全 文 ：华北农学很 199二, 6 ( 3 ) : 70一 75
A
e t a A g r i e u l t u r a e B o r e a l i
一
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福对小麦幼苗的生长和生理生化
反应的影响
洪仁远来 杨广笑 刘东华 蒲长光
〔天津师范大学生物系 , 天津 3 0 00 7 4) (天津市农业科弓会J优 , 天津 3 00 19 2 )
摘 要
镐对小麦幼苗和根系生长有抑制作用 , 尤 以对根系的抑制更为显著 , 但镐浓度
为 s p p m 时 , 有刺激生长的作用 。 幼苗的脯氨酸和可溶性蛋白质含量 随辐 浓 度 的
增加 而增加 , 尤其在高浓度镐下脯氨酸含量剧增 , 电解质外渗率也明显增大 。 锅使
胚乳中的 a 一 淀 粉酶活性降低 , 这种效应随镐浓度增高而加强 , 随幼苗的生长却趋
于减弱。 镐诱导根的正 、 负极向过氧化物酶同工酶产 生新谱带 , 并使原有的一些谱
带活性增强。 上述结果显示出镐使小麦 幼苗的细胞结构和功能受到损害 , 而小麦幼
苗对镐害也表现出一定的适应性保护反应 。
关键词 : 小麦 幼苗 镐 脯氨酸 可溶性蛋 白质 a 一 淀粉酶 电解质外渗率
农 田土壤遭受重金属污染 以及由此而产生的对农作物和人体健康的威胁 , 是当今世界上
普遍关注的环境问题 。 植物的生命活动受环境的调节控制 , 当植物受到污染物的 严 重 危 害
时 , 外表会出现明显 的受害症状 。 但是 , 在外观症状出现之前 , 其体内生理功能 已 受 到 破
坏 , 生理生化过程发生异常变化 。 本研究以重金属福为环境胁迫因子 , 研究其对小麦幼苗生
长和生理功能的影响 , 为探讨铜污染的伤害机理和生物监测提供科学依据 。
材料和方法
小麦 ( T万 it 。 。 m ae : t i 。 。 m L . ) 冬协三号由天津农科院作物所提供 , 种 子经 20 %安替
福 民消毒 15 分钟 , 蒸馏水冲净 , 然后用含 C d “ + 浓度 (按 C d CI : 中 C d Z + 计算 ) 为 。 、 5 、 1以
20
、
50 和 10 0P p m 的 K n o p培养液浸泡 8 小时 , 置于 25 一 27 O C培养箱中培养幼苗 , 每天更换培
养液 , 光照强度 2 5 0 L u x , 每天光照 14 小时 。 定期观测外部形态 , 分别在第 4 天 、 第 7 天和
第 10 天测定幼苗脯氨酸 、 可溶性蛋白质含量和胚 乳 a 一淀粉酶活性 , 同时在第 10 天测定幼苗
电解质外渗率和过氧化物酶同工酶酶谱 。
脯氨酸含量 按西北农业大学 〔幻 的方法 , 用磺华水杨酸提取样品 , 然后加酸性苗三酮显
李q 9 1一 03一 0弓收稿 。 . 执笔人 。
3期 洪仁远等: 镐对小麦幼苗的主长和生 卫生化反应的影响
色 , 再用甲苯萃取 , 在 5 20 n m波长下 比色 。
可溶性蛋白质含量 按 L o w r y等 〔9〕 的方法测定 , 牛血清蛋自作标准 。
a 一 淀粉酶活性 根据西北农业大学 〔幻 的方法 , 将酶提取液在 70 ℃下加热 15 分钟 以钝
化 日一 淀粉酶 , 尔后按 a 一 淀粉酶水解淀粉生成的麦芽糖 , 用 3 , 5 一 二硝从 水 杨 酸 试 剂 测
定 , 以麦芽糖的毫克数表示酶活性 。
细胞质膜透性差别 采用电导法 , 按植物生理实验手册 脚 , 1, 的方法 , 用 D D S 一 H 型电
导仪测定电导率 , 以电解质外渗率表示质膜相对透性 。
过 氧化物酶同工酶酶谱 采用聚丙烯酸胺盘状凝胶电泳 , 电泳在冰箱中进行 , 染 色 用
iL
u
10t 〕 的方法 , 用 C S一 93 0岛津双波长色谱扫描仪扫描 。
比色测定均用岛津 U V 一 1 2 0 一 0 2分光光度计 。
试验结果
一 、 铜对幼苗生长的影响
图 1 表明 , 镐对幼苗的生长具有明显的抑制作用 , 随着福浓度 的增高 , 苗高和才及长呈明
