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重金属胁迫对醉马草生长及生理生化指标的影响



全 文 :1080-1086
06/2014
草 业 科 学
PRATACULTURAL SCIENCE
31卷06期
Vol.31,No.06
DOI:10.11829\j.issn.1001-0629.2013-0337
重金属胁迫对醉马草生长及
生理生化指标的影响
王 萍,张兴旭,赵晓静,李春杰
(草地农业生态系统国家重点实验室,兰州大学草地农业科技学院,甘肃 兰州730020)
摘要:本研究通过比较不同浓度的 Mn、Zn和Fe胁迫下醉马草(Achnatherum inebrians)的形态及生理生化指标,
探讨醉马草对 Mn、Zn和Fe的耐受性。结果表明,随着 Mn、Zn和Fe胁迫浓度的增大,醉马草地上生物量积累、
株高和分蘖数均显著降低(P<0.05),而脯氨酸(Pro)含量和丙二醛(MDA)含量显著升高(P<0.05)。Mn胁迫
下,醉马草幼苗体内的过氧化物酶(POD)活性随着处理浓度的增加而显著(P<0.05)增加;过氧化氢酶(CAT)和
超氧化物歧化酶(SOD)在 Mn处理0.01~2.5mmol·L-1浓度范围内呈显著(P<0.05)上升的趋势,在 Mn处理
2.5~7.5mmol·L-1浓度范围内呈显著(P<0.05)下降的趋势。Zn胁迫下,POD 活性在 Zn处理7.0
mmol·L-1时达到最大,SOD活性在Zn处理14.0mmol·L-1时达到最大,均与其他处理差异显著(P<0.05);
CAT活性随着Zn处理浓度的增大而显著(P<0.05)升高。Fe胁迫下,POD活性随着处理浓度的增加而显著
(P<0.05)增加;CAT和SOD活性均在Fe处理6.0mmol·L-1时达到最大,并与其他处理差异显著(P<0.05)。
综上所述,重金属胁迫对醉马草幼苗生长有一定的抑制作用,同时对其生理生化指标也产生影响。
关键词:抗氧化物活性酶;脯氨酸;Mn;Zn;Fe
中图分类号:S543+.901;Q945.78   文献标识码:A   文章编号:1001-0629(2014)06-1080-07*
Effects of three metal ions on growth and physio-biochemical
response of Achnatherum inebrians
WANG Ping,ZHANG Xing-xu,ZHAO Xiao-jing,LI Chun-jie
(Key Laboratory of Grassland Agro-ecosystems,Colege of Pastoral Agriculture Science and
Technology,Lanzhou University,Lanzhou 730020,China)
Abstract:The effects of manganese(Mn),zinc(Zn)and iron(Fe)on growth parameters of drunken horse
grass(Achnatherum inebrians)over an 8-week period were determined with controled-environment exper-
iment.Varions were also determined for anti-oxidative enzymes including catalase(CAT),superoxide dis-
mutase(SOD)and peroxidase(POD),proline and malonialdehyde(MDA).The results showed that the
plant height,tiler number and aboveground biomass of A.inebrians decreased with the increasing concen-
tration of Mn,Zn and Fe,which had significant differences(P<0.05)among treatments.However,
MDA and the proline content significantly(P<0.05)increased with the increasing concentration of heavy
metals.Under the stress of Mn,POD activities of A.inebriansincreased with the increasing concentration
of Mn.CAT and SOD activities significantly(P<0.05)increased under the concentrations of 0.01~2.5
mmol·L-1 treatments and dropped dramaticaly under the concentrations of 2.5~7.5mmol·L-1 treat-
* 收稿日期:2013-06-27  接受日期:2013-08-27
基金项目:国家重点基础研究发展计划(973项目)课题(2014CB138702);国家自然科学基金项目(31372366、30771531);长江学者和创
新团队发展计划(IRT13019);中央高校基本科研业务费(Lzujbky-2014-75)
第一作者:王萍(1990-),女,宁夏吴忠人,在读硕士生,研究方向为禾草-内生真菌共生体。E-mail:pwang2008@lzu.cn
通信作者:李春杰(1968-),男,甘肃镇原人,教授,博导,博士,研究方向为禾草内生真菌共生体及草类植物病理学。
E-mail:chunjie@lzu.edu.cn
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ments.Under the stress of Zn,POD activities had a peak value at 7.0mmol·L-1,while SOD activities
maintained higher level at 14.0mmol·L-1 treatment which had significant(P<0.05)difference with oth-
er concentrations treatments.Under the stress of Fe,POD activities significantly(P<0.05)increased
with the increasing concentrations of Fe and SOD and CAT activities had a peak value at 6.0mmol·L-1
which had significant(P<0.05)difference.These results suggested that the A.inebrians had strong toler-
ance to three heavy metal stresses,as reflected by morphological parameters and reduced ROS injury.
