水楊酸對Ｃｄ^２＋脅迫下小麥的影響

黃希蓮,魏菲

摘要：研究水楊酸（ＳＡ）對Ｃｄ２＋脅迫下小麥種子萌發及幼苗生長的影響，以及葉綠素含量、超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）活力、過氧化物酶（ＰＯＤ）活力及丙二醛（ＭＤＡ）含量的變化。結果表明，在Ｃｄ２＋脅迫下小麥種子發芽率、平均根長和平均芽長都受到抑制，且Ｃｄ２＋濃度越高抑制程度越大，同時小麥的ＳＯＤ、ＰＯＤ活力升高，葉綠體含量下降，ＭＤＡ含量升高。ＳＡ處理提高了在Ｃｄ２＋脅迫下小麥的種子發芽率、平均根長、平均芽長和葉綠素含量，并進一步提高了ＳＯＤ、ＰＯＤ活力，降低了ＭＤＡ含量。SA能在一定程度上減輕Ｃｄ２＋對小麥種子及幼苗的傷害。

關鍵詞：水楊酸；小麥；Ｃｄ２＋

中圖分類號：Ｓ５１２．１；Ｓ３１１文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０12）14－2929-03

Effects of Salicylic Acid on Wheat under Cadmium Stress

ＨＵＡＮＧ Ｘｉ－ｌｉａｎ，ＷＥＩ Ｆｅｉ

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｑｉａｎｎａｎ Ｎｏｒｍａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｆｏｒ Ｎａｔｉｏｎａｌｉｔｉｅｓ，Ｄｕｙｕｎ ５５８０００，Ｇｕｉｚｈｏｕ，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｓａｌｉｃｙｌｉｃ ａｃｉｄ（ＳＡ） ｏｎ ｓｅｅｄｓ ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｅｅｄｌｉｎｇ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｗｈｅａｔ ｕｎｄｅｒ Ｃａｄｍｉｕｍ（Ｃｄ２＋） ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅs ｏｆ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔ， ｓｕｐｅｒｏｘｉｄｅ ｄｉｓｍｕｔａｓｅ（ＳＯＤ） ａｃｔｉｖｉｔｙ， ｐｅｒｏｘｉｄａｓｅ（ＰＯＤ） ａｃｔｉｖｉｔｙ， ａｎｄ ｍａｌｏｎｄｉａｌｄｅｈｙｄｅ（ＭＤＡ） ｃｏｎｔｅｎｔ ｗere ｔｅｓｔｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｒａｔｅ， ａｖｅｒａｇｅ ｒｏｏｔ ｌｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｓｈｏｏｔ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｗｈｅａｔ were ｉｎｈｉｂｉｔｅｄ ｕｎｄｅｒ Ｃｄ２＋ ｓｔｒｅｓｓ． Ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈｅ Ｃｄ２＋ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ， ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｒ ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ ｅｘｔｅｎｔ ｗａｓ． Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ， ＳＯＤ ａｎｄ ＰＯＤ ａｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ＭＤＡ ｃｏｎｔｅｎｔ were ｉｎｃｒｅａｓｅｄ； ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔ ｗａｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ． Ｔｈｅ ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｒａｔｅ， ａｖｅｒａｇｅ ｒｏｏｔ ｌｅｎｇｔｈ， ｍｅａｎ ｂｕｄ ｌｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｌｅａｆ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｗｈｅａｔ were ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ ＳＡ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ． Ｍｏｒｅｏｖｅｒ， ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ＭＤＡ ｗａｓ ｒｅｄｕｃｅｄ； ａｎｄ ＳＯＤ， ＰＯＤ ａｃｔｉｖｉｔｙ were ｉｎｃｒｅａｓｅｄ． ＳＡ ｃｏｕｌｄ ｒｅｌｉｅｖｅ ｔｈｅ ｄａｍａｇｅ ｏｆ Ｃｄ２＋ ｏｎ ｗｈｅａｔ ｓｅｅｄ ａｎｄ ｓｅｅｄｌｉｎｇ ｔｏ ｓｏｍｅ ｅｘｔｅｎｔ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｓａｌｉｃｙｌｉｃ ａｃｉｄ； ｗｈｅａｔ； Cａｄｍｉｕｍ

