銅水平對咖啡幼苗若干生理代謝指標的影響

王婭玲+李維峰+馬巾媛+王永林

摘 要 采用盆栽方法，研究5、10、15、20、25、30 mg/L銅水平對咖啡幼苗超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）、丙二醛（MDA）以及葉綠素含量的影響。試驗結果表明，銅濃度在0～30 mg/L，咖啡幼苗葉綠素含量先上升后下降；SOD、CAT、POD活性先升高后下降；MDA含量則一直呈現增加的趨勢。結果表明，咖啡幼苗對銅脅迫比較敏感，容易受到銅毒害的影響。

關鍵詞 銅 ；咖啡幼苗 ；生理指標

分類號 S571.2

Effects of Copper Level on Several Physiological Indices of Coffee Seedlings

WANG Yaling LI Weifeng MA Jinyuan WANG Yonglin

（Yunnan Vocational College of Tropical Crops， Puer， Yunnan 665000， China）

Abstract Pot culture method was used to study the transformation of SOD， POD， CAT， MDA and chlorophyll content of coffee seedling with the Cu concentrations of 5， 10， 15， 20， 25， 30 mg/L. The result showed that when copper concentration was 0～30 mg/L， chlorophyll content increased first and then decreased. The activities of SOD， CAT and POD went up at the beginning，but they were decreased as the quantity of copper increasing， and the MDA content increased all the time. The result suggested that coffee seedling was sensitive to Cu stress， its growth was easily influenced by copper toxicity.

Keywords Cu ； coffee seedling ； physiological indexes

近年來，由于高銅殺菌劑、工業污水灌溉、尾礦礦渣污染等多種因素的影響，環境中銅污染日趨嚴重。銅是植物生長發育過程中所必需的一種微量金屬元素，也是植物體內多種酶的重要組分之一，對植物的正常發育具有重要的意義。但植物正常生長所需銅量非常少，土壤中銅含量過高會對植物產生嚴重的毒害作用。研究發現，過量的銅被植物吸收后，不僅會阻礙蛋白質的正常合成，而且會使葉綠素含量降低，影響植物光合作用，從而導致植物生長量下降[1-3]。銅污染對植物的毒害問題引起了國內外研究人員的重視，目前已經進行了較多的研究[4-6]，但是銅脅迫對咖啡幼苗生理的影響研究未見報道。因此本研究以云南小粒種咖啡為供試材料，通過砂盆法，探索銅脅迫對咖啡幼苗若干生理代謝指標的影響，以期為深入研究銅對咖啡傷害和咖啡的耐銅機理提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試咖啡幼苗品種為卡薩姆P3，栽培于云南熱帶作物職業學院溫室大棚育苗床。選取生長健壯具三對葉的咖啡幼苗作試驗對象，幼苗根部洗凈泥沙，用0.1%高錳酸鉀浸泡根部消毒10 min，將消毒好的咖啡幼苗用去離子水沖洗干凈。培養液母液為Hoagland-Arnon營養液，銅脅迫溶液則采用五水硫酸銅配制，用去離子水將硫酸銅配制成1 g/L的溶液，然后按照不同比例加入Hoagland-Arnon營養液中，分別配制成濃度為5、10、15、20、25和30 mg/L的銅脅迫溶液。栽培基質采用60～80目分析純石英砂，用0.1%高錳酸鉀浸泡消毒，蒸餾水洗凈后烘干后備用。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計

將處理好的石英砂裝入塑料盆，每盆植入四株咖啡幼苗，將栽好的試驗盆放置于溫室內培養，用Hoagland-Arnon營養液澆灌，待咖啡幼苗恢復正常生長一周后，將配好的銅脅迫營養液分別加入花盆內進行脅迫試驗，每盆每日澆灌20 mL不同脅迫濃度的銅溶液，使盆內沙基濕度維持在75%左右，每個脅迫濃度設3個重復，脅迫處理2個月后進行取樣，測定各項指標。