Key words:Antioxidant enzyme;proline;Mn;Zn;Fe
Corresponding author:LI Chun-jie E-mail:chunjie@lzu.edu.cn
  醉马草(Achnatherum inebrians)是我国北方天
然草原主要的烈性毒草之一,广泛分布于甘肃、新
疆、内蒙古、青海等省(区)[1]。由于醉马草根系发
达、枝叶茂盛,有着极强的生命力、繁殖力、耐旱耐寒
力,可以用作荒漠、沙化土地等非放牧地区的防风固
沙和水土保持植物,在干旱半干旱的恶劣环境条件
下,醉马草在草地群落中具有明显的生长优势[1-2]。
近年来,国内外学者在关于生物和非生物因素胁迫
对醉马草生长及其生理生化影响的研究中发现,醉
马草抗虫[3]、抗旱[4-5]、抗寒[6]、耐盐碱[7]等,对重金
属镉(Cd)毒害也有一定的耐受性[8-9]。
Mn、Zn和Fe是植物生长所必需的微量元素,
适量的微量元素可促进植株生长并增加产量[10],但
过量的 Mn、Zn、Fe元素会对植物产生毒害[11]。随
着我国工业的发展,Mn、Zn、Fe等重金属离子以各
种渠道进入土壤,其对环境的污染已日益成为全球
问题[12-14]。土壤中重金属浓度过大会导致土壤质量
退化、作物减产、农产品质量变差。此外,不同于其
他有机污染物,重金属不能通过生物过程来降
解[15],从而对人类和生态系统均构成潜在威胁。目
前,在治理重金属离子污染中,因植物修复技术有很
多优点,如成本较低、不破坏土壤和河流生态环境、
不引起二次污染等,逐渐受到人们的普遍推崇。
本研究对 Mn、Zn和Fe 3种元素胁迫条件下的
醉马草生长及生理生化指标进行测定,旨在探讨醉
马草对这3种重金属胁迫的耐受性,以期为利用醉
马草进行生物修复奠定基础。
1 材料与方法
1.1 试验材料
醉马草种子于2010年采自甘肃天祝打柴沟
(102°52′E,37°12′N)并播种于兰州大学榆中校区,
2012年10月收获的种子5℃保存于农业部牧草与
草坪草种子质量监督检验中心(兰州)种子储藏室,
备用。
3种金属分别以 MnCl2·4H2O、ZnSO4·7H2O和
Fe·citrate·3H2O分析纯试剂的形式添加。
1.2 试验方法
1.2.1 Mn、Zn、Fe胁迫处理 挑选籽粒饱满,表面
健康的醉马草种子于2012年11月播种于装有300
g混合培养基质的(蛭石∶珍珠岩=3∶1)聚乙烯花
盆(口径15cm,底径10cm,深12cm)中,在温室条
件下[光周期12h光照,温度(20±1)℃,光照强度
120μmol·m
-2·s-1]进行培养。
待醉马草幼苗生长到第4周开始处理,处理液
元素种类和处理水平如表1所示。Mn和Zn元素
浓度梯度的设置参考苏加义和赵红梅[16]的方法,
Fe元素浓度梯度的设置参考高大文等[17]的方法。
以浇灌完全营养液作为对照,其他各浓度梯度作
为处理,每个浓度梯度(共计5个浓度梯度)3次重
复。每周浇灌处理液和蒸馏水各一次,每次浇灌
量为300mL。试验各处理梯度采取完全随机区组
摆放,胁迫处理5周后开始植株形态学和生理生
化指标的测定。
1.2.2 株高、分蘖数和单株地上生物量的测定 采
用常规方法,于 Mn、Zn和Fe 3种重金属元素胁迫
醉马草幼苗5周后分别测定株高、分蘖数和地上生
物量。
1.2.3 幼苗脯氨酸(Pro)含量的测定 脯氨酸含量
测定采用酸性茚三酮比色法:称取样品加入3%的
磺基水杨酸5mL,在沸水浴中提取20min,冷却后
过滤,加入2mL冰醋酸和2mL酸性茚三酮试剂,
