全 文 ：安徽农学通报 , A n h u i A o r i s e i丑 u l l Z o l s , 2 1 ( 2 2 )
麻风树幼苗对锰胁迫的生理响应研究
曾小脆 李 毅 陈冠喜 莫远明
(百色学院农业与食品工程学院 ,广西百色 5 3 30 0 )
摘 要 :通过水培实验研究了不 同浓度锰胁迫对麻风树幼苗生理生化特性的影响 。 结果显示 : 随着锰胁迫浓
度的升高 ,麻风树幼苗叶片中的叶绿素含量和过氧化物酶活性逐渐下降 , 丙二醛含量和游离脯氨酸含量不断
升高 , 可溶性糖及可溶性蛋白含量呈先上升后 下降的趋势。 研究表明 ,麻风树对重金属锰污染具有有一定的
耐受性 。
关键词 :锰胁迫 ; 生理生化特性 ;麻风树
中图分类号 57 27 4 文献标识码 A 文章编号 100 7 一7 7 3 1 ( 2 0 15 ) 22 一2 2 一03
锰是地壳的组成元素之一 ,在酸性土壤中含量较多 , 1 材料与方法
在炼钢过程中用量很大 ,也应用于金属材料的脱氧剂 、脱 L l 实验材料 实验用麻风树种子采自百色郊外山林 。
硫剂以及合金元素 。 广西现已探明的锰矿资源储量占全 1.2 实验设计 选取饱满的麻风树种子 ,用蒸馏水清洗
国的 39 . 8% ,为全国第一 ,碳酸锰储量较大 ,约占总储量的 干净并浸泡 12 h ,再用浓度为 1 : 5 0 0 的高锰酸钾溶液消
60 % 〔
, 〕。 随着轻工业 、 化工行业 、 建筑行业的迅猛发展 ,对 毒 10 m in ,摆放在底层铺有棉花的托盘中 ,浇适量水 ,盖上
锰的需求量越来越大 ,锰矿开采力度也逐渐加大 。 然而 , 纱布 ,放人人工气候培养箱 (温度 25 ℃ 、 湿度 75 % )中催
我国冶炼技术相对落后 ,在冶炼中排放出大量的尾矿渣 芽 。 待种子长出 3一4 条根时移栽到盛有干净砂粒的塑料
以及开采运输过程中导致大规模锰污染 ,使土壤中的可 盆中 ,用 12/ H oa g l an d营养液培养 ,至长出 4一 5片真叶时选
溶性锰含量不断增加 。 锰是植物生长发育的必需的微量 出长势一致的幼苗分成 6组 , 分别用含锰浓度为 om g /L
元素 ,但是过量的锰会对植物造成伤害 ,导致减产 ,影响 20 m g几 、 50 m g几 、 10 0 m g几 、 巧 om g几 、 2 0 m郭L 的 12/ H oa -
品质 。 g lan d营养液胁迫处理 。 各处理组分别标志为 P 、 lP 、 P Z 、
麻风树 (aJ l l . 尸12。 。 acr a 、 L . )又名小桐子 、 臭梧桐 、 膏 3P 、 4P 、 5P 。 14d 后取叶片测定各项生理生化指标 。
桐 ,属于大戟科麻风树属 〔2 〕 ,其种仁含油量较高 ,一般在 1 .3 生理指标测定 用 80 %丙酮萃取法测定叶绿素含量〔7〕、
50 % 一60 % 〔3 〕
。 麻风树易栽培 、 易管理 、 开花结实早 、 果实 T B A法测定丙二醛 ( M D A )含量和可溶性糖含量 〔8〕 、 考马
产量和种子含油率高 ,种子能提炼出生物柴油 ,极有可能 斯亮蓝法测定蛋白质 ( P : )含量 9j[ 、 愈创木酚法测定过氧化
在将来代替石油资源 ,最近几年备受关注 ;它还是生物农 物酶 (P O D )活性 〔’ 。〕、 酸性茹三酮法测定脯氨酸含量 〔川 。
