全 文 ：武汉植物学研究 ,
阴
模拟污水中氮
、
磷对水稻幼苗
根系呼吸作用的影响
’
崔克辉” 何之常 张甲耀 夏盛林
武汉大学生命科学学院 武汉 。。 武汉大学环境科学系 武汉 。。
提 要 研究了模拟污水中不同浓度的 、 对水稻 幼苗根系呼吸强度 、
细胞色 素氧化酶 、 呼 吸途径等 的影 响 结 果表 明 , 在 总氮 、 总磷 浓 度分 别小于
、 时 , 呼吸速率 、 细胞色素氧化酶和 呼吸商 均随 、 渡度增
大而增 加 , 当超过这一浓度后 , 则随总氮总磷浓度上升而下 降 。 总氮
、 总磷浓度分别小于
、 时 , 磷酸戊糖途径 随 、 浓度增加而显著减弱 , 超过这一
浓度后则加强 糖酵解一三梭酸循环途径 一 变化趋势与其相反 总氮 、 总磷浓度分
别超过 、 后抗氰呼吸途径呈 明显上升趋势 , 对氰敏感呼吸途径减
弱 。 一 、 对氰敏感呼吸途径活性 、 根系细胞色 素氧化酶分别与呼吸强度的变化趋势
极相似 , 表明 、 对呼吸强度的影响主要是通过 一 途径和对氰敏感的细胞色素
途径影响而实现的 。
类键词 模拟污水 , 呼吸作用 , 细胞色素氧化酶 , 水稻
氮 、磷污染 日益受到人们的重视 。解决氮 、磷污染有两种思路 , 一是应用植物净化能力
除去污水中部分氮 、磷 , 使其浓度降低到不至于造成环境污染 二是因氮 、磷是农作物不可
缺少的重要肥料 , 利用污水灌溉农 田既可减少施肥量 , 又可减轻其对环境的污染 。
近年来关于逆境对植物影响的研究愈来愈引起人们的重视 , 了解植物对逆境的反应 ,
提高植物的抗逆性 , 已成为农业增产的基础研究和重要的战略措施 , 是当前研究的热点之
一 〔, , 。 在植物呼吸方面 , 过去的工作多限于水分胁迫 〔 〕
、
渗透胁迫 〔 , 、 温度胁迫 〔‘ , 、病害胁
迫和盐胁迫 〔“
, ‘ , 、 大气污染胁迫 〔 〕等逆境对植物呼吸作用的影响 , 而污水对植物影响的研
究还 比较少 。
因此我们采用不同浓度的氮 、 磷模拟污水处理水稻幼苗 , 探讨其对水稻根系呼吸作用
收稿 日 一 一 , 修回 日 一 一 。 第一作者 男 , 岁 , 讲师 硕士 。
‘ 本研究为国家 自然科学基金资助项 目的一部分
。
。 现在华中农业大学农学系工作
。
武 汉 植 物 学 研 究 第 卷
的影响 , 为合理利用氮
、
磷污水提供理论依据 。
材料与方法
材料培养
选用杂交水稻 优 一 于 下萌发催芽 , 后分 组于光照培养箱 中进行污水
处理 。
模拟污水中总氮浓度 、 总磷浓度 分别为 组
、
对照
组 组 、 组 、 组
· 、 · 组 、
·
其中 为氨态氮 , 为
硝态氮 , 分别用 、 ·
、 · 配制 。 处理过程中污水浸没
根部 , 温度为 , 每天用 瓦 日光灯光照
。 后取样 。
呼吸作用的测定
参照杨根平等人 所述方法 , 但有所变动 。 实验时取整条根 , 均匀浸泡在
反应介质中
。
每 读数 次 。 共记录 。 实验重复 次 。
呼吸强度用 盯 呼吸仪测定 , 测定介质为 的磷酸钠缓冲液 , 测定时温度
为 , 同时测定呼吸商 。 呼吸强度大小用每 每 鲜重所耗 的 拜 数表示 。
磷酸戊糖途径 , 测定时介质中含 碘 乙酸 , 以抑制 , 保温
后测耗氧率 。 此值即为 活性 。 糖酵解 一三竣酸循环途径 一 活性为总呼吸
减去 之值 。 活性大小用每 每 鲜重所耗 的 拌 数表示
。
相对活性为 , 处理组值一对照组值 对照组值 火 。
细胞色素氧化酶活性
用检压法测定 〔 , 酶活单位 用每 每 蛋 白质所耗 的 拌 数表示 。 蛋 白质含
量测定采用考玛斯亮蓝 。结 合法 〔 〕 , 以牛血清蛋 白为标准 。
实验结果与分析
飞 模拟污水中 、 对水稻呼吸强度的影响
不同 、 浓度的模拟污水对水稻呼吸强度的影响见图 。 、 浓度较低时 , 随浓度
