全 文 :重金属铅是一种有害的元素,矿产开采,金属冶
炼,以及含铅汽油的使用等等,都会对植物、动物及人
类产生不利影响。
正常情况下,植物体内的活性氧代谢保持平衡。
当植物遭受干旱、高温、低温、盐害以及重金属胁迫
时,其体内的活性氧代谢失调,活性氧水平上升,引起
膜脂过氧化。目前认为活性氧水平升高导致的膜脂过
氧化加剧是膜损伤的重要原因,而丙二醛是膜脂过氧
化的产物之一,因此丙二醛含量可用于表示细胞内的
活性氧水平和膜脂过氧化的程度。植物体内存在清除
活性氧的抗氧化酶类系统,主要包括超氧化物歧化酶
(!#)、过氧化物酶(#)和过氧化氢酶(%&’)三种 酶类,其中 !#是抗氧化酶系统中一种极为重要和 收稿日期( )**) + *, + -) 基金项目:国家教育部重点基金项目资助 . *)-/* 0 作者简介(何 冰 . -,12— 0,女,博士研究生,主要从事植物营养和 生态方面的研究。3 + 4567( 869:;)***< )=>? @695? AB4 农业环境科学学报 )**>C )) .> 0:)12 + )1/ !#%&’ ( )*+,%/0%1 23.0%30
铅胁迫下不同生态型东南景天叶片
抗氧化酶活性及叶绿素含量比较
何 冰C 叶海波C 杨肖娥
.浙江大学环境与资源学院资源科学系,浙江 杭州 >-**), 0
!#%484%0 4* -#1 ’. () 9 3:7:−1:7:-1%4*; !′#A
D3 E69:,F3 D56GEB,F&HI J65BG3
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3)&%.18 5AAQ4Q75N69: KABNVLK 59X 9B9 + 5AAQ4Q57N69: KABNVLK BO !KXQ4? &7OMKX66 .D59AK 0 YKMK KZLB@KX NB 5 M59:K BO
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A5N575@K .%&’0 ? ^K OBQ9X N;5N 69 N;K 7K5O BO 9B9 + 5AAQ4Q75N69: KABNVLKC 7K5X Y5@ 5AAQ4Q75NKX 769K5M7V Y6N; 8 AB9AK9NM5N6B9 69 @B7QN6B9? &@ OBM N;K 5AAQ4Q75N69: KABNVLKC8 AB9AK9NM5N6B9@ 69 7K5O 69AMK5@KX 5N 7BY 8NMK5N4K9N@CL5M69:5N−=∗4:· +−NMK5N4K9NC59XN;K9XKAMK5@KX5NN;KNMK5N4K9NY6N;2/∗4:· +−?T9XKM8 NMK5N4K9N@C N;K XKAMK5@K BO A;7BMBL;V77 AB9NK9N 59X 7K5O
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BO !#C # 59X %&’ 69 N;K 7K5UK@ BO N;K 9B9 + 5AAQ4Q75N69: KABNVLK YKMK ;6:;KM N;59 N;B@K BO N;K 5AAQ4Q75N69: KABNVLK?B@6N6UK
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AK9NM5N6B9@C 59X @6:96O6A59N 769K5M XKAMK5@K 69 7K5O XMV YK6:;N 59X A;7BMBL;V77 AB9NK9N@ Y6N; 69AMK5@69: 8 AB9AK9NM5N6B9@ 69 7K5O YKMK B8@KMUKX 69 N;K 9B9 + 5AAQ4Q75N69: KABNVLK? B#0C’.2&( 7K5X LB77QN6B9‘ 7K5X 5AAQ4Q75N69: KABNVLK‘ 59N6BZ6X5N6UK K9WV4K‘ A;7BMBL;V77 摘 要:采用现场采集植物样品、室内溶液培养方法,研究了铅胁迫对铅富集生态型和非富集生态型东南景天叶片干 重,叶绿素含量和叶片超氧化物歧化酶(!#)、过氧化物酶(#)、过氧化氢酶(%&’)活性以及丙二醛(]#&)含量的影
