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铅铬胁迫对小麦苗中叶绿素含量的影响



全 文 :第32卷 第10期
2014年10月
河 南 科 学
HENAN SCIENCE
Vol.32 No.10
Oct. 2014
收稿日期:2014-07-03
基金项目:河南省科技开放合作项目(132106000056);河南省重大科技专项(121100110100)
作者简介:杨文玲(1983-),女,河南郑州人,助理研究员,博士,主要研究方向为环境污染修复 .
文章编号:1004-3918(2014)10-2004-04 DOI:10.13537/j.issn.1004-3918.2014.10.017
铅铬胁迫对小麦苗中叶绿素含量的影响
杨文玲 1,2, 刘莹莹 1,2, 慕 琦 2, 王继雯 1,2, 陈国参 2
(1.河南省微生物工程重点实验室,郑州 450008; 2.河南省科学院 生物研究所有限责任公司,郑州 450008)
摘 要:为了探讨铅铬单一及复合污染胁迫对小麦叶绿素的影响,用不同质量浓度的铅铬溶液处理小麦苗,用紫
外分光光度计测定铅铬处理后1、3、5、7 d小麦苗叶绿素含量在小麦苗中的变化 . 结果表明,铅铬单一及复合污染
胁迫均能降低小麦苗叶绿素在小麦苗中的含量 . 处理后1 d,除200 mg/L Pb+100 mg/L Cr处理组外,其余各处理组
小麦苗叶绿素含量较对照显著降低;处理后 3 d,除 100 mg/L Pb+50 mg/L Cr处理组小麦苗叶绿素含量较对照降低
53.1%外,其余各处理组小麦苗叶绿素含量与对照相比无显著差异 . 随着处理后时间的继续延长,小麦苗叶绿素含
量又恢复至不受影响的正常状态 . 本研究为铅铬污染胁迫的监测提供了理论依据 .
关键词:铅;铬;小麦;叶绿素;毒害
中图分类号:X 503.231 文献标识码:A
Effects of Lead and Chromium Stress on Chlorophyll
Content in Wheat Seedlings
Yang Wenling1,2, Liu Yingying1,2, Mu Qi2, Wang Jiwen1,2, Chen Guocan2
(1. Key Laboratory of Microbial Engineering of Henan,Zhengzhou 450008,China;
2. Institute of Biology Co. Ltd.,Henan Academy of Sciences,Zhengzhou 450008,China)
Abstract:In order to explore the effects of lead and chromium multiple stresses on wheat chlorophyll,the wheat
seedlings were treated with different concentrations of lead and chromium solutions,and the chlorophyll content
changes in the wheat seedlings were determined by ultraviolet spectrophotometer at 1,3,5,7 d after treatment. The
results showed that wheat seedlings under lead and chromium multiple stresses exhibited a significant decrease in
the chlorophyll content. Except 200 mg/L Pb+100 mg/L Cr treatment group,the wheat seedlings treated with lead
and chromium showed significantly lower chlorophyll content than the untreated control at 1 d. The chlorophyll content
decreased by 53.1% at 3 d after treatment with 100 mg/L Pb+50 mg/L Cr compared to the untreated control and no
significant change was observed for chlorophyll content in the other treatment groups at 3 d after treatment. With the
time prolonged,during 3 to 5 d after treatment,the chlorophyll content finally returned to normal conditions. This
study provided the theoretical basis for the monitor of lead and chromium pollution stress.
Key words:lead;chromium;wheat;chlorophyll;poison
环境问题是世界四大难题之一,土壤污染是其重要的组成部分[1]. 其中,土壤中重金属污染已成为全球
关注的焦点 . 重金属可以通过植物根系或者叶片进入植物体内,当重金属在植物体内累积到一定程度,就会
诱导植物体内活性氧的产生,改变植物细胞的超微结构,最终对植物造成伤害甚至引起植物死亡 . 铅(Pb)和
铬(Cr)是两种污染比较严重的重金属,它们进入植物根、茎、叶后会对植物的生理生化造成一系列的影响[2].