在沸水浴中加热30min,待冷却后,加入5mL甲
苯,静置片刻取上层液在520nm下测定吸光值[18]。
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表1 盆栽试验处理元素种类和处理水平
Table 1 Metal elements and treatment levels in the pot
金属元素
Metal element
处理水平Treatment level
1完全营养液(对照)
Complete solution(Control)
2  3  4  5
Mn/mmol·L-1  0.01(Mn1) 0(Mn2) 2.5(Mn3) 5.0(Mn4) 7.5(Mn5)
Zn/mmol·L-1  0.000 8(Zn1) 0(Zn2) 7.0(Zn3) 14.0(Zn4) 21.0(Zn5)
Fe/mmol·L-1  0.03(Fe1) 0(Fe2) 6.0(Fe3) 12.0(Fe4) 18.0(Fe5)
1.2.4 丙二醛(MDA)含量的测定 丙二醛含量测
定采用硫代巴比妥酸(TBA)法:取新鲜植物叶片,
加5%TCA 5mL,研磨后所得匀浆离心10min。取
上清液2mL,加0.67% TBA 2mL,混合后在100
℃水浴上煮沸30min,再离心一次。取上清液分别
在450、532和600nm处测定吸光度值,并按如下公
式计算 MDA的含量(C,μmol·L
-1)[18]:
C=6.45(A532-A600)-0.56A450.
1.2.5 抗氧化酶活力的测定 称取样品加入pH
为7.8的磷酸缓冲液研磨成匀浆,离心15min,上
清液即为粗酶提取液。分别采用愈创木酚法、氮蓝
四唑(NBT)法和紫外吸收法分别测定过氧化物酶
(POD)、过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶
(SOD)活性[18]。
1.2.6 数据处理 所有数据均用 Microsoft Excel
录入,并作图。采用SPSS 16.0for windows统计
分析软件进行差异显著性分析,用Duncan法进行
多重比较。
2 结果与分析
2.1 Mn、Zn和Fe胁迫对醉马草株高的影响
与对照相比,随着3种金属元素胁迫浓度的增
大,醉马草的株高均有明显下降的趋势(表2)。0、
5.0和7.5mmol·L-1 Mn处理的醉马草植株的株
高均显著(P<0.05)低于 Mn对照,分别降低了约
30%、33%和49%,而 Mn处理2.5与对照之间则
无显 著 差 异 (P>0.05);7.0、14.0 和 21.0
mmol·L-1 Zn处理下醉马草植株的株高均显著
(P<0.05)低于Zn对照,分别降低了约35%、47%
和72%,Zn处理0与Zn对照之间无显著差异(P>
0.05),但与其他各 Zn处理之间差异显著(P<
0.05);6.0、12.0和18.0mmol·L-1 Fe处理下醉
马草植株的株高均显著低于Fe对照,分别降低了
30%、47%和56%。
2.2 Mn、Zn和Fe胁迫对醉马草分蘖的影响
与对照相比,醉马草植株的分蘖数随着 Mn、Zn
和Fe浓度的升高均有明显下降的趋势(表2)。
2.5、5.0和7.5mmol·L-1 Mn处理下醉马草植株
的分蘖数均显著(P<0.05)低于 Mn对照,分别比
对照降低了约40%、46%和46%;Mn处理0与 Mn
对照之间无显著差异(P>0.05),但与其他各 Mn
处理间差异显著(P<0.05);0、7.0、14.0和21.0
mmol·L-1 Zn处理下醉马草植株的分蘖数均显著
