铅、镉胁迫对大蒜某些生理生化指标的影响.doc

铅、镉胁迫对大蒜某些生理生化指标的影响摘要本试验采用石英砂培养研究大蒜，在不同质量浓度铅、镉对大蒜某些生理生化指标的影响。实验结果表明，随着铅、镉浓度的增加，丙二醛（MDA）积累越多，过氧活性酶（CAT）活性呈现先增大后降低的趋势，游离脯氨酸（Pro）含量随铅、镉胁迫浓度的增加而呈升高趋势。关键词铅;镉;胁迫;大蒜;生理生化AbstractThis experiment using quartz sand culture in the lead, cadmium stress concentration under different quality of garlic some physiological and biochemical treatment parameters influence the. The results show that with the increase of concentration of lead, cadmium, MDA accumulation, the more CAT activity is first increases, then reduce the trend, Pro content with the increase of stress concentration of the rising trend. Key words Pb; Cd; Stress; Garlic; Physiologic and biochemical引言 重金属是指密度大于5.09 g/cm3的一类金属元素，其中包括汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)、锌(Zn)、铜(Cu)、镍(Ni)、钴(Co)、锡(Sn)以及类金属砷(As)等约40多种金属元素。这些元素天然存在于自然界的岩石中，土壤中自然存在的重金属一般不会对人类的健康造成危害，而导致大量重金属进入地球的生物圈进而污染生态环境主要是人为干扰等因素的结果。重金属对生态环境具有很强的破坏性。释放到生物圈的重金属普遍存在于大气、土壤和水体中，并通过迁移、转化和富集过程和食物链的传递作用，对生物具有潜在的危害性。导致土壤污染的重金属有些是生命活动所必需的，在微量浓度下参与生命代谢活动，如铜、铅、锌。但是它们在人体内的残留量超过一定浓度时就会对人体产生危害。另外一些重金属不是生命活动所必需的，如汞、砷等。重金属是土壤环境中一类具有潜在危害的污染物，它们在土壤中一般不易随水淋溶，不能被土壤微生物分解，但具有明显的生物富集作用，常在土壤环境中积累，甚至某些重金属元素在土壤中还可以转化为毒性更大的甲基化合物。因此，重金属造成的污染具有隐蔽性、滞后性、累积性、不可逆转性等特点，它们一旦进入土壤、水体等生活环境中，采用物理的、工程的和化学的方法很难消除，而且常常对人体造成一些不可逆的损伤。我国土壤污染已经非常严重。据统计，受重金属污染的土壤面积达到污染面积的30.40。随着工业迅猛发展，大量的重金属严重污染了农田。我国大多数城市近郊土壤都受到了不同程度的重金属污染，有许多地方粮食、蔬菜、水果等食物中Cd、Cr、As、Pb等重金属含量超标和接近临界值D 1 Zhang G P, fukan M, Sekimoto H. Influence of cadmium on mineral concentrations and components in wheat genotypes differing in Cd tolerance at seeding stageJ. Field Crops Res, 2002, 77: 93-98.。我国的大蒜产量很高，常年的种植面积为20.026.7万公顷，产量为400万吨， 居世界首位，约占世界总产量的1/4。因此，研究重金属对大蒜的生理生化影响有比较重要的意义。Pb、Cd污染对植物伤害国内外已有广泛的研究2 刘斌, 杨丽, 周青, 等. 