铅胁迫对薄荷幼苗生理生长特性的影响

摘要 以薄荷幼苗为对象，研究200、400、600、800、1 000 mg/L不同浓度乙酸铅对薄荷生理生长特性的影响。结果表明：幼苗株高随着铅浓度上升表现出低浓度促进、高浓度抑制的趋势，铅浓度为200 mg/L时促进生长效果最佳。在不同浓度乙酸铅处理下，叶绿素含量、MDA含量、可溶性糖含量和SOD活性随着铅浓度的升高均呈现先升后降的趋势。脯氨酸含量随铅浓度的升高呈现一直上升趋势，铅浓度为1 000 mg/L达最大值，与CK相比达到显著差异水平。

关键词 薄荷；重金属；铅胁迫；生理生长特性

中图分类号 Q945.78 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2024）13-0140-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.13.035

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Effects of Pb Stress on Physiological Growth Characteristics of Mentha haplocalyx Seedlings

LI Jing-qi， SUN Xing

（Shaanxi Xueqian Normal University， Xi’an，Shaanxi 710100）

Abstract Using Mentha haplocalyx seedlings as the research object， the effects of different concentrations of lead acetate at 200， 400， 600， 800， and 1 000 mg/L on the physiological growth characteristics of Mentha haplocalyx were studied. The results showed that with the increase of Pb concentration， the plant height of Mentha haplocalyx seedlings was promoted at low concentration and inhibited at high concentration. When the Pb stress level was 200 mg/L， the promotion effect was the most obvious. Under different concentrations of lead acetate treatment，the chlorophyll， MDA， soluble sugar content and SOD activity of Mentha haplocalyx seedlings increased first and then decreased with the increase of lead concentration. The proline content increased with the increase of Pb concentration， and reached the maximum at the Pb concentration of 1 000 mg/L， which was significantly different from CK.

Key words Mentha haplocalyx;Heavy metals;Pb stress;Physiological growth characteristic

基金项目 陕西省大学生创新创业训练项目（S202114390064）；陕西基础科学研究院科研计划项目（22JHQ046）；陕西省教育厅专项科研计划项目（22JK0333）；2021年陕西省一流课程建设项目“植物生物学线上线下混合式一流课程建设”。

作者简介 李璟琦（1967—），女，江苏仪征人，教授，从事植物资源利用研究。

收稿日期 2023-09-04

薄荷（Mentha haplocalyx Briq.），唇形科薄荷属多年生草本植物，是常用的中药之一。薄荷繁殖能力强，生长非常迅速，适合生长于逆境环境中。对于薄荷在逆境中生长生理特性的研究很多，如盐碱胁迫、重金属铬作用、干旱胁迫、低温胁迫、高温胁迫等。研究表明，较低NaCl浓度可以促进薄荷的生长，随着NaCl浓度的上升薄荷中抗氧化酶活性随之上升，MDA含量也随之增加［1］；在一定盐浓度下，薄荷自身为了适应环境，进而调整自身含水量以及各项生理指标的变化［2］；在重金属铬的作用下，薄荷在30 mg/L铬浓度下仍可较好生长，且株高随着铬浓度的升高呈上升趋势［3］；刘湘丹等［4］研究发现薄荷对重金属镉有一定的积累能力，可以在镉污染的区域种植，治理重金属镉污染；徐延熙等［5］研究发现薄荷对重金属铅、汞、铬具有较强的富集能力，对污染治理和种植区规划有参考意义；面临干旱胁迫时，薄荷可以通过调整自身的生长生理状态，在中度干旱胁迫下仍能正常生长发育［6］；在低温胁迫中，薄荷幼苗的株高、含水量等均较对照有所下降，其他生理指标均升高，如脯氨酸含量、抗氧化酶活性等［7］；面临高温胁迫时，薄荷可启动相应机制响应高温胁迫，并通过产生次级代谢产物、蛋白质加工等途径来抵御高温［8］。

铅是重金属“五毒元素”之一［9］，是流动大、生物毒性强的重金属，在土壤中无法分解，容易被植物吸收，可在植物组织中长期积累［10］。植物在铅作用下，叶绿素含量、抗氧化酶活性、膜脂过氧化等会发生一定的变化，最终影响植物的正常生长发育与生理代谢［11-13］。目前，薄荷对铬与镉的耐受程度研究比较多，但重金属铅对薄荷幼苗的生长发育影响却鲜有报道。因此，作为可食用、药用的薄荷，铅污染对其生长生理影响的研究有重要意义。该研究可为薄荷幼苗体内的一些抗性机制的研究及土壤污染的治理提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 供试材料。薄荷根茎，购于淘宝网云南山奇土产店铺；培养土壤购于暮春花园园艺旗舰店。

