鎳銅聯(lián)合脅迫對向日葵幼苗生長影響的研究

曾小飚+彭小東+覃作祥

摘 要：為了解重金屬鎳銅聯(lián)合脅迫對向日葵幼苗生長的影響，試驗測量了向日葵幼苗葉片可溶性蛋白含量、光合色素含量、可溶性糖含量、電導率等生理生化指標。結(jié)果表明：在鎳、銅2種重金屬脅迫濃度較低時，向日葵幼苗的可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、電導率與對照組相比差異不顯著，隨著脅迫濃度的不斷加大，可溶性蛋白含量、電導率呈上升的趨勢，可溶性糖含量呈下降趨勢。重金屬脅迫后各試驗組光合色素含量均明顯下降，但彼此間差異不顯著。

關(guān)鍵詞：鎳；銅；向日葵；聯(lián)合脅迫

中圖分類號 S727.4 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）19-0010-3

隨著世界工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，生產(chǎn)過程中含鎳、銅等重金屬廢水的直接排放以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥農(nóng)藥等化學用品的不合理使用，使得土壤中重金屬污染日益嚴重，進而危及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，并通過植物-動物-人或植物-人等食物鏈關(guān)系直接或間接危害人類食品安全。

鎳（Nickel）和銅（Copper）是土壤中2種常見的重金屬元素，它們是植物生長發(fā)育所必需的微量元素，但若土壤中這2種元素含量過高，會對植物的生長發(fā)育產(chǎn)生抑制作用。在某些鎳和銅含量較低的區(qū)域，人們可以根據(jù)農(nóng)作物對鎳和銅的需求情況，適當?shù)厥┯靡恍┖嚭豌~較豐富的肥料或在肥料中適當?shù)卦黾渔嚭豌~元素，以促進植物的生長發(fā)育，達到高產(chǎn)、豐產(chǎn)的目的。

向日葵（Helianthus annuus L.），在我國被廣泛種植，用于觀賞，其籽常被作為零食和油料，是我國重要的油料作物。本試驗以鎳和銅2種重金屬作為脅迫因子，探討不同濃度重金屬脅迫下向日葵幼苗葉片中可溶性蛋白含量、光合色素含量等生理指標的變化規(guī)律，為指導向日葵生產(chǎn)提高基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

1.1 材料 向日葵種子為“金星1號”，購于百色城西蔬菜種子店。

1.2 試驗設(shè)計 篩選籽粒飽滿的向日葵種子，用高錳酸鉀溶液消毒、浸泡、萌發(fā)，將萌發(fā)一致的種子挑選出來，移植到裝有礫石的塑料一次性杯中，自然條件下培養(yǎng)，幼苗生長2d后改用Hoagland培養(yǎng)液澆灌。預培養(yǎng)21d之后，挑選出長勢一致的幼苗，分成5組，分別用不同濃度的鎳、銅脅迫液聯(lián)合脅迫處理，8d后取葉片進行生理檢測，實驗設(shè)3個重復。各組處理濃度如表1所示。

1.3 生理指標的測定 可溶性性蛋白含量采用考馬斯亮藍法測定[1]；光合色素含量采用丙酮浸提法測定[2]；可溶性糖含量采用蒽酮法測定[3]；細胞質(zhì)膜透性采用電導儀法測定[3]。

2 結(jié)果與分析

2.1 鎳銅聯(lián)合脅迫對向日葵幼苗葉片中可溶性蛋白含量的影響 從圖1可看出，在較低的脅迫濃度下向日葵幼苗葉片可溶性蛋白含量與對照組相比稍有下降，隨著脅迫濃度的不斷提高，可溶性蛋白含量呈逐漸上升的趨勢，第4組、第5組與對照組相比，蛋白質(zhì)含量分別上升了8.95、14.2個百分點。方差分析表明，第2、第3組重金屬脅迫對向日葵幼苗中可溶性蛋白含量無顯著影響（P>0.05），第四組脅迫對向日葵幼苗中的可溶性蛋白含量有顯著的影響（0.01

2.2 鎳銅聯(lián)合脅迫對向日葵幼苗電導率的影響 電導率是衡量植物細胞質(zhì)膜透性的重要指標。由圖2可看出，在鎳、銅2種重金屬脅迫濃度較低時，向日葵幼苗的電導率與對照組相比差異不顯著，呈小幅波動之勢。當培養(yǎng)液中鎳銅含量分別超過10mg/L和25mg/L后電導率則呈現(xiàn)明顯上升的趨勢。第5組合（Ni50mg/L、Cu50mg/L）的脅迫使得電導率值超過對照組71個百分點，表明過高濃度的重金屬脅迫會導致細胞質(zhì)膜透性加大。

2.3 鎳銅聯(lián)合脅迫對向日葵幼苗葉片中光合色素含量的影響 從圖3可看出，受鎳、銅2種重金屬聯(lián)合脅迫后，向日葵幼苗葉片光合色素含量下降明顯。與對照組相比，第2組、第3組、第4組、第5組光合色素含量分別下降了51.7、54.5、43.1、52.9個百分點，各試驗組的光合色素含量雖然下降但彼此間差異不明顯，表明較低濃度的鎳銅聯(lián)合脅迫已經(jīng)明顯阻礙向日葵幼苗光合色素的合成。

