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Cr~(6+)对皱叶留兰香生长及生理生化的影响



全 文 :作者简介 王玉林(1966-),男,贵州贵定人,讲师,从事分析化学与环
保研究。*通讯作者。
收稿日期 2008!04!14
皱叶留兰香(MenthacrispateSchrad.exWild.)又名鱼香
菜、土薄荷、狗肉香,为唇形科薄荷属多年生宿根草本植物,
分布于地中海沿岸及我国云南及贵州等地。皱叶留兰香在
民间被广泛药用和食用,具有疏风散热、辟秽解毒之功效,
在我国西南地区已成为特色蔬菜,是当今贵州省开发前景
较好的一种野生蔬菜[1]。重金属铬是环境污染中的五毒之一,
是一种毒性较大的致畸、致突变剂。重金属对土壤和农作物
的污染问题越来越突出,特别是城市周围菜田的污染日益
严重,重金属通过抑制作物细胞分裂和伸长,刺激和抑制
一些酶的活性,影响组织蛋白质合成,降低光合作用和呼吸
作用,伤害细胞膜系统,从而影响作物生长和发育。蔬菜受
重金属污染后,不仅严重影响其产量和品质,而且会进一步
通过食物链进入人体,危及人类健康[2]。关于铬对辣椒、水
稻、小麦等作物影响的研究较多[3-6],但对野生蔬菜皱叶留兰
香影响的研究尚未见报道。笔者以皱叶留兰香为材料,研
究不同浓度的 Cr6+对皱叶留兰香生长、生理生化特性的影
响,为皱叶留兰香生产中金属铬的污染预报及采取栽培措
施消除其毒害提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料 皱叶留兰香取材于贵州省都匀市近郊菜
地;铬为重铬酸钾(K2Cr2O7)。
1.2 试验方法 选择品质优良、纯正、健壮、无病虫的皱叶
留兰香地上直立茎,剪成 6~7cm的插条。插条留 1/3叶片,
剪后立即将其基部浸入清水中遮荫待用,取出后立即插于
苗床上。插后浇透水,扣上塑料薄膜,每天喷水1~2次,保持
湿度在 90%左右,并注意遮光避风,14d后生根。选择长势
一致的幼苗,移栽至装有 2L1/2Hoagland培养液的玻璃水
槽中常温、室外培养,每 2d更换 1次培养液。5d后选择长
势一致的高度为(8±0.5)cm、重量为(10±0.5)g、(10±2)株移
栽到含有0(CK)、5、10、50和 100mg/L重金属 K2Cr2O7的新
鲜1/2Hoagland培养液50ml烧杯中,每个处理重复3次,培
养10d后开始采样测定各项指标。
1.3 测定指标及方法 植株生长情况测定:用直尺测量株
高、食用部分4叶1心大叶片的叶宽和叶长,用天平测定根
系、植株鲜重及4叶1心重量。叶绿素含量采用80%丙酮浸
提分光光度法测定;丙二醛(MDA)含量测定采用硫代巴比
妥酸法;质膜透性测定采用电导法,用 DDS!7600电导仪测
定,以相对电导率(%)表示;超氧化物歧化酶(SOD)活性以
抑制氮蓝四唑(NBT)光氧化还原的50%酶量为 1个活力单
位;过氧化物酶(POD)活性测定采用愈创木酚法,以每分钟
内A470nm变化0.01为1个酶活单位。生理生化指标测定均
按张志良的方法[7],用 7200分光光度计分析。各项指标至
少测定3次,取平均值。
2 结果与分析
2.1 铬对皱叶留兰香生长的影响 由表1可知,Cr6+浓度为
5mg/L(低浓度)时对皱叶留兰香的株高生长略有促进,>10
mg/L时对株高的生长起抑制作用,随着土壤 Cr6+浓度的增
加株高生长受到明显的抑制。植株鲜重在Cr6+浓度为5mg/L
时没有受到影响,但随 Cr6+浓度的增加明显下降。5mg/L的
Cr6+浓度对叶片生长没有影响,随着 Cr6+浓度的增加,4叶1
心成熟叶面积逐渐下降。皱叶留兰香 4叶 1心鲜重随 Cr6+
浓度的增加而下降,10、50mg/L处理的分别比对照下降
26.3%、41.8%,叶片老而短小,品质下降,产量降低。当铬浓
度达50mg/L以上时,植物根系生长明显受阻,并伴有褐化
现象,植株不能生长甚至死亡。这说明较高浓度的铬降低
Cr6+对皱叶留兰香生长及生理生化的影响