稀土La对Cd胁迫下玉米幼苗生长影响J. 玉米科学, 2006, 14(16): 90-92.23 马文丽, 金小弟, 王转花. 镉处理对乌麦种子萌发幼苗生长及抗氧化酶的影响J. 农业环境科学学报, 2004, 23(1): 55-59.34 陈国祥, 施国新, 何兵, 等. Hg、Cd对莼菜越冬芽光合膜光化学活性及多肽组分的影响J. 环境科学学报, 1999, 19(5): 521-525.45 王林, 史衍玺. 镉铅及其复合物污染对辣椒生理生化特性的影响J. 山东大学学报: 自然科学版, 2005, 36(1): 107-112.56 仁安芝, 高玉葆, 刘爽. 铅、镉胁迫对青菜叶子集中生理生化特性的影响J. 应用与环境生物学报, 2000, 6(2): 112-116.6。植物器官在Pb、Cd胁迫下受到伤害往往发生膜脂过氧化作用, 丙二醛( MDA) 是膜脂过氧化最终分解产物, 其含量可以反映植物遭受重金属伤害的程度7 师存恩, 田玉丹, 周景武, 等. 小麦全蚀病病害流行及预测研究J. 内蒙古农业科技, 1991(5): 9-12.。植物体内的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)是一类重要的抗氧化酶, 在清除重金属等诱导产生的氧自由基和过氧化物、抑制膜脂过氧化、保护细胞免遭伤害等方面起着重要作用, 抗氧化酶可以作为检测环境污染物胁迫的生物标记物8 曹莹, 黄瑞冬, 曹志强. 铅胁迫对玉米生理生化特性的影响J. 玉米科学, 2005, 13(3): 61-64.。Cd、Pb是一类毒性较强的环境胁迫因子，在植物组织中的积累超过一定的阀值，就会对植物产生伤害，使植物体内的代谢过程发生紊乱，生长发育受到抑制，重则会导致植物死亡。杨志新9 杨志新, 刘树庆. 土壤重金属复合污染对油菜生长的影响J. 河北农业大学学报, 2000, 23(3): 27-30等(2000)研究了土壤重金属复合污染对油菜生长的影响。结果表明，Cd、Zn协同使油菜产量降低，而Pb却使油菜产量有所增加。付庆灵10 胡超, 付庆灵, 土壤重金属污染对蔬菜发育及品质的影响之研究进展J. 中国农学通报, 2007, 23(6): 519-523.等(2005)的研究也表明，Pb处理能使萝卜产量增加，但Cd能明显降低萝卜的生物产量。王慧忠11 王慧忠, 何翠屏, 赵楠. 铅对草坪植物生物量与叶绿素水平的影响J. 草业科学, 2003, 20(6):73-75.等(2003)研究则指出，Pb可引起草坪植物根量减少，根冠膨大变黑、腐烂，导致植物地上部分生物量的下降，叶片失绿明显，严重时逐渐枯萎、植物死亡。重金属对植物的生长抑制表现出一定的时间和浓度剂量效应，不同的重金属类型及处理水平、不同的植物、试验条件不同研究结果各有差异。本试验以大蒜为材料研究不同浓度Pb、Cd胁迫下过氧化氢酶活性的变化、丙二醛含量的变化、叶绿素含量的变化以及游离脯氨酸含量的变化, 为进一步阐明Pb、Cd对植物毒害的生理机制提供依据。1. 材料及方法1.1 材料及药品大蒜：购于上饶种子公司Pb(N03)2 ：分析纯3CdS048H20：分析纯硫代巴比妥酸：分析纯高锰酸钾：分析纯脯氨酸：生化试剂茚三酮：分析纯1.2 仪器分光光度计：离心机：恒温水浴锅：1.3 植物培养及处理1.3.1 大蒜催芽试验材料大蒜从上饶种子公司购买，从中选择228瓣充实饱满且大小相近的蒜瓣。用纱布包裹，棉线绑扎，置于3高锰酸钾溶液内消毒20min，将消毒过后的种子先用自来水冲洗数次，再用去离子水反复冲洗数次，以洗去表面残留的高锰酸钾溶液，最后用滤纸将水吸干。将蒜瓣随机分成19份（每份12瓣），分别种入装有石英砂的托盘中。并加入适量的蒸馏水。每天加适量的蒸馏水直到全部长出幼苗。1.3.2 大蒜幼苗的处理将19份长出苗的蒜瓣随机分成9组，一组3份作为对照组，其他8组各2份作为实验组。贴上标签：CK、Pb50、Pb100、Pb250、Pb500、Cd5、Cd10、Cd25、Cd50。