重金屬鎘脅迫對油橄欖幼苗生長的影響

摘要：通過重金屬鎘（Cd）脅迫油橄欖幼苗的盆栽試驗，初步分析Cd2+與油橄欖體內的各種酶和植株生長狀況的關系。結果表明：在50 mg/kg Cd2+處理下，油橄欖幼苗葉片過氧化氫酶（CAT）活性、超氧化物歧化酶（SOD）活性、丙二醛（MDA）含量和可溶性蛋白含量均有不同程度的提高，過氧化物酶（POD）活性有所減弱；而當Cd2+濃度達到100 mg/kg時，各指標均受到抑制。說明低濃度Cd2+促進生長，高濃度Cd2+抑制生長。

關鍵詞：油橄欖；重金屬；抗氧化酶；丙二醛；可溶性蛋白

中圖分類號： S565.901文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2015）11-0110-02

收稿日期：2014-11-18

基金項目：四川省科技支撐項目（編號：12ZC2220）；四川省教育廳重點項目（編號：12ZA153）；四川省教育廳項目（編號：13ZB0298）；西昌學院研究生項目（編號：13BQZ02）。

作者簡介：梁劍（1979—），女，四川廣元人，博士，副教授，主要從事環境生態學研究。E-mail：583132434@qq.com。Cd是植物生長的非必需元素，會對植物的葉綠素合成和抗氧化酶產生不利影響，當超過一定劑量則嚴重影響植物的生理代謝活動，阻礙植物生長發育甚至導致植物死亡[1-2]。隨著工業的發展，汽車尾氣排放，人工合成農藥和肥料的大量使用，水源、大氣和土壤受到重金屬污染的程度日益嚴重[3]，鎘作為一種有害重金屬，易被植物吸收，具有很強的生物毒性[4]，可以通過多種途徑對植物產生毒害，鎘毒害植物的主要途徑是誘導產生大量的活性氧[5-6]。植物中的活性氧過度積累不僅會使膜脂氧化，還能使蛋白質、核酸等生物大分子失去功能和活性，使植物的代謝發生紊亂。

近年來，國內外有關鎘對大田作物種子的萌發（如水稻、小麥等）、生理生化的影響已有不少報道，在蔬菜方面，重金屬Cd2+毒害的報道也多集中在葉菜類。在我國，隨著人們健康意識的提高，橄欖油（Olea europaea L.）作為一種營養健康食用油進入到大眾的日常食譜中。橄欖油不僅營養豐富，而且具有良好的藥用價值，另外橄欖鮮果還可制作果用罐頭、蜜餞果醬。鎘在植物體內主要分布在根、其次是莖等器官，種子對Cd2+有很強的吸收與富集作用[6-7]。因此，本試驗開展了不同濃度的鎘處理對油橄欖幼苗抗氧化酶活性的影響研究，以探明重金屬鎘對油橄欖幼苗生長的影響。

1材料與方法

1.1試驗材料

以油橄欖一年生扦插苗為材料，枝條于2012年采自四川省西昌北河水庫。試驗土壤均采用營養土，試驗前測定鎘的含量。容器選用30 cm的塑料盆。

1.2試驗設計

本試驗于2012年5月1日至6月1日在西昌學院試驗大棚內進行，選用生長狀況一致的一年生油橄欖幼苗60株，平均分為4個處理，分別用0（CK）、50、75、100 mg/kg CdCl2溶液進行處理。每天施入20 mL，處理時間為10 d。 30 d 后測量生物量（株高、葉片數）、干物質量、葉綠素含量以及抗氧化酶活性等生理指標。

1.3測定方法

1.3.1Cd脅迫對油橄欖葉片傷害癥狀的觀察和生物量的測定在整個處理期間，觀察經Cd處理后的油橄欖葉片外部特征發生的變化，試驗結束時取各處理的油橄欖根系進行比較和觀察。收獲時用水浸泡去除根部土壤，沖洗干凈，測量其莖高、根長、葉片數，然后把植物樣品的根、莖、葉分開，分別裝袋，稱其鮮質量，在70 ℃的烘箱中烘至恒質量再分別測干質量。按生長分析方法計算下列參數：葉質量比（LBR）=葉片干質量/植株總干質量；莖質量比（SBR）=莖干質量/植株總干質量；根質量比（RBR）=根系干質量/植株總干質量；耐性指數=處理組生物量/對照組生物量。

1.3.2油橄欖生理生化指標的物測定參照朱祝軍等的方法[8]提取酶液；采用Prochazkva的方法[9]測定超氧化物歧化酶（SOD）活性；采用Cakmak和Marshner的方法[10]測定過氧化氫酶（CAT）和愈創木酚過氧化物酶（POD）活性；采用磺基水楊酸法[11]測定脯氨酸含量。可溶性蛋白含量的測定方法：吸取樣品上清液0.1 mL，加3 mL考馬斯亮藍G-250溶液混合（空白管加pH值為7.8的磷酸緩沖液），放置2 min后于595 nm下測吸光度D595 nm，由標準蛋白曲線查蛋白質濃度C。

1.4統計學分析

上述試驗均重復3次，計算平均值。數據采用SAS 8.2軟件進行統計分析。

2結果與分析

2.1油橄欖形態指標、生物量的測定

50 mg/kg CdCl2處理促進了油橄欖幼苗植株地上部的生長，隨著處理濃度的升高，生長逐漸受到抑制，且隨著處理濃度的增加，抑制幅度明顯加大（表1），在50 mg/kg處理下，株高比對照高0.17%，而當處理濃度達100 mg/kg時，株高比對照矮9.82%，說明鎘對油橄欖幼苗株高的抑制作用很大。

