萱草品種對Hg2+脅迫的生理響應

付寶春

（山西省農業科學院園藝研究所，山西太原030031）

由于我國工業科技水平的快速提高，環境惡化已成為當前突出的社會問題。汞作為一種慢性劇毒重金屬，雖然在人們的日常生產和生活中有著廣泛用途，但也因其被長期應用和過度排放，使得環境汞污染問題日益嚴重，再加上可用自然資源的逐年減少、退化，持續擴大的汞污染范圍，導致部分土壤、水體Hg2+濃度超標。若不能對Hg2+進行有效處理，殘留于土壤、水體當中的Hg2+不僅會對植物造成生理功能紊亂，濃度過高時可致其死亡，而且還會對當地居民健康產生較大威脅。在這期間已發生了許多影響較大的汞污染事件，甚至還出現了更為嚴重的甲基汞污染。

已有研究發現，部分植物在長期的演化過程中，逐漸形成了對重金屬的適應性，其中不乏能在體內大量吸收、蓄積環境中Hg2+后仍可正常生長，具有修復汞污染環境的植物，以及通過某些保護機制降低對生境中汞元素的吸收，避免遭受Hg2+毒害的種質。隨著環境汞毒害效應的備受關注，篩選耐汞植物資源，并探討其適應機制已成為當前植物應用研究的焦點。

萱草（Hemerocallissp.），作為萱草科萱草屬地被花卉，因其自身花色豐富，抗逆性強，管理粗放，已被廣泛應用于生態城市建設當中。我國擁有豐富的萱草種質，概覽萱草屬植物的研究歷史，國內外已在生理生化[1-2]、分類鑒定[3-6]、組培繁育[7-9]等領域對其進行了大量研究，但對該屬植物逆境脅迫的研究相對較少[10-12]，關于萱草對汞脅迫的生理響應相關文獻更鮮有報道。

本試驗采用盆栽法，研究不同質量分數Hg2+對萱草品種生理生化特征的影響，探究萱草屬植物在Hg2+脅迫條件下的生理生化變化，不僅可為研究萱草耐汞機制提供一定的參考依據，同時也對開展萱草品種引種栽培、園林應用、新品種選育具有極其重要的意義。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗以萱草紅霞（Hemerocallis'Red clouds'）為研究對象，該品種栽植于山西省農業科學院園藝研究所試驗基地，苗木管理和生長正常。

1.2 試驗方法

試驗采用盆栽法，將等量風干的土壤裝入盆（25 cm×20 cm）中，以HgCl2為外源汞，設置Hg2+質量分數分別為 0（CK），1（處理 1），5（處理 2），10（處理 3），50 mg/kg（處理 4），將 HgCl2配制成相應質量分數的溶液，均勻噴灑于泥土中，每個處理設置5盆。種植前，選取生長整齊一致的萱草植株，將其裝盆轉入日光溫室，每盆栽植3株萱草，正常水分管理，培養3個月至植株恢復正常狀態后開始試驗，15 d后測定各項生理指標，每次測定3次重復。

1.3 測定項目及方法

丙二醛（MDA）含量采用TBA[13]法測定。過氧化物酶（POD）活性采用愈創木酚法[14]測定，超氧化物歧化酶（SOD）活性測定方法參照文獻[14]進行。可溶性蛋白含量（SP）采用考馬思亮藍法[13]檢測，脯氨酸（Pro）通過酸性茚三酮法[13]檢測。

1.4 數據分析

采用Microsoft Excel 2010對數據進行處理及繪圖，數據采用SPSS 18.0軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 Hg2+脅迫對萱草Pro含量的影響

由圖1可知，在Hg2+脅迫下，萱草Pro含量隨著Hg2+質量分數的升高而不斷增大。當Hg2+質量分數小于5 mg/kg時，萱草葉片Pro含量變化不大（P＞0.05）；當Hg2+質量分數為10 mg/kg時，萱草葉片Pro含量相比CK增加了25.87%；Hg2+質量分數增加到50 mg/kg時，萱草葉片的Pro含量增加幅度較大，達到CK的163.64%。

2.2 Hg2+脅迫對萱草MDA含量的影響

由圖2可知，不同質量分數的Hg2+脅迫均可引起細胞膜受損，當Hg2+質量分數為1mg/kg時，MDA含量為CK的105.76%，隨著Hg2+脅迫濃度的增加，萱草葉片MDA含量顯著升高，當Hg2+質量分數為5，10mg/kg時，其葉片MDA含量與CK相比差異顯著（P＜0.05），分別為 CK 的 150.62%，172.02%；當Hg2+質量分數為50 mg/kg時，萱草葉片MDA含量相比CK增加了119.75%，達到534 μmol/L。

