鉛離子對核桃幼苗細胞膜透性的影響

譚本會 李虹

摘? ?要? ?采用盆栽試驗，設置不同鉛離子污染濃度（100， 500， 1 000， 1 500， 2 000 mg·kg-1）的土壤作為培養基質，研究鉛離子對核桃一年生幼苗葉片細胞膜透性的影響。結果表明：隨著土壤中鉛離子濃度的增加，核桃幼苗葉片中細胞膜的相對電導率、丙二醛及脯氨酸含量都呈現出逐漸升高的趨勢，表明膜透性增大，植株受到一定程度的傷害;但與對照組比較差異不顯著，說明核桃幼苗對鉛離子脅迫具有抗逆性。

關鍵詞? ?核桃;鉛離子;丙二醛;脯氨酸;電導率;抗逆性

中圖分類號：S723.9;Q945.78? ? 文獻標志碼：A? ? DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.34.011

重金屬鉛作為土壤的主要污染源之一，當在土壤中積累過多時，植物通過吸收使自身的代謝發生紊亂，嚴重者會導致植株死亡。植物的根、莖、葉對土壤中鉛離子有一定的吸收、轉化和降解作用，從而使積累的污染物不會在短期內降解到環境中[1]。鉛離子污染使土壤的生產力下降，使得農作物收成降低，減少種植收入，且鉛離子污染最終通過食物鏈嚴重危害人類健康[2]。因此，研究鉛離子對植物生長發育的影響具有重要意義。

核桃（Juglans regia L.）是世界上重要的堅果類果樹和木本油料樹種，果實含有黃酮、總酚、維生素E、多不飽和脂肪酸和褪黑素等多種成分，營養豐富[3];是一種集蛋白質、脂肪、纖維素、維生素等營養要素于一身的優良干果類食品，栽培的經濟價值高。核桃還具有一定的藥用價值[4]。核桃殼和花生殼作為生態友好材料，按照一定比例投放入輕度鉛污染的土壤中，對土壤修復效果比較理想[5]。此外，核桃作為化感植物，在作物增產及病蟲害防治等方面有著重要的作用[6]。

貴州省畢節市的赫章、威寧等縣區由于土法煉鋅等落后的生產工藝導致目前仍有大量的礦山跡地存在。研究鉛離子對核桃幼苗生長過程中細胞膜透性的影響有助于進一步揭示核桃生長過程中對重金屬的富集機理，為探索經果林樹種在礦山跡地植被恢復中的利用提供理論依據，有利于核桃的規范化種植，從而加快畢節市核桃產業的發展。重金屬鉛離子對植物生理效應及生物學性狀影響方面的研究較多，但主要集中于農作物和部分草本植物，對木本植物的研究相對較少[7]，有關鉛離子對核桃幼苗細胞膜透性影響的研究目前未見報道。

1 材料與方法

1.1 供試苗木的選擇

本試驗供試的核桃幼苗為畢節市種苗站提供的一年生核桃實生苗。

1.2 鉛離子脅迫處理

選用直徑30 cm、高28 cm的花盆為試驗栽培盆，使用無污染充分混勻的土壤作為試驗盆栽的基質，每盆裝無污染土9 kg（干重），下墊塑料托盤，將供試核桃幼苗除去根系原土后移植入盆，每盆栽植1株幼苗。移植后將試驗盆放于正常通風、光照的地方，并進行常規澆水管理，待苗木恢復生長2個月后，選取個體、健康狀況基本一致的苗木進行鉛離子處理。鉛離子處理是以Pb（CH3COO）2·3H2O水溶液的形式加入到基質中，形成鉛離子濃度（以風干基質中含純鉛離子重量計）為100， 500， 1 000， 1 500， 2 000 mg·kg-1的污染土壤，另設不添加污染物的基質作為對照，每個處理濃度設置3個重復。所有的處理及處理后核桃幼苗的生長都在大棚內進行，保證每次都使用等量的水進行澆灌。處理90 d后隨機取葉測定丙二醛、脯氨酸含量及相對電導率的變化。