1.2.2 項目測定

過氧化物酶活性測定采用愈創木酚法[7]，丙二醛含量采用TBA法測定[8]，過氧化氫酶活性采用紫外吸收法測定[9]，超氧化物歧化酶活性采用NBT光化還原法測定[7]，葉綠素含量采用丙酮浸提法[10]。

1.2.3 數據分析

試驗結果采用Excel2003進行處理分析。

2 結果與分析

2.1 銅脅迫對咖啡幼苗葉綠素含量的影響

葉綠素是植物進行光合作用的主要色素，葉綠素含量的變化可以直接反映出植物光合作用的變化情況。從表1可以看出，隨著銅處理濃度的增大，咖啡幼苗葉片內葉綠素a、b及總量表現為先升后降，其中5 mg/L的銅處理的咖啡幼苗葉綠素總量較空白對照上升了9.5%，但銅濃度達到15 mg/L后葉綠素含量又迅速下降，當銅濃度達30 mg/L時，葉綠素含量較空白對照下降了18.36%。

2.2 銅脅迫對咖啡幼苗SOD活性的影響

SOD是植物體內清除活性氧自由基的抗氧化保護酶，是防止氧自由基對細胞膜產生傷害的重要的保護酶，在一定脅迫下，SOD活性會提高，從而增強植物的抗逆能力[11]。由表2可見，咖啡幼苗在低濃度銅脅迫下SOD活性呈升高趨勢，5 mg/L的銅脅迫下的咖啡幼苗SOD活性較空白對照上升了17.48%，但銅濃度達到15 mg/L后SOD活性又迅速下降，當銅濃度達30 mg/L時，SOD活性較空白對照下降了31.66%。

2.3 銅脅迫對咖啡幼苗CAT活性的影響

CAT是催化細胞內過氧化氫分解為水和氧氣的一種酶，存在于幾乎所有生物體中，對維持細胞內正常水平的過氧化氫有著重要的作用，其活性的強弱與過氧化氫的積累有著直接的關系。由表2可知，在銅脅迫處理下，CAT活性隨銅脅迫的加劇呈先升高后降低的態勢，在銅10 mg/L處理達到最大值，為空白對照的113.96%。而銅濃度達到15 mg/L后，CAT活性隨銅脅迫的加劇呈明顯降低趨勢。當銅濃度達30 mg/L時，CAT活性較空白對照下降了26.9%。

2.4 銅脅迫對咖啡幼苗POD活性的影響

POD是植物體內抗氧化防御系統的關鍵酶之一，其與過氧化氫酶、超氧化物歧化酶配合，清除植物體內的過量自由基，增強植物的抗逆能力[12]。如表2所示，隨著銅脅迫濃度的增加，POD活性先增加后降低，在銅脅迫濃度為5 mg/L時，其活性對比空白對照上升了15.29%，但銅脅迫濃度超過15 mg/L后，POD活性逐漸降低，在30 mg/L銅脅迫下，其活性對比空白對照下降了33.16%。

2.5 銅脅迫對咖啡幼苗MDA活性的影響

MDA是逆境條件下植物細胞膜質過氧化作用的產物之一，MDA含量往往作為細胞膜質過氧化程度的指標。試驗結果（表2）表明，在重金屬銅脅迫下，咖啡幼苗MDA的含量隨銅濃度增加而升高，在30 mg/L銅脅迫下，其含量對比空白對照增加了68.7%。

3 討論與結論

葉綠素是植物吸收光能合成有機化合物的主要色素，其含量的高低直接反映了植物利用光能合成有機化合物能力的強弱。試驗發現，低濃度銅脅迫下，咖啡幼苗體內葉綠素a、b及總含量均有所升高；而高濃度的銅會導致葉綠素含量急劇降低，這與前人的研究結果相同[13]，低濃度的銅可以作為葉綠體質藍素的組成部分，并可活化葉綠素合成過程中的某些酶，刺激葉綠素的合成，故而使葉綠素含量升高[14]；但銅離子濃度過高時，植物體內葉綠體酶活性失調，導致葉綠素分解加速，此外，高濃度銅脅迫導致POD活性上升也會加速葉綠素降解[11]。

