鉛離子對(duì)核桃幼苗細(xì)胞膜透性的影響

譚本會(huì) 李虹

摘? ?要? ?采用盆栽試驗(yàn)，設(shè)置不同鉛離子污染濃度（100， 500， 1 000， 1 500， 2 000 mg·kg-1）的土壤作為培養(yǎng)基質(zhì)，研究鉛離子對(duì)核桃一年生幼苗葉片細(xì)胞膜透性的影響。結(jié)果表明：隨著土壤中鉛離子濃度的增加，核桃幼苗葉片中細(xì)胞膜的相對(duì)電導(dǎo)率、丙二醛及脯氨酸含量都呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢(shì)，表明膜透性增大，植株受到一定程度的傷害;但與對(duì)照組比較差異不顯著，說明核桃幼苗對(duì)鉛離子脅迫具有抗逆性。

關(guān)鍵詞? ?核桃;鉛離子;丙二醛;脯氨酸;電導(dǎo)率;抗逆性

中圖分類號(hào)：S723.9;Q945.78? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.34.011

重金屬鉛作為土壤的主要污染源之一，當(dāng)在土壤中積累過多時(shí)，植物通過吸收使自身的代謝發(fā)生紊亂，嚴(yán)重者會(huì)導(dǎo)致植株死亡。植物的根、莖、葉對(duì)土壤中鉛離子有一定的吸收、轉(zhuǎn)化和降解作用，從而使積累的污染物不會(huì)在短期內(nèi)降解到環(huán)境中[1]。鉛離子污染使土壤的生產(chǎn)力下降，使得農(nóng)作物收成降低，減少種植收入，且鉛離子污染最終通過食物鏈嚴(yán)重危害人類健康[2]。因此，研究鉛離子對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響具有重要意義。

核桃（Juglans regia L.）是世界上重要的堅(jiān)果類果樹和木本油料樹種，果實(shí)含有黃酮、總酚、維生素E、多不飽和脂肪酸和褪黑素等多種成分，營(yíng)養(yǎng)豐富[3];是一種集蛋白質(zhì)、脂肪、纖維素、維生素等營(yíng)養(yǎng)要素于一身的優(yōu)良干果類食品，栽培的經(jīng)濟(jì)價(jià)值高。核桃還具有一定的藥用價(jià)值[4]。核桃殼和花生殼作為生態(tài)友好材料，按照一定比例投放入輕度鉛污染的土壤中，對(duì)土壤修復(fù)效果比較理想[5]。此外，核桃作為化感植物，在作物增產(chǎn)及病蟲害防治等方面有著重要的作用[6]。

貴州省畢節(jié)市的赫章、威寧等縣區(qū)由于土法煉鋅等落后的生產(chǎn)工藝導(dǎo)致目前仍有大量的礦山跡地存在。研究鉛離子對(duì)核桃幼苗生長(zhǎng)過程中細(xì)胞膜透性的影響有助于進(jìn)一步揭示核桃生長(zhǎng)過程中對(duì)重金屬的富集機(jī)理，為探索經(jīng)果林樹種在礦山跡地植被恢復(fù)中的利用提供理論依據(jù)，有利于核桃的規(guī)范化種植，從而加快畢節(jié)市核桃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。重金屬鉛離子對(duì)植物生理效應(yīng)及生物學(xué)性狀影響方面的研究較多，但主要集中于農(nóng)作物和部分草本植物，對(duì)木本植物的研究相對(duì)較少[7]，有關(guān)鉛離子對(duì)核桃幼苗細(xì)胞膜透性影響的研究目前未見報(bào)道。