1.3 相對電導率測定

隨機抽取核桃幼苗葉片，每份稱取0.2 g放入50 mL小燒杯中，加入蒸餾水20 mL，燒杯口用保鮮膜密封好，置于振蕩鍋內振蕩（25 ℃，120 r·min-1）30 min后，室溫下靜置30 min，用DDS211A型電導儀測定每一個小燒杯中溶液的電導值，記錄數據（R1）。測定之后，再一次用保鮮膜密封好小燒杯，并將其放入100 ℃的水浴鍋中煮10 min，取出各個小燒杯并將其冷卻至室溫，測定各燒杯中溶液的電導值，記錄數據（R2）。

按公式：相對電導率（%）= R1/R2×100%，計算核桃葉片的相對電導率[8]。

1.4 丙二醛（MDA）含量測定

采用二硫代巴比妥酸顯色法[9]。隨機抽取每一株核桃苗上的幼葉1片，用自來水、蒸餾水沖洗后，稱取0.5 g葉片于研缽中，加入5 mL 5%的三氯乙酸于研缽中，將研磨后的勻漿離心（4 ℃，3 000 r·min-1）10 min。離心后取上清液2 mL于帶塞的試管中，同時加入2 mL 10%的三氯乙酸（含0.5%硫代巴比妥酸），將試管置于100 ℃水浴中煮沸30 min，冷卻后離心，取上清液于450， 532， 600 nm波長下測定吸光度值。按公式：C=6.45（OD532-OD600）-0.56×OD450計算丙二醛的含量[10]，式中C為MDA濃度，單位μmol·L-1。

1.5 脯氨酸含量測定

脯氨酸含量測定采用茚三酮法[10]。隨機抽取每一株核桃苗上的幼葉1片，用自來水、蒸餾水沖洗，烘干后研磨成粉末狀，稱取0.1 g葉片粉末于10 mL刻度試管中，加入80%的乙醇定容后置于80 ℃的水浴中提取20 min，加入一勺人造沸石和少量活性炭，塞上試管塞并放入振蕩鍋中強烈振蕩5 min，濾液備用。取提取液2 mL，以2 mL 80%乙醇作對照，加入2 mL冰醋酸和2 mL茚三酮試劑，于100 ℃水浴鍋中加熱15 min，冷卻后于520 nm波長測定光密度值，根據標準曲線（見圖1）計算脯氨酸的含量。

2 結果與分析

2.1 鉛離子對核桃幼苗葉片相對電導率的影響

植物細胞膜的功能之一是調節和控制細胞內外物質的交換。當植物受到低溫、高溫、干旱或重金屬污染等不利環境傷害時，其細胞膜的選擇透過性將受到一定程度的影響。表現在污染物與細胞膜上的某些成分發生一定反應，使得成分的結構發生了變化，最終導致膜系統的破壞、膜功能的改變。細胞膜的選擇透過性被改變，細胞內的可溶性物質，如鹽類、有機酸等進入到外界環境介質中，人為環境介質為蒸餾水，外滲液中的物質增加了外界環境蒸餾水的濃度，表現為蒸餾水的導電性增加。由表1可見，隨培養基質中鉛離子濃度增加，核桃幼苗葉片的相對電導率逐漸加大;但由表2的方差分析結果可見，處理組與對照組比較差異不顯著（P>0.05）。表明核桃幼苗對重金屬污染物有一定的吸收、凈化能力。