叶绿素作为植物进行光合作用的主要色素,其含量的高低在一定程度上反映了植物光合能力水平的强
2014年10月
弱 . 逆境因子的改变会引起光合色素含量的变化,进而引起光合性能的改变,而光合性能的好坏最终将影响
作物的生长、产量和品质[3]. 研究表明,不同浓度的铬对小麦叶片叶绿素 a、叶绿素 b、叶绿素 a+b和叶绿
素 a/b有不同的影响[4]. 铅胁迫下小麦叶片中的叶绿素含量变化表现为低浓度下的促进作用和高浓度下的
抑制效应,在500 mg/L铅处理下的小麦叶片出现叶肉变黄的失绿症状[5].
近年来,土壤重金属污染日益严重,河南作为全国粮食主产区,小麦产量占全国的四分之一,小麦的重
金属污染问题日益突出 . 本研究选取小麦幼苗作为供试材料,选用对重金属作用较敏感的叶绿素作为指标,
研究铅和铬胁迫下叶绿素的变化 . 由于有关重金属对作物影响的研究大多集中于某种重金属的单独胁迫作
用,而有关重金属复合胁迫对作物影响的研究报道比较少,本研究通过探讨铅铬单一及其复合污染胁迫对
小麦幼苗叶绿素含量的影响旨在为农业生产预报重金属铅铬的毒害效应,同时为监测重金属铅铬污染提供
理论依据 .
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 供试材料 小麦品种为豫麦23 .
1.1.2 试剂 重铬酸钾、醋酸铅、碳酸镁、石英砂、丙酮均购自上海国药集团化学试剂公司 .
1.2 试验方法
1.2.1 试验处理 小麦种子用清水浸泡24 h,挑选饱满程度大致相同的小麦籽粒,备用 . 将直径为9 cm的
普通滤纸圆片平铺于底部钻孔的塑料培养皿内,将浸泡后的种子均匀平铺于培养皿中(100粒/皿),取大小相
同的培养托盘,每盘放置6皿小麦,25 ℃培养5~7 d,挑选长势大体相同的小麦供试 .
分别采用不同浓度的铬(50、100 mg/L)、铅(100、200 mg/L)以及铬铅二元胁迫8个处理处理小麦,以加入等
量清水处理的小麦苗为对照(CK),每个处理设3次重复 . 处理分别为:0(CK)、1(200 mg/L Pb)、2(100 mg/L Pb)、
3(100 mg/L Cr)、4(50 mg/L Cr)、5(200 mg/L Pb+100 mg/L Cr)、6(200 mg/L Pb+50 mg/L Cr)、7(100 mg/L Pb+
100 mg/L Cr)、8(100 mg/L Pb+50 mg/L Cr). 分别于处理后1、3、5、7 d取样测定小麦幼苗叶绿素含量 .
1.2.2 叶绿素含量测定 在遮光室称取鲜样0.5 g于研钵中,加入少量碳酸镁和石英砂,加入4倍体积的丙酮
匀浆,再加适量85%的丙酮继续研磨至组织成白色 . 滤纸过滤匀浆液转入50 mL容量瓶,并用80%的丙酮分
次冲洗研钵和滤纸,最后用80%的丙酮定容至50 mL . 以80%丙酮为参比液,在663、645 nm波长下分别测定
样品液的光度值(应在0.2~0.8范围内,浓度过大应用80%丙酮稀释).
叶绿素含量(mg/g鲜质量)=C×V/(m×1000).
C= Ca+Cb .
Ca=12.7A663-2.59A645, Cb=22.9A645-4.67A663 .
式中:C为叶绿素质量浓度(mg/L);V为提取液总
体积(mL);m为样品质量(g).
1.2.3 数据统计方法 叶绿素含量值用GraphPad
Instat 3.00数据处理软件对其进行差异显著性分析.
2 结果与分析
2.1 铅铬胁迫1 d对小麦幼苗叶绿素含量的影响
考察不同质量浓度的铅铬溶液处理小麦苗
后1 d,小麦苗叶绿素含量的变化,结果见图1 .