1 材料與方法

1.1 供試苗木的選擇

本試驗(yàn)供試的核桃幼苗為畢節(jié)市種苗站提供的一年生核桃實(shí)生苗。

1.2 鉛離子脅迫處理

選用直徑30 cm、高28 cm的花盆為試驗(yàn)栽培盆，使用無污染充分混勻的土壤作為試驗(yàn)盆栽的基質(zhì)，每盆裝無污染土9 kg（干重），下墊塑料托盤，將供試核桃幼苗除去根系原土后移植入盆，每盆栽植1株幼苗。移植后將試驗(yàn)盆放于正常通風(fēng)、光照的地方，并進(jìn)行常規(guī)澆水管理，待苗木恢復(fù)生長(zhǎng)2個(gè)月后，選取個(gè)體、健康狀況基本一致的苗木進(jìn)行鉛離子處理。鉛離子處理是以Pb（CH3COO）2·3H2O水溶液的形式加入到基質(zhì)中，形成鉛離子濃度（以風(fēng)干基質(zhì)中含純鉛離子重量計(jì)）為100， 500， 1 000， 1 500， 2 000 mg·kg-1的污染土壤，另設(shè)不添加污染物的基質(zhì)作為對(duì)照，每個(gè)處理濃度設(shè)置3個(gè)重復(fù)。所有的處理及處理后核桃幼苗的生長(zhǎng)都在大棚內(nèi)進(jìn)行，保證每次都使用等量的水進(jìn)行澆灌。處理90 d后隨機(jī)取葉測(cè)定丙二醛、脯氨酸含量及相對(duì)電導(dǎo)率的變化。

1.3 相對(duì)電導(dǎo)率測(cè)定

隨機(jī)抽取核桃幼苗葉片，每份稱取0.2 g放入50 mL小燒杯中，加入蒸餾水20 mL，燒杯口用保鮮膜密封好，置于振蕩鍋內(nèi)振蕩（25 ℃，120 r·min-1）30 min后，室溫下靜置30 min，用DDS211A型電導(dǎo)儀測(cè)定每一個(gè)小燒杯中溶液的電導(dǎo)值，記錄數(shù)據(jù)（R1）。測(cè)定之后，再一次用保鮮膜密封好小燒杯，并將其放入100 ℃的水浴鍋中煮10 min，取出各個(gè)小燒杯并將其冷卻至室溫，測(cè)定各燒杯中溶液的電導(dǎo)值，記錄數(shù)據(jù)（R2）。

按公式：相對(duì)電導(dǎo)率（%）= R1/R2×100%，計(jì)算核桃葉片的相對(duì)電導(dǎo)率[8]。

1.4 丙二醛（MDA）含量測(cè)定

采用二硫代巴比妥酸顯色法[9]。隨機(jī)抽取每一株核桃苗上的幼葉1片，用自來水、蒸餾水沖洗后，稱取0.5 g葉片于研缽中，加入5 mL 5%的三氯乙酸于研缽中，將研磨后的勻漿離心（4 ℃，3 000 r·min-1）10 min。離心后取上清液2 mL于帶塞的試管中，同時(shí)加入2 mL 10%的三氯乙酸（含0.5%硫代巴比妥酸），將試管置于100 ℃水浴中煮沸30 min，冷卻后離心，取上清液于450， 532， 600 nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度值。按公式：C=6.45（OD532-OD600）-0.56×OD450計(jì)算丙二醛的含量[10]，式中C為MDA濃度，單位μmol·L-1。

1.5 脯氨酸含量測(cè)定

脯氨酸含量測(cè)定采用茚三酮法[10]。隨機(jī)抽取每一株核桃苗上的幼葉1片，用自來水、蒸餾水沖洗，烘干后研磨成粉末狀，稱取0.1 g葉片粉末于10 mL刻度試管中，加入80%的乙醇定容后置于80 ℃的水浴中提取20 min，加入一勺人造沸石和少量活性炭，塞上試管塞并放入振蕩鍋中強(qiáng)烈振蕩5 min，濾液備用。取提取液2 mL，以2 mL 80%乙醇作對(duì)照，加入2 mL冰醋酸和2 mL茚三酮試劑，于100 ℃水浴鍋中加熱15 min，冷卻后于520 nm波長(zhǎng)測(cè)定光密度值，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線（見圖1）計(jì)算脯氨酸的含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 鉛離子對(duì)核桃幼苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率的影響

