Cu²⁺脅迫對(duì)香菇草生長(zhǎng)和生理生化特性的影響

摘要：為了探討香菇草對(duì)Cu2+脅迫的響應(yīng)機(jī)制及其對(duì)Cu2+的吸收特性，通過(guò)營(yíng)養(yǎng)液盆栽試驗(yàn)研究了不同濃度Cu2+（0，2，6，10 ，14mg·L-1）對(duì)香菇草的生長(zhǎng)及生理特性的影響。研究結(jié)果表明：（1）隨著Cu2+濃度的增加，香菇草的形態(tài)變化明顯，生長(zhǎng)受到一定的抑制。（2）隨著Cu2+處理濃度和處理時(shí)間的增加，香菇草葉片細(xì)胞膜透性和MDA含量急劇上升。但在第21天，Cu2+超過(guò)6 mg·L-1的濃度時(shí)，香菇草的細(xì)胞膜透性和MDA含量呈下降趨勢(shì)，SOD酶活性總體上呈現(xiàn)升高后降低的趨勢(shì)。（3）Cu2+在香菇草根、莖、葉內(nèi)的含量隨處理濃度的增加而增加，尤其是在根中的積累量最大，處理濃度在10 mg·L-1時(shí)根內(nèi)含量達(dá)到最高值，幾乎是莖、葉含量的20～30倍。

關(guān)鍵詞：香菇草；Cu2+；脅迫；生理生化特性

中圖分類號(hào)：O614.121文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2011.01.006

Effects of Cu2+ Stress on the Growth and Physiological and BiochemicalCharacteristics of Hydrocotyle vulgaris

ZOU Xiao-yun1， XIANG Hua2， YU Xiao-ying2

(1. The First Vocational Middle School of Xinhua County of Hunan Province， Xinhua， Hunan417600， China; 2. College of Horticulture and Landscape，Hunan Agricultural University，Changsha， Hunan 410128， China)

Abstract：In order to research the mechanisms of response to Cu2+ stress and absorption characteristics of Cu2+ in Hydrocotyle vulgaris， using potted plants as materials ， the effects of Cu2+ stress on the growth and physiological and biochemicalcharacteristics of Hydrocotyle vulgaris were studied .The results showed that， (1)with the Cu2+concentration increasing， the morphological changes of Hydrocotyle vulgaris were obvious， it’s growth inhibited. (2) With the Cu2+concentration increasing， the membrane permeability， MDA content increased ，but the membrane permeability， MDA content decreased at 21 d， and superoxide dismutase (SOD) activity showed a trend of increased at firt and then decreased. ⑶With the Cu2+concentration increasing， the Cu2+ content in the root，stem and leaves of Hydrocotyle vulgaris increased ， the Cu2+ content in the root was 20～30 times in the stem and leaves.

Key words: Hydrocotyle vulgaris; Cu2+; stress; physiological and biochemical characteristics

香菇草（Hydrocotyle vulgaris）是傘形科天胡荽屬多年生濕生植物，其葉片清秀翠綠與修長(zhǎng)的葉柄相得益彰，觀賞價(jià)值高?？膳柙躁愒O(shè)于案頭、幾架，也可利用于園林景觀的水體岸邊片植、叢植。筆者針對(duì)環(huán)境中的Cu2+污染日趨嚴(yán)重問(wèn)題，尤其是因?yàn)橐睙挕㈦婂儭⒉傻V等工業(yè)廢水和固體廢棄物的滲出液直接排入水體及含Cu2+農(nóng)藥（如波爾多液）的使用，水體中Cu2+含量越來(lái)越高的問(wèn)題 [1-5]，選用香菇草為材料探討不同濃度Cu2+處理對(duì)其生長(zhǎng)和生理生化特性的影響，以期為香菇草在園林景觀中的合理利用及為水體Cu2+污染的植物修復(fù)治理提供參考依據(jù)。

1材料和方法

1.1材料

試驗(yàn)植物為香菇草，全部來(lái)自于湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)園林花卉基地。

