缓解质膜氧化及抗性更强，在同一生境中铁秆芦苇长势优于普通芦苇．

扎龙；芦苇；生理生化指标；差异性

芦苇（）为多年生禾本科草本植物，是扎龙湿地分布最广、面积最大的植被类型，具有调节气候、蕴养水源、净化污水等生态效应[1]．芦苇湿地被认为是生产力最高的生态系统之一，国内外学者已对其开展了广泛研究，对器官的形态结构，个体的生物生态学特性、生理生化特征，种间竞争及芦苇湿地的生态效应等都有较多报道[2-5]．在扎龙湿地的考察研究中发现，同一生境存在2种不同表型的芦苇，一种为常见的普通芦苇，另外一种为茎秆分节处呈现明显棕红色的铁秆芦苇．这2种不同表型的芦苇在形态、经济价值等方面的差异性较大．本文对这两型芦苇的表型形态特征、茎秆的纤维形态和化学成分进行了比较分析[6-7]，发现两型芦苇无论在形态还是纤维成分上都存在较大的差异；二者的生理生化指标及重金属质量浓度是否有差异未见相关报道．本文通过比较两型芦苇的生理生化指标及重金属质量浓度特性差异，研究其生理水平差异的机制，为深入挖掘扎龙湿地优异的芦苇资源及其经济利用提供依据．

1 材料与方法

1.1 实验材料

2种不同表型特征的芦苇（即普通芦苇，茎秆分节处呈现明显红色的铁秆芦苇，见图1）取自扎龙湿地自然保护区，生长环境为水深、光照条件一致的同一片水域，带根挖回备用．

图1 2种表型的芦苇

1.2 实验方法

2种表型芦苇的叶绿素相对含量用叶绿素测定仪测定，含水量、可溶性蛋白质量浓度、可溶性糖浓度、脯氨酸质量浓度及过氧化物酶活性的测定参考文献[8]的方法．必需营养元素及重金属元素的测定选取形态基本一致、具有代表性的新鲜植株叶片，用水浸泡数分钟，然后用蒸馏水洗涤数次后晾干，置于60 ℃的烘箱中烘干4 h，取出后冷却至室温，用粉碎机研磨成粉末，用冷冻干燥机干燥4～6 h．准确称取样品粉末0.2～0.3 g于锥形瓶中，分别加入8 mL混合酸（硝酸∶高氯酸=4∶1），用消解仪在仪器标准工作状态下消化至溶液澄清不蒸发棕色烟雾，继续用电热板加热至干燥状态后冷却，用2%的硝酸定容稀释至20 mL，同时按相应步骤做空白对照．

取100 μg/L的标准储备液分别用2% HNO3稀释并配制成相应浓度的混合标准系列（20 μL～2 mL）．利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定实验样品中元素的质量浓度[9]，所有结果均为3次重复取平均值．

1.3 数据分析

采用Excel对数据进行统计，给出平均值±标准差．

2 结果与分析

2.1 2种表型芦苇的生理生化指标

2种表型芦苇的生理生化指标见表1．由表1可见，2种不同表型芦苇生理生化指标差异均显著或极显著．铁秆芦苇鲜质量、干质量、可溶性蛋白质量浓度、脯氨酸质量浓度极显著高于普通芦苇（0.01）；叶绿素含量、可溶性糖浓度、过氧化物酶活性均显著高于普通芦苇（0.05）．植物生长的生物量、株高等是衡量植物生长状态的重要指标，叶绿素是植物叶绿体内参与光合作用的重要色素，在光合作用的能量捕获及能量传递中起到重要作用[10]．脯氨酸以游离状态广泛存在于植物体中，是植物生长代谢过程中的重要渗透调节物质[11]；可溶性糖以类似激素的形式在植物生长、发育、成熟、衰老等过程发挥调控作用[12]；可溶性蛋白是重要的渗透调节物质和营养物质，其质量浓度的增加和积累能提高细胞的保水能力，对细胞的生命物质及生物膜起到保护作用，因此经常用作筛选抗性的指标之一[13]．抗氧化酶是能够减缓氧化速率的一种生物催化剂，可以使毒性物质失活、调节氧浓度、参与代谢等[14]，这些指标的变化能反映出植物的生长发育情况，两型芦苇在不同的生理生化指标上各有优势．