药 、 生物制药 、 生物饲料等产业材料的重要来源 ,具有广 1.4 数据处理 以上试验重复 3次 。 数据取 3次重复试
泛的应用前景川 。 麻风树广泛分布于广西 、 云南 、 广东 、福 验的平均值 ,在 xE ce l 20 03 进行处理制图 。
建 、 海南 、 贵州等地 , 面积近 1 . 1万 h m洲 ,在广西主要分布 2 结果与分析
于南宁 、崇左 、钦州 、 百色 、 田东 、 田阳等地 ,主要用于防止 2 . 1 不同浓度锰胁迫对麻风树叶片叶绿素含量的影响
沙化 、 增加有机质和保水固土作用困 。 叶片是植物进行光合作用的主要器官 ,叶绿素含量的多
麻风树作为一种重要的油料植物 , 由于具有种植不 少直接影响绿色植物的光合作用 。 叶绿素含量容易受外
占农田 、适应性广等特点受到广泛的关注 ,而能否作为修 界环境影响 , 如土壤温度 、 重金属 、 二氧化碳浓度等影
复重金属污染的植物树种 ,值得进一步的探究 。 为此 ,本 响 。 由图 1可知 , 随着锰胁迫浓度的升高 ,其叶绿素 a 、 叶
实验以麻风树作为研究对象 ,利用不同浓度的重金属锰 绿素 b含量都呈下降的趋势 ,但在 2 0~ 巧o m郭L浓度范围
溶液对麻风树幼苗进行胁迫处理 ,测定各项生理生化指 内下降幅度不大 , 当浓度到达 5P ( 2 0 m郭L )时下降明显 ,
标 ,了解麻风树在重金属胁迫下的生理响应机制 ,为植物 叶绿素 a 含量和叶绿素 b含量分别是对照组的59 % 、 54 % ,
修复重金属污染提供科学依据 。 表明此时植物生长受到明显影响 。 而叶绿素 a 与叶绿素
基金项 目 :广西教育厅科研资助项 目《桂西麻风树种资源调查及环境修复作用研究》 ( 2 0 101 2 M S 1 8 9 ) ;广西教育厅 “ 广西高等学校特色专业及
课程一体化建设项 目 百色学院生物技术专业 (G x T Sz Y 2 2 4 ) ” ; 2 0巧 广西高校优势特色专业建设项 目 百色学院亚热带农业
产业专业群 [桂教高教 〔2 0 15 〕4 1号 ]6 6 。
作者简介 : 曾小甩 ( 1 971 一 ) ,男 ,广西百色人 , 副教授 ,研究方向 : 两栖爬行动物多样性及植物逆境生理 。 收稿 日期 : 2 0 15 一 1 1一 0 9
2 1卷 2 2期 曾小甩等 麻风树幼苗对锰胁迫的生理响应研究
b的比值都比对照组高 ,且呈下降趋势 ,说明叶绿素 b对
于锰胁迫比叶绿素 a更为敏感 。
. 叶绿素a
. 叶绿素b
. 叶绿素总量
口 叶绿素盯叶绿素b
类之一 ,具有清除活性氧的功能 ,可有效减轻外界不良环
境对植物造成的伤害 。 由图 4可知 ,过氧化物酶随着锰浓
度的增加呈逐渐递减的趋势 ,在低浓度时 ,过氧化物酶活
性下降不明显 ,当锰浓度在 4P (巧 om g /L )以上时 , 过氧化
物酶活性下降幅度很大 ,分别比对照组低 85 % 、 150 % 。
到,华避娜屏牟划
ǎ妙汕咧且撅如断古
锰胁迫液浓度 (m班)
图 1 不同浓度锰胁迫下麻风树叶片叶绿素含量的变化
.2 2 不同浓度锰胁迫对麻风树叶片丙二醛含量的影响
丙二醛是膜脂过氧化的产物 ,能与植物中的活性物质形
成不溶性的化合物 。 丙二醛含量是叶片细胞膜脂过氧化
