不同浓度Cd、Pb对红麻抗逆生理特性的影响

不同浓度Cd、Pb对红麻抗逆生理特性的影响摘要：以红麻（Hibiscus cannabinus L.）细胞质雄性不育系P3A、恢复系992及杂交种F1为材料，采用桶栽试验研究不同浓度镉（Cd）、铅（Pb）胁迫下红麻生理生化特性的变化。

结果表明，在Cd、Pb胁迫下3个红麻材料的丙二醛（MDA）、脯氨酸（Pro）含量与Cd、Pb处理浓度呈正相关，即随Cd、Pb处理浓度的升高而升高，处理最高浓度时MDA、Pro含量达到最大；过氧化物酶（POD）活性与对照相比总体呈下降趋势；超氧化物歧化酶（SOD）活性在Cd、Pb处理下先上升后下降。

所有生理指标变化趋势中以P3A变化最明显；F1变化最不明显，表现出明显的杂种优势。

关键词：红麻（Hibiscus cannabinus L.）；镉；铅；生理特性近年来，由于矿产资源的不合理开发，工业污水和污泥在农业上广泛应用，使得重金属污染日趋严重，对土壤和水体环境构成了严重威胁[1]。

其中，Cd和Pb是目前土壤中比较常见的污染重金属[2]。

国内外关于Cd、Pb污染超标的事件时有发生，重金属污染问题愈来愈受到更多学者的关注[3]。

1 材料与方法1.1 试验材料参试材料为红麻细胞质雄性不育系P3A、恢复系992及杂交F1种子，由广西大学农学院周瑞阳教授提供。

1.2 试验方法桶栽试验于2010年5～11月在广西大学农学院农场试验基地温室大棚内进行。

供试土壤在农场试验基地采集，为0～15 cm耕作层，土壤类型为红壤，供试土壤基本理化性质见表1。

土壤风干过筛，每桶称取过筛风干土10 kg。

土壤与基肥（N∶P∶K=2∶1∶2的复合肥）混合，装入有排水孔的塑料桶（高40 cm，直径50 cm）中。

分别加入CdCl2·2.5H2O和Pb（NO3）2配制的不同浓度的Cd、Pb（以纯Cd、Pb计），加去离子水平衡14 d后选择饱满的种子播种。

每桶播10粒种子，出苗后留取长势一致的5株苗作为试验样品。

每处理3次重复，试验设计见表2。

1.3 测定指标植株收获期取样，取各处理的红麻叶片用去离子水冲洗干净，测定相应的生理生化指标。

用硫代巴比妥酸比色法测定丙二醛（MDA）含量[6]；茚三酮显色法测定脯氨酸（Pro）含量[6]；愈创木酚法测定过氧化物酶（POD）活性[7]；氮蓝四唑光化还原法测定超氧化物歧化酶（SOD）活性[8]。

1.4 数据处理利用Microsoft Excel 2003和DPS软件进行数据分析，采用新复极差法进行差异显著性检验。

2 结果与分析2.1 不同浓度Cd、Pb处理对供试红麻MDA含量的影响MDA是细胞膜脂过氧化反应的产物，其含量的变化可作为检测逆境条件下膜系统受损程度的指标，其在植物体内含量越高，植物细胞膜受到的伤害也越大[9]。

如图1所示，红麻3个材料MDA含量随重金属胁迫浓度的增加呈上升趋势。

红麻3个材料MDA含量均在处理9时达到最大值，P3A、992、F1的MDA含量分别是对照的2.68、2.49和2.28倍，P3A和992的增幅明显大于F1。

说明3个材料中P3A受到的伤害最大，F1受到的伤害最小。

方差分析表明，不同浓度Cd、Pb处理下红麻3个材料除处理2下992和F1的MDA含量与对照相比差异不显著外，其余处理与对照间差异均达显著水平。

2.2 不同浓度Cd、Pb处理对供试红麻Pro含量的影响植物体内的Pro可降低细胞渗透势，维持压力势，保持和稳定大分子物质，维持细胞膜的正常功能[10]，故植物体在逆境胁迫下体内Pro往往大量积累。

从图2可知，Cd、Pb处理不同程度地提高了红麻3个材料Pro的含量。

各材料在处理9时Pro含量达到最大值，P3A、992和F1 Pro含量分别为对照的5.31、4.65和4.57倍。

方差分析表明，与对照相比，不同处理条件下各品种Pro含量差异都达到显著水平。

同一处理不同材料之间比较，处理4下P3A与992、处理8下992与F1 Pro含量差异不显著，3个材料在其余处理下脯氨酸含量差异均达显著水平。

2.3 不同浓度Cd、Pb处理对红麻SOD活性的影响SOD是最重要的自由基清除酶，能催化超氧阴离子自由基发生歧化反应，生成O2和H2O2，减轻超氧阴离子自由基对植物体的毒害作用[11]。