表1 2种表型芦苇生理生化指标

*差异显著（<0.05）；**差异极显著（<0.01）．下同．

2.2 2种表型芦苇的元素质量浓度

2种表型芦苇的元素质量浓度见表2．由表2可见，铁秆芦苇的Ca，S，Mg元素的质量浓度均高于普通芦苇，其中S，Mg质量浓度差异显著．而普通芦苇中P，K，Fe，Cu，Na的质量浓度显著或极显著高于铁秆芦苇．S，K，Na，Fe，Ca在调节渗透压、促进酶活性、蛋白质合成、提高光合能力和植物抗性等方面具有重要作用[15]．铁秆芦苇合成代谢物质的元素Ca，S，Mg质量浓度较高，而提供氧化还原反应和维持中间产物的相关元素P，K，Fe，Cu，Na质量浓度低，说明其自身水平优异，在同等条件下对营养的要求较低，如果在外界不利环境因素的影响下，铁秆芦苇较普通芦苇能更好地调节调控以维持植物正常的生命活动．

表2 2种表型芦苇营养元素差异 μg/L

2.3 2种表型芦苇的重金属质量浓度

2种表型芦苇的重金属质量浓度见表3．由表3可见，普通芦苇的Cd，Hg，Pb，Cr质量浓度较铁秆芦苇的质量浓度高，差异均显著（<0.05）．说明铁秆芦苇与普通芦苇相比具有较好的调节能力，从环境污染修复的角度看，普通芦苇有较强的富集重金属能力．

表3 2种表型芦苇重金属质量浓度差异 μg/L

3 讨论

对同质生境下2种不同表型的芦苇进行了生理生化及元素指标的测定．通过比较其生长及生理、元素的差异，揭示其代谢机制的优异．不同表型芦苇为适应其环境，从表型到结构都进化出不同的适应机制．同质生境下铁秆芦苇的生长及抗逆指标含量均高于普通芦苇，可溶性糖和可溶性蛋白均是能量物质，维持生

命活动的渗透调节，脯氨酸质量浓度高、过氧化物酶活性高的特性说明其清除有害物质和修复氧化损伤的能力强，证明其抗逆性优异．

由两型芦苇重金属离子Hg，Cr，Pb，Cd质量浓度可见，铁秆芦苇较普通芦苇富集更少的重金属离子，说明铁秆芦苇与普通芦苇相比具有较好的调节能力，同样的环境条件对其影响较小，对于植物自身是一种适应性演化的体现[16]．普通芦苇较铁秆芦苇对土壤及水域中重金属的修复能力强，而作为饲草，较少的重金属质量浓度更有利于牲畜的生长．

芦苇是一种具有诸多效益且生存条件要求较低、繁殖能力强的植物，目前只有少数学者对铁秆芦苇进行过相关研究，通过从生命调控代谢机制分析其差异，能够更好地了解芦苇的价值，对减缓湿地的土壤流失和环境污染具有重要意义[17-18]．综上所述，对扎龙湿地两型芦苇的生理生化、营养元素及重金属指标质量浓度分析，铁秆芦苇与普通芦苇存在较大差异，对环境的适应性更强，而普通芦苇富集重金属的能力较强，在芦苇资源利用时要根据不同的用途选择不同的芦苇资源．

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Physiological and biochemical differences between two phenotypic reed in Zhalong wetland

YANG Zhuo1，YANG Xiaojie2，LIU Xiaohan2

（1. Qiqihar Institute for Drug Control，Qiqihar 161001，China；2. School of Life Science，Agriculture and Forestry，Qiqihar Univeisity，Qiqihar 161006，China）

Physiological and biochemical indexes were measured that two different phenotypes of reed in the same habitat of Zhalong Wetland，and differences of physiological and biochemical metabolism were analyzed．The results showed that，the fresh quality，dry quality，soluble protein content and proline content of tiegan reed were significantly higher than those of common reed（<0.01），the chlorophyll content，soluble sugar content and peroxidase activity of tiegan reed were significantly higher than those of common reed（<0.05）．There was no significant difference in Ca content between two types of reed，the content of S and Mg in tiegan reed were higher than that in common reed（<0.05），the contents of P，K，Fe，Cu and Na in common reed were significantly higher than those in tiegan reed（<0.05 or<0.01），the contents of Cd，Hg，Pb and Cr of the four heavy metals in tiegan reed were significantly lower than those in common reed（<0.05）．As can be seen，common reed has a strong ability to accumulate heavy metals．The physiological regulation mechanism and the level of biological metabolism of tiegan reed were better，and the resistance of tiegan reed to plasma membrane oxidation was stronger，the growth of tiegan reed was superior to that of common reed in the same habitat．

Zhalong；reed；physiological and biochemical indicators；difference

Q945

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2022.02.010

1007-9831（2022）02-0053-04

2021-09-19

黑龙江省省属高等学校基本科研业务费项目（135509317）；大学生创新创业训练计划项目（202010232151）

杨卓（1986-），男，黑龙江齐齐哈尔人，工程师，硕士，从事食品及经济植物的检验检测研究．E-mail：yzkj911@ vip.qq.com