2.3 Hg2+脅迫對萱草POD，SOD活性的影響

在各Hg2+脅迫水平下，SOD和POD活性的整體趨勢有所差異，SOD活性表現為先升高后下降，而POD活性則持續升高。由圖3，4可知，當Hg2+質量分數＜10 mg/kg時，2種酶活性均表現為逐漸上升趨勢，其中，SOD活性上升幅度較快。在Hg2+質量分數為 10 mg/kg時，SOD 活性與 0，1，5 mg/kg之間均表現為差異顯著（P＜0.05），并達到最大值，為CK的483.81%。當Hg2+質量分數達到50 mg/kg時，POD活性達到最大值，為CK的182.03%，與其差異顯著（P＜0.05），而SOD活性則降低到略高于CK（P＞0.05），僅為CK的134.95%。

2.4 Hg2+脅迫對萱草SP含量的影響

由圖5可知，SP含量變化趨勢表現為倒“U”型，較低質量分數Hg2+脅迫（1 mg/kg）可以使萱草葉片內SP含量少量增加（P＜0.05），而當Hg2+脅迫程度逐漸增加時，萱草葉片內SP含量有所下降，但在5，10mg/kg的Hg2+脅迫下，SP含量差異不大（P＞0.05），分別為 CK 的 91.02%，87.35%，當 50 mg/kg Hg2+脅迫時，SP含量相比CK下降了23.67%（P＜0.05），僅為CK的76.33%。

3 討論與結論

重金屬脅迫能夠引起植物細胞膜受損，致使膜上結合酶和胞內酶失調，膜透性升高，胞內脫水、營養物質外漏，而有毒物質可無限制的流入胞內，引起代謝紊亂，嚴重時還會對植株造成不同程度的損傷[15]，但植物在演變進程中，也出現了許多生理生化變化來適應不良環境對自身生長發育產生的負面影響。

脯氨酸（Pro）和可溶性蛋白（SP）作為調節植物細胞滲透勢的理想物質，具有降低細胞水勢，平衡細胞內外滲透勢的功能，其中，Pro的累積對植物適應逆境具有重要意義，而可溶性蛋白又是植物有機結構的重要組成成分。有研究發現，植物在遭受Cd，Pb，Hg等脅迫后，其自身蛋白質的空間構象會遭到嚴重損壞，導致折疊變性，造成植物體內蛋白質含量的下降[16]，這就意味著植物在Hg2+脅迫下受到的傷害程度與植物SP含量的下降具有一定的相關關系。本研究結果表明，萱草葉片Pro含量隨著Hg2+脅迫程度的增加表現出迅速增加趨勢，而SP含量在經過稍許增加后又逐漸下降。說明萱草在受到Hg2+脅迫后能通過積累Pro來調節細胞水勢，避免細胞脫水和營養物質外滲，且在一定程度上防止蛋白質脫水變性，但隨著Hg2+脅迫程度的加深，細胞中的核糖體受損，蛋白質結構改變，使其變性凝固，導致SP含量下降，影響萱草正常生長。

Hg2+脅迫使植物產生大量活性氧，造成植物體內活性氧動態失衡，發生膜脂過氧化，引起植物生物大分子氧化損傷，產生的MDA又致使質膜系統受到損傷，引起電解質外漏[17]。而POD，SOD作為具有活性氧（ROS）清除功能的酶類，在一定程度上可以消除由Hg2+脅迫所產生的超量ROS，使植物體內ROS恢復平衡，以加強其對Hg2+脅迫的抵御水平[18]。本研究發現，高濃度Hg2+脅迫導致萱草葉片MDA含量迅速上升，而此時SOD活性大幅下降，表明Hg2+脅迫，尤其是高濃度Hg2+可能超出了萱草對Hg2+脅迫的忍受范圍，即提高植物自身酶活性仍不能有效緩解萱草體內ROS快速增加，以致其ROS代謝嚴重紊亂，而過量的ROS又促使酶活性下降，細胞膜受損，致使Hg2+脅迫對萱草的傷害程度更加嚴重，這與孫延東等[19]在Cd，Cu脅迫下對黃菖蒲以及過昱辰等[20]在Hg脅迫下對暖季型草坪草的研究結果一致。