IAA对铅胁迫下枇杷砧木幼苗生理特性的影响

江旭升，杨勇胜，李庆宏，魏 椿，王道静，唐洪毅

（贵阳市农业试验中心，贵州贵阳 550018）

随着工业的发展，重金属污染问题日益严重，越来越多的水源和耕地受到重金属离子的污染和影响[1]，从而影响农作物的产量和品质等。因此，解决重金属污染已成为农业研究的当务之急。利用外源物质诱导植物产生抗逆性已成为近年来缓解胁迫的有效方法之一[2]，IAA 作为一种植物生长调节剂，对植物逆境胁迫具有一定的缓解作用，如王敬东[3]研究表明，一定浓度的外源IAA 对0.1mol NaCl 胁迫下水稻种子能显著提高发芽势，能显著甚至极显著恢复部分材料胚根的伸长生长及胚根数，以及可显著提高部分材料根叶干重。IAA同样对重金属胁迫下的植物有一定的缓解作用，如张婷婷[4]研究发现，镉胁迫环境下，外源IAA 能够促进栝楼叶绿素的合成并调节其叶绿素荧光参数来增强抗逆性，提高栝楼体内抗氧化酶活性，缓解膜脂过氧化。

枇杷（Eriobotrya japonica Lindl.）属蔷薇科枇杷属植物，原产中国东南部，野生种质资源极为丰富[5]。枇杷是高大乔木，树体太高，易造成管理不便、土地利用率低等问题。为此，选择适宜、优良的矮化砧木是枇杷产业丰产优质的保证，它不仅可以使枇杷的抗逆性变强，还能达到使枇杷早产、丰产、稳产的目的[6]。针对枇杷砧木方面的研究，前人主要集中在砧木收集、筛选[7]等方面，对枇杷砧木幼苗逆境胁迫（高盐、高温、重金属胁迫等）的研究鲜有报道。基于此，通过对枇杷砧木幼苗进行铅离子胁迫后添加不同浓度的IAA，研究不同浓度的IAA 对枇杷幼苗相关生理特性的影响，旨在为枇杷砧木幼苗减轻甚至消除铅离子的危害提供理论参考，为枇杷产业的可持续发展提供一定的技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

以贵阳市乌当区贵阳市农业试验中心枇杷种质资源圃中的‘老妪’枇杷砧木幼苗为试材，选取生长均匀一致的枇杷砧木幼苗，将其移入培养钵中，加入300mL Hoagland 营养液培养3d 后，进行以下培养处理：

处理1（CK）：只加Hoagland 营养液，不加PbCl2和IAA；处理2：在Hoagland 营养液中加入18mg PbCl2（Pb2+浓度45mg/L）进行胁迫；处理3：在Hoagland 营养液中加入18mg PbCl2（Pb2+浓度45mg/L）进行胁迫，2d后加入0.3mg IAA（浓度为1mg/L）；处理4：在Hoagland营养液中加入18mg PbCl2（Pb2+浓度45mg/L）进行胁迫，2d 后加入3mg IAA（浓度为10mg/L）；处理5：在Hoagland 营养液中加入18mg PbCl2（Pb2+浓度45mg/L）进行胁迫，2d 后加入6mg IAA（浓度为20mg/L）。

每个处理15 株，重复3 次，将各处理的枇杷砧木幼苗放入人工气候箱中培养7d。

1.2 测定方法

人工气候箱中培养7d 后，选取各个处理的枇杷砧木幼苗叶片进行丙二醛（MDA）含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化物酶（POD）活性、游离脯氨酸（Pro）含量、相对电导率、叶绿素荧光参数和叶绿素含量等生理指标的测定。

利用电导仪测定相对电导率；利用XE-PAM 叶绿素荧光仪测定叶绿素荧光参数；采用张志良等[8]的方法测定丙二醛（MDA）含量、过氧化物酶（POD）活性；采用李合生等[9]的方法测定超氧化物歧化酶（SOD）活性；采用郝再彬等[10]的方法测定游离脯氨酸（Pro）含量；采用汤章城等[11]的方法测定叶绿素含量。

1.3 数据处理

采用Excel 2010 进行数据整理、制作柱状图和折线图等，采用SPSS 19.0 进行数据单因素方差分析等。

2 结果与分析

2.1 不同处理对叶片膜透性的影响

当植物受到外界胁迫时，如重金属胁迫、盐胁迫以及干旱胁迫等，就会导致细胞质膜的透性发生变化，使细胞内的物质大量外渗，导致植物体内组织电导率增大，从而可以通过电导率反映出植物抗逆性的大小[12]。