王玉林 1,韦美玉 2*,陈世军 2 (1.黔南民族师范学院化学系,贵州都匀 558000;2.黔南民族师范学院生命科学系,贵州都匀 558000)
摘要 [目的]为皱叶留兰香野生蔬菜生产中预报金属铬的污染及消除其毒害提供理论依据。[方法]通过水培试验,研究不同浓度的
重金属Cr6+(0、5、10、50和100mg/L)对野生蔬菜皱叶留兰香生长、生理生化特性的影响。[结果]当Cr6+浓度>5mg/L时,皱叶留兰香株
高、叶面积、产量及叶绿素a/b比值随着Cr6+浓度的升高而明显下降。植株体内细胞膜透性和MDA含量随着Cr6+处理浓度的增加而逐
渐增大,SOD活性随Cr6+浓度增到50mg/L时上升,达到峰值后下降;POD活性随Cr6+浓度的增加而下降。SOD对铬引起氧化胁迫具有
相应的适应和抵抗能力,在皱叶留兰香生长抗铬胁迫防止膜脂过氧化起着重要作用。[结论]野生蔬菜皱叶留兰香对浓度为10mg/L
的Cr6+污染胁迫有较强的适应性和防御能力。
关键词 皱叶留兰香;铬污染;生长;生理生化特性
中图分类号 S311 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2008)17-07100-03
EfectsofCr6+ontheGrowthandPhysiologicalandBiochemicalCharacteristicsofMenthacrispataSchrad.
WANGYu!linetal(DepartmentofChemistry,QiannanNormalColegeofNationalities,Duyun,Guizhou558000)
Abstract [Objective]TheresearchaimedtoprovidethetheoreticalbasisforpredictingthepolutionofmetalCrandeliminatingitsdamagein
theproductionofwildvegetableMenthacrispataSchrad.[Method]Inwatercultureexperiment,theefectsofheavymetalCr6+atdiferentconcn.
(0,5,10,50and100mg/L)onthegrowthandphysiologicalandbiochemicalcharacteristicsofwildvegetableM.crispatewerestudied.[Result]
whenCr6+wasmorethan5mg/L,theplantheight,leafarea,yieldandtheratioofchlorophyla/bobviouslyweredecreasedwiththeincreaseof
Cr6+concn.CelmembranepermeabilityandMDAcontentinplantgradualywereincreasedwiththeincrementofCr6+concn.SODactivitywas
enhancedwhenCr6+concn.wasincreasedupto50mg/LanddecreasedafterCr6+concn.reachedthepeak.PODactivitywasdecreasedwiththe
increaseofCr6+concn.SODhadthecorespondingadaptabilityandresistancetotheoxidativestresscausedbyCranditplayedanimportantrole
inpreventingthemembranelipidperoxidationandresistingCrstressinthegrowthofM.crispate.[Conclusion]WildvegetableM.crispatehad
strongeradaptabilityandthedefenseabilitytoCr6+stressat10mg/L.