1.2方法

1.2.1試驗(yàn)處理2009年3月將香菇草材料移栽上盆。在用漢普營(yíng)養(yǎng)液配方配制的營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)育苗15 d之后選擇了生長(zhǎng)較一致的香菇草15盆。用自來(lái)水、蒸餾水各沖洗數(shù)次，直至沖洗之后的蒸餾水中檢測(cè)不出Cu2+，然后用CuSO4·5H2O配制試驗(yàn)所需的處理液：0（營(yíng)養(yǎng)液），2，6 ，10 ，14 mg·L-1共5個(gè)處理濃度，脅迫時(shí)間為21 d。試驗(yàn)過(guò)程中每7 d更換新鮮處理液，以保證植物正常生長(zhǎng)。

1.2.2香菇草形態(tài)及生長(zhǎng)的測(cè)定每7 d記錄植物根損傷、植物莖葉損傷2個(gè)方面的生長(zhǎng)狀況。每盆標(biāo)記出一片葉，定時(shí)對(duì)葉直徑進(jìn)行觀測(cè)和記錄，用鋼卷尺平展測(cè)量統(tǒng)一葉片不同時(shí)期的長(zhǎng)度，取平均值。

1.2.3膜透性的測(cè)定取植物健壯的葉片，流水沖洗，再用蒸餾水沖洗 3 次，吸干；用手持打孔機(jī)，取葉片中部，打成直徑為 0.6 cm的小圓片；用電子天平稱取 3 份，每份 1.0 g，放入小燒杯中，準(zhǔn)確加入 20 mL蒸餾水，震蕩 30 s，用真空抽氣泵抽氣 5 次，使細(xì)胞中的空氣被抽出，使葉片全部浸入重蒸餾水中，在室溫下靜置 2 h，然后用 DDS-11D 型電導(dǎo)儀測(cè)定溶液的電導(dǎo)率R，再將其置于沸水浴中煮沸 15 min，冷卻后測(cè)定其電導(dǎo)率 R0[6]。

質(zhì)膜相對(duì)透性以外滲率表示，計(jì)算公式如下：外滲率=處理電導(dǎo)率 R/煮沸后電導(dǎo)率 R0×100%。

1.2.4丙二醛（MDA）含量的測(cè)定取植物相同節(jié)位的葉片 0.5 g，加 5% 三氯乙酸（TCA）研磨后定容到5 mL，于 3 000 r·min-1 冷凍離心 10 min。取上清液 2 mL 加入0.67%（硫代巴比妥酸）TBA 2 mL，混合后在 100 ℃ 水浴上煮沸 30 min，冷卻后再次離心，而后分別測(cè)定上清液在 450，532，600 nm 處的吸光值，并按分式算出 MDA 濃度，再算出單位鮮量組織中的 MDA 含量（μmol·g-1）[6-7]。

1.2.5超氧化物歧化酶(SOD)活性的測(cè)定取待測(cè)葉片 0. 5 g，加 0.05 mol·L-1 pH 值為 7. 8 磷酸緩沖液，研磨、勻漿后定容到 5 mL，于 4 000 r·min-1 冷凍離心 20 min，上懸液即為粗酶液，置冰箱中待用。取 4 支試管，分別加入 750 μmol·L-1 氮藍(lán)四唑(NBT)溶液、130 mmol·L-1 甲硫氨(Met)溶液、20 μmol·L-1 核黃素溶液、100 μmol·L-1 EDTA-Na2溶液各 0.3 mL，0.25 mL 蒸餾水，于其中兩支分別加入 0.1 mL 酶液，另兩支為對(duì)照用提取液代替酶，混合后將1支對(duì)照管置暗處，其他各管于 4 000 Lx 日光下照光 20 min（要求各管受光情況一致，溫度高，時(shí)間縮短，低時(shí)延長(zhǎng)）。至反應(yīng)結(jié)束后，以不照光的對(duì)照管作空白，分別測(cè)定其他各管 560 nm 處測(cè)定吸光度計(jì)算酶活性[7]。