(P<0.05)低于Zn对照,分别降低了约40%、40%、
60%和80%,Zn处理0与7.0mmol·L-1之间无显
著差异,但与其他各 Zn处理间差异显著(P<
0.05)。6.0、12.0和18.0mmol·L-1 Fe处理下醉
马草植株的分蘖数均显著低于Fe对照,分别降低
了66%、80%和94%。
2.3 Mn、Zn和Fe胁迫对醉马草地上生物量的影响
与对照相比,随着 Mn、Zn和Fe胁迫浓度的增
加醉马草地上生物量均呈明显的下降趋势(表2)。
0、2.5、5.0和7.5mmol·L-1处理下醉马草地上部
生物量均显著(P<0.05)低于 Mn对照,分别比对
照降低了约50%、60%、60%和70%;0、7.0、14.0
和21.0mmol·L-1 Zn处理下醉马草植株的地上
部生物量均显著低于Zn对照,分别比对照降低了
约50%、60%、70%和90%,14.0mmol·L-1与0、
7.0、21.0mmol·L-1间差异不显著(P>0.05);0、
6.0、12.0和18.0mmol·L-1处理下醉马草植株的
地上生物量均显著(P<0.05)低于Fe对照,分别比
对照降低了约40%、60%、80%和80%。
2.4 Mn、Zn和Fe胁迫对醉马草Pro含量的影响
随着3种重金属胁迫浓度的增大,醉马草幼苗
Pro含量与对照相比均呈上升趋势(表3)。在 Mn
胁迫下,0~7.5 mmol·L-1处理下Pro含量均显著
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表2 Mn、Zn和Fe胁迫对醉马草株高、
分蘖及地上部生物量的影响
Table 2 Effects of Mn,Zn and Fe stresses on plant height,
tiler number and biomass of Achnatherum inebrians
处理
Treatment
株高
Plant height/cm
分蘖数
Tiler number
生物量
Biomass/g
Mn1 43.0±4.4a 5.0±0.0a 1.0±0.2a
Mn2 30.0±5.1bc  4.7±0.6a 0.5±0.0b
Mn3 37.0±3.2ab  3.0±0.0b 0.4±0.0bc
Mn4 29.0±4.2cd  2.7±1.2b 0.4±0.0bc
Mn5 22.0±1.6d 2.7±1.2b 0.3±0.0c
Zn1 43.0±4.4a 5.0±0.0a 1.0±0.2a
Zn2 38.0±0.8a 3.0±0.0b 0.5±0.1b
Zn3 28.0±2.9b 3.0±0.0b 0.4±0.1b
Zn4 23.0±5.3b 2.0±0.0c 0.3±0.0bc
Zn5 12.0±2.5c 1.0±0.6d 0.1±0.0c
Fe1 43.0±4.4a 5.0±0.0a 1.0±0.2a
Fe2 37.0±8.0ab  4.7±0.6a 0.6±0.2b
Fe3 30.0±2.8bc  1.7±0.6b 0.4±0.1c
Fe4 23.0±2.3cd  1.0±0.0bc  0.2±0.1d
Fe5 19.0±0.3d 0.3±0.6c 0.2±0.0d
注:同列不同字母表示差异显著(P<0.05)。下同。
Note:Different lower case letters within the same column mean sig-
nificant difference at 0.05level.The same below.
