La对Cd胁迫下大豆膜脂过氧化及OD活性的影响

La对Cd胁迫下大豆膜脂过氧化及POD活性的影响摘要：利用水培方法研究稀土镧(LaCl3)对不同Cd浓度(20、50、80ml/L)胁迫下大豆幼苗膜脂过氧化及POD活性的影响.实验表明,Cd胁迫下叶绿素含量降低,质膜透性增大,MDA含量上升,POD活性提高,且随Cd浓度上升变幅增大.适量的La(20mg/L)在一定程度上缓解Cd伤害,且对低浓度胁迫的防护效应优于高浓度.考察0~80h动态变化时发现,不同处理条件下,各项生理生化指标的动态变化曲线不尽一致,皆非简单的线性过程.同时也反映出相应的剂量效应和防护效果的差异.关键词：镧;镉胁迫;大豆幼苗;质膜透性;POD活性EffectofLaonmembranelipidandactivityofPODinthesoybeanseedlingunderCdstressAbstract：EffectofLaonmembranelipidandactivityofPODinthesoybeanseedlingsunderdifferentconcentrationsofCdstresswerestudiedusingwaterculturinginthelab.Theresultsshowedthatchlorophyllcontentwasdecreasedandmembranepermeability,MDAcontentandactivityofPODwereincreasedintheplantstreatedwithvariousconcentrationsofCd.TherangeofchangewasrelatedwiththeconcentrationofCd.ComparedwiththeplantstreatedCd,chlorophyllcontentwasincreasedandmembranepermeability,MDAcontentandactivityofPODweredecreasedintheplantspretreatedwithLa,whichprovedthattherightconcentrationofLacanalleviatedtheinjuryofplantunderCdstress,andhavemoreeffectiveprotectionagainstinjuryresultedbylowdosageofCdthanthatofhighdosage.During0~80h,theresultsprovedthatthechangingcurvesofeachphysiologicaltopicsarenotsame,whicharenotsimplelinearchanges.Ontheotherhand,theprotectiveeffectwasrelatedwiththeconcentrationofCd.Keywords：La;Cd;soybeanseedling;membranepermeabilityPODactivity关于Cd污染对植物生长的影响与内部生理代谢的伤害已积累较多资料[1~2]。虽然目前防治植物镉污染的工作多集中于客土深翻、调节土壤pH值以降低镉的有效性上，但通过提高植物自身防御机制来减轻镉致害的研究也越来越受人关注[3,4]。将稀土作为调节因子用于重金属污染防护的研究成果表明，适当与适量的稀土能减轻Cd污染对植物造成伤害。鉴于前期已报道过Cd污染对大豆幼苗生长及代谢伤害与La缓解Cd胁迫伤害的效果[5]，考虑到胁迫效应和防护效果显现是一动态过程，常与时间相关，有必要进一步研究La处理的大豆幼苗在Cd胁迫后不同时间膜脂过氧化与过氧化物酶（POD）活性动态变化，该结果可为客观评估稀土对重金属胁迫的影响提供参考。.(材料与方法1.1试材培养大豆（Glycinemax）品种“黒脐豆”种子用0.1%HgCl2消毒5min，无菌水漂洗3次，放入垫有3层消毒纱布培养皿中，于恒温培养箱（25±0.5℃）中萌发，当胚根长至3~4cm时移入塑杯(Φ=10cm)中去离子水培养，每杯3株。真叶长出后，移入1/2Hogland营养液中继续培养。每3d更换1次营养液，以确保其pH值稳定，待第3片真叶完全展开后处理。1.2试材处理配制20mg/LLaCl3溶液，用喷雾器均匀喷布大豆叶片，滴液为限，对照（CK）植株喷等量蒸馏水，各处理与CK均3杯，3次重复。