植物體內存在一系列抗氧化保護酶系統，能夠清除活性氧自由基，使其在一個較低的濃度，保證植物正常生長，但是在逆境脅迫下，植物體內活性氧自由基大量產生，打破了其在植物體內的代謝平衡，造成活性氧自由基大量積累，從而對植物造成傷害[15]。植物體內SOD、POD、CAT等抗氧化保護酶能及時清除逆境脅迫誘導產生的過多的活性氧自由基，它們與植物抗逆性密切相關。試驗證明，咖啡幼苗SOD、POD、CAT活性低在濃度銅脅迫下均升高，這可能是低濃度的銅作用下酶的底物濃度升高所致；高濃度銅脅迫下，3種酶活性迅速下降，則可能是銅破壞了酶的分子結構，而且銅脅迫下產生的活性氧濃度過高，攻擊酶本身，表現為3種酶活性明顯降低。此外，在本試驗中，植物細胞膜質大分子氧化產物MDA的含量隨銅脅迫濃度的升高而增加，亦說明隨銅脅迫濃度的增加，咖啡幼苗膜質過氧化加重，銅中毒程度加深。

參考文獻

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生長及活性氧代謝影響的研究[J]. 應用生態學報，2004，15（1）：119-122.

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[15] 李兆君，馬國瑞，徐建民，等. 植物適應重金屬Cd脅迫的生理及分子生物學機理[J]. 土壤通報，2004，35（2）：234-238.

2.3 銅脅迫對咖啡幼苗CAT活性的影響

CAT是催化細胞內過氧化氫分解為水和氧氣的一種酶，存在于幾乎所有生物體中，對維持細胞內正常水平的過氧化氫有著重要的作用，其活性的強弱與過氧化氫的積累有著直接的關系。由表2可知，在銅脅迫處理下，CAT活性隨銅脅迫的加劇呈先升高后降低的態勢，在銅10 mg/L處理達到最大值，為空白對照的113.96%。而銅濃度達到15 mg/L后，CAT活性隨銅脅迫的加劇呈明顯降低趨勢。當銅濃度達30 mg/L時，CAT活性較空白對照下降了26.9%。

2.4 銅脅迫對咖啡幼苗POD活性的影響

POD是植物體內抗氧化防御系統的關鍵酶之一，其與過氧化氫酶、超氧化物歧化酶配合，清除植物體內的過量自由基，增強植物的抗逆能力[12]。如表2所示，隨著銅脅迫濃度的增加，POD活性先增加后降低，在銅脅迫濃度為5 mg/L時，其活性對比空白對照上升了15.29%，但銅脅迫濃度超過15 mg/L后，POD活性逐漸降低，在30 mg/L銅脅迫下，其活性對比空白對照下降了33.16%。

2.5 銅脅迫對咖啡幼苗MDA活性的影響

MDA是逆境條件下植物細胞膜質過氧化作用的產物之一，MDA含量往往作為細胞膜質過氧化程度的指標。試驗結果（表2）表明，在重金屬銅脅迫下，咖啡幼苗MDA的含量隨銅濃度增加而升高，在30 mg/L銅脅迫下，其含量對比空白對照增加了68.7%。

3 討論與結論

葉綠素是植物吸收光能合成有機化合物的主要色素，其含量的高低直接反映了植物利用光能合成有機化合物能力的強弱。試驗發現，低濃度銅脅迫下，咖啡幼苗體內葉綠素a、b及總含量均有所升高；而高濃度的銅會導致葉綠素含量急劇降低，這與前人的研究結果相同[13]，低濃度的銅可以作為葉綠體質藍素的組成部分，并可活化葉綠素合成過程中的某些酶，刺激葉綠素的合成，故而使葉綠素含量升高[14]；但銅離子濃度過高時，植物體內葉綠體酶活性失調，導致葉綠素分解加速，此外，高濃度銅脅迫導致POD活性上升也會加速葉綠素降解[11]。