油橄欖幼苗經50、100 mg/kg CdCl2處理培養30 d后，凈

株高和根質量均有增加。在50 mg/kg CdCl2處理下，油橄欖對Cd2+的耐性指數為1.01，說明50 mg/kg CdCl2對油橄欖幼苗生長有促進作用；但在100 mg/kg CdCl2處理下，油橄欖對Cd2+的耐性指數為0.84，說明100 mg/kg CdCl2對油橄欖幼苗生長有抑制作用。從低濃度到高濃度的鎘處理下，油橄欖幼苗莖質量比分別為45.76%、46.02%、46.15%、47.30%，說明重金屬鎘會促進油橄欖植株莖的老化，并且隨濃度升高促進作用加強；葉質量比分別為23.45%、 24.51%、24.25%、25.21%，說明重金屬鎘同樣對油橄欖葉片生長有促進衰老作用，隨Cd2+處理濃度增加仍然出現增加趨勢；但是根質量比分別為30.77%、30.46%、 29.69%、27.48%，由于植株的根在土內和重金屬鎘直接接觸，重金屬對于根的生長則屬于抑制作用，并且隨濃度升高抑制作用更明顯。經上述比較，重金屬對于植株的傷害主要在于根。

2.2Cd2+對油橄欖葉片葉綠素含量的影響

由表2可知，經重金屬Cd2+脅迫處理后，油橄欖葉綠素受到不同程度的抑制，隨著處理濃度的升高，Cd2+脅迫下的葉綠素含量先略有上升后下降（P<0.05），含量在50 mg/kg CdCl2處理時達到最大值，隨后開始下降，這說明高濃度重金屬Cd2+對油橄欖幼苗葉片葉綠素含量具有較強抑制作用。

2.3Cd2+脅迫對油橄欖生理生化的影響

由表3可知，隨著Cd2+濃度增加，抗氧化酶SOD、CAT活性均呈先增強后減弱的趨勢，且差異顯著，其中50 mg/kg CdCl2處理顯著高于對照組和100 mg/kg處理組，而75、100 mg/kg CdCl2處理組顯著低于對照組，說明 50 mg/kg 處理能顯著誘導抗氧化酶活性，而75、100 mg/kg處理顯著抑制了其活性。SOD的活性減弱或增強從側面說明植株的老化程度，在50 mg/kg處理組中，植株能通過自我調節來適應外界環境的改變，但當外界環境刺激過度，如在100 mg/kg處理時，植株就不能通過自我調節來適應環境，SOD、CAT活性就呈直線下降趨勢，油橄欖老化程度加劇。過氧化物酶則出現先減弱后增強的趨勢，且差異顯著， 50 mg/kg 處理顯著低于對照組，說明植株新生組織較多，促進植株生長；在100 mg/kg處理時，則顯著高于對照組，說明油橄欖的組織在衰老。由表4可知，隨著Cd2+處理濃度的增加，MDA含量、可溶性蛋白含量、脯氨酸含量均呈現上升的趨勢，在高濃度鎘處理下上升幅度變大，說明油橄欖能通過自身的調節來抵抗重金屬鎘脅迫。

3結論與討論

鎘毒害可以通過多種途徑誘發活性氧的積累，而活性氧的有效清除是植物適應逆境脅迫的重要機制之一，活性氧的清除系統主要包括抗氧化酶和抗氧化劑兩大類，由于作物的種類、處理方式、脅迫程度的不同可使作物的抗氧化酶出現不同的變化[12]。本試驗中，50 mg/kg CdCl2 處理顯著誘導了油橄欖幼苗葉片中SOD、CAT等抗氧化酶的活性，表明這些酶在清除鎘誘導積累的活性氧方面發揮了重要作用；而 100 mg/kg CdCl2 顯著抑制了抗氧化酶活性，一方面是鎘誘導積累的大量活性氧不能被清除而對編碼酶的基因或蛋白造成損傷[12-14]，另一方面，鎘可抑制營養元素的吸收，取代蛋白質上多種重金屬離子，而使酶的合成或酶的活性受到抑制[15]。

植物對重金屬表現出耐性或超累積特性，是其在進化過程中對逆境脅迫的一種適應性反應，這種適應性與植物自身的生物學特征密切相關，如植物的生長繁殖能力強、具有特殊的組織與細胞結構、發達的解毒物質代謝途徑、大量的清除細胞損傷的活性物質以及特殊的重金屬轉運途徑[16]。

油橄欖幼苗經不同濃度Cd2+作用影響，高濃度Cd2+處理明顯降低了油橄欖幼苗的株高、根長和生物量，這說明高濃度Cd2+處理對油橄欖幼苗生長產生了抑制作用。

本試驗中，經Cd2+脅迫后，各處理的油橄欖幼苗與對照存在顯著差異 （P<0.05），除POD以外，各項生理指標都出現先增加后減少的趨勢，表明油橄欖和其他植物一樣，高濃度Cd2+對生長具有較強抑制作用。重金屬鎘對油橄欖的傷害和其他重金屬一樣，當濃度偏高時，都造成油橄欖植株細胞吸水困難，油橄欖自身調節就會增加MDA、可溶性蛋白和脯氨酸含量來增加細胞滲透壓，使植株不會通過失水而死亡。

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