隨著經濟的快速發展，農業生產中化肥、農藥等的大量使用，使得土壤污染日趨嚴重，Ｃｄ２＋是一種分布廣泛、污染面積較大的重金屬元素［１］，同時Ｃｄ２＋又是一種危險性較大的重金屬污染物，不僅影響植物的生長和發育，還可通過食物鏈進入人體，危害人體健康，因此目前亟須尋找到一種降低Ｃｄ２＋在農作物中的累積和毒副作用的方法。

水楊酸（ＳＡ）是一種廣泛存在于植物體內的內源性植物激素，對植物的開花、產熱、性別分化、乙烯合成、呼吸、蒸騰、氣孔關閉、膜透性及離子吸收等許多生理過程起調控作用［２］，以小麥種子為材料，研究了外施ＳＡ對Ｃｄ２＋脅迫下小麥種子萌發和幼苗生長的影響，旨在為緩解Ｃｄ２＋污染造成的植物重金屬毒害提供理論依據。

１材料與方法

１．１材料

小麥品種為貴州友禾種業有限公司生產的貴農２５。所用試劑ＳＡ、ＣｄＳＯ４均為分析純。

１．２方法

１．２．１處理流程選取大小均勻、子粒飽滿的小麥種子，用質量分數為３％的雙氧水浸泡消毒１０ ｍｉｎ，用去離子水沖洗數次，于３７ ℃溫水浸泡６ ｈ后待用。將種子排列于鋪有濾紙的培養皿中，每皿５０粒。分別加入０．１０、０．２５、０．５０、１．００、２．５０、５．００ ｍｍｏｌ／Ｌ Ｃｄ２＋溶液，并加入５ ｍｍｏｌ／Ｌ ＳＡ溶液，以未加Ｃｄ２＋溶液的試驗組為對照，并將培養皿置于光照度為２ ０００ ｌｘ、溫度為２５ ℃的光照培養箱中培養，每個處理３次重復。７ ｄ后測定發芽率，１０ ｄ后測定各項生理生化指標。

１．２．２指標的測定方法超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）活力的測定采用ＮＢＴ光化還原法，過氧化物酶（ＰＯＤ）活力的測定采用愈創木酚法，葉綠素含量的測定采用分光光度計法，丙二醛（ＭＤＡ）含量的測定采用硫代巴比妥酸法［３］。

２結果與分析

２．１ＳＡ對Ｃｄ２＋脅迫下小麥發芽率、平均根長和平均芽長的影響

從表１可知，不同濃度Ｃｄ２＋脅迫對小麥發芽率、平均根長和平均芽長均有不同程度的抑制作用，且Ｃｄ２＋濃度越大抑制作用越明顯。當Ｃｄ２＋濃度為１．００ ｍｍｏｌ／Ｌ時，小麥種子發芽率僅為對照的１６％，當Ｃｄ２＋濃度升高至５．００ ｍｍｏｌ／Ｌ時，小麥種子幾乎不能萌發，這說明高濃度的Ｃｄ２＋對小麥種子的萌發有明顯的抑制作用。施加ＳＡ能明顯增加在相同濃度Ｃｄ２＋脅迫下小麥的發芽率、平均根長和平均芽長，當Ｃｄ２＋濃度為１．００ ｍｍｏｌ／Ｌ時，添加了ＳＡ的小麥種子發芽率增加了５０％，平均根長增加了１．５８倍，平均芽長增加了１．１７倍，說明ＳＡ對Ｃｄ２＋脅迫下的小麥種子有保護作用，在一定程度上可以緩解Ｃｄ２＋對小麥種子的毒害作用。