1.1.2 主要试验仪器。

高速冷冻离心机（TGL-20M）；电热恒温水浴锅（常州国华HH-4）；紫外可见分光光度计（屹谱仪器U-T1810）；电子分析天平（力辰科技FA2204）。

1.1.3 主要试验试剂。

碳酸钙（分析纯），95%乙醇，10%三氯乙酸（TCA），0.6%硫代巴比妥酸，2.5%酸性茚三酮显色液，冰乙酸（AR分析纯），甲苯，3%磺基水杨酸，脯氨酸标准溶液。索莱宝公司超氧化物歧化酶（SOD）活性检测试剂盒（规格50T/24S，货号BC0170）。

1.2 试验方法

1.2.1 材料培养及处理。

于2023年3月初播种于陕西学前师范学院植物生理学实验室的花盆中，分3组平行组，每个平行组中设置不同铅浓度。待根茎发芽长出第二对真叶时，浇灌0（CK）、200、400、600、800、1 000 mg/L乙酸铅，在浇灌后的7、14、21 d时测定薄荷幼苗的株高、叶绿素含量、MDA含量、SOD活性、可溶性糖含量、脯氨酸含量等各项生长指标及生理指标。每组6盆，重复3次。

1.2.2 指标测定。

株高：每隔7 d对薄荷幼苗的株高进行测量并记录。

叶绿素含量：采用分光光度法［14］测定。SOD活性：利用索莱宝公司超氧化物歧化酶（SOD）活性检测试剂盒测定。MDA和可溶性糖含量：采用硫代巴比妥酸法［14］测定。脯氨酸含量：采用酸性茚三酮法［14］测定。

1.3 数据分析

采用Excel 2007进行试验数据处理和作图，采用IBM SPSS Statistics 28.0软件进行单因素方差分析，不同处理间用LSD法进行多重比较，显著水平为P<0.05。

2 结果与分析

2.1 铅胁迫对薄荷幼苗生长的影响

由图1可知，在铅处理7 d时，在600、800 mg/L的浓度下薄荷幼苗长势与CK基本一致；与CK相比，在200、400、1 000 mg/L的浓度下薄荷幼苗株高差异显著（P<0.05），200、400 mg/L相对于CK分别增加了16.88%、17.92%，1 000 mg/L相对于CK降低了15.58%。表明在7 d时，200、400 mg/L的铅浓度对薄荷生长起到了一定的促进作用，1 000 mg/L的铅浓度对薄荷生长起到抑制作用，600、800 mg/L的铅浓度对薄荷株高影响不大。

在铅处理14 d时，200、400 mg/L铅浓度的薄荷幼苗株高与CK基本一致，但600、800、1 000 mg/L的浓度下与CK相比呈现显著差异（P<0.05），幼苗株高分别下降了16.84%、18.95%、21.05%。在铅处理21 d时，薄荷幼苗株高的变化与14 d时基本一致，低浓度情况下相对于CK无明显差异，甚至在200 mg/L浓度下有一定的促进作用；但在600、800、1 000 mg/L的浓度下与CK相比呈现显著差异（P<0.05），幼苗株高分别下降了14.00%、13.56%、16.00%。

综上所述，随着铅浓度的变化，薄荷株高总体呈现为低浓度铅促进、高浓度铅抑制的趋势。此外，随着铅处理时间的延长，铅浓度对薄荷株高的影响更为明显，在14、21 d时薄荷的生长受到了一定的影响，在600 mg/L及更高浓度的处理下，植物虽然能够正常生活，但其生长速度受到影响，生长缓慢。

2.2 铅胁迫对薄荷幼苗生理指标的影响

2.2.1 叶绿素含量。

由图2可知，在铅处理7 d时，600 mg/L铅浓度的薄荷幼苗叶绿素含量与CK呈显著差异（P<0.05），该浓度下的叶绿素含量处于最高值，较CK上升了48.42%。叶绿素含量从大到小依次为600 mg/L>200 mg/L>400 mg/L>CK>800 mg/L>1 000 mg/L。其中，200、400 mg/L浓度下的叶绿素含量较CK分别上升了7.37%、5.26%；800、1 000 mg/L浓度下的相比CK分别下降了9.47%、17.89%。

