外源脫落酸對大麥幼苗鎘脅迫傷害的影響

李曉科，張義賢

（1.晉中學院生物科學與技術學院，山西晉中 030600；2.山西大學生命科學與技術學院，山西太原 030006）

重金屬鎘（Cd）是環境中廣泛存在的重金屬微量元素。它既不參與植物體的結構組成，也不參與細胞的代謝活動，如果在體內過量積累，將對植物造成嚴重的毒害，已成為目前我國土壤—作物生態系統中主要的重金屬污染物之一[1-2]。

在重金屬脅迫下，植物會產生一系列的生理生化反應，其中，生物活性氧的積累會導致膜脂過氧化作用，造成膜系統的損傷，膜脂過氧化的最終產物丙二醛（MDA）可與細胞膜上的蛋白質、酶等結合、交聯而使之失活，從而破壞生物膜的結構與功能[3]。而細胞內存在一些清除活性氧的保護酶SOD，CAT，POD，它們的協調作用可以清除過剩的氧自由基，防止細胞受到傷害[4-7]。脫落酸（ABA）作為信號分子在干旱、寒害、鹽害等脅迫過程中起著重要的作用[8-9]。許多研究表明，脫落酸（ABA）可以減緩和抵抗這些逆境造成的傷害[10]。而外源脫落酸對重金屬脅迫引起大麥幼苗脂質過氧化傷害的防護作用的研究，國內外尚少見報道。

本試驗主要研究重金屬Cd脅迫條件下外源脫落酸對大麥幼苗葉片細胞膜透性、丙二醛含量、超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物酶（POD）活性的影響，旨在為了解外源脫落酸在大麥的抗逆脅迫中的作用機制提供一定的理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

本研究所用的試驗材料為大麥（Hordeum vulgare），品種為晉科571，由山西省農業科學院品種資源研究所提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 材料培養 選取飽滿、大小均勻的大麥種子，用8%NaClO消毒30 min，蒸餾水洗凈后，于30℃溫水中浸種5 h，然后置于28℃恒溫培養箱中培養萌發。待種子露白后排列放于鋪有數層濾紙的培養皿中，每一培養皿中放50粒大小均勻的種子，用Hoagland營養液水培，恒溫培養箱中控制生長條件為：晝夜溫度25℃/20℃，自然光照。材料培養24 h后，加入重金屬Cd2+和脫落酸進行處理（CdCl2用去離子水配制，濃度以純金屬離子計，處理部位為大麥根尖部分；外源脫落酸為向幼苗噴施）。每12 h更換1次處理液。

1.2.2 試驗設計 試驗共設5個處理，分別為：T1.1 mg/L Cd2+；T2.10 mg/L Cd2+；T3.100 mg/L Cd2+；T2＋ABA.10 mg/L Cd2+＋50 mg/L ABA；CK.不含Cd2+和外源脫落酸的營養液。每一處理設3個重復。

1.2.3 測定方法 重金屬Cd及外源脫落酸處理5 d后，分別取大麥幼苗上部生長一致的葉片測定生理指標，每個測定3次重復，結果取平均值。細胞膜透性、丙二醛含量采用李合生[11]的方法測定；過氧化物酶（POD）活性采用愈創木酚法，在725型分光光度計470 nm波長處測光密度值；超氧化物歧化酶（SOD）活性采用南京建成生物工程研究所研制的超氧化物歧化酶活性測定試劑盒（黃嘌呤氧化酶法）進行測定。