响。结果表明,即使在 2/* 4:·\ + -处理水平,富集生态型东南景天的叶片干重,叶绿素 5 a 8,叶绿素 5,叶绿素 8和
]#&水平与对照相比均无显著差别。非富集生态型的叶绿素 5 a 8,叶绿素 5,叶绿素 8和 ]#&水平明显低于对照。两
种生态型的 !#、#、%&’活性在铅胁迫下均比对照有所增加,但富集生态型增加的程度低于非富集生态型。由此推 测,在相同铅胁迫下,富集生态型东南景天叶片细胞的受害程度小于非富集生态型。富集生态型叶片铅含量与叶片#、%&’活性变化呈显著正相关;而非富集生态型叶片铅含量与叶片干重、叶绿素含量变化呈显著负相关,与 ]#&含
量和 !#活性变化呈显著正相关。
关键词:铅污染;富集生态型;抗氧化酶;叶绿素
中图分类号:b*>? )> 文献标识码:& 文章编号:-=1) + )*2> .)**> 0*> + *)12 + *b
!#第 !! 卷第 期农业环境科学学报在生物体内普遍存在的金属酶,与酶相连的金属交替地氧化或还原,催化快速歧化反应,在保护酶系中处于核心地位。 /。
已有许多报道表明铅胁迫下植物的叶绿素含量
减少 , -、0 /。(12324等认为,铅胁迫条件下叶绿素含量的
下降可能是由于高浓度铅破坏了叶绿素合成过程并
影响了叶绿素酶的活性 , # /。567781等 , 9 /的研究发现,
叶绿素分子中的镁离子可被包括 (:在内的多种重金
属元素所取代,并认为这是植物在胁迫条件下的伤害
机制之一。此外,在胁迫条件下叶绿体结构的破坏也
会导致叶绿素含量的减少 , /。
有关铅胁迫对植物的影响报道很多,大多集中在
铅对植物生长发育和新陈代谢等方面 , ;、< /,而关于植
物耐铅胁迫机理研究极少 , -= /,且研究使用的材料多
为普通植物。我们在对浙江西部的某一铅锌矿土壤进
行调查时发现一种景天科植物——— 东南景天 > !# B !·
0?!&M =G -= CCIJ· K F - 5?!(&0M =G #= CCIJ· K F -
ND%&0·?!&M =G -= CCIJ·K F - 5)JM =G = CCIJ·K F -
5!%&0M -=G == !CIJ· K F - ?O&M =G #= !CIJ· K F -
N@%&0·?!&M -G = !CIJ· K F - P@%&0· ?!&M =G !=
!CIJ·K F - )6%&0·#?!&M -== !CIJ·K F - Q8 F R’+*
=G =- !CIJ·K F - >L?0 B 9NI&!0。保持 !0 S通气。每 0
4更换一次营养液。待植株生根并长出新叶后,在营
养液中加入 (:>L&B!进行铅处理试验,浓度分别为:=、−9=、!=、0;= CD·K F -,用不加 (:>L&B !的营养液 培养植株作为对照 ()5)。加铅处理时所有营养液中 的 5?!(&0浓度减少为 =G ==# CCIJ·K F -,以避免产生 沉淀。实验设个重复。处理 =4后收获材料,进行各项指标的分析。−G 测定方法
-G G−叶片铅含量采用湿灰化———原子吸收法。−GG !叶片叶绿素含量
采用张志良的方法 , -! /。
-G G酶液的提取和活性测定
粗酶液的制备:称鲜叶 # D左右,加入约 !# CK酶
提取液(! CCIJ·K F - R’+* # CK T 9U +1VWI@ X F -==
# CK T 0=U (Y( -#= CK T #= CCIJ·K F -(7? Z G ;)
磷酸缓冲液),冰浴充分研磨,冷冻离心(-= === +·-=
CV@ F -),取上清液冷藏备用。
超氧化物歧化酶(%&’)活性测定:采用王爱国等
的方法 , -/,取口径相同的试管,分别加入 < CK反应液 和适量的酶反应液 (-0G # CCIJ·K F -4J F甲硫氨酸 0#= CK T ! CCIJ·K F - R’+* !# CK T 0# CCIJ·K F - LO+),最后加核黄素 =G CK,混合后放在透明试管架