在铅处理14、21 d时，600 mg/L铅浓度的薄荷幼苗叶绿素含量与CK之间均呈显著差异（P<0.05），分别为CK的2.10、1.60倍。在21 d时800、1 000 mg/L铅浓度的叶绿素含量与CK差异显著（P<0.05），较CK分别降低了33.33%、45.24%，表明在该浓度下薄荷的生长受到了一定的阻碍。

试验结果表明，在7、14、21 d时，随着铅浓度的增加薄荷幼苗叶片的叶绿素含量整体表现为先升后降的趋势。在600 mg/L的浓度下，叶绿素含量均为最高值，在更高铅浓度下，薄荷幼苗的生长受阻。

2.2.2 SOD活性。

从图3可以看出，SOD活性在铅处理7 d时随着铅浓度的增加呈先升高后降低的趋势，于800 mg/L铅浓度时达到最高值，与CK相比呈显著差异（P<0.05），是CK的4.2倍。400、600 mg/L铅浓度处理下与CK相比呈显著差异（P<0.05），分别上升40.90%、65.73%。

在铅处理14、21 d时，SOD活性变化与7 d时一致，在800 mg/L铅浓度时达到最高值，与CK相比呈显著差异（P<0.05），分别是CK的3.44、3.32倍，且随着时间的延长，800 mg/L铅浓度的SOD活性呈现上升趋势，从低到高依次为7 d<14 d<21 d。在1 000 mg/L铅浓度时，7、14、21 d的SOD活性均出现明显下降。

试验结果表明，随着铅浓度的增加，SOD活性整体呈先升高后降低的趋势。在7、14、21 d时，SOD活性在800 mg/L铅浓度处最高，1 000 mg/L铅浓度处降低。随着时间的推移和浓度的增加，薄荷体内铅不断积累，大量自由基产生。铅浓度为1 000 mg/L时，SOD清除自由基的能力降低，导致薄荷生长发育受到一定程度的抑制。

2.2.3 MDA含量。从图4可以看出，在铅处理7 d时，薄荷幼苗中MDA含量从大到小依次为600 mg/L>800 mg/L>1 000 mg/L>400 mg/L>200 mg/L>CK，在600 mg/L铅浓度下达最高值，与CK相比呈显著差异（P<0.05），是CK的5.42倍。在7 d时，200、400、600 mg/L浓度下的植株MDA含量呈上升状态，分别为CK的1.27、1.61、5.42倍，在800 mg/L的浓度下其MDA含量开始下降。

在铅处理14、21 d时，MDA含量均在800 mg/L达到最高值，与CK相比均呈显著差异（P<0.05），分别为CK的2.83、2.53倍；在1 000 mg/L铅浓度下，MDA含量开始下降，分别降低为最高值的48.88%、28.08%。

试验结果表明，在7、14、21 d时，随着铅浓度的增加，薄荷幼苗的MDA含量呈现先升后降的趋势。在低浓度状态下，薄荷幼苗的膜脂过氧化作用比较小，细胞受损程度比较好，但当浓度达到600～800 mg/L时，MDA含量剧增，细胞受到较严重的破坏，在浓度为1 000 mg/L时，部分细胞失活，MDA含量呈下降状态。

2.2.4 可溶性糖含量。

从图5可以看出，在铅处理7 d时，薄荷幼苗可溶性糖含量随铅浓度的增加均比CK有所提高，200、400、600、800、1 000 mg/L铅浓度下可溶性糖含量分别是CK的2.25、1.92、2.62、1.95、1.24倍，且在600 mg/L铅浓度出现最高值，与CK差异显著（P<0.05）。

在铅处理14、21 d时，最高值分别出现在600、800 mg/L铅浓度处，分别为CK的1.83、2.05倍，差异达显著水平（P<0.05）。当铅浓度达到1 000 mg/L时，可溶性糖含量骤减，在7、14、21 d时，分别降低为最高值的47.52%、60.78%、46.84%。

在同一铅浓度条件下，除了200 mg/L以外，薄荷幼苗的可溶性糖含量随时间的推移而增加，均表现为21 d>14 d>7 d。在800 mg/L的铅浓度下，21 d的可溶性糖含量是14 d的2.34倍、7 d的3.85倍，均达到了显著水平（P<0.05）。

试验结果表明，随着铅浓度的增加，植株可溶性糖含量在7、14、21 d时均呈先升高后降低的趋势，且21 d时的变化趋势大于7、14 d。在1 000 mg/L的铅浓度下，可溶性糖含量降低，薄荷幼苗生长受到抑制。

