醋酸鉛對小麥生長初期生理活性的影響*

董 寧，李桂芳

(石河子大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，新疆 石河子 832003)

鉛是人類最早利用的元素之一，對很多土壤動物、維管植物和小型哺乳動物具有毒性［1，2］.鉛的活性形態(tài)和分布的比較研究表明植物體內(nèi)的重金屬能以多種復(fù)雜的形態(tài)存在，在不同的植物、不同生長發(fā)育階段、植物不同部位的分布特征均不同，各種形態(tài)的遷移能力及毒性也有顯著的差異.外源鉛進入土壤后，通過植物根系的代謝吸收，部分滯留在根中，部分隨原生質(zhì)的流動轉(zhuǎn)運至鄰近的細(xì)胞，通過胞間運輸導(dǎo)管，進一步隨作物的蒸騰作用向莖葉運移，在作物的莖葉、籽實中積累從而危害植株生長，對人們健康和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都帶來了不可忽視的負(fù)面影響［3，4］.

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

(1)材料:“石冬八號”小麥種子.

(2)儀器與試劑:分光光度計、水浴鍋、離心機等，醋酸鉛(分析純)、1%淀粉溶液、氫氧化鈉溶液、ph=5.6檸檬酸緩沖液、麥芽糖標(biāo)準(zhǔn)液、3，5－二硝基水楊酸、純丙酮、碳酸鈣、石英砂、磷酸緩沖液、2%過氧化氫、愈創(chuàng)木酚溶液、0.5%高錳酸鉀溶液.

1.2 小麥種子的處理

將精選的500粒籽粒大小均勻、飽滿的小麥種子用0.5%高錳酸鉀溶液浸泡消毒，用清水多次沖洗后，放入盛有蒸餾水的燒杯中，將其分為6組，每組75粒.分別將每組種子浸泡在醋酸鉛質(zhì)量濃度為 0.02%、0.04%、0.08%、0.16%、0.32%的溶液以及蒸餾水中，定時向各濃度梯度培養(yǎng)皿中噴淋相應(yīng)濃度醋酸鉛溶液，保持一定的水分［5］.

1.3 實驗方法

1.3.1 小麥生長狀況的測定

小麥萌發(fā)第5天，測定各濃度梯度小麥的發(fā)芽率.小麥萌發(fā)第10天時，在每個培養(yǎng)皿中隨機抽取兩個樣本，測量莖葉長度以及最長根的長度.在每個培養(yǎng)皿中隨機抽取兩個樣本，用濾紙吸干水分，稱量其全部莖葉的質(zhì)量以及全部根系的質(zhì)量，并計算根冠比［6］.

1.3.2 小麥種子α－淀粉酶活性的測定

采用3，5－二硝基水楊酸法測定小麥種子α－淀粉酶活性，種子萌發(fā)第5d，分別取各濃度梯度小麥幼苗1g，制備α－淀粉酶酶液.用分光光度計測定各濃度梯度的酶液反應(yīng)后在540nm下的OD值，利用麥芽糖標(biāo)準(zhǔn)曲線，計算α－淀粉酶的活性.

1.3.3 過氧化物酶的活力的測定

小麥萌發(fā)第10天時，在各濃度梯度的培養(yǎng)皿中分別稱取小麥幼苗0.5g，提取酶液，測定過氧化物酶的活力.

其中，T為反應(yīng)時間，W為樣品鮮重，D為稀釋倍數(shù).

1.3.4 葉綠素含量的測定

小麥萌發(fā)第10d時，在各濃度梯度的培養(yǎng)皿中分別選取小麥幼苗，剪去近根部，保留全莖葉，并稱取0.5g，制備色素提取液.用分光光度計分別測定663nm、645nm處的OD值.按照下列公式計算葉綠素含量:Ct=Ca+Cb;Ca=(12.7A663－2.59A645)V/m;Cb=(22.9A645－4.76A663)V/m;其中，Ca為葉綠素a的含量，Cb為葉綠素b的含量，Ct為葉綠素總含量，V為提取液體積，m為樣品重.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度醋酸鉛溶液對小麥幼苗生長狀況的影響

小麥種子萌發(fā)實驗5天后所測得的發(fā)芽率如圖1所示，小麥種子的發(fā)芽率隨著醋酸鉛濃度的升高而降低，在濃度0.16%后，下降趨勢趨于平緩.說明醋酸鉛能抑制小麥的萌發(fā)，且醋酸鉛含量與發(fā)芽率呈負(fù)相關(guān).小麥種子萌發(fā)實驗10天后所測得的莖葉、根系長度如圖2所示，由圖2可以看出小麥種子的莖葉、根系長度隨著醋酸鉛濃度的升高而呈下降趨勢，在低濃度醋酸鉛的作用下，莖葉、根系長度下降趨勢達到最大，且根系的敏感程度明顯大于莖葉.在濃度為0.04%時，根系長度為0.71cm，濃度再增加，其變化程度不大，在高濃度時，根系幾乎不生長.而莖葉長度則在0.16%左右時，趨于穩(wěn)定.說明醋酸鉛能抑制小麥幼苗莖葉和根系的生長，尤其抑制根系的生長.

圖1 不同濃度梯度醋酸鉛溶液處理對小麥發(fā)芽率的影響

圖2 不同濃度醋酸鉛溶液對莖葉、根系長度的影響

2.2 不同濃度醋酸鉛溶液對小麥幼苗莖葉、根系質(zhì)量的影響

小麥種子萌發(fā)10天實驗所測得的莖葉、根系質(zhì)量如圖3所示，小麥幼苗莖葉、根系的質(zhì)量隨著醋酸鉛濃度的升高而降低，在低濃度時降低程度最大，且根系的敏感程度明顯大于莖葉.說明醋酸鉛能抑制小麥幼苗莖葉和根系的生長，對根系的抑制情況尤為顯著.小麥幼苗萌發(fā)實驗中根冠比如圖4所示，隨著醋酸鉛濃度的升高，小麥幼苗的根冠比呈明顯的下降趨勢，說明醋酸鉛濃度的升高對小麥幼苗根系的抑制程度明顯高于對莖葉的抑制程度，且在濃度為0.04%之前，抑制程度達到最大.