显的递降梯度 。 但福浓度为 5 p p m时有刺激生长的作用 , 在幼苗培养期间 , 根 长比对照都有
所增长 , 而苗高仅在第四天比对照株略有增高 , 以后就变为抑制幼苗生 长 。 图 1 还表明 , 幼
苗在含福培养液中生 长的时间愈长 ,受抑制愈严重 ,如锅浓度为 l o o p p m 时 , 与对照株比较 , 根
长在第四天是对照的5 8 . 2% , 第七天和第十天分别是对照株的 3 4 . 9%和 3 1 . 5% ; 而苗高第四
天是对照株高的6 9 . 2% , 第七天和第十天则分别是对照的 5 6 . 0% 和 5 9 . 5% 。 _ h 述结果表明 ,
锅对苗高和根系生长有明显的抑制作用 , 后者尤为显著 。
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图 1 不同浓度福对幼苗 (— ) 和根系 (一 ) 生长的影响
图 2 不同浓度镐对幼苗脯氨酸 (一一 )
和可溶性蛋白质 (一 ) 含蛋的影响
哎 北 农 学 报 6 卷
二 、 脯氨酸含 l 的变化
幼苗脯氨酸的含量不仅随着福浓度的增高而增加 , 而且还随着幼苗的 生 长而 增 (]J 口图
2 )
。 同时 , 无论培养天数多长 , 都是在低浓度福下 ( 5 、 10 、 Z o p p m ) 脯氮 酸增 加较少 ;
而在高浓度镐下 ( 5 0 、 10 0P p m ) 脯氨酸含量增加较多 , 尤其在第七天和第十天 , 脯氨 酸 含
量急剧增高 。 如锅浓度为 ZOp p m 时 , 与对照株比较 , 第四天增加 17 . 1% , 第七天 和 第 十 天
分别增加 2 4 . 1%和 1 7 . 6% ; 当福浓度为 10 o p p m 时 , 与对照株相比 , 第四 天增加 1 6 4 . 1% , 第
七天和第十天则分别增加 80 1 . 8 %和 9 0 8 . 1% 。
三 、 可溶性蛋 白质含皿的变化
福浓度增高时 , 幼苗的可溶性蛋 白质含量也明显增加 , 与脯氨酸不同的是 , 随幼苗培养
时间的延长 , 可溶性蛋白质含量明显降低 (图 2 ) 。
四 、 a 一 淀粉酶活性的变化
ǎ界é釜处一夺鸽加 准砂比。
锅对胚乳 a 一 淀粉酶活性有明显的抑制
作用 (图 3 ) , 其抑制作用随镐浓度的增高而
加强 , 酶活性从第四天到第七天上升达最高
值 , 到第十天又降低 。 在不同时间里 , 以第
四天的抑制作用最强 , 以 后 随 着 幼苗的生
长 , 其抑制作用趋于减弱 。
五 、 电解质外渗率的变化
低浓度镐 ( 5 、 1 0、 2 0p p m ) , 对幼苗
电解质外渗率的影响不显著 , 基 本 无 大 变
化 。 而在高浓度福下 ( 5 0 、 z o o p p m ) , 电解
质外渗率明显增高 (图 3 ) , 说明高浓度福使
细胞质膜透性差别变大 。
六 、 过氧化物酶 同工酶的变化
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图 3 不同浓度镐对 。 一 淀粉酶活性 (— )和幼苗电解质外渗率 (一 ) 的影响
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医 4 不同浓度铜对根正极向的过氧化物酶同工酶谱的影响
3期 洪仁远等 : 镐对小麦幼苗的生 咬和生理生化反应的影响 7 3
根系正极向同工酶测定结果表明 (图 4 ) , 从 2 0P p m 铜处理开始 , 产生一条活性很弱的
谱带A Z , 随着福浓度的增高 , 该谱带的活性又有所增强 , 当镐浓度增至 1 0 o p p m时 , 又产生
一条新谱带 A 。 ; 同时原有谱带 A I 、 A 3随培养液中偏浓度增高 , 酶活性也明显地依次增强 。
根系负极 向同工酶在低浓度镐下无明显变化 , 而高浓度福则可诱导产生新的谱带 , 在 50