的增大呼吸强度增大 , 当 、 浓度超过 、 后 , 浓度增大而呼吸
强度显著下降 。 这表明高浓度 、 能抑制根系呼吸 。
模拟污水中 、 对水稻呼吸底物的影响
呼吸商的变化见图 。 表 明 、 污水不仅影响根系呼吸强度 , 而且导致呼吸底物 的
变化 。 从 变化 曲线看 , 、 浓度分别小于 、 时 , 较近于
, 之后 , 显著变小 小于 。 这表明超过这一浓度后 , 呼吸作用逐渐转变为以氧化脂
肪 、 蛋 白质等物质为主
。
模拟污水中
、
对水稻呼吸途径的影响
图 和图 表明 、 浓度分别小于 、 时 , 随 、 浓度增高
而 活性减弱 , 一 活性 增强 。 超 过这 一浓 度 后 , 活性增 强 ,
活性减弱
。 从 图 、 图 可以看出呼吸强度与 一 变化趋势呈一定的正相
第 期 崔克辉等 模拟污水中氮
、
磷对水稻幼苗根系呼吸作用的影响
关 , 表明污水主要是通过影响 一 途径来影响根系呼吸强度的
。
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组 别
别组
图 , 模拟污水中
、
对水稻根系呼吸强度的影响 图 模拟污水中
、
对水稻根系呼吸商的影响
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组 别
组 别
图 模拟污水中 、 对水稻根系
途径的影响
图 模拟污水中
、
对水稻根系
一 途径的影响
一
一 、
用 作 抑 制剂测 定 的结果 图
、 表 明 、 浓 度分 别超 过 、
后 , 根系抗氰呼吸途径活性增大 , 对氰敏感呼吸途径活性减弱
。 从图 、 看 ,
呼吸强度与对氰敏感呼吸途径活性变化趋势很相似 , 表 明污水主要是影响对氰敏感呼吸
途径活性来影响根系呼吸强度的 。
武 汉 植 物 学 研 究 第 卷
一
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组 别
图 模拟污水中 、 对水稻根系
抗氛呼吸途径影响
组 别
〔
图 模拟污水中 、 对水稻根系
对氛敏感呼吸途径的形响
于细
模拟污水中 、 对水稻根系细胞色素氧化酶的影响
结 果 见 图 。 当 、 浓 度 分 别 小
、
时随浓度增大 ,
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组 别
胞色素氧化酶活性增强 , 超过这一浓度后 , 活性
减弱 。 呼吸酶常用作为鉴定呼吸代谢途径存在
或强弱的指标〔,“ , , 因此本实验结果可表明模拟
污水中 、 影响 了电子传递的细胞色素途径 。
、 对细胞色素氧化酶的影 响与对 呼吸强度
的影响一致 , 这表明 、 污水主要是通过影响
电子 传递的细胞色素途径 , 进而导致总呼吸强
度作出相应的变化 。
图 了 模拟污水中 、 对水稻根系
细胞色素氧化酶活性的影响
讨论
、 两者都是植物正常生长的必需元素 ,
在植物能量代谢中起着重要作用 。 在一定范围
内 、 供应充足 , 有利于包括呼吸代谢在 内的
植物 各种 生 理 活 动 。 适 合 培 养水 稻 的 培 养 液 中 、 含 量 分 别 约 为 、
按 国 际 水 稻 所 配 方 计 算 。 一 ’〕的 实 验 结 果 表 明 , 高 氮
培养 比低氮 培养时细基江篱 , 的暗呼
吸要高 , 等人 〔’ 〕实验表明 , 磷的含量不足 , 绿藻 的呼吸
作用 比正常时低 。 当模拟污水中 、 浓度分别小于 、 时 , 随 、
第 期 崔克辉等 模拟污水中氮
、
磷对水稻幼苗根系呼吸作用的影响
浓度增高而呼吸增强 , 这表明低浓度的
、 污水对水稻不构成胁迫 。 结合前人 的工
作 〔 〕可以认为 , 用高浓度 、 污水处理水稻时 , 首先抑制细胞色素氧化酶活性 , 使氧化磷