植物體內存在一系列抗氧化保護酶系統，能夠清除活性氧自由基，使其在一個較低的濃度，保證植物正常生長，但是在逆境脅迫下，植物體內活性氧自由基大量產生，打破了其在植物體內的代謝平衡，造成活性氧自由基大量積累，從而對植物造成傷害[15]。植物體內SOD、POD、CAT等抗氧化保護酶能及時清除逆境脅迫誘導產生的過多的活性氧自由基，它們與植物抗逆性密切相關。試驗證明，咖啡幼苗SOD、POD、CAT活性低在濃度銅脅迫下均升高，這可能是低濃度的銅作用下酶的底物濃度升高所致；高濃度銅脅迫下，3種酶活性迅速下降，則可能是銅破壞了酶的分子結構，而且銅脅迫下產生的活性氧濃度過高，攻擊酶本身，表現為3種酶活性明顯降低。此外，在本試驗中，植物細胞膜質大分子氧化產物MDA的含量隨銅脅迫濃度的升高而增加，亦說明隨銅脅迫濃度的增加，咖啡幼苗膜質過氧化加重，銅中毒程度加深。

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2.3 銅脅迫對咖啡幼苗CAT活性的影響

CAT是催化細胞內過氧化氫分解為水和氧氣的一種酶，存在于幾乎所有生物體中，對維持細胞內正常水平的過氧化氫有著重要的作用，其活性的強弱與過氧化氫的積累有著直接的關系。由表2可知，在銅脅迫處理下，CAT活性隨銅脅迫的加劇呈先升高后降低的態勢，在銅10 mg/L處理達到最大值，為空白對照的113.96%。而銅濃度達到15 mg/L后，CAT活性隨銅脅迫的加劇呈明顯降低趨勢。當銅濃度達30 mg/L時，CAT活性較空白對照下降了26.9%。

2.4 銅脅迫對咖啡幼苗POD活性的影響

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2.5 銅脅迫對咖啡幼苗MDA活性的影響

MDA是逆境條件下植物細胞膜質過氧化作用的產物之一，MDA含量往往作為細胞膜質過氧化程度的指標。試驗結果（表2）表明，在重金屬銅脅迫下，咖啡幼苗MDA的含量隨銅濃度增加而升高，在30 mg/L銅脅迫下，其含量對比空白對照增加了68.7%。

3 討論與結論

葉綠素是植物吸收光能合成有機化合物的主要色素，其含量的高低直接反映了植物利用光能合成有機化合物能力的強弱。試驗發現，低濃度銅脅迫下，咖啡幼苗體內葉綠素a、b及總含量均有所升高；而高濃度的銅會導致葉綠素含量急劇降低，這與前人的研究結果相同[13]，低濃度的銅可以作為葉綠體質藍素的組成部分，并可活化葉綠素合成過程中的某些酶，刺激葉綠素的合成，故而使葉綠素含量升高[14]；但銅離子濃度過高時，植物體內葉綠體酶活性失調，導致葉綠素分解加速，此外，高濃度銅脅迫導致POD活性上升也會加速葉綠素降解[11]。

植物體內存在一系列抗氧化保護酶系統，能夠清除活性氧自由基，使其在一個較低的濃度，保證植物正常生長，但是在逆境脅迫下，植物體內活性氧自由基大量產生，打破了其在植物體內的代謝平衡，造成活性氧自由基大量積累，從而對植物造成傷害[15]。植物體內SOD、POD、CAT等抗氧化保護酶能及時清除逆境脅迫誘導產生的過多的活性氧自由基，它們與植物抗逆性密切相關。試驗證明，咖啡幼苗SOD、POD、CAT活性低在濃度銅脅迫下均升高，這可能是低濃度的銅作用下酶的底物濃度升高所致；高濃度銅脅迫下，3種酶活性迅速下降，則可能是銅破壞了酶的分子結構，而且銅脅迫下產生的活性氧濃度過高，攻擊酶本身，表現為3種酶活性明顯降低。此外，在本試驗中，植物細胞膜質大分子氧化產物MDA的含量隨銅脅迫濃度的升高而增加，亦說明隨銅脅迫濃度的增加，咖啡幼苗膜質過氧化加重，銅中毒程度加深。

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