由图1 可以看出，与CK（处理1）相比，在遭受铅胁迫（处理2）以后，枇杷砧木幼苗叶片的相对电导率有明显的升高，比CK 升高了14.8%，然而当施加一定浓度的IAA 以后，对铅胁迫下枇杷砧木幼苗具有不同程度的缓解作用，其中效果最好的处理4（IAA 浓度为10mg/L），相对电导率降低到了21.8%。而处理3（23.1%）和处理5（23.3%）的相对电导率相似，都在23%左右。5 个处理之间相对电导率的差异不显著。

图1 不同处理对枇杷砧木幼苗叶片相对电导率的影响

2.2 不同处理对枇杷幼苗叶片丙二醛、脯氨酸的含量及抗氧化酶活性的影响

丙二醛（MDA）是膜脂过氧化最重要的产物之一。植物膜脂过氧化是因为活性氧积累而诱发，该过程与植物在逆境下遭受伤害关系密切。由图2A 可知，经过铅胁迫的处理2，MDA 含量显著升高，达到了2.05μmol/g，比CK 的MDA 含量升高了0.51μmol/g，在铅胁迫后加入IAA，随着其浓度的增加，MDA 的含量逐渐降低，当IAA 浓度为20mg/L 时，其含量达到了CK 的水平，有效地缓解了铅胁迫的毒害作用。

抗氧化酶活性高低与植物对胁迫的抗性有密切关系，它可以通过氧化还原反应将体内的过氧化物转化成对机体无害的物质，从而减小对机体的伤害，主要包括超氧化物歧化酶（SOD）、硫氧还蛋白过氧化物酶、谷胱甘肽过氧化物酶和过氧化物酶（POD）等。由图2B 可以看出，当枇杷砧木幼苗受到铅胁迫时（处理2），POD活性比CK 升高了27.4%，这说明枇杷砧木幼苗在铅胁迫环境下，导致过氧化物酶的大量积累，并且为了抵御铅胁迫下的不良环境，植物体内的保护酶体系也迅速启动，从而使POD 活性上升[13]。而受铅胁迫并加IAA处理时，枇杷砧木幼苗叶片的POD 活性显著降低，其中当IAA 浓度为10mg/L 时，缓解作用最好，仅比CK高了20.0U/g·min，各处理POD 活性大小顺序为处理1（CK）＜处理4＜处理3＜处理5＜处理2。由图2C 可知，枇杷砧木幼苗受铅胁迫时，其SOD 活性明显升高（处理2），这是由于在逆境条件下，SOD 能被活性氧诱导产生，从而减轻对细胞膜的伤害[14]。在铅胁迫下，外加IAA 处理时，SOD 的活性都有一定程度的降低，随着IAA 浓度的升高，变化趋势是先降低后升高，其中IAA 的浓度为10mg/L 时，对铅胁迫的缓解效果最好，SOD 的活性接近CK，仅比CK 高5.9 U/g。

图2 不同处理对叶片MDA 含量（A）、POD 活性（B）、SOD 活性（C）及其脯氨酸含量（D）的影响

脯氨酸是一种重要的渗透保护物质。干旱、高盐、高温及重金属等非生物胁迫条件都会导致植物体内脯氨酸含量的增加，其作用是防止渗透胁迫对植物造成伤害[15]。由图2D 可知，当枇杷砧木幼苗受到铅胁迫时，脯氨酸含量明显升高，但是铅胁迫同时加入IAA 时，脯氨酸的含量都有不同程度降低，当IAA 浓度为1mg/L、10mg/L 时，对脯氨酸的影响效果相似，脯氨酸的含量分别为8.23mg/g、8.24mg/g，效果最好的是浓度为20mg/L 时，脯氨酸含量接近对照值（仅比CK 高0.04mg/g）。

2.3 不同处理对叶片叶绿素含量的影响

由图3 可知，枇杷砧木幼苗经过铅胁迫（处理2）后，叶片叶绿素含量明显下降，由CK（处理1）的2.60mg/L 降到了1.89mg/L，但随着IAA 浓度的不断升高，叶绿素含量逐渐趋于正常水平，其中最接近CK 的为处理5，叶绿素含量达到了2.49mg/L，仅比CK 低0.11mg/L。可见，一定浓度的IAA 可有效缓解铅对枇杷砧木幼苗叶片叶绿素含量的影响，从而使枇杷砧木幼苗正常生长。