２．２ＳＡ對Ｃｄ２＋脅迫下小麥幼苗葉綠素含量的影響

葉綠素是植物進行光合作用的重要色素，其含量的高低直接影響植物光合作用的水平和有機物的積累，是反應植物光合作用的重要生理指標之一。從圖１可知，隨著Ｃｄ２＋濃度的升高，小麥幼苗葉綠素含量逐漸降低。低濃度的Ｃｄ２＋脅迫對小麥幼苗葉綠素含量的影響不明顯，當Ｃｄ２＋濃度達１．００ ｍｍｏｌ／Ｌ時，小麥幼苗葉綠素含量明顯下降，僅為對照的４７．８％，添加ＳＡ后，小麥幼苗葉綠素含量增加至對照的７０．８％；當Ｃｄ２＋濃度達５．００ ｍｍｏｌ／Ｌ時，添加ＳＡ后小麥幼苗葉綠素含量比同濃度Ｃｄ２＋脅迫下增加了１．９６倍。ＳＡ能顯著增加Ｃｄ２＋脅迫下小麥幼苗的葉綠素含量，緩解Ｃｄ２＋對小麥的傷害，促進小麥的生長和發育。

２．３ＳＡ對Ｃｄ２＋脅迫下小麥幼苗ＳＯＤ活力的影響

ＳＯＤ廣泛存在于各類生物體內，是一種能夠消除生物代謝產生的各種有害物質的酶，其對生物體生命活動的正常進行起著至關重要的作用。由圖２可知，隨著Ｃｄ２＋濃度的升高，小麥幼苗ＳＯＤ活力逐漸升高，添加ＳＡ后ＳＯＤ活力進一步升高。在０．５０ ｍｍｏｌ／Ｌ Ｃｄ２＋脅迫下，小麥幼苗ＳＯＤ活力為對照的１．８５倍，添加ＳＡ后進一步升高為對照的２．２７倍，在５．００ ｍｍｏｌ／Ｌ Ｃｄ２＋脅迫下，小麥幼苗ＳＯＤ活力達到峰值，為對照的２．４０倍，添加ＳＡ后增至對照的３．０６倍。

２．４ＳＡ對Ｃｄ２＋脅迫下小麥幼苗ＰＯＤ活力的影響

由圖３可知，Ｃｄ２＋脅迫下小麥幼苗ＰＯＤ活力隨著Ｃｄ２＋濃度的升高而增高，添加ＳＡ后小麥幼苗ＰＯＤ活力進一步增高。低濃度Ｃｄ２＋脅迫對小麥幼苗ＰＯＤ活力影響并不明顯，當Ｃｄ２＋濃度分別達１．００、２．５０和５．００ ｍｍｏｌ／Ｌ時，小麥幼苗ＰＯＤ活力都明顯增高，分別比對照增加了３３．９％、３６．５％、４２．６％，添加ＳＡ使小麥幼苗ＰＯＤ活力增強，分別為對照的１．５１、１．５９和１．６４倍。

２．５ＳＡ對Ｃｄ２＋脅迫下小麥幼苗ＭＤＡ含量的影響

大量研究表明植物在逆境脅迫或衰老過程中，細胞自由基代謝的平衡被破壞，從而為自由基的產生創造了條件，過剩的自由基的毒害之一是引起或加劇膜脂過氧化作用，造成細胞膜系統的損傷，嚴重時導致植物細胞的死亡［４］。ＭＤＡ是膜脂過氧化作用的產物之一，對植物細胞具有毒害作用。從圖４可知，隨著Ｃｄ２＋濃度加大，小麥幼苗ＭＤＡ含量也逐漸上升，這與Ｃｄ２＋對細胞的膜系統造成破壞、使細胞的過氧化作用增強有關。ＳＡ能降低小麥幼苗的ＭＤＡ含量，能緩解Ｃｄ２＋對小麥幼苗的傷害。由圖４可知，添加了ＳＡ使０．５０ ｍｍｏｌ／Ｌ Ｃｄ２＋脅迫下ＭＤＡ含量比未加ＳＡ的同濃度Ｃｄ２＋脅迫下降低了３５．４％。