程度的一种体现 ,其对植物体是有害的 ,含量越高 ,对植
物伤害越严重 。 由图 2 可知 ,随着锰浓度的升高 ,丙二醛
的含量随之升高 ,在低浓度时丙二醛含量增幅不大 ,且在
50 一 10 m g几 范 围 内保持 相对 稳定 , 当浓度 大 于 4P
(巧 o m郭L )浓度时 ,丙二醛含量增幅明显 ,分别比对照组
高出 16 9% 、 259 % ,表明麻风树在低浓度锰胁迫时受伤害
较小 ,但随着锰浓度的增加 , 麻风树的膜系统受伤逐渐
增大 。
锰胁迫液浓度 (m g几 )
图 4 不同浓度锰胁迫下麻风树叶片过氧化物酶活性的变化
.2 5 不同浓度锰胁迫对麻风树叶片可溶性蛋白含量的影
响 可溶性蛋白质也是植物内重要的渗透调节物质 ,具
有稳定细胞膜 、 保水的功能 ,有助于细胞维持正常代谢 。
由图 6可知 ,麻风树叶片中的可溶性蛋白含量随着重金属
锰胁迫浓度 的升高呈先上升后下 降的趋势 。 在 3P
( 10 0 m g几 )浓度以下 , 可溶性蛋白的含量虽有增加 ,但是
增幅不大 ,而当锰胁迫液浓度达 4P ( 150 m g /L )以上时 ,可
溶性蛋白含量急剧降低 。
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锰胁迫液浓度 (m叨〕
图 2 不同浓度锰胁迫下麻风树叶片丙二醛含量的变化
.2 3 不同浓度锰胁迫对麻风树叶片可溶性糖含量的影
响 植物体内的可溶性糖可作为植物的营养物质 ,也是
用来调节渗透作用的重要物质 ,它对植物细胞的细胞膜 、
原生质体以及酶类都有一定的保护作用 。 在一定程度
上 ,可溶性糖含量可以反映植物生长发育状况以及植物
对恶劣环境的抗性强弱 。 由图 3可知 ,可溶性糖含量随着
锰胁迫浓度的增加呈上升后下降的趋势 ,在 P 4 (巧o m郭L )
浓度时达到最高 , 比对照组高出 81 % ,之后有所下降 。 由
此可见 ,在麻风树受到伤害时 ,麻风树可通过增加可溶性
糖的含量来适应外界不良的环境 。
锰胁迫液浓度 (m叨〕
图 5 不同浓度锰胁迫下麻风树叶片可溶性蛋 白含量的变化
.2 6 不同浓度锰胁迫对麻风树叶片游离脯氨酸含量的影
响 脯氨酸是调节植物体内渗透作用的重要物质之一 ,
大部分以游离态存在植物体内 。 脯氨酸的积累对细胞具
有调节渗透 、 抗氧化 、 稳定细胞结构等作用 〔’ 2〕 ,并且具有
亲水性 ,能维持细胞的水分平衡 〔’ 3〕 ,是酶的保护剂 。 由图
6可知 ,脯氨酸的含量随着锰胁迫浓度的升高而升高 ,在
较低浓度锰胁迫时 ,脯氨酸含量比对照增加不多 ,而当锰
胁迫浓度达 P 4 (巧 o m g /L ) 、 5P ( 20 m g /L )时 ,脯氨酸含量急
剧升高 ,分别比对照组高出 802 % 、 9 5 % 。 说明过高浓度
锰胁迫对植物体伤害加剧 ,此时麻风树通过增加脯氨酸
的量来耐受高浓度锰的毒害 。
喇如鲁诵舞褪缭奢
。昌à呵如龚担,块甘
锰胁迫液浓度 (m叨〕
图 3 不同浓度锰胁迫下麻风树叶片可溶性糖含量的变化
.2 4 不同浓度锰胁迫对麻风树叶片过氧化物酶活性的影
响 过氧化物酶是植物在呼吸代谢中有着重大作用的酶
锰胁迫液浓度 (m gL/ )
图 6 不同浓度锰胁迫下麻风树叶片游离脯氨酸含量的变化
3 结论与讨论
锰是植物必需的微量元素之一 ,缺少或过多都会使