酸化受阻 , 更多的电子传递发生短路 , 直接传递给 , 即抗氰呼吸途径活性增加 。 当 、
浓度更高时 , 根系呼吸作用受到进一步的抑制 , 超过抗氰呼吸途径的补偿能力 , 呼吸强度
便显著下降 。 一般认为水稻叶绿素含量与光合作用呈正相关 〔’ , , 、 污水处理水稻时 , 叶
绿素含量与 、 浓度间呈显著负相关 〔, ‘〕。 由此看来 , 高浓度 、 污水处理时 , 水稻光合
作用受到抑制 , 势必导致同化产物供应减少 , 必然会导致根系底物不足 , 进而影响根系呼
吸作用 , 的变化 图 也表明了这一点 。 另外 , 植物在逆境胁迫条件下呼吸强度的变化
与线粒体的损伤有关 〔, 〕
。 细胞色素氧化酶结合在线粒体内膜 , 可以通过测定细胞色素氧
化酶的活性来检查膜的损伤程度 〔,
, ’ 〕。 从图 看 , 高 、 污水处理时 , 、 浓度越高 , 细
胞色素氧化酶活性越低 。 由此可以推测高 、 破坏了线粒体膜系统 , 这势必影响氧化磷
酸化过程 , 使呼吸强度减弱 。
当 、 浓度低时 , 呼吸强度随 、 浓度增加而上升 , 其原因可能有 ① 、 在一定
范围内的增加有利于水稻的各种生理活动 , 包括呼吸代谢
。
② 、 浓度低时 , 根系随 、
浓度增加而增长 〔,‘〕。 和 〔 〕指出了呼吸与根延长生长的关系 , 延长生长受抑
制时呼吸下降 , 而缺氮时植物细胞分裂及伸长受抑制 〔, ’〕。 因此可以认为低浓度的 、 污
水促进根的生长 , 导致呼吸增强 。
在
、
污水处理时 , 、 浓度分别超过 、 后 , 一
和 电子传递的细胞色素系统活性均降低 , 而
、
抗氰的交替氧化途径活性则迅速升高 。
这表 明模拟 、 污水胁迫下呼吸的降低 主要是 由于 一 和对氰敏感呼吸中的
细胞色素途径受到抑制 。 细胞色素途径受阻时 , 交替氧化途径起到缓解腺昔酸抑制的作
用 〔’ , , 被当作 的来源 〔, ’〕。 等人 〔, 。〕指出在缺磷时 , 植物 以交替氧化途径作
为避开细胞色素途径受限制的一种手段 。 本实验结果与这种解释相符合 。 只不过 、 污
水对根系呼吸的影响机理可能要复杂得多 。
参 考 文 献
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李勤报 , 梁厚果 水分胁迫下小麦幼苗呼吸代谢的改变 植物生理学报 , ,
杨根平 王韶唐 渗透胁迫对小麦幼苗根系呼吸的影响 植物生理学报 , , 一
刘鸿先 , 王以 柔 低温对不同耐冷力黄瓜幼苗呼吸代谢的影响 植物生理学报 , , 一
王洪春 植物抗性生理 植物生理学通迅 ,
, ,
, , 勺 , ,
王勋陵 臭氧对倒挂金钟和蚕豆呼吸作用的影响 环境科学 ,
薛应龙主编 植物生理学实验手册 上海 上海科学技术出版社 ,
,
月 , “ , ,
,
, 勺 ,
,
,
一 , , 飞 、 , 尸 ,
勺 , , ,
, 只
武 汉 植 物 学 研 究 第 卷
,
‘︺立,土、
尸 , , 勺 , ,
刘贞琦 水稻叶绿素含量及其光合速率的关系的研究 作物学报 , ,
崔克辉 , 何之常 , 张甲耀等 模拟污水中氮 、磷对水稻过氧化氢酶和乙醉酸氧化酶的影响 武汉大学学报 自然科学
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陈少裕 膜脂过氧化对植物细胞的伤害 植物 生理学通讯 , ,
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, 一
江苏农学院主编 植物生理学 北京 农业出版社 ,
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勺 , , ,
, 勺 , , 一
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