表3 Mn、Zn和Fe胁迫对醉马草脯氨酸和丙二醛的影响
Table 3 Effects of Mn,Zn and Fe on proline and
MDA of Achnatherum inebrians
处理
Treatment
脯氨酸
Proline/μg·g
-1
丙二醛
MDA/μmol·L
-1
Mn1 0.031±0.050d 0.008±0.002b
Mn2 0.053±0.020c 0.010±0.001ab
Mn3 0.108±0.009b 0.009±0.002ab
Mn4 0.152±0.004a 0.011±0.003ab
Mn5 0.157±0.004a 0.012±0.001a
Zn1 0.031±0.005d 0.008±0.002c
Zn2 0.067±0.008c 0.009±0.000bc
Zn3 0.099±0.009b 0.011±0.001ab
Zn4 0.115±0.012b 0.012±0.001ab
Zn5 0.220±0.012a 0.014±0.002a
Fe1 0.031±0.005bc  0.008±0.002b
Fe2 0.023±0.003c 0.007±0.001b
Fe3 0.049±0.006b 0.011±0.003a
Fe4 0.087±0.021a 0.012±0.003a
Fe5 0.076±0.012a 0.014±0.002a
(P<0.05)高于对照,为对照的1.7~5.1倍,Mn处
理5.0和7.5mmol·L-1之间无显著差异(P>
0.05),但两者均与其他各 Mn处理间差异显著
(P<0.05)。0、7.0、14.0和21.0mmol·L-1 Zn
处理下Pro含量均显著高于Zn对照(P<0.05),分
别约为对照的2.2、3.2、3.7和7.1倍,Zn处理7.0
与14.0mmol·L-1较高,均与其他各Zn处理间差
异显著 (P<0.05)。Fe处理下,12.0 和 18.0
mmol·L-1 Fe胁迫下Pro含量显著高于Fe对照,
分别约为对照的 2.8 和 2.5 倍,Fe处理 6.0
mmol·L-1的Pro含量稍高于Fe对照,但两者差异
不显著,12.0和18.0mmol·L-1 Fe处理较高,均
与其他各Fe处理间差异显著。
2.5 Mn、Zn和Fe胁迫对醉马草MDA含量的影响
随着3种重金属胁迫浓度的增大,醉马草幼苗
MDA含量总体有缓慢上升趋势(表3)。Mn处理
7.5mmol·L-1下,MDA含量显著(P<0.05)高于
Mn对照,约为 Mn对照的1.5倍,Mn处理0~5.0
mmol·L-1下的醉马草 MDA含量均高于 Mn对
照,但差异不显著(P>0.05)。Zn处理7.0~21.0
mmol·L-1下醉马草 MDA含量均显著高于Zn对
照,分别约为对照的1.4、1.5和1.8倍,Zn处理
14.0与0、7.0、21.0mmol·L-1间无显著差异(P>
0.05)。Fe处理6.0~18.0mmol·L-1下醉马草
MDA含量显著高于Fe对照(P<0.05),分别约为
对照的1.4、1.5和1.8倍。
2.6 Mn、Zn和Fe胁迫对醉马草POD活性的影响
醉马草幼苗POD活性的变化在3种重金属胁
迫条件下呈现出不同的变化趋势(表4)。Mn胁迫
下,POD活性随着胁迫浓度的升高而增大,2.5~
7.5mmol·L-1处理下醉马草幼苗POD活性均显
著高于(P<0.05)对照,分别比对照增加了约53%、
59%和77%;Zn胁迫下,对照、0和7.0mmol·L-1
处理下呈现上升趋势,而在7.0~21.0mmol·L-1
浓度范围内呈现下降 趋势,POD 活 性 在 7.0
mmol·L-1处理下达到最大,与其他各处理之间差
异显著(P<0.05),比对照增加了约60%。Fe胁迫
下,POD活性随着处理浓度的增大而增大,在6.0~
18.0mmol·L-1处理下POD活性显著高于对照,
分别比对照增加了约 59%、67% 和 77%;18.0
mmol·L-1处理下POD活性最大,但与6.0和12.0
mmol·L-1处理下差异不显著(P>0.05)。
在缺 Mn、Fe条件下,POD活性均高于 Mn、Fe
对照,但差异不显著(P>0.05);在缺Zn条件下,
POD活性显著(P<0.05)高于Zn对照。