植物不能正常生长 。 本实验中 ,在锰胁迫作用下 , 叶绿素
含量比对照低 ,极有可能是重金属离子进人细胞 ,与叶绿
体蛋白结合 ,破坏了叶绿体结构〔’ “ 〕 ,也有有可能是叶绿素
合成过程中合成叶绿素的酶受到锰的影响 ,酶活性受到
抑制 ,导致叶绿素含量下降〔〔’ 5一川 。
丙二醛是植物细胞膜膜脂过氧化的产物 ,丙二醛对
植物体是有害的 。 细胞膜是调节和控制物质进出细胞的
基础 。 重金属能诱导脂质过氧化 〔’ 7 〕 ,使细胞膜膜脂通过
过氧化反应产生大量丙二醛 ,破坏细胞的膜系统结构 ,导
致膜的通透性加大 ,外界物质进人细胞 ,细胞内活性物质
物质遭到破坏 。 同时 ,过氧化物酶活性下降 ,大量的活性
氧积累加速了丙二醛的生成 ,这可能就是在锰胁迫作用
下麻风树叶片内丙二醛含量升高的的原因 。
过氧化物酶是植物体内的重要的抗氧化剂 ,能清除植
物体内的过氧化氢 〔, 8〕 ,是对环境影响比较敏感的酶〔l9j 。 本
实验中过氧化物酶活性呈下降趋势 ,但在低浓度时下降
不明显 ,说明麻风树在低浓度的锰污染中具有一定的耐
受能力 ,但是高浓度锰胁迫则导致麻风树体内防御系统
被破坏 ,抗逆性降低 ,植物受到伤害 。 可能是由于细胞通
透性增大以及丙二醛含量的增加 ,使得过氧化物酶活性
降低 , 甚至失活 。 也有可能是锰胁迫过程中麻风树体内
产生某种物质 ,破坏了过氧化物酶的结构 ,使其活性降
低 ,这有待作进一步研究 。
可溶性糖作为调节渗透平衡的一种物质 ,对细胞液
浓度和渗透势的高低都有一定的影响 。 在逆境环境下 ,可
溶性糖含量累积越高 ,植物抵抗不良环境的能力越强圈 。
本实验中 ,锰胁迫麻风树叶片中可溶性糖含量呈先上升
后下降的趋势 。 这可能是麻风树受到胁迫时 ,不可溶性
糖降解以提高可溶性糖含量来保持渗透平衡 ,增强抗逆
性 。 在高浓度锰胁迫下 ,可溶性糖含量下降 ,很有可能是
锰胁迫使细胞膜通透性增大 ,糖类和酶大量运出所致 。
可溶性蛋白具有较强的保水性 ,能为植物在逆境情
况下提供能量和物质 ,增强其抗逆能力 。 本实验中 ,在低
浓度锰胁迫下可溶性蛋白含量有所上升 ,但随着锰胁迫
浓度的升高 ,可溶性蛋白含量下降明显 。 有研究表明 ,重
金属进人植物体后 , 大多会与植物体内的其他离子结合
形成化合物或者鳌合物 ,阻碍蛋白质合成 ,进而抑制植物
的正常代谢国 。 也有可能是高浓度锰离子影响氨基酸合
成 ,导致可溶性蛋白含量降低 〔2 , 〕。
植物在逆境环境下进行脯氨酸累积是一种常见的现
象 ,脯氨酸有解毒保水的作用 。 有研究表明 ,游离脯氨酸
的累积与植物的相对含水量呈负相关的关系 〔川 。 本实验
游离脯氨酸增多可能是因为细胞膜通透性增加 ,植物失
水过多 ,植物体通过产生大量脯氨酸来保持水分平衡 ,应
是麻风树应对外界不良条件的一种适应性调节 。
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综上所述 ,麻风树在一定程度上可通过提高可溶性
糖 、 可溶性蛋白及游离脯氨酸含量来抵抗外界不良环境 ,
减轻锰的毒害 ,表明它对重金属锰污染具有有一定的耐
受性 。
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(责编 : 张宏民 )