Keywords MenthacrispataSchrad.;Cr6+polution;Growth;Physiologicalandbiochemicalcharacteristics
安徽农业科学,JournalofAnhuiAgri.Sci.2008,36(17):7100-7102 责任编辑 理雪莲 责任校对 卢 瑶
DOI:10.13989/j.cnki.0517-6611.2008.17.095
了植物的光合生产力,干扰体内营养物质的迁移和再分配,
影响植物生长[8]。
2.2 铬对皱叶留兰香叶绿素含量的影响 由表2可知,Cr6+
处理浓度在 5mg/L以下时,皱叶留兰香能够正常生长,叶
片保持鲜绿,随着 Cr6+处理浓度的提高,0~10mg/L处理
叶绿素 a含量呈下降趋势,说明低浓度 Cr6+处理使叶片叶
绿素含量呈下降趋势,对叶绿素 a的影响大于对叶绿素 b
的影响。50mg/LCr6+浓度处理的植株受到了 Cr6+毒害,植株
矮小,生长缓慢,叶片深绿,幼叶无法伸展,叶绿素含量明显
升高,说明高浓度Cr6+影响叶绿素的生物合成与分解,降低
植物的光合生产力,干扰体内营养物质的迁移和再分配,影
响植物生长。高浓度 Cr6+使皱叶留兰香叶片叶绿素含量明
显升高,叶绿素a/b值随Cr6+浓度的增高而降低。
2.3 铬对皱叶留兰香叶片细胞膜透性和 MDA含量的影
响 细胞膜透性影响细胞内部分电解质、有机物外渗,外渗
电导率增大。由表 3可知,在 Cr6+处理浓度为 5mg/L时,皱
叶留兰香细胞膜透性与对照相近,说明 Cr6+对细胞膜无影
响。随 Cr6+处理浓度的升高膜透性上升,Cr6+浓度为 10、50、
100mg/L处理的细胞膜透性分别比对照增加 11.0%、
23.4%、32.4%,说明膜透性增大,质膜受损的程度加大。
在逆境时,植物细胞原生质膜中的不饱和脂肪酸会发
生过氧化作用产生 MDA,使质膜系统受到伤害,细胞质内
电解质外渗量增加,因而MDA含量可反映膜脂过氧化作用
的强弱和膜系统受伤害程度。由表 3可知,随着 Cr6+浓度的
升高,MDA含量呈递增趋势。当Cr6+浓度为 5mg/L时,MDA
含量的增幅较小;但当Cr6+浓度10mg/L时,增幅明显增大,
当 Cr6+浓度为 50和 100mg/L时,MDA含量分别为对照的
163%和 235%。说明皱叶留兰香对低浓度的 Cr6+具有一定
的耐受能力,而高浓度的 Cr6+对皱叶留兰香具有明显的毒
害作用。
2.4 铬对皱叶留兰香 SOD和 POD活性的影响 外来胁
迫逆境下植物体内氧代谢失调,活性氧产生加快而清除系
统活性降低,致使活性氧积累,引起伤害。SOD主要清除超
氧物阴离子自由基(O2-),POD主要清除 H2O2,它们相互协
调有效清除活性氧,防止膜脂过氧化。由表 4可知,皱叶留
兰香根中 SOD活性随着 Cr6+浓度的升高,表现为先升后降
的趋势,即在低浓度 Cr6+胁迫下,SOD活性明显增强;在
Cr6+浓度为 50mg/L时,达到峰值;当 Cr6+浓度为 100mg/L
时,SOD活性下降,但仍略高于对照。这说明 Cr6+浓度低时,
皱叶留兰香根系细胞对 Cr6+污染有一定的抵抗作用,但Cr6+
浓度过高时,抵抗作用有所下降,当Cr6+浓度为100mg/L时,
SOD活性略有降低,但不明显,与对照差异显著(P<0.05)。
POD活性随 Cr6+浓度的升高而下降,与对照差异显著(P<
0.05)。有研究表明,随着 Cr6+处理浓度的增加,植物幼苗体
内 SOD活性下降,POD活性呈先增后降的趋势[3,9-13]与该试
验结果不一致。
3 结论与讨论
(1)该研究表明,在Cr6+处理浓度小于10mg/L时,皱叶
留兰香能正常生长,未见明显的重金属中毒症状;在Cr6+
处理浓度大于 10mg/L时出现叶片深绿,随浓度增大对皱
叶留兰香根系、株高、植株鲜重、叶面积、产量都具有明显的
抑制作用;Cr6+处理浓度达到50mg/L以上时,皱叶留兰香不
能正常生长,这可能是因为铬作为非必需元素,在植物体内
积累到一定程度,会影响细胞分裂和生长,干扰营养物质的
吸收和分配,从而抑制皱叶留兰香的生长。
(2)该研究还表明:0~10mg/LCr6+处理皱叶留兰香叶片
叶绿素a含量显著降低,可能是由于铬与相关酶作用,抑制
叶绿素前体的合成,促进叶绿素分解,或直接破坏叶绿体结
注:应用LSR法进行显著性检验,同一行数据字母不同者表示差异在0.05水平显著。下同。
Note:TheLSRmethodwasusedtotestthesignificanceofdiference.Diferentletersinarowmeansignificantdiferencesat0.05level.Thesameas
folows.