2.2 鉛離子對核桃幼苗葉片丙二醛（MDA）含量的影響

植物在干旱及各種污染的條件下，細胞膜上會發生膜脂過氧化作用。丙二醛作為細胞膜脂的過氧化產物之一，植物積累丙二醛濃度越高，表明膜脂過氧化程度和膜系統受傷害程度越大，所以丙二醛含量的變化可作為檢測不利條件下植物細胞膜系統受損害程度的指標。由表3可見，隨培養基質中鉛離子濃度增加，核桃幼苗葉片中丙二醛的含量逐漸增加;但由表4的方差分析結果可見，處理組與對照組比較差異不顯著（P>0.05）。表明這個處理濃度范圍（100～1 500 mg·kg-1土壤）之內，推測核桃幼苗細胞膜可以通過積累一定量的丙二醛，保持其滲透調節。

2.3 鉛離子對核桃幼苗葉片脯氨酸含量的影響

植物蛋白的組成部分之一為脯氨酸，脯氨酸在自由狀態下廣泛存在于植物體內。脯氨酸作為一種植物滲透劑膜和酶保護物質，如果植物體內積累較多脯氨酸，表明植物的抗逆性強[7]。由表5可知，隨著培養基質中鉛離子濃度的增加，核桃幼苗葉片中脯氨酸含量表現出增加趨勢;但由表6的方差分析結果可見，處理組與對照組比較差異不顯著（P>0.05）。表明在這個處理濃度范圍（100～1 500 mg·kg-1土壤）之內，核桃幼苗能夠積累游離脯氨酸以保持滲透作用。

3 討論

細胞膜能夠調節和控制細胞內外物質的交流，當植物處于各種不利環境條件下時，細胞膜作為細胞的第一防線，將首先接到刺激和受到破壞，從而導致細胞膜的選擇透過性發生改變或者喪失，引起植物生理代謝的紊亂，嚴重時還會導致細胞的解體和死亡。相對電導率、丙二醛含量、脯氨酸含量的變化是細胞膜受傷害的重要生理指標，因此可以通過測定其含量的變化，來檢測細胞膜受傷害的程度。在本試驗所設定的土壤鉛離子濃度范圍（100～1 500 mg·kg-1）之內，隨著培養基質中鉛離子濃度的增加，核桃幼苗葉片丙二醛、脯氨酸含量及細胞膜的相對電導率都逐漸升高，表明膜透性增大，植株受到一定程度的傷害;但與對照組比較，差異不顯著，說明在該濃度范圍內，核桃幼苗的生長受影響不大，反映出核桃幼苗對鉛離子具有較強的抗逆性。

參考文獻：

[1] 李自陽，梅海軍，蘇金樂.LaCl3對鉛離子下香樟葉片生理指標的影響[J].江西農業學報，2011，23（1）：42-44.

[2] 任安芝，高玉葆，劉爽.鉻、鎘、鉛離子對青菜葉片幾種生理生化指標的影響[J].應用與環境生物學報，2000，6（2）：112-113.

[3] 張玲艷，王宏權.不同種質核桃中酚類物質及其抗氧化性研究[J].中國南方果樹，2016，45（5）：127-132.

[4] 李敏，劉媛，孫翠，等.核桃營養價值研究進展[J].中國糧油學報，2009，24（6）：166-170.

[5] 錢翌，褚興飛.核桃殼和花生殼在鉛離子污染土壤治理中的應用[J].中國農學通報，2011，27（11）：246-249.

[6] 米世銳.云南核桃產業帶給我們的啟示[J].新疆林業，2010（6）：38-40.

[7] 黃化剛，李廷軒，楊肖娥，等.植物對鉛脅迫的耐性及其解毒機制研究進展[J].應用生態學報，2009，20（3）：696-704.

[8] 劉碧英，潘遠智，趙楊迪，等.藿香薊對土壤鉛離子的生理響應[J].應用與環境生物學報，2011，17（5）：652-653.

[9] 徐燕云，吳曉梅，沈秋仙，等.鉛離子對大灰蘚幾種生理指標的影響[J].武漢植物學研究，2010，28（5）：607-608.

[10] 張憲政.作物生理研究法[M].北京：農業出版社，1992：45.