鉛脅迫對14個紫花苜蓿雜交組合生理生化指標的影響

陳晶晶， 王英哲， 金 艷， 周 仂， 徐 博*

(1. 吉林農業大學動物科學技術學院， 吉林 長春130118； 2. 吉林省農業科學院， 吉林 長春130033)

隨著我國經濟科技的迅猛發展，環境污染問題日益嚴重，而重金屬污染是當今面積最廣、危害最大的環境問題之一，當植物體內重金屬過量積累或超過臨界值時，會對植物的生長發育和代謝產生消極影響[1-3]。紫花苜蓿(MedicagosativeL.)作為一種優質的多年生豆科牧草，在畜牧業中有著舉足輕重的地位。重金屬鉛對紫花苜蓿的污染也是不可避免的，當鉛在紫花苜蓿體內過量積累時會導致鉛在動物和人的體內富集，從而對人體產生危害。本試驗以不育系MS-GN為母本，14個不同的父本構建的雜交組合F1代種子為材料，研究在不同濃度硝酸鉛溶液處理下的雜交組合F1幼苗的生理指標變化，分析鉛脅迫對生理指標產生的影響，以期找到在鉛脅迫下耐受性更強的紫花苜蓿雜交組合，為紫花苜蓿耐鉛品種選育提供研究基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及處理

本研究以14個