由图 1可知,除 200 mg/L Pb+100 mg/L Cr处
理组外,其余各处理组与对照相比,小麦苗叶绿
素含量明显降低,尤以200 mg/L Pb处理组的小麦
苗叶绿素含量降低幅度最大,较对照降低
图1 铅铬胁迫1 d对小麦幼苗叶绿素含量的影响
Fig.1 Effects of lead and chromium stress on chlorophyll content in
wheat seedlings after 1 day treatment
0.20
0.16
0.12
0.08
0.04
0

绿

/(m
g·g
-1 )
CK
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g/L P
b
100 m
g/L P
b
100 m
g/L C
r
50 m
g/L C
r
200 m
g/L P
b+10
0 mg
/L Cr
200 m
g/L P
b+50
mg/L
Cr
100 m
g/L P
b+10
0 mg
/L Cr
100 m
g/L P
b+50
mg/L
Cr
铅铬质量浓度/(mg·L-1)
杨文玲,等:铅铬胁迫对小麦苗中叶绿素含量的影响 -- 2005
第32卷 第10期河 南 科 学
50.60% . 单一胁迫下,同种重金属高浓度处理小麦样品的叶绿素含量低于低浓度重金属胁迫下的小麦样品的叶
绿素含量,说明在一定程度上重金属浓度越高对小麦的毒害越大 . 铅铬共同胁迫下,200 mg/L Pb+100 mg/L Cr
处理组小麦苗的叶绿色含量没有降低反而升高了,
这一现象可能是由于叶绿素的含量以鲜重计,而此
时高浓度的铅铬处理使植株濒临死亡,含水量很低
造成的假象 . 而其他处理组铅铬共同胁迫下的叶
绿素含量介于单一铅铬胁迫处理之间,但与对照组
相比其叶绿素含量显著降低,说明铅铬互存,铅抑
制了铬的毒害,减缓了叶绿素含量的降低 .
2.2 铅铬胁迫3d对小麦幼苗叶绿素含量的影响
考察不同质量浓度的铅铬溶液处理小麦苗后
3 d小麦苗叶绿素含量的变化,结果见图2 .
随着时间的推移,处理后 3 d,除 100 mg/L Pb+
50 mg/L Cr处理组的小麦苗叶绿素含量与对照相比
显著降低外(降低53.10%),其余各处理组小麦苗叶
绿素含量与对照相比差异不显著,说明随着时间的
延长,小麦体内产生了应对胁迫的机制,降低了胁
迫对小麦的毒害 . 另外,发现单一胁迫下,同种重金属高浓度处理的小麦苗中叶绿素含量反而比低浓度
处理的高 . 而铅铬共同胁迫处理下小麦苗的叶绿素含量也发生了变化,200 mg/L Pb+100 mg/L处理组和
100 mg/L Pb+50 mg/L Cr处理组小麦叶绿素含量反而比单独作用时低,说明随着时间的延长,铬和铅共存,彼
此增强了对方的抑制作用,加剧了叶绿素总量的降低,最终出现了联合作用大于单独作用之和的趋势 .
2.3 铅铬胁迫5 d对小麦幼苗叶绿素含量的影响
考察不同质量浓度的铅铬溶液处理小麦苗后5 d,小麦苗叶绿素含量的变化,结果见图3 .
随着时间的延长,小麦体内的修复机制作用在加强,减弱了重金属对小麦的毒害作用,减缓了小麦叶绿
素含量的下降,使得小麦叶绿素含量下降的趋势越发的不明显了 . 处理后5 d,各处理组小麦苗叶绿素含量
与对照相比差异均不显著 .
2.4 铅铬胁迫7 d对小麦幼苗叶绿素含量的影响
考察不同浓度的铅铬溶液处理小麦苗后7 d,小麦苗叶绿素含量的变化,结果见图4 . 处理后7 d,各胁迫
处理组小麦苗叶绿素含量与对照相比均无显著差异,这可能是随着时间的延长,小麦对胁迫的防御性和适
应性增强,小麦通过多种防御机制联合作用抵御重金属迫害,也逐渐形成了一系列的适应性机制来维持植
株的正常生长 .