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2.7 Mn、Zn和Fe胁迫对醉马草CAT活性的影响
醉马草幼苗CAT活性的变化在3种重金属胁
迫条件下呈现出不同的变化趋势(表4)。Mn胁迫
下,在对照和0、2.5mmol·L-1处理下逐渐升高,并
在2.5mmol·L-1处理下醉马草幼苗CAT活性达
到最大,且与其他各处理之间差异显著(P<0.05),
与对照相比增加了约24%,Mn处理浓度继续升高
至7.5mmol·L-1,CAT活性逐渐降低,与对照相
比,虽降低了7%,但没有显著差异(P>0.05)。Zn
胁迫下,除了在0处理下的醉马草幼苗CAT活性
显著低于对照外,随着Zn处理浓度的升高,CAT活
性也随之升高,21.0mmol·L-1处理下醉马草幼苗
CAT活性达到最大,并显著高于对照,与对照相比
增加了约36%。Fe胁迫下,6.0mmol·L-1处理下
醉马草幼苗CAT活性达到最大,与其他各处理之
间差异显著(P<0.05),与对照相比增加了约24%,
在12.0~18.0mmol·L-1浓度范围内,CAT活性
逐渐降低,且18.0mmol·L-1处理下的CAT活性
与对照相比降低了约12%。
在缺 Mn、Fe条件下,CAT活性均低于 Mn、Fe
对照,但无显著差异(P>0.05);在缺Zn条件下,
CAT活性显著(P<0.05)低于Zn对照(表4)。
2.8 Mn、Zn和Fe胁迫对醉马草SOD活性的影响
随着3种重金属胁迫浓度的增大,醉马草幼苗
SOD活性呈现先上升后下降的趋势(表4)。Mn胁
迫下,对照和0、2.5mmol·L-1处理下,醉马草幼苗
SOD活性呈现上升趋势,在2.5mmol·L-1处理下
达到最大,与其他各处理间存在显著差异(P<
0.05),与对照相比增加了113%,之后随处理浓度
增加逐渐下降,7.5mmol·L-1处理下与对照相比
下降了约33%,但差异不显著(P>0.05)。Zn胁迫
下,对照和0、7.0、14.0mmol·L-1处理下,醉马草
幼苗SOD活性呈现上升趋势,在14.0mmol·L-1
处理下达到最大,显著高于除7.0mmol·L-1外的
其他处理,与对照相比增加了约21%;在处理21.0
mmol·L-1下,SOD活性开始降低,与对照相比,降
低了64%,且差异显著。Fe胁迫下,对照和0、6.0
mmol·L-1处理下,SOD活性呈上升趋势,在6.0
mmol·L-1处理下达到最大,与对照相比增加了约
97%,并与对照和0、18.0mmol·L-1处理间差异显
著,之后随在Fe处理浓度增加SOD活性开始降低。
  在缺Mn、Fe条件下,SOD活性均高于各Mn、Fe
表4 Mn、Zn和Fe胁迫对醉马草POD、CAT、
SOD酶活性的影响
Table 4 Effects of Mn,Zn and Fe on POD,CAT and
SOD of Achnatherum inebrians
处理
Treatment
POD/
U·g-1·min-1
CAT/
U·g-1·min-1
SOD/
U·g-1
Mn1 15 566±323b 176±12b 39±3bc
Mn2 17 106±2432b 162±27b 55±11b
Mn3 23 793±3 430a 219±34a 83±14a
Mn4 24 733±1 976a 164±17b 34±13c
Mn5 27 480±1 474a 163±11b 26±7c
Zn1 15 566±323c 176±12b 39±3bc
Zn2 20 513±283b 79±14c 36±5c
Zn3 24 940±2 790a 133±18b 45±6ab
Zn4 18 706±3 041bc  148±35b 47±2a
Zn5 15 753±1 323c 239±27a 14±4d
Fe1 15 566±323c 176±12b 39±3bc
Fe2 18 466±2 586c 161±35b 51±14b
Fe3 24 800±530ab  219±12a 77±3a
Fe4 25 980±2 400ab  148±27b 71±9a
Fe5 27 540±5 447a 155±11b 49±6b
对照,且无显著差异(P>0.05);在缺Zn条件下,
CAT活性低于Zn对照,但无显著差异(P>0.05)。
3 讨论与结论