植物細(xì)胞膜的功能之一是調(diào)節(jié)和控制細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)的交換。當(dāng)植物受到低溫、高溫、干旱或重金屬污染等不利環(huán)境傷害時(shí)，其細(xì)胞膜的選擇透過性將受到一定程度的影響。表現(xiàn)在污染物與細(xì)胞膜上的某些成分發(fā)生一定反應(yīng)，使得成分的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，最終導(dǎo)致膜系統(tǒng)的破壞、膜功能的改變。細(xì)胞膜的選擇透過性被改變，細(xì)胞內(nèi)的可溶性物質(zhì)，如鹽類、有機(jī)酸等進(jìn)入到外界環(huán)境介質(zhì)中，人為環(huán)境介質(zhì)為蒸餾水，外滲液中的物質(zhì)增加了外界環(huán)境蒸餾水的濃度，表現(xiàn)為蒸餾水的導(dǎo)電性增加。由表1可見，隨培養(yǎng)基質(zhì)中鉛離子濃度增加，核桃幼苗葉片的相對(duì)電導(dǎo)率逐漸加大;但由表2的方差分析結(jié)果可見，處理組與對(duì)照組比較差異不顯著（P>0.05）。表明核桃幼苗對(duì)重金屬污染物有一定的吸收、凈化能力。

2.2 鉛離子對(duì)核桃幼苗葉片丙二醛（MDA）含量的影響

植物在干旱及各種污染的條件下，細(xì)胞膜上會(huì)發(fā)生膜脂過氧化作用。丙二醛作為細(xì)胞膜脂的過氧化產(chǎn)物之一，植物積累丙二醛濃度越高，表明膜脂過氧化程度和膜系統(tǒng)受傷害程度越大，所以丙二醛含量的變化可作為檢測(cè)不利條件下植物細(xì)胞膜系統(tǒng)受損害程度的指標(biāo)。由表3可見，隨培養(yǎng)基質(zhì)中鉛離子濃度增加，核桃幼苗葉片中丙二醛的含量逐漸增加;但由表4的方差分析結(jié)果可見，處理組與對(duì)照組比較差異不顯著（P>0.05）。表明這個(gè)處理濃度范圍（100～1 500 mg·kg-1土壤）之內(nèi)，推測(cè)核桃幼苗細(xì)胞膜可以通過積累一定量的丙二醛，保持其滲透調(diào)節(jié)。

2.3 鉛離子對(duì)核桃幼苗葉片脯氨酸含量的影響

植物蛋白的組成部分之一為脯氨酸，脯氨酸在自由狀態(tài)下廣泛存在于植物體內(nèi)。脯氨酸作為一種植物滲透劑膜和酶保護(hù)物質(zhì)，如果植物體內(nèi)積累較多脯氨酸，表明植物的抗逆性強(qiáng)[7]。由表5可知，隨著培養(yǎng)基質(zhì)中鉛離子濃度的增加，核桃幼苗葉片中脯氨酸含量表現(xiàn)出增加趨勢(shì);但由表6的方差分析結(jié)果可見，處理組與對(duì)照組比較差異不顯著（P>0.05）。表明在這個(gè)處理濃度范圍（100～1 500 mg·kg-1土壤）之內(nèi)，核桃幼苗能夠積累游離脯氨酸以保持滲透作用。

3 討論

細(xì)胞膜能夠調(diào)節(jié)和控制細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)的交流，當(dāng)植物處于各種不利環(huán)境條件下時(shí)，細(xì)胞膜作為細(xì)胞的第一防線，將首先接到刺激和受到破壞，從而導(dǎo)致細(xì)胞膜的選擇透過性發(fā)生改變或者喪失，引起植物生理代謝的紊亂，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞的解體和死亡。相對(duì)電導(dǎo)率、丙二醛含量、脯氨酸含量的變化是細(xì)胞膜受傷害的重要生理指標(biāo)，因此可以通過測(cè)定其含量的變化，來檢測(cè)細(xì)胞膜受傷害的程度。在本試驗(yàn)所設(shè)定的土壤鉛離子濃度范圍（100～1 500 mg·kg-1）之內(nèi)，隨著培養(yǎng)基質(zhì)中鉛離子濃度的增加，核桃幼苗葉片丙二醛、脯氨酸含量及細(xì)胞膜的相對(duì)電導(dǎo)率都逐漸升高，表明膜透性增大，植株受到一定程度的傷害;但與對(duì)照組比較，差異不顯著，說明在該濃度范圍內(nèi)，核桃幼苗的生長(zhǎng)受影響不大，反映出核桃幼苗對(duì)鉛離子具有較強(qiáng)的抗逆性。

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