上,在光照培养箱内照光 -= CV@,照光反应后立即避
光,迅速测定 *#9= 值,以能抑制 LO+光化学反应的
#=U为一个酶单位。
过氧化氢酶()*+)活性测定:采用陈利锋等的方
法 , -0 /,取 CK 反应混合液 (=G -U过氧化氢 T #= CCIJ·K F -磷酸缓冲液)于石英比色杯中,加入适量 酶液迅速颠倒 ! .次混匀,立即测定 =、=、9=、<=、 -!=、-#=、-;= 3时的 *!0=值。以每分钟每克鲜重的吸 光值的降低值(#*!0=·CV@ F -·D F - Q[)来表示。 过氧化物酶((&’)活性测定:采用愈创木酚 法 , -! /。 在试管中加入 9 CK反应混合液 > #= CCIJ· K F -磷酸缓冲液(7? Z G ;)#== CK T =G !; CK愈创木 酚 T=U过氧化氢 =G -< CKB 和磷酸缓冲液 ! CK,作
为校零对照;另取试管加入反应混合液 9 CK和粗酶
液 ! CK,迅速摇匀,立即测定 *0=值,于 =、=、9=、<=、 -!=、-#=、-;= 3读数一次。以每分种吸光度变化值表 示酶活性大小,单位为#*0=·CV@ F -·D F - Q[。 -GG 0丙二醛含量的测定
!# !、/0&,计算公式: 12/(!’34·( 5 ,)6 #* 0&(/&%! 5 /#)5* &#/0&! 结果与分析 !* , 铅胁迫下两种生态型东南景天叶片对铅的积累 由表 ,可见,富集生态型东南景天叶片铅含量随 着铅处理浓度的增加表现出先升后降的变化趋势,符 合多项式回归方程 (图 , 5 7);非富集生态型叶片铅 含量随着铅处理浓度的增加而呈不断上升的趋势,符 合直线回归方程 (图 , 5 8)。说明两种生态型叶片对 铅的吸收和积累机制存在差异。在 ,# ’9·( 5 ,,%!′9·(5,,0: ’9·( 5 ,处理水平,富集生态型的叶片
铅含量分别为非富集生态型的 %* ;;、0* 0、,* !&倍。
其中在 ,#’9·( 5 , 处理水平富集生态型叶片铅含 量达到了培养液中铅浓度的 ;#+,而非富集生态型 处理浓度 < ’9·( 5 , 叶干重 叶绿素 7 叶绿素 8 叶绿素 7 ) 8 铅含量 < ’9 < ’9·,95,=><′9·,95,=><′9·,95,=><′9·?95,2>富集生态型非富集生态型富集生态型非富集生态型富集生态型非富集生态型富集生态型非富集生态型富集生态型非富集生态型 ,;:* ,: ,0* :# %* % &* !0 !;* 0& !!* ;% ,!∗:!:* ,: ;* && #* %0
@ ;* 7@8 @ :* 07 @ * ,#8 %! ,:%* ,:* ! #;* ! 0%* , !* ;0 ,* !: ;* #& #∗
@ ,* !%7 @ %* ;%8 @ ,* &7@!∗8A @ * #7 @ ∗;8A @ !* ,7@8A @ :* ,7@0∗;80: ,&0* ,% &* , #:* %: %:* !!∗0 ,&* !# ;&* : &%* !: :#* !& #:* ;@ #*8@!∗:A @ ,* :%7 @ ,* #:A @ ∗* #0A @ !* @ !* %!A @ 0* :!8 @ ,∗ ’9·( 5 ,M
%!′9·(5,M0: ’9·( 5 , 处理水平分别为对照的
#0+、&;+、%;+。对于富集生态型,其叶片干重在
%!′9·(5,处理水平与对照没有显著差别,在0:
’9·( 5 ,处理水平减少为对照的 :+。不同浓度铅处
理下,非富集生态型叶片干重与叶片铅含量之间呈明
显负相关(图 , 5 A),而在富集生态型中,两者之间无
显著相关关系。
!* % 铅胁迫下两种生态型东南景天叶绿素含量的变化
由表 ,可见,非富集生态型东南景天的叶绿素总
含量、叶绿素 7和叶绿素 8含量均随着铅处理浓度的
增加而不断减少。在 0:′9O8·(5,处理水平,其叶绿素总含量、叶绿素7和叶绿素8含量分别比对照减少了 ’9 O8·( 5 ,)条件下,叶绿素
总含量、叶绿素 7和叶绿素 8以及叶绿素 7和叶绿素