３小結與討論

試驗結果表明，Ｃｄ２＋脅迫下小麥的生根和發芽都受到抑制，且隨著Ｃｄ２＋濃度的升高，抑制作用越明顯，過高濃度的重金屬毒害甚至完全抑制了小麥種子的萌發，水楊酸（ＳＡ）處理不能消除這種毒害，這與陳珍［５］、王松華等［６］的研究結果一致。外源ＳＡ緩解了Ｃｄ２＋對小麥的毒害作用，提高了小麥種子的發芽率、平均根長和平均芽長，在一定程度上對小麥種子起到了保護作用。葉綠素是植物的主要光合色素，與植物的光合作用有著直接聯系，在逆境下活力氧在細胞中的積累會使較多的氧原子等擴散到葉綠體中，參與葉綠素的降解。隨著Ｃｄ２＋濃度的升高，小麥幼苗葉綠素含量逐漸降低，影響了小麥的光合作用，當添加ＳＡ后，小麥幼苗葉綠素含量升高，ＳＡ對葉綠體具有保護功能。

植物體內的抗氧化系統超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）、過氧化物酶（ＰＯＤ）在保護機體免受自由基侵害的過程中起到重要作用。當小麥遭受Ｃｄ２＋傷害時，小麥首先啟動體內抗氧化系統來抵御重金屬傷害，因此隨著Ｃｄ２＋濃度升高，ＳＯＤ、ＰＯＤ活力均有所升高，試驗結果與對小白菜［７］、油菜［８］等的研究結果一致。添加ＳＡ進一步提高了小麥幼苗ＳＯＤ、ＰＯＤ活力，從而更有效地清除了活力氧，減少了對膜結構和功能的破壞。隨著Ｃｄ２＋濃度的提高，膜脂過氧化作用的產物丙二醛（ＭＤＡ）的含量升高，ＳＡ降低了ＭＤＡ含量，減輕了膜脂過氧化作用，增加了Ｃｄ２＋脅迫下質膜的穩定性。

參考文獻：

［１］ 陳志德，仲維功，王軍，等．鎘脅迫對水稻種子萌發和幼苗生長的影響［Ｊ］．江蘇農業學報，２００９，２５（１）：１９－２３．

［２］ 周欣，陳善娜．水楊酸在植物誘導抗性方面研究進展［Ｊ］．云南大學學報（自然科學版），２００１，２３（增刊）：１０６－１０８．

［３］ 李合生．植物生理生化實驗原理和技術［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２０００．

［４］ 周智彬，徐新聞，楊蘭英．三種固沙植物對高溫脅迫的生理響應及其抗熱性研究［Ｊ］．干旱區地理，２００５，２８（６）：８２５－８２９．

［５］ 陳珍．水楊酸對鎘脅迫下花椰菜種子萌發及幼苗生長的影響［Ｊ］． 種子，２００９，２８（２）：３９－４３．

［６］ 王松華，儲衛紅，周正義，等．水楊酸對小麥鎘毒害的緩解效應［Ｊ］． 種子，２００５，２４（１０）：１５－１７．

［７］ 段云青，王艷，雷煥貴．鎘脅迫對小白菜ＰＯＤ、ＰＰＯ和ＳＯＤ活性的影響［Ｊ］．河南農業科學，２００６（７）：８８－９１．

［８］ 徐秋曼，陳宏．鎘對油菜葉細胞膜的損傷及細胞自身保護機制初探［Ｊ］．農業環境保護，２００１，２０（４）：２３５－２３７．