p p m 时产生一条新谱带 C ; 。 , 在 10 o p p m 时 , 又增加 一条活性较弱的谱带 C 、 ( 图 5 ) 。
图 5 不同浓度镐对根负极 向的过氧化物酶同工酶谱的影响
讨 论
锡对小麦幼苗和根系生长的抑制作用 与环境中的福含量和植物体对锡的吸收及其在不同
器官中的分配积累有关 。 植物体内锅的含量随环境中福浓度的增高而增加 , 而锅在小麦体内
不同器官的积累规律是根 > 茎叶 > 果实 。 在水培条件下 , 福在植物体内积累更为严重 , 溶液
中的镐被根系吸收后 , 首先在根部积累 , 阻碍根系生长 , 然后转移到其它器官 。 可见器官中
镐含量愈高 , 对生长的抑制作用愈大 , 说明环境中锅浓度高低及植物体内不同器官的含福量
和幼苗生长之间存在一定的相关性 。 另外 , 由于根系生长严重受抑 , 势必影响到对水分和营
养物质的吸收 , 体内正常生理过程受到干扰 , 地上部分的生长也必然受到抑制 。
不少研究证明 , 在大气污染物 、 旱 、 冷和盐等环境胁迫下 , 植物体内脯氨酸含量变化很
大 〔3〕 , 它是测定多种逆境胁迫的理想指标 。 本研究证明 , 在重金属福胁迫下 , 植 物 体 内
游离脯氮酸含量急剧上升 。 脯氨酸的增加 , 可提高原生质的亲水性 , 有助于细胞或组织的持
水 。 受福害的根系吸水能力明显下降 , 而脯氨酸的积累则可以作为根系吸水障碍的补偿 , 有
着对逆境的适应意义 。
与大气氟污染下水稻叶的外渗电导率变化类似 〔 4 〕 , 在福害情况下 , 幼苗电解质外 渗 率
明显增高 , 这表明福进入细胞后 , 使细胞质膜 的结构和功能受到一定破坏 , 进而引起一系列
生理生化反应 , 发生代谢紊乱 , 致使植物受到伤害。 因此 , 电解质外渗率的变化也可作为幼
苗受逆境伤害程度的一种指标 。
生长在镐污染环境中的许多生物具有一定的适应性 , 适应 的主要途径是通过体内合成一
类能与福特异结合的蛋自质或多肤 , 从而减轻锅毒害 〔3〕 。 植物在低温下可溶性蛋白质含量
7 落 华 北 农 学 报 6卷
的提高 , 会增加细胞渗透浓度和功能蛋白的数量 , 有助于维持细胞 的正常代谢 〔6〕 。 同样 ,
在重金属锅胁迫下小麦幼苗可溶性蛋白质含量的增加 , 也有相似的功能 , 蛋 白质结构和功能
的调整 , 可能是小麦幼苗受到锅害的一种生理反应 。
酶的化学本质是蛋白质 , 进入生物体内的游离态锅与功能蛋白质结合 , 占据酶的活性位
点 , 使之失活 , 同时福对酶和蛋 白质中硫醇基又有较高的亲合性 , 导致酶活性的降低 。 胚 乳
是禾谷类作物种子贮藏养份的组织 , a 一 淀粉酶活性的下降 , 必然导致种子萌发和幼苗生长
过程中能量转变和物质转化上的障碍 , 进而影响幼苗的生长发育及形态结构和生理功能 。 这
是锅抑制小麦幼苗生长 , 表现镐害的原因之一 。
同工酶的存在似乎是与植物体内生物化学反应过程的多样性 、 可变性及其对环境条件的
适应性有关 。 在多种逆境胁迫下 ,过氧化物酶活性和酶带数往往发生变化 。 在福胁迫下 ,小麦
幼苗根系同工酶的一些酶带活性也明显增强 , 并能诱导产生新的酶带 。 这是在逆境条件下植物
体内生理功能变化的共同特点 , 是植物对有害环境条件的一种适应性的生理反应 , 有助于提
高植物对抗逆性的代谢调节 。 关于植物通过过氧化物酶而表现对逆境胁迫的适应机制问题 ,
尚待深入研究 。 活性氧代谢失调是植物遭受逆境伤害的机理之一 , 在逆境胁迫下 , 植物体内产
生相对过量的活性氧 , 进而破坏膜结构。 而过氧化物酶是一种保护酶 , 它与超氧化物歧化酶
和过氧化氢酶三者协调一致 , 作为内源活性氧清除剂 , 维持活性氧代谢平衡 〔 7 〕 。 据此我们推
测 , 在重金属铡胁迫下 , 过氧化物酶活性提高和酶带数的增加 , 可能与维持植物体内活性氧
代谢平衡有关 , 它可以防止体内过债的活性氧伤害植物 , 从而使植物能在一定程度上忍耐 、
减缓或抵抗逆境胁迫 。
现在 , 同工酶分析技术已成为在分子水平上研究生物现象的一项重要手段 , 其分析方法