3.1 Mn、Zn和Fe对醉马草幼苗株高、分蘖数和地
上生物量的影响
随着干旱胁迫的加重,醉马草分蘖增加数和地
上生物量均显著降低[5],在重度NaCl胁迫条件下,
醉马草分蘖数增长量、株高随浓度升高而显著降低,
而在轻度胁迫下,醉马草的分蘖数增加并未受到影
响,株高增长量则高于对照[7];低浓度的Cd可以促
进醉马草植株的分蘖、株高和生物量,而高浓度
(≥100mmol·L-1)的Cd胁迫显著降低醉马草植
株的分蘖、株高和生物量[8-9]。与以上结果相似,本
研究发现,随着 Mn、Zn和Fe浓度的升高,醉马草
植株的株高、分蘖和地上部生物量均呈显著降低的
趋势,这可能是因为植物在遭受重金属胁迫时,光合
效率显著降低[19],进而生长也受到影响。
Mn、Zn、Fe都是植物生长发育所必需的微量元
素,适量的微量元素可促进植株生长,增加产量[20],
缺少时也会影响植物生长,如本研究中缺少 Mn、Zn
和Fe元素的醉马草,其株高、分蘖、生物量与对照
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06/2014 草 业 科 学 (第31卷06期)
相比也呈降低趋势。
3.2 Mn、Zn和Fe对醉马草幼苗的Pro和 MDA含
量的影响
本研究中,高浓度的 Mn、Zn和Fe胁迫导致了
醉马草体内脯氨酸含量的增加,这可能降低 Mn、
Zn、Fe高浓度胁迫对醉马草幼苗的伤害程度,李
飞[5]、Zhang等[8]对醉马草的研究和其他学者对早
熟禾(Poa annua)[21]的研究也得到了类似结果。重
金属在植物生长过程中,可以直接诱导植物一系列
生理生化反应的变化从而引起其新陈代谢的紊
乱[22-23]。一些学者认为,Pro累积并不是植物受重
金属损伤的症状[24],而是保护植物免受重金属毒
害[25-26]。似乎是植物受到各种压力时脂质过氧化和
脯氨酸积累之间存在一种关系[27]。如果这样的关
系存在,脯氨酸积累可能在抑制重金属的脂质过氧
化作用中扮演一个重要的角色。可见,在高浓度的
重金属胁迫下,不同植物经常发生脯氨酸积累,但是
目前关于脯氨酸与机体代谢过程中有关的应激反
应,还没有达成统一的观点[28-30]。
3.3 Mn、Zn和Fe对醉马草幼苗的POD、CAT和
SOD活性影响
ROS的清除剂主要有SOD、POD和CAT[31-32]。
在高等植物体内,Mn、Zn、Fe主要作为某些酶的专
一性组分或者某些酶的激活剂参与代谢的各种生化
过程,以维持生物膜稳定性[33]。Zhang等[8-9]研究
发现,POD、CAT和SOD活性随着Cd胁迫浓度的
增大呈逐渐上升的趋势,而本研究发现,随着 Mn、
Zn和Fe胁迫浓度的增大,POD、CAT和SOD活性
均有一定的上升趋势。POD能够催化某些酚类和
H2O2 的分解,有助于缓解H2O2 对细胞膜造成的伤
害,在金属离子胁迫后,植物POD酶活性增强[34]。
本研究也发现,Mn、Zn和Fe在一定的胁迫浓度内,
POD酶活性和金属离子胁迫浓度基本呈正相关,有
一定的规律性。CAT酶大量分布于动植物细胞内,
可以分解 H2O2,属于活性氧清除剂,可以分解机体
代谢过程中产生的活性氧如 H2O2、超氧阴离子等,
这些物质可对机体尤其是质膜产生毒害作用,测定
这种酶的活力可以评价机体受活性氧毒害的程度。
在本研究中,随着 Mn、Zn和Fe胁迫浓度的增大,
CAT酶活性有所上升,这是因为抗氧化酶系的活性
受到 Mn、Zn和Fe胁迫而应激增强[35]。在高浓度
重金属胁迫下,醉马草的酶活性被激活的现象有可
能是醉马草在受外界不良因素干扰达到一定程度的
所表现出来的一种应激反应,进而表明其对相应重
金属胁迫的抗性增强。至于醉马草酶活性增加后下
降的原因,可能是由于增加的活性氧超过了正常歧
化能力,多种细胞内的功能酶及膜系统遭到破坏,生
理代谢发生紊乱,酶活性受到抑制下降。
本研究发现,Mn、Zn和Fe对醉马草幼苗的形
态指标和生理生化指标有一定的影响,说明醉马草
对这3种重金属有一定的抗逆性。有关醉马草对重
金属胁迫的抗性及其分子机理有待进一步研究。
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(责任编辑 武艳培)
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