1.2.6香菇草的根、莖、葉對(duì)Cu2+吸收能力的測(cè)定 于處理第21天采樣，將整株植物從盆中取出用自來(lái)水和去離子水反復(fù)沖洗，洗凈葉片上附著的污垢和附著的Cu2+，待其表面水分自然風(fēng)干后，放入烘箱在80 ℃下烘干至恒重待用。使用北京普析通用TAS-990super原子吸收光譜儀進(jìn)行測(cè)定，儀器主要工作條件如下：波長(zhǎng)324.7 nm，狹縫0.7 nm，空心陰極燈電流13 mA，空氣乙炔火焰為貧燃焰。單位為 mg·kg-1。

2結(jié)果與分析

2.1Cu2+脅迫下香菇草的形態(tài)變化

當(dāng)Cu2+處理濃度為2 mg·L-1時(shí)，但從整體上看，根部健壯，植物葉片正常。6 mg·L-1處理第7 天時(shí)出現(xiàn)了葉緣退綠的輕度受傷現(xiàn)象，隨時(shí)間的增加，根尖也出現(xiàn)壞死現(xiàn)象， 10 mg·L-1和14 mg·L-1處理第7 天時(shí)出現(xiàn)了葉片整體萎蔫的狀況，到第12 天時(shí)葉片枯萎嚴(yán)重，根系也開(kāi)始變黑，但到第21 天時(shí)，發(fā)現(xiàn)以上處理中原本即將壞死的根部有新根發(fā)出，新葉也隨即出現(xiàn)，說(shuō)明香菇草對(duì)2～14 mg·L-1的Cu2+處理有一定的適應(yīng)性（見(jiàn)圖1）。

2.2Cu2+脅迫下香菇草葉片膜透性、丙二醛含量與超氧化物歧化酶活性的變化

植物體內(nèi)膜透性、丙二醛含量與超氧化物歧化酶活性的變化可以從一定程度上反映出植物的抗逆性，經(jīng)常作為鑒定植物抗逆的指標(biāo)[8]。從表1可以看出，隨著處理濃度和處理時(shí)間的增加，香菇草葉片細(xì)胞膜透性和MDA含量急劇上升。但在第21天，在Cu2+超過(guò)6 mg·L-1的濃度時(shí)，香菇草的細(xì)胞膜透性和MDA含量呈下降趨勢(shì)；SOD酶活性總體上呈現(xiàn)升高后降低的趨勢(shì)，在試驗(yàn)前期，2 mg·L-1處理組達(dá)到峰值，最高兩個(gè)濃度顯著低于其它處理組，第21 天時(shí)，SOD酶活性較其前期測(cè)量值有所上升，這可能與香菇草對(duì)2～14 mg·L-1的Cu2+處理有一定的適應(yīng)性有關(guān)。

2.3Cu2+脅迫下香菇草體內(nèi)Cu2+含量的變化

從圖2中可以看出Cu2+在香菇草根、莖、葉內(nèi)的含量隨處理濃度的增加而增加，尤其是在根中的積累量最大，處理濃度在10 mg·L-1時(shí)根內(nèi)含量達(dá)到最高值，幾乎是莖、葉含量的20～30倍，當(dāng)處理濃度為14 mg·L-1時(shí)，在香菇草根中銅離子的含量較前一處理有所降低，說(shuō)明香菇草根的吸收能力在10 mg·L-1時(shí)已達(dá)到飽和。而莖、葉中銅離子的含量一直隨著處理濃度的增加而增加，低濃度時(shí)吸收量并不顯著，在處理濃度為14 mg·L-1時(shí)，莖和葉中的含量達(dá)到最大值。

3小結(jié)

試驗(yàn)結(jié)果表明，香菇草對(duì)Cu2+脅迫有較強(qiáng)耐性和適應(yīng)性。在低于10 mg·L-1 Cu2+的濃度脅迫時(shí)，香菇草植株全部成活，無(wú)一株死亡；隨Cu2+濃度的增加，在試驗(yàn)的初期，植株生長(zhǎng)受抑制，出現(xiàn)了葉緣退綠、葉片枯萎等受傷癥狀，后期其高濃度處理組植株地上部分枯萎后又長(zhǎng)出新葉和新根。各處理組植株吸收Cu2+量隨著Cu2+含量的增加而增加。香菇草被發(fā)現(xiàn)為銅的富集植物，尤其在根中的富集量更大，可作銅污染地區(qū)的復(fù)墾或修復(fù)植物應(yīng)用。

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