一般情况下，植物在受到胁迫活性氧代谢失去平衡导致活性氧自由基增加之后，会诱导SOD 的产生。

由图3可以看出，不同浓度Cd、Pb处理下，红麻3个材料SOD活性均呈现先升后降的趋势。

低浓度的Cd、Pb处理使SOD活性增高，红麻3个材料中处理4的SOD活性最大，在此处理下，P3A、992、F1的SOD活性分别是对照的1.28、1.20和1.14倍；处理7的SOD活性最小。

方差分析表明，3个材料各处理下的SOD活性与对照相比均差异显著。

2.4 不同浓度Cd、Pb处理对红麻POD活性的影响POD作为植物保护酶系统的关键酶之一，与SOD、CAT共同作用清除植物体内过剩自由基，提高植物抗逆性。

由图4可以看出，除了Pb低浓度处理下使POD活性增高外，其他处理条件下，随着处理浓度的增加POD活性降低，处理9下降最为明显，P3A、992、F1的POD活性分别为对照的57.63%、64.03%和75.21%。

复合处理下红麻3个材料的POD活性低于单一处理。

可能是由于复合胁迫下加重了对红麻的伤害作用，超过了红麻自身的防御能力，使活性氧自由基数量增多，从而使POD活性下降。

方差分析表明，3个品种除992、F1在处理2下，P3A在处理3下与对照差异不显著外，其余处理下与对照相比差异均达极显著水平。

同一处理下3个品种之间差异显著。

3 小结与讨论3.1 不同浓度Cd、Pb处理对红麻MDA含量和Pro含量的影响MDA的积累在一定程度上反映了植物体内自由基活动的动态，大量的研究表明，重金属离子浓度越高，MDA积累越多，两者呈密切的正相关关系。

在重金属胁迫下，细胞膜受到伤害后细胞内的离子和有机物大量外渗，外界有毒物质进入细胞，导致植物体内一系列生理生化过程失调。

研究结果显示，随着重金属处理浓度的提高，红麻MDA含量呈增长趋势，这是因为重金属胁迫后，细胞内代谢失调，自由基积累，膜脂过氧化作用加大，MDA含量升高。

重金属胁迫条件下，植物通过提高体内Pro的含量调节渗透平衡，保护细胞的结构。

Pro在清除活性氧、减少自由基的危害、保护细胞结构和功能等方面起重要作用。

Schat等[12]研究认为重金属胁迫下Pro的积累取决于重金属诱导植物体内水分缺失的状况。

试验结果表明，随着重金属胁迫浓度的加大，红麻Pro含量呈递增的趋势。

Pro可能参与体内活性氧自由基的清除，减少重金属对细胞膜和蛋白质造成的损伤，提高红麻的抗氧化能力[13]。

3.2 不同浓度Cd、Pb处理对红麻抗氧化酶活性的影响POD、SOD和CAT广泛存在于植物体内不同组织中，能够反映植物生长发育、体内代谢状况以及对外界环境的适应性等特点。

研究表明植物受重金属胁迫后，SOD、POD活性会发生相应变化。

庞新等[14]、袁祖丽等[15]、许云华等[16]的研究表明，铅对SOD活性的影响表现为先增后抑的现象。

铁柏清等[17]研究表明龙须草在Cd、Pb单一污染下POD活性随Cd、Pb处理浓度的增加呈先上升后下降的趋势。

杨居荣等[18]研究了不同作物对Cd胁迫的反应，结果表明，Cd 胁迫下耐性弱的作物POD活性均呈下降趋势。

以上研究表明，不同浓度重金属处理下，不同保护酶活性响应趋势因物种、耐性强弱及重金属处理浓度而异。

有升高[19]，也有降低[20]，甚至维持不变[21]。

曾泽雨[22]研究表明，单一Cd处理下鱼腥草SOD活性呈现先升后降的趋势，Cd、Pb复合处理下，随着Cd处理浓度的增大POD活性呈下降的趋势。

此次研究结果表明，红麻3个材料Pb单一处理下POD活性呈现先升后降的趋势，复合处理下POD活性呈下降的趋势；SOD 活性在Cd、Pb处理下呈现先升后降的趋势。

与前人的研究结果一致，但变化幅度不同，原因可能依植物品种、抗性强弱及重金属处理浓度的不同而不同。

试验结果表明，Cd、Pb处理都不同程度地提高了红麻3个材料MDA和Pro 的含量，也影响了红麻POD、SOD的活性，并且所有生理指标变化趋势中以P3A 变化最明显；F1表现最不明显，表现出明显的杂种优势。

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