La预处理48h后，部分幼苗进行Cd胁迫处理，用1/2Hoagland营养液配制浓度分别为20ml/L(T1)、50ml/L(T2)、80ml/L(T3)的CdCl2溶液，每杯装液250ml，CK为等量1/2Hoagland营养液。1.3指标测定静态指标测定于Cd胁迫72h后进行，叶片叶绿素（Chl）含量，质膜透性测定参照文献[6]，丙二醛（MDA）含量及POD活性测定参照文献[7]。动态指标于Cd胁迫后5h、10h、20h、40h、80h测定。结果与分析2.1大豆幼苗响应La与Cd作用的即时效应Chl是植物光合作用的结构与功能物质。表1数据表明，在T1、T2及T3处理下，大豆Chl含量降低，降幅分别为9.3%、15.2%、21.2%。随Cd胁迫浓度的增加Chl含量降幅增大，表征植物受伤害程度越严重。La预处理大豆幼苗，在不同剂量Cd胁迫下，Chl含量虽低于对照但却高于未经La预处理的，且增幅分别为7.9%、5.7%、2.6%，表明适当剂量La对Cd伤害有一定的缓解作用，且对低浓度胁迫的防护效果优于高浓度。POD是植物体内重要的活性氧清除酶系，可防止细胞内过量自由基对生物大分子与质膜的破坏。MDA是细胞膜脂过氧化产物，可与质膜透性一起表征植物受逆境伤害程度。表1数据显示，在T1、T2及T3处理下,POD活性应激上升，质膜透性及MDA含量增大，增幅为T1（11.0%、12.3%、4.2%）＜T2（17.6%、15.2%、23.4%）＜T3（27.4%、30.8%、40.6%）。表明此刻植物虽已产生应激反应，但不足以抵抗活性氧触发的膜脂过氧化和质膜透性增大。经La预处理植株，3项指标变化均高于CK，但明显低于Cd胁迫植株，增幅为La+T1（1.5%、6.9%、0.6%）＜La+T2（4.9%、8.6%、9.8%）＜La+T3（11.2%、24.7%、25.6%）。其中，La+T1与La+T2处理下的三项指标均接近CK（未达到差异显著水平），表明Cd胁迫减弱，膜伤害减轻。表1La对Cd胁迫下大豆幼苗叶绿素含量，质膜透性，MDA及POD活性的影响Tab.lEffectofLaonchlorophyllcontent,membranepermeability,MDAcontentandPODactivityofGlycinemaxseedlingunderCdstress处理Chl含量/mgg·g-1质膜透性/%MDA//mg··g-1POD/△A4770/minn·gCK1.41±0.004a（100.00）39.27±0..91a（100.00）0.913±0..025a（100.00）0.203±0..014a（100.00）T11.28±0.003bc（90.7）43.60±0..11bc（111.00）1.026±0..015b（112.33）0.211±0..007abb（104.22）La+T11.39±0.001ab（98.6）39.85±0..62a（101.55）0.976±0..019abb（106.99）0.203±0..003a（100.66）T21.19±0.002c（84.8）46.17±0..33c（117.66）1.053±0..048b（115.22）0.250±0..012b（123.44）La+T21.27±0.005b（90.5）41.21±0..37ab（104.99）0.992±0..047abb（108.66）0.222±0..015abb（109.88）T31.11±0.001d（78.8）50.04±0..96d（127.44）1.195±0..027c（130.88）0.285±0..053c（140.66）La+T31.15±0.001bc（81.4）43.65±0..61bc（111.22）1.139±0..051bbc（124.77）0.254±0..006b（125.66）2.2大豆幼苗响应La与Cd作用的时段效应为了解Cd对大豆幼苗生理变化的动态影响与La缓解Cd伤害大豆植株的动态效应，实验中以Chl含量、质膜透性（E%）及POD活性为指标、设80h为一周期，考察La与Cd对大豆生理过程的动态影响。在静态实验基础上，动态实验中舍弃T3这个剂量。2.2.1 La对Cd胁迫下大豆幼苗Chl含量的影响过程由图1-A可知，在0～80h，与CK相比，T1处理下的Chl含量呈先下降后上升的趋势,降幅分别为10.3%、19.4%、14.8%、7.1%、5.2%、3.8%。最终向CK趋近。