1.2.4 統計方法 試驗結果采用SPSS 16.0和Excel 2003軟件進行統計。

2 結果與分析

2.1 外源脫落酸（ABA）對大麥幼苗葉片鎘脅迫下CMP和MDA含量的影響

植物細胞外滲液的電導率可作為植物細胞膜透性（CMP）變化及損傷的生理指標之一。植物器官在逆境條件下，往往會發生膜脂過氧化作用，丙二醛（MDA）是其產物之一，通常利用它作為脂質過氧化指標來表示細胞膜脂過氧化程度和植物對逆境條件反應的強弱，其含量可以反映植物遭受逆境傷害的程度[11]。從圖1，2可以看出，與對照相比，不同質量濃度重金屬Cd處理5d后，大麥幼苗葉片的MDA含量及CMP隨各處理質量濃度的升高而上升，呈明顯的劑量效應關系。統計學分析表明，T1處理的MDA含量及CMP與對照有顯著性差異（P＜0.05），T2，T3 處理的這2項生理指標與對照之間都達極顯著差異（P＜0.01）。各處理的MDA含量的變幅大于CMP，說明MDA含量的積累先于膜透性的增加。表明向T2處理的幼苗噴施外源脫落酸（ABA）后，與未使用外源脫落酸處理的幼苗相比，其MDA含量及CMP極顯著下降（P＜0.01）。因此，外源脫落酸能在一定程度上降低膜脂過氧化程度，保護膜結構的完整性，增強植物抗重金屬能力。

2.2 外源脫落酸（ABA）對大麥幼苗葉片鎘脅迫下SOD和POD活性的影響

超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物酶（POD）是生物體內重要的活性氧清除酶，在消除超氧化物自由基、減輕脂質過氧化作用和膜損傷等方面起重要作用[11]。由圖3，4可知，隨著重金屬Cd脅迫程度的加大，大麥幼苗葉片中SOD和POD活性均呈先升高后下降趨勢。說明重金屬Cd脅迫下，葉片細胞內產生較多超氧陰離子自由基O2-，誘導了SOD和POD活性的增加，提高了自身清除O2-的能力。圖3表明，與對照相比，T1處理的大麥幼苗葉片SOD活性最高，T2次之，它們與正常幼苗（CK）相比，有極顯著差異（P＜0.01），T3處理的幼苗葉片SOD活性顯著低于對照（P＜0.05），其原因可能是葉片細胞內產生過量的O2-和H2O2，從而使SOD酶緩慢失活。

圖4表明，與對照相比，T1處理的大麥幼苗葉片POD活性有顯著增高（P＜0.05），T2處理的幼苗葉片POD活性有所降低，但無顯著差異（P＞0.05），T3處理的幼苗葉片POD活性隨Cd質量濃度上升而急劇下降，與對照相比，有極顯著差異（P＜0.01），表明POD酶可能已經失活。

綜合圖3，4可以看出，用外源脫落酸（ABA）處理的T2幼苗與未使用ABA處理的T2幼苗相比，其SOD和POD活性都顯著提高（P＜0.05），說明經ABA處理能有效減緩Cd脅迫下大麥幼苗葉片中SOD和POD活性的降低。

3 討論

SOD，POD是廣泛存在于植物體內的氧化還原酶，可為植物體內抗氧化系統提供足夠的抗活性氧損傷的保護作用，其主要生理功能是清除因各種原因產生的細胞內活性氧自由基的含量，抑制膜內不飽和脂肪酸的過氧化作用，維持細胞膜的穩定性和完整性，提高植物抗逆性[12]。在遭受重金屬脅迫時，由逆境引起的活性氧積累會導致植物體生理代謝失調[13]。因此，對植物細胞來說，如何增強和維持抗氧化酶活性，維持活性氧產生與清除之間的平衡，從而避免對膜、光合器官等造成傷害，是其抵御逆境傷害的重要途徑[14]。

本試驗表明，重金屬Cd脅迫誘發大麥幼苗葉片膜脂過氧化，產生大量MDA，并使細胞膜透性增大，膜功能受損。此時，大麥幼苗葉片中SOD和POD活性在T1處理表現為上升趨勢，加強了對氧自由基的清除，減輕了逆境所產生的活性氧對細胞的傷害，但隨Cd質量濃度的增加（T2和T3處理），SOD和POD活性下降，無法有效地清除活性氧，導致葉片細胞膜系統受到較嚴重的損傷，丙二醛（MDA）含量也有極顯著增高。向T2處理幼苗葉片噴施外源脫落酸（ABA）后，SOD和POD活性又有明顯增強，表明外源脫落酸在一定程度上減輕了重金屬Cd脅迫對大麥幼苗的傷害，并降低幼苗葉片細胞膜透性和丙二醛（MDA）含量，對幼苗所受到的傷害起一定的緩解作用。

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