浓度Concentration
mg/L
根系鲜重Freshweightofroot
systemFW∥g
株高Plant
height∥cm
植株鲜重Freshweight
ofplantFW∥g
叶面积(4叶1
心成熟叶)
Leafarea∥cm2
4叶1心鲜重Freshweightoffour
leavesaroundonecenterFW∥g
0(CK) 1.97a 14.3a 16.83a 2.64a 0.129a
5 2.07a 14.5a 16.39a 2.66a 0.127a
10 1.51b 13.3b 15.40b 2.09b 0.095b
50 1.26c 11.8c 14.20c 1.60c 0.073c
100 0.93d 10.6d 13.57d 0.77d 0.062d
表1 不同Cr6+浓度处理对皱叶留兰香生长的影响
Table1 EfectsofdiferenttreatmentsofCr6+ongrowthofMenthacrispate
浓度
Concentra!
tion∥mg/L
叶绿素a
Chlorophyl
a∥mg/gFW
叶绿素b
Chlorophylb
mg/gFW
叶绿素总量
Total
chlorophyl
mg/gFW
叶绿素a/b
Chlorophyl
a/b
0 1.111b 0.372bc 1.484bc 2.98b
5 0.987c 0.308d 1.295d 3.20a
10 0.975d 0.363c 1.338c 2.68c
50 1.348a 0.519a 1.867a 2.59cd
100 1.078bc 0.459b 1.537b 2.34d
表2 不同Cr6+浓度处理对皱叶留兰香叶绿素含量的影响
Table2 EfectsofdiferenttreatmentsofCr6+onchlorophyl
ofMenthacrispate
浓度Concentration
mg/L
相对电导率Relative
electricconductivity∥%
MDA含量Contentof
MDA∥μmol/gFW
0 14.5d 0.91d
5 15.0d 1.14d
10 16.1c 1.57c
50 17.9b 2.40b
100 19.2a 3.05a
表3 不同Cr6+浓度对皱叶留兰香叶质膜透性和MDA含量的影响
Table3 EfectsofdiferenttreatmentsofCr6+onleafplasma
membranepermeabilityandMDAcontentofMenthacrispate
浓度Concentration
mg/L
SOD活性
SODactivity∥U/gFW
POD活性
PODactivity∥U/(g·min)FW
0 1.14d 64.3a
5 1.28b 46.4b
10 1.32ab 42.4bc
50 1.35a 24.4c
100 1.23c 20.2d
表4 不同Cr6+浓度对皱叶留兰香根系SOD和POD活性的影响
Table4 EfectsofdiferenttreatmentsofCr6+onSODandPOD
activitiesinrootsystemofMenthacrispate
王玉林等 Cr6+对皱叶留兰香生长及生理生化的影响36卷17期 7101
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
(上接条约7094页)
与脱氧核糖核酸酶(CAD)活性间呈不显著的正相关或负相
关关系,但GA350IAA200处理可溶性蛋白含量与CAD活性
正相关的程度要高于其他处理,表明该处理可溶性蛋白含
量的增加与CAD酶活性的提高有一定的关系。
3 结论与讨论
(1)目前对竹叶的研究主要有提取黄酮、酚类化合物,
蛋白质和糖类,外原性抗氧化剂、氨基酸、微量元素等多方
面。竹叶中蛋白质是一种纯天然蛋白质资源,安全可靠。因
此,对竹叶资源的开发利用可变废为宝,提高竹业生产的经
济效益,具有广阔的应用前景[9]。
(2)植物激素作为一种微量信号分子,对植物整个发育
的调控取决于激素的浓度以及组织对激素敏感性。前人对
慈竹的研究主要集中在慈竹的生态学、笋期生长特性及对
经营管理生产经验的总结,对指导慈竹林的培育起了一定
的作用[1-6]。该研究结果表明,不同浓度和配比的GA3和IAA
处理对慈竹叶和茎的可溶性蛋白积累具有调控作用,这种
调控作用与 GA3和 IAA的浓度与配比密切相关。GA3和
IAA处理改变了慈竹茎和叶中可溶性蛋白质含量动态积累
趋势。GA3和IAA处理后,慈竹茎可溶性蛋白含量的降低与
4CL酶活性的提高密切相关,与 CAD酶活性的提高有一定
的关系。
参考文献
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注:*表示达到显著相关水平。
Note:*standsforsignificantcorelationlevel.
处理Treatment
蛋白-PAL
Protein#PAL
蛋白-4CL
Protein#4CL
蛋白-CAD
Protein#CAD
GA30IAA0 0.328 0.524 0.061
GA350IAA200 0.261 -0.951* 0.473
GA3200IAA50 0.014 -0.303 -0.059
表4 不同处理可溶性蛋白含量与木质素合成相关酶活性相关分析
结果
Table4 Correlationanalysisbetweensolubleproteincontentand
enzymeactivityrelatedtoligninbiosynthesisunder
diferenttreatments
构,从而降低叶绿素含量。已有研究表明,Cr6+污染普遍使作
物及蔬菜叶绿素含量降低[3-6]。该试验结果表明,叶绿素 a/b
值随 Cr6+处理浓度的升高而降低。有学者认为,叶绿素 a/b
值随着叶片衰老而下降,可以作为叶片衰老的指标[14],可见
Cr6+污染具有加速叶片衰老的作用。
(3)植物对逆境引起的氧化胁迫具有相应的适应和抵
抗能力,表现在体内具有完善的抗氧化防御系统,其中SOD、
POD是植物体内酶促防御系统的 2个重要保护酶,它们协
同起来可以保护植物细胞免受活性氧的损伤。在低浓度 0~
10mg/LCr6+处理时,皱叶留兰香的SOD活性明显增加,POD
活性下降相对较低,说明皱叶留兰香对低浓度的 Cr6+具有
一定的耐性。随着 Cr6+处理浓度的升高,SOD活性呈先增后
降趋势,POD活性一直下降。POD活性下降可能与铬胁迫
下产生过量的ROS对酶蛋白的破坏所致。说明皱叶留兰香
逆境抵抗能力与体内的SOD活性水平有关,SOD是植物体
内防御系统起关键作用的酶。高浓度的 Cr6+胁迫下保护酶
系统对活性氧的清除能力大大削弱,已不能阻止自由基在
细胞内的积累,皱叶留兰香的细胞膜透性及MDA含量逐渐
增大,使膜发生膜脂过氧化,MDA积累,膜透性增加,导致
膜功能受损,从而引起细胞的衰老和死亡,对植物产生抑制
效应甚至毒害。
(4)不同浓度铬对植物生长有不同程度的影响,不同的
植物对铬的耐性不同,出现中毒时铬的临界浓度也不同。野
生蔬菜皱叶留兰香对 10mg/LCr6+胁迫的适应性比较强,且
有防御能力。皱叶留兰香作为一种野生蔬菜在城市近郊周
围菜地大面积开发种植时,灌溉水中的 Cr6+含量应控制在
10mg/L以下,否则会严重影响皱叶留兰香生长发育,从而
影响产量及食用价值。
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