图2 铅铬胁迫3 d对小麦幼苗叶绿素含量的影响
Fig.2 Effects of lead and chromium stress on chlorophyll
content in wheat seedlings after 3 day treatment
0.24
0.18
0.12
0.06
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绿

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g·g
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CK
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b
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g/L P
b
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r
50 m
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mg/L
Cr
铅铬质量浓度/(mg·L-1)
图3 铅铬胁迫5 d对小麦幼苗叶绿素含量的影响
Fig.3 Effects of lead and chromium stress on chlorophyll content in wheat seedlings after 5 day treatment
0.24
0.20
0.16
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铅铬质量浓度/(mg·L-1)
图4 铅铬胁迫7 d对小麦幼苗叶绿素含量的影响
Fig.4 Effects of lead and chromium stress on chlorophyll content in wheat seedlings after 7 day treatment
3 讨论
本研究结果显示,铬铅单一和复合污染胁迫均能降低小麦叶绿素含量,该研究结果与徐澜等[2]的研究结
果相似 . 重金属对植物的生长发育存在浓度效应的影响[6],本研究结果也显示,单一胁迫下,铬处理后1 d,
高浓度铬处理的小麦苗叶绿素含量低于低浓度铬胁迫下的小麦苗的叶绿素含量,说明在一定程度上重金属
浓度越高对小麦的毒害越大,表明铬对小麦叶绿素含量的影响存在浓度效应 .
铬和铅究竟是通过什么方式来影响叶绿素含量的原因仍然不明确 . 杜天庆等[7]认为,铬铅单一污染胁
迫时POD同工酶的消长变化不同,暗示着它们的伤害机理不同 . Stobart等[8]研究认为,重金属胁迫下叶绿素
含量降低的原因一是重金属抑制原叶绿素酸酯还原酶;二是影响了氨基-T-酮戊酸的合成 . 而这两种物质
又是叶片合成叶绿素所必需的酶和原料,这两种物质合成量的减少从而导致叶绿素含量下降,所以叶片的
直观表现为叶片褪绿 . 作者在试验中也发现,短时间内(处理后1 d),铅铬胁迫表面上看未对小麦植株生长
产生很大影响,叶片仍为绿色,但叶绿素含量已经发生了变化,而过了3 d,高浓度铅铬胁迫下的小麦幼苗表
现为茎叶发黄、叶片微卷、褪绿、无生气、植株生长缓慢,尤以100 mg/L Cr处理组的小麦表现最为明显,这与
鲁先文等[5-6]的研究结果一致 .
本研究初步得出重金属铅铬会对小麦的生理生化造成不良影响的结论,在本次试验的铅铬溶液浓度
下,小麦叶绿素的生成量与对照相比显著下降,但是重金属铅铬如何使叶绿素合成量减少的生理机制并不
十分明确,需要进一步的研究 . 此外,采用何种方法来减轻土壤中重金属对植物的毒害也需要进一步探讨 .
这对于重金属污染土壤的治理至关重要,而且如何避免重金属通过食物链的累积作用对动物以及人类造成
危害也是目前比较严峻的问题,需要进行更加详细的研究 .
参考文献:
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[2] 徐 澜,杨锦忠,安 伟,等. Cr、Pb单一及其复合胁迫对小麦生理生化的影响[J].中国农学通报,2010,26(6):119-126.
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[5] 鲁先文,宋小龙,王三应,等.重金属铅对小麦叶绿素合成的影响[J].潍坊教育学院学报,2008,21(2):48-59.
[6] 任安芝,高玉葆.铅、镉、铬单一和复合污染对青菜种子萌发的生物学效应[J].生态学杂志,2000,19(1):19-22.
[7] 杜天庆,杨锦忠,郝建平,等. Cd、Pb、Cr三元胁迫对小麦幼苗生理生化特性的影响[J].生态学报,2009,29(8):4475-4482.
[8] Stobart A K,Grifiths W T,Ameen-Bukhari,et al. The effect of Cd2+ on the biosynthesis of chlorophyll in leaves of barley[J].
Plant Physiology,1985,63:293-298.
(编辑 孟兰琳)
杨文玲,等:铅铬胁迫对小麦苗中叶绿素含量的影响 -- 2007