圖3 不同濃度醋酸鉛溶液對莖葉、根系質(zhì)量的影響

圖4 不同濃度醋酸鉛溶液下，小麥幼苗的根冠比

2.3 不同濃度醋酸鉛溶液對小麥幼苗α－淀粉酶活性的影響

麥芽糖標(biāo)準(zhǔn)曲線:y=0.7488x+0.035，R2=0.9982.

小麥萌發(fā)5天實驗中，不同濃度醋酸鉛溶液對小麥幼苗α－淀粉酶活性的影響如圖5所示.隨著醋酸鉛濃度的升高，α－淀粉酶的活性呈下降趨勢，且在濃度到達0.08%后趨于穩(wěn)定.說明，醋酸鉛對小麥幼苗α－淀粉酶的活性有抑制作用.

圖5 不同濃度醋酸鉛溶液對小麥幼苗α－淀粉酶的活性的影響

2.4 不同濃度的醋酸鉛溶液對小麥幼苗過氧化物酶的活力的影響

在萌發(fā)10天實驗中，不同濃度的醋酸鉛溶液對小麥幼苗過氧化物酶的活力影響如圖6所示，隨著醋酸鉛溶液濃度的升高，小麥幼苗過氧化物酶的活力呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，且在0.08%左右達到最大.說明該品種小麥對逆境有一定的抗性，0.08%左右的醋酸鉛濃度為小麥過氧化物酶所能接受的最大濃度.濃度再高，對小麥幼苗的過氧化物酶的活力也會產(chǎn)生抑制作用.

2.5 不同濃度的醋酸鉛溶液對小麥幼苗葉綠素含量的影響

在萌發(fā)10天實驗中，隨著醋酸鉛含量的增加，小麥幼苗葉綠素含量呈下降趨勢.葉綠素b含量的下降程度最為明顯.醋酸鉛濃度在0.04%之前，葉綠素含量下降程度達到最大，說明醋酸鉛溶液對小麥幼苗葉綠素的合成有抑制作用.

圖6 不同濃度醋酸鉛溶液對小麥幼苗過氧化物酶活力及比活力的影響

表1 葉綠素含量的測定

3 討論

種子發(fā)芽率是檢測土壤等環(huán)境污染的重要指標(biāo)，從植物生理角度看，種子萌發(fā)即是植物生命進程的起點，也是植物最早接受重金屬脅迫的階段，了解種子萌發(fā)對鉛的脅迫反應(yīng)，是系統(tǒng)地認(rèn)識重金屬傷害機理的較好途徑.本試驗對小麥種子在不同鉛濃度下的莖葉、根系長度和質(zhì)量、根冠比、發(fā)芽率、α－淀粉酶的活性、過氧化物酶的活力以及葉綠素的含量進行了測定.結(jié)果表明在本實驗設(shè)定的鉛脅迫濃度范圍內(nèi)，小麥幼苗莖葉、根系的長度和質(zhì)量、根冠比、α－淀粉酶的活性、小麥幼苗葉綠素的含量隨著鉛脅迫濃度升高而降低;而過氧化物酶的活力隨著鉛脅迫濃度升高，呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢.

隨著當(dāng)今社會工業(yè)的飛速發(fā)展，“三廢”的超標(biāo)排放、資源的過度開采以及城市垃圾的不當(dāng)處理等，已經(jīng)嚴(yán)重污染了土壤、水質(zhì)和大氣.鉛是自然界中主要的污染元素之一，也是對人體有危害的重金屬之一，它通過食物鏈的富集，進入人體，可導(dǎo)致貧血、肝損傷和神經(jīng)失調(diào)等，嚴(yán)重?fù)p害人體健康［7］.而使用一種環(huán)境監(jiān)測植物，對土壤中的鉛污染進行定期、定點的監(jiān)測，可為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)早期預(yù)報重金屬對作物的毒害效應(yīng)、防止重金屬毒害的發(fā)生、為環(huán)境監(jiān)測中重金屬污染的評價，提供一定的理論支持，對環(huán)境保護、污染監(jiān)測、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等，都有一定的參考作用.

［1］劉燕，蔣光霞.硒對鉛脅迫下油菜酶活性及葉綠素含量的影響［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，(18):7554 －7555.

［2］陳紅玲，楊秀萍，張婧，等.鉛離子脅迫對小麥萌發(fā)的影響［J］.宿州學(xué)院學(xué)報，2011，(5):30 －32.

［3］王春春，沈振國.鎘在植物體內(nèi)的積累及其對綠豆幼苗生長的影響［J］.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2001，(4):9－13.

［4］杜連彩.鉛脅迫對小白菜幼苗葉綠素含量和抗氧化酶系統(tǒng)的影響［J］.中國蔬菜，2008，(5):17－19.

［5］苗明升，朱圓圓，曹明霞，等.重金屬鉛對玉米萌發(fā)和早期生長發(fā)育的影響［J］.山東師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2003，(1):82－84.

［6］薛佳楨，付曉燕，李偉忠.鉛離子對小麥芽萌發(fā)的影響［J］.濰坊學(xué)院學(xué)報，2010，(4):92 －94.

［7］張葉，沈宇.不同重金屬離子對小麥種子萌發(fā)及葉綠素合成影響的比較研究［J］.生物學(xué)教學(xué)，2009，(7):72 －74.