2.4 鎳銅聯(lián)合脅迫對向日葵幼苗葉片可溶性糖含量的影響 糖是植物光合作用的產(chǎn)物，也是細胞滲透調(diào)節(jié)的重要物質(zhì)。從圖4可看出，在較低濃度的鎳銅聯(lián)合脅迫時，向日葵幼苗葉片中的可溶性糖含量與對照組相比差異不明顯，但當高濃度的鎳銅聯(lián)合脅迫時，向日葵幼苗中的可溶性糖含量隨著脅迫濃度的升高而呈下降趨勢。第5組處理的可溶性糖含量僅是對照組的64.00%，表明高濃度的重金屬脅迫使植物體內(nèi)使糖的代謝受到顯著影響。

3 討論與結(jié)論

植物體內(nèi)存在一套應對外界不良環(huán)境的機制。向日葵幼苗在重金屬鎳、銅的聯(lián)合脅迫下，在脅迫濃度較低時，重金屬元素進入植物體內(nèi)，與某些化合物結(jié)合，形成金屬絡(luò)合物或螯合物[4]，影響了植物體內(nèi)新陳代謝，一定程度阻礙了向日葵體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成，導致蛋白質(zhì)含量有所下降。隨著重金屬脅迫濃度的升高，刺激向日葵啟動應對外界不良環(huán)境的保護機制，蛋白質(zhì)的合成量增大，以中和重金屬對向日葵幼苗的毒害，以適應一定濃度范圍內(nèi)的重金屬污染環(huán)境。此外，重金屬脅迫濃度的升高也會使得培養(yǎng)液中水勢逐漸下降，向日葵幼苗吸收水分的能力下降，進而使植株的含水量下降，這些因素也會引起可溶性蛋白含量上升。

細胞質(zhì)膜是細胞與外界環(huán)境進行物質(zhì)交換的場所，通常情況下細胞質(zhì)膜對細胞內(nèi)進出物質(zhì)具有高度的選擇透過性，但當細胞膜的理化性質(zhì)發(fā)生改變時，其功能也會發(fā)生相應改變。導致其電導率上升的因素可能是由于鎳、銅這2種重金屬含量的升高，對向日葵幼苗細胞的細胞膜的傷害程度加大，進而導致細胞膜功能受損，透性加大，細胞內(nèi)的物質(zhì)外流，最終導致電導率上升。

光合色素是植物進行光合作用合成有機物賴以生存的工具。光合色素的含量可以說明植物光合作用合成有機物的能力，從而影響植物的生長發(fā)育。有研究表明，當植物受較大濃度重金屬脅迫時，重金屬會直接削弱抗氧化酶對活性氧的清除能力，形成大量的活性氧自由基，自由基把葉綠素作為靶標，破壞葉綠素分子[5]；同時重金屬還會導致膜脂過氧化作用，改變?nèi)~綠體膜的合成速度和降低植物吸收和轉(zhuǎn)運功能使植物缺乏葉綠素合成的必需元素進而抑制植物體中葉綠素的合成[6]，使植物中光合色素的含量降低。

本研究表明，低濃度的鎳銅聯(lián)合脅迫還不能刺激向日葵幼苗體內(nèi)發(fā)生防御性反應，一定程度上直接破壞可溶性糖分子結(jié)構(gòu)或抑制可溶性糖合成使向日葵幼苗中可溶性糖含量出現(xiàn)了輕微的下降。但隨著鎳銅重金屬脅迫濃度的增加，培養(yǎng)液中的滲透壓升高。向日葵幼苗體內(nèi)的自我防御性機制開始啟動，向日葵幼苗中的可溶性糖作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)保護細胞，以適應外界環(huán)境的變化。但當鎳銅的濃度進一步加大，向日葵幼苗體內(nèi)的保護機制已經(jīng)無法消除重金屬帶來的毒害，導致向日葵幼苗中可溶性糖含量下降[7]。

糖是植物光合作用的產(chǎn)物，也是植物呼吸作用獲取能量以維持植物自身生命活動的原料。本試驗中較低濃度的鎳銅聯(lián)合脅迫時，向日葵幼苗中可溶性糖含量的變化不明顯，但當較高濃度的鎳銅聯(lián)合脅迫時，向日葵幼苗中的可溶性糖含量下降趨勢明顯。植物體內(nèi)存在一套適應外界不良環(huán)境的防御性機制。在較低的脅迫濃度下，向日葵即能夠啟動自我防御性機制，可溶性糖作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)維持正常的水平可以保護細胞，以適應外界環(huán)境的變化。但當脅迫濃度進一步加大，向日葵幼苗體內(nèi)的保護機制已經(jīng)無法消除重金屬帶來的毒害，導致向日葵幼苗中糖的代謝受到影響，可溶性糖含量下降[7]。

參考文獻

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