8的比值与对照(’9 O8·( 5 ,)相比没有显著差别。 由此推测在富集生态型东南景天叶片细胞中积累的 铅并没有破坏叶绿体的结构或对叶绿素的结构和合 成过程产生影响。由图 ,可见,富集生态型叶绿素含 量与叶片铅含量之间无显著相关,而非富集生态型的 叶绿素 7M 叶绿素 8 和叶绿素 7 ) 8 含量与叶片铅含 量之间呈显著负相关(图 , 5 H)。 !* 0 铅对植物叶片 RS2,OS2,T/B活性和12/含量 的影响 12/ 植物在胁迫条件下,其体内活性氧代谢平 衡被打破,过多的活性氧引起膜脂过氧化,而丙二醛 则是膜脂过氧化的产物。由表 !可知,铅处理对富集 生态型东南景天的 12/含量没有显著影响。对于非 富集生态型来说,铅处理使得植物体内的 12/含量 明显增加,但不同铅处理水平间差别不大,平均为对 照的 !* #%倍。 RS2 许多研究表明适度逆境诱导 RS2 活性增 加。由表 !可见,铅胁迫使两种植物的 RS2活性增 加。在 ,# U 0:′9·(5,处理范围内,两种植物的RS2活性变化不大,分别为对照的,%&,’%&,()*活性和 +&)含量的影响
*,-./ ! 011/234 51 ./,6 57 +&) 2573/7348 %& B =793·? A C DE ’%& B %&FG·>97 A C·? A C DE ()* B %&!FG·>97 A C·? A C DE
B >?·H A C 富集生态型 非富集生态型 富集生态型 非富集生态型 富集生态型 非富集生态型 富集生态型 非富集生态型
G !I !! J GI FK, !I C J GI CL- !!I L! J CI !G- !KI # J !I C- KI !! J GI FF2 LI K J GI !#6 #I M J KI !N2 C!NI K! J NI FK2
CKG !I L! J GI CC, LI GF J GI KG, #GI G# J GI LN, F#I M J CI M#, MI !# J GI CF- !LI FC J GI CN, LFI C J #I !-2 #F!I # J LI GN-
#!G !I LC J GI CN, LI F J GI L#, #CI GC J #I !C, #NI #K J GI KM, C#I ! J GI F, CI GC J GI FL- NNI M# J #I L#, F#LI GG J NI C,
FNG !I M J GI CN, KI GK J GI CC, #FI #N J !I LN, F!I MF J LI CL, KI NN J GI KF2 C!I C J CI !#2 K#I N J KI - CFFI #! J FI M#2
%&活性以
及 +&)含量的变化呈显著正相关。
# 讨论
铅在植物体内的运输能力极低。对于一般植物来
说,所吸收的铅绝大部分积累在根系,只有少部分可
以向上运输到茎部和叶部。从实验结果可以看出,非
富集生态型叶片铅含量随着铅处理浓度的增加而呈
不断上升的趋势,符合直线回归方程(图 C A -)。富集
生态型叶片铅含量在低铅处理水平随着铅处理浓度
的增加而增加,在 CKG >?·H A C处理水平达到最大,
当铅处理浓度继续增加时,其铅含量随之下降 (图
C A ,)。在 CKG >?·H A C处理水平富集生态型叶片铅
含量达到了培养液中铅浓度的 MKS,而非富集生态
型叶片铅含量仅为培养液铅浓度的 !FS。说明两种
生态型叶片对铅的吸收和积累机制存在差异。在低
铅处理水平,东南景天富集生态型叶片对铅的吸收和
,T ! U A GI GG! C ! V CI CN L V CCI MLN8 #! U GI MM! #W -T ! U GI CCK V MI K! K8 #! U GI NM KW 2T ! U A CI F## M V CLGI LL8 #! U GI MLC NW
6T叶绿素 , V -T ! U A GI F!L F V NCI !KF8 #! U GI NMN CW叶绿素 ,T ! U A GI #GF V LNI G!8 #! U GI NMN CW叶绿素 -:! U A GI C!C # V !#I !#K8 #! U GI NMN !W