铅采用分析纯Pb(N03)2配制，其浓度梯度(以纯铅计)为：50、100、250、500 mg/L；镉采用分析纯3CdS048H20配制，其浓度梯度(以纯镉计)为：5、10、20、50 mg/L。CK以不加Pb、Cd的去离子水。每天各组定时定量加入相对于的溶液，连续加一个星期。1.4 测试方法1.4.1 丙二醛（MDA）含量的测定 植物根系内MDA含量：硫代巴比妥酸法(李合生，2000)12 李合生. 植物生理生化实验原理和技术M. 北京: 高等教育出版社, 2000, 7: 61-63。1.4.2 过氧化氢酶（CAT）活性的测定 植物根系内CAT活性的测定：高锰酸钾滴定法13 GBPT5522- 85, 粮食、油料检验过氧化氢酶活动度测定方法 S .。1.4.3 游离脯氨酸含量的测定 植物叶片内Pro含量：酸性茚三酮法(李合生，2000)14 李和生. 植物生理生化实验原理和技术M. 北京: 高等教育出版社, 2000, 7: 63-65.。1.5 统计分析 所得数据用Office Excel处理。2、 结果和分析2.1 铅、镉胁迫下对植物根系丙二醛（MDA）含量的影响 植物在Pb2+、Cd2+ 胁迫下膜脂过氧化作用进程加快, 增加植物体内的活性氧, 打破活性氧的代谢平衡, 从而启动膜脂过氧化作用或膜脂脱脂作用, 破坏膜的结构, 影响膜的功能。重金属是脂质过氧化的诱变剂, 浓度越高, 脂质过氧化产物MDA 积累越多, 两者密切相关。 由图1看出，随着Pb胁迫浓度的增大，根系MDA含量持续升高，随着Pb胁迫浓度的进一步增大，MDA含量呈上升趋势。在Pb浓度为100 mgL-1时有最大值。由图2可知，随着Cd胁迫浓度的增大，根系MDA含量呈上升趋势。MDA含量最大值出现在胁迫浓度为50 mgL-1。不管是Pb胁迫，还是Cd胁迫，MDA含量均高于对照组。本试验表明重金属离子浓度越高，MDA积累量越多。2.2 铅、镉胁迫对植物根系过氧化氢酶（CAT）活性的影响 植物根系的老化与过氧化物酶的活性有一定的关系。通常，在老化组织中过氧化物酶活性较强，在幼嫩组织中较弱。CAT 是含Fe 的蛋白酶, 能将SOD 的歧化产物H2O2 分解成水, 达到清除体内多余H2O2 的目的,避免了H2O2 对植物组织的伤害 15 张风琴, 王友绍, 董俊德, 等. 重金属污水对木榄幼苗几种保护酶及膜脂质过氧化作用的影响J. 热带海洋学报, 2006, 25( 2): 66- 70.。由图3知，在Pb胁迫浓度为0到50 mgL-1时，随着浓度的增大，CAT活性快速上升。随着Pb胁迫浓度的进一步增大，CAT活性开始降低。由图4可知，CAT活性在Cd胁迫浓度为10 mgL-1时达到最大值3.133 mgH2O2/gFWmin。但随着胁迫浓度的进一步增大，CAT活性下降。 本试验表明，CAT活性呈先增大后降低的趋势。这表明大蒜对重金属胁迫表现出抗性。随着重金属胁迫浓度的进一步增大，CAT分子结构受到不同程度破坏，活性降低。2.3 铅镉胁迫对植物叶片中游离脯氨酸（Pro）含量的影响 植物在正常条件下，游离脯氨酸含量很低，但遇到干旱、低温、盐碱等逆境时，游离脯氨酸便会大量积累，并且积累指数与植物的抗逆性有关。因此，脯氨酸可作为植物抗逆性的一项生化指标16 汤章城. 逆境条件下植物脯氨酸的累积及其可能的意义J. 植物生理学通讯, 1984(1):15-21.。 由图5可知，随着Pb胁迫浓度的增大，Pro含量总体是呈上升趋势。 由图6看出，随着Cd胁迫浓度的增大，Pro含量呈先上升后下降的趋势。在胁迫浓度为10 mg/L时Pro含量达到最大值。 在Cd和Pb胁迫下，Pro含量都随处理浓度的增加而升高，这说明重金属胁迫破坏植物的组织，使植物代谢紊乱，对大蒜产生了严重的毒害作用，植物体内自由基累积，加剧了膜大蒜的生长受到伤害的同时，Pro在体内不断积累，这是大蒜对胁迫环境的一种适应性反应。这与秦天才17 秦天才, 吴玉树, 王焕校, 等. 镉、铅及其相互作用对小白菜根系生理生态效应的研究J生态学报, 1998, 18(3): 320-