图3 不同处理对叶片叶绿素含量的影响

2.4 不同处理对叶绿素荧光参数的影响

从图4 可以看出，PS II 最大光能转化效率（Fv/Fm）、光化学猝灭值（qP）以及PS II 实际光能转化效率（Yield）都呈现出先降低后升高再降低的趋势，而PS II 活性（Fv/Fo）则呈现出先降低后升高的趋势。

图4 不同处理对叶绿素荧光参数的影响

Fv/Fm 的变化可以看出铅胁迫以后，其值有明显的下降，降低了0.27，加入IAA 后，有了一定的缓解作用，其中较理想的浓度为10mg/L（0.83）。

Fv/Fo 的变化曲线中，浓度较理想的为20mg/L，各处理的值分别是6.12（处理1）、4.43（处理2）、4.99（处理3）、5.52（处理4）、5.93（处理5）。

qP 值的变化与Fv/Fm 值的变化相似，都在10mg/L时为较理想的缓解浓度，其中处理2（0.66）与处理3（0.67）、处理5（0.65）的qP 值相似。可见，IAA 浓度为1mg/L 和20mg/L 时，对铅胁迫缓解作用不是很大。

铅胁迫对Yield 影响较大，由CK 组的0.51 降到了0.30，当IAA 浓度为10mg/L 时，有效缓解了铅胁迫对枇杷砧木幼苗的影响，Yield 升高到了0.50。

综上可以看出，当IAA 浓度为10mg/L 时，可以有效降低铅对枇杷砧木幼苗叶绿素各荧光参数的影响，使枇杷砧木幼苗正常生长。

3 结论与讨论

相对电导率的变化可以反映植物细胞膜的受伤害程度，通常被用来作为研究树木抗逆性的指标，而铅胁迫也是植物逆境的一种情况，所以相对电导率的变化也可以作为铅胁迫的一个重要指标。试验结果表明，一定浓度的IAA 可以降低铅胁迫下枇杷砧木幼苗的相对电导率，即可以缓解铅胁迫对幼苗细胞膜的伤害程度，从而表明IAA 可以缓解铅胁迫的毒害作用，本试验中最适IAA 浓度为10mg/L，该结果与魏爱丽等[16]的研究结果相符：一定浓度的IAA 处理可降低膜相对透性（相对导电性）。

在逆境伤害和衰老过程中，发生脂质过氧化作用而产生丙二醛（MDA），其含量高低可用来说明脂质过氧化的程度，并进一步反映有机体的衰老程度[17]。结果表明，与单纯铅胁迫（处理2）相比，施加IAA 后，MDA的含量明显降低，效果最好的浓度为20mg/L，枇杷砧木幼苗叶片MDA 的含量与对照组（处理1）相同，说明IAA 可减弱铅胁迫对枇杷砧木幼苗生理指标的影响，这与魏爱丽等[16]的研究结果相符。

在适度逆境诱导下，POD、SOD 活性提高，以增加植物的抗逆能力而适应逆境得以生存[18]。本研究中，当枇杷砧木幼苗进行铅胁迫时，POD 和SOD 活性都有一定程度的升高，但在铅胁迫的同时外加一定浓度的IAA 时，两者的活性又有了一定程度的降低，而效果最好的都是浓度为10mg/L，表明外施IAA 对于解除铅胁迫的毒害具有一定的作用。

脯氨酸是植物逆境胁迫下积累的主要有机分子，它介导逆境胁迫下植物体内很多细胞和亚细胞反应，其主要功能包括渗透调节剂、酶保护剂、自由基清除剂等[19]。试验结果表明，一定浓度的IAA 可以降低因铅胁迫而升高的脯氨酸的含量，当IAA 浓度达到20mg/L时，其缓解效果最好。可见，适宜浓度的IAA 可以增强枇杷砧木幼苗的抗铅胁迫的能力。

从光合作用各指标（叶绿素含量及叶绿素各荧光参数）可以看出，IAA 可以有效地降低重金属铅对枇杷砧木幼苗的影响，当IAA 浓度为10～20mg/L 时，缓解效果最突出。

综上所述，一定浓度的IAA 对铅胁迫下枇杷砧木幼苗生长发育起到明显的促进作用，一定程度上缓解了铅胁迫对枇杷砧木幼苗的伤害，主要表现为适宜浓度的IAA 能降低铅胁迫下枇杷砧木幼苗丙二醛和脯氨酸的含量、抗氧化酶活性及相对电导率，可提高铅胁迫下枇杷砧木幼苗光合作用各指标（叶绿素含量及叶绿素各荧光参数）。在本试验中，当IAA 浓度达到10～20mg/L 时，对铅胁迫下枇杷砧木幼苗的毒害作用缓解效果最好。