2.2.5 脯氨酸含量。

由图6可知，在铅处理7 d时，脯氨酸含量随着铅浓度上升在不断上升，其中600、800、1 000 mg/L的铅浓度下脯氨酸含量分别为CK的2.02、3.38、4.62倍，与CK相比差异显著（P<0.05）。在14、21 d处理下与7 d一致，600、800、1 000 mg/L的铅浓度与CK相比差异显著（P<0.05）。

在不同浓度处理下，1 000 mg/L的铅浓度下脯氨酸含量与CK相比差异显著（P<0.05），在7、14、21 d分别为CK的4.62、6.08、5.46倍。14 d与7 d相比，在800、1 000 mg/L的浓度下脯氨酸含量差异明显，21 d与7、14 d相比，脯氨酸含量差异显著。

以上数据表明，随着处理时长以及处理浓度的增加，薄荷幼苗脯氨酸含量有明显的增加，且一直呈现持续累积的状态。时间越长，浓度越高、脯氨酸积累越多。薄荷在面对铅作用时，其通过增加游离脯氨酸含量以提高植物细胞的渗透调节能力，来调节自身面对逆境时的抗性。

3 讨论

3.1 铅胁迫对薄荷幼苗生长的影响

受到重金属影响的植株通常会产生一些不良反应，且程度不一致。该研究中低浓度的乙酸铅对薄荷生长有促进作用，高浓度时有抑制作用，这与孙海博等［6］的研究结果相似。李琬婷等［15］研究发现，在较低浓度醋酸铅胁迫下，中华常春藤的株高等一些生长特征均有显著下降，进而抑制植株的正常生长，在高浓度下，植物产生了徒长的现象，而在该研究中植物并未出现徒长现象。

3.2 铅胁迫对薄荷幼苗生理特性的影响

叶绿素是植物的一个重要的生理指标，可以判断植物光合作用的强弱。在该试验中，随着铅浓度的增加，叶绿素含量呈先升后降趋势，且薄荷幼苗对低浓度的铅作用有良好的适应能力，这与李佩华［16］的研究结果一致。重金属可以抑制原叶绿素酸酯还原酶的合成，所以当铅浓度更高时其叶绿素含量就会降低，适应性不如低浓度的强。

MDA表示细胞膜质过氧化程度以及植物对逆境条件反应强弱，可溶性糖也是增加渗透性溶质的重要成分。该试验中，随着铅浓度的增加，MDA、可溶性糖含量均呈现先上升后下降的趋势，这与穆海婷等［17］的研究结果一致，但与李泊玉［13］的研究结果差异较大，可能是由于植物种类的不同，对重金属的抗性不同所致。

植物在重金属胁迫下，会影响其正常的生理代谢，抗氧化酶活性增加。而SOD活性的高低决定了植物的抗逆性。在该研究中，SOD活性随着铅浓度的增加呈现先升后降的趋势，这与吕潇［18］的研究结果相似，浓度在一定范围时，SOD活性升高是对薄荷植株的一种保护，当铅浓度升高时，其活性下降，表明植物细胞受到了较为严重的氧化伤害。可见SOD对植物的保护机制也是有一定限度的。

脯氨酸是可溶性渗透物质，对维护植物体内的离子平衡和生物膜稳定性有重要作用。在该研究中，随着铅浓度的增加，脯氨酸含量一直处于上升状态，在最高浓度1 000 mg/L时，与CK呈显著差异，是CK的5.46倍，这与陈筱圆［19］、蔡雄伟［20］的研究结果相似。脯氨酸作为膜渗透调节指标性物

质，薄荷幼苗为了缓解重金属作用对其机体造成伤害，进而

提高了机体内游离脯氨酸含量，以提高细胞的渗透调节能力。

4 结论

随着铅浓度的增加，薄荷幼苗的株高呈现出低浓度促进、高浓度抑制的现象。在600 mg/L铅浓度下，对植株生长有抑制作用。薄荷叶片内叶绿素含量、SOD活性、MDA含量和可溶性糖含量，随着铅浓度的增加整体均呈现先升后降的趋势，脯氨酸含量随铅浓度的增加呈一直上升的趋势。试验表明，随着铅胁迫时间的推移，时间越长薄荷幼苗的株高以及相应生理指标受铅处理的影响越大。随着铅浓度的增加，薄荷自身的生长生理状态受到一定程度的影响，铅浓度越大，影响越深，在低浓度铅胁迫下幼苗的生长表现为促进状态，表明其幼苗体内产生了相应的保护机制；在高浓度铅胁迫时，除脯氨酸外，幼苗的生理指标含量均有所下降，表明此时铅胁迫对薄荷体内的抗性机制产生抑制作用，同时也抑制了株高的长势。

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