简单易行 , 在农业 、 医学和生物学各领域得到广泛应用 。 而过氧化物酶是一种普遍存在于植物
体中的氧化还原酶 , 它对各种不 良环境的反应十分敏感 , 植物在 C O : 和汞等环境胁迫下 , 过
氧化物酶活性和同工酶谱也发生 了某些变化 〔8〕 。 并且酶谱的变化先于形态的变化和分化 ,
这就提供了灵敏的生理生化变化的指标 。 因此 , 利用过氧化物酶 同工酶分析技术进行环境污
染的酶学监测 , 值得深入研究 。
参 考 文 献
〔 1 〕 西北农业大学主编 ; 《 基础生物化学实验指导 》 , 西安 , 陕西科学找术出版社 , 1 9 8:6 巧一 8 5
〔 2 〕 川每桩物生理学会编 : 《 植物生理分一实验手册 》 , 上海 , 上海科学伎术出版社 , 1 98义 67 一 70
〔3 〕 温章城 : 逆境条件下植物脯氛酸的累积及及其可能的意义 , 《 植物上理学通讯 》 , 1 9 8迁 ( 1 ) :巧一21
〔 4 〕 卞咏梅等: 大气 氟污染对某些链物脯氨酸的影响 , 《 杭物生理学通讯 》 , 二9 8 8 ( 6 ) : 1 9一 21
〔 5 〕 龚雨松等 : 小麦幼苗根系福赘合素 , 《 植物生理学报 》 , 16 ( 1 ) 19 9 :0 19 一 25
〔 6 J 李俊明等: 低温下玉米不同耐冷类型白交系的生理生化变化 , 《 华北农学报 》 , 4 ( 2 ) 19 89 : 1弓一 19
〔 7 〕 王宝山 : 生物白由基 与位物膜伤害 , 《 位物生理学通讯 》 , J 6 8 8 ( 2 ) : 12 一 16
〔8 〕 洪仁远 : 汞对小麦幼苗生 一长及酸性磷酸脂酶和过氧化物酶灼影响 , 《 农业环境保护 》 , 8 ( 3) 工9 8:9 10 一 1 2
〔 9 〕 L o w r y , D . 工1 . e t a l . : P r o t 一 i n m e a 、 u r o m e t w i t h F o l i n p h e n o l r e a g o n t , J 。 B i o l . C h o m . ,
1 9 51 ( 1 9 3 ) : 2 6弓一 2 7 5
〔1 0〕 L i u , E . H . A s i rn p l e rn e t h o d f o r d e t e r m z n i n g t h e r e l a t i v e a e t i v i t i o s o f i n d i v id u a l p o r o x i d a s e
1s o z y m e s i n a t i s s u e o s t r a e t
,
A n a l
。
B i o e h e m
,
19 7 3 ( 5 6 ) : 14 9 一 1 54
3 期 洪仁远等 : 镐对 卜麦幼苗的生长和生理生化反应的影响 7S
E f f e e t s o f C a dm i u m o n t h e G r o w t h a n d P h y s i o l o g i e a l
a n d B i o e h e m i e a l R e a e t i o n s o f W h
e a t S e e d l i n g s
H o n g R e n 了u a n Y a n g G u a n g x i a o L i u D o n g h u a
( D e尸 a : t川 e : t o f B 艺o l o g y , T i a n j 艺n N o r , n a l U : i o e r s f t夕 , T 艺a n j i : . )
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e f f e e t s : U n d e r e a d m i u m s t r e s s
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