表明在低剂量Cd处理下，胁迫强度未超过植物耐受负荷，伤害发生时，植物自修复应激启动，伤害在一定程度上缓和，最终恢复到正常水平；La＋T1处理下的Chl含量变化规律与T1类似，但同一时间的变幅均减小，分别为-1.4%、-7.7%、-1.2%、0.4%、1.9%、2.3%，与T1相比，恢复到正常水平的时间前置，表明La对Cd伤害具有缓解作用。经T2处理植株Chl含量呈持续下降趋势，降幅为15.2%、31.5%、34.7%、36.9%、49.7%、54.7%。可以看出，胁迫强度超出植物自修复能力，随时间推移，伤害逐渐加深，沿背离CK方向变化。而La＋T2处理的Chl含量变化趋势与以上规律皆不同，为先降后升最终又降，降幅为9.5%、20.1%、9.9%、18.7%、23.4%、35.8%。与T2相比，不仅同一时段降幅均减小，且通过增强植物抗性促使修复能力加强，伤害与修复相持阶段延长，崩溃时段后移。表明La在一定程度上缓解Cd对植物造成的伤害，且缓解程度与胁迫强度有关。2.2.2La对Cd胁迫下大豆质膜透性的影响过程由图1-B知，在0~80h，TI处理的大豆幼苗质膜透性增幅为10.6%、13.8%、9.9%、6.7%、4.5%、2.6%。呈现为先增后降的变化规律，最终趋近于正常水平，表明保护系统的应激启动有效减轻胁迫导致的活性氧增加触发的膜脂过氧化作用，使伤害逐渐减轻；而La＋T1处理下，质膜透性的变化规律与T1有相似之处，但同一时段增幅均小于T1，分别为1.9%、9.4%、5.3%、0.5%、-1.3%、-5.1%。表明La增强植物抗胁迫能力，缓解Cd伤害；与T1相比，经T2处理的植物质膜透性增幅较大，且变化规律不尽一致，变化趋势为先升后降继而陡升（17.9%、30.6%、15.5%、10.4%、22.6%、31.1%），最终沿背离CK的方向变化，表明保护酶系统的应激反应难以抵抗此胁迫强度触发的膜脂过氧化作用，最终伤害仍然发生；而La＋T2处理下，质膜透性变化规律虽与T2类似但增幅明显减小，且剧增时段延迟，表明La对Cd伤害有一定缓解作用，缓解程度与胁迫强度有关。2.2.3La对Cd胁迫下大豆POD活性的影响过程POD是植物体内重要的活性氧清除酶，其变化规律在一定程度上表征植物修复的进程。图1-C显示，T1处理后0~10h，POD活性应激上升，当伤害减轻后，10~80h酶活又逐渐降低，恢复到正常水平；而La＋T1处理后0~5h，酶活显著上升，继而缓降，在CK水平附近波动。与T1相比，酶活处于较高水平的时间段缩短，表明La能缓解Cd胁迫对植物造成的伤害；T2处理后的POD活性高于T1，20～40h上升趋势较陡，表明伤害的加剧刺激POD活性猛增；而La＋T2处理后10～40h，POD活性波动不大，40h后，POD活性剧增。与T2相比，POD活性处于较稳定的时间段延长，而剧增的时间段后移，表明La增强植物抗Cd胁迫的能力，伤害加深的趋势减慢，在一定程度上缓解Cd对植物的伤害。2.2.4La对Cd胁迫下大豆膜脂过氧化与POD关系为进一步明晰La对Cd胁迫下，大豆幼苗膜脂过氧化与POD活性间的关系，将叶绿素（Chl）含量和质膜透性（E）与POD活性做相关性分析。利用非线性回归方程得到相关系数（R2），分析后发现，T2与La+T2处理下，Chl~POD、E~POD间相关性非常显著，且La+T2高于T2；对于T1与La+T1处理，也是La+T1处理的植株指标间相关性较高，由此也可推断，La通过提高植物细胞保护酶活性、清除自由基能力来减轻Cd胁迫造成的伤害。表2La对Cd胁迫下大豆幼苗膜脂过氧化与POD回归方程的相关系数表（R2）Table2thecorrelationcoefficientsofsomeregressionequationsfromtherelationshipbetweenmembranelipidperoxidationandtheactivityofPOD处理T1La+T1T2La+T2Chl~PODD0.47330.99530.94450.9825E~POD0.68870.81550.91280.9997图1La对Cd胁迫下大豆幼苗Chl含量，质膜透性及POD活性的影响Fig1EffectofLaonchlorophyllcontent,membranepermeabilityandCATactivityofGlycinemaxseedlingunderCdstress3结论3.1静态实验结果显示，Chl含量、质膜透性、MDA含量及POD活性的变化与3个胁迫剂量的响应序列为：T3＞T2＞T1；适当剂量La对Cd伤害有一定的缓解作用，且对低浓度