/T ! U GI G# V LI GM !8 #! U GI KNM #W 1T ! U GI !LM V !I MCL8 #! U GI L!W ?T ! U GI !KK L V !I NM8 #! U GI CM FW
,239:93;8 ()* ,239:93; ,76 +&) 2573/734 51 ,22=>=.,397? /253;@/4 ,76 757 A ,22=>=.,397? /253;@/48 X/4@/239:/.;
!# !$$%年 & 月
积累远远高于非富集生态型,表明富集生态型体内铅
的移动性高于非富集生态型。在高铅处理水平 (’#$
()·* + ,),富集生态型叶片铅含量并没有增加而是有
所下降,这可能是富集生态型的一种保护机制,使其
叶片免受高浓度铅胁迫。
在铅胁迫条件下,两种植物叶片 -./、0./和
123 %种酶活性均比对照有所增加,但是富集生态型
增加的程度不及非富集生态型。-./活性受细胞内
活性氧水平的诱导,其活性与细胞内活性氧水平呈正
相关。丙二醛(4/2)是膜脂过氧化的产物。细胞内
4/2水平间接表明了植物体内的活性氧水平和细胞
的受损程度。从实验结果可看出,不同铅处理条件下,
富集生态型的 4/2含量与对照相比,没有显著性差
异,说明富集生态型即使在 ’#$ ()·* + ,处理水平也
没有产生过多的膜脂过氧化,细胞的受害程度很小。
由此推测,即使在 ’#$ ()·* + ,处理水平富集生态型
叶片细胞内的活性氧水平仍保持在较低水平,所以
-./、0./和 123活性的增加程度低于非富集生态
型。从叶片干重和叶绿素含量也可以看出,在 %!$
()·* + ,处理水平,富集生态型的叶片干重,叶绿素
总量,叶绿素 5及叶绿素 6的含量与对照都没有显著
差异。对于非富集生态型,在 ,&$ ()·* + ,处理水平
其叶片细胞内的 4/2水平与对照相比明显增加,而
叶片干重、叶绿素总量、叶绿素 5和叶绿素 6均比对
照明显减少,由此推测非富集生态型在 ,&$ ()·* + ,
处理水平已受到铅胁迫引起的活性氧积累并导致膜
脂过氧化损伤,造成叶绿体等膜质器官的解体,这可
能是导致叶绿素含量下降的一个原因。虽然此时非富
集生态型的抗氧化酶类活性均比对照增加,但不能完
全清除铅胁迫所产生的过多的活性氧,只是在一定程
度上减少活性氧水平,缓解了胁迫所造成的伤害。综
上所述,在相同铅胁迫条件下,虽然富集生态型叶片
铅含量远远高于非富集生态型,但富集生态型的受害
程度比非富集生态型小。
在铅胁迫条件下,叶片干重、叶绿素含量以及 %
种抗氧化酶活性均有所变化。本文比较了不同铅浓度
处理下东南景天两种生态型叶片铅含量与叶片干重、
叶绿素含量以及抗氧化酶活性变化之间的相关关
系。由图 ,可见,富集生态型叶片铅含量的变化与叶
片 0./、123活性呈显著正相关;而与叶片干重、叶
绿素、4/2含量和 -./活性无显著相关关系。表明
在富集生态型叶片中,0./、123活性的变化比叶片
干重、叶绿素、4/2含量和 -./活性对铅胁迫更敏
感,而且 0./、123活性变化与植物叶片对铅的积累
呈显著正相关关系,可作为富集生态型受铅胁迫的生
理指标。已有许多报道表明,0./活性变化与不同植
物体内的重金属含量 7 ,、! 8呈显著正相关关系。非富集
生态型其叶片铅含量的变化与叶片干重、叶绿素含量
呈显著负相关,与 4/2含量和 -./活性呈明显正相
关,而与叶片 0./、123活性无显著相关关系。表明
非富集生态型叶片干重、叶绿素含量、4/2含量和
-./活性的变化在铅胁迫下比叶片 0./、123活性
更能反映叶片对铅的积累及其受铅胁迫的程度,可作
为非富集生态型受铅胁迫的生理指标。必须指出的
是,铅胁迫并不是叶片干重、叶绿素含量以及 %种抗
氧化酶活性变化的惟一诱因,其它逆境条件也有可能
导致以上几种指标的变化,所以我们将进一步进行土
培和大田实验,以验证植物叶片所积累的铅含量与叶
片干重、叶绿素含量以及 %种抗氧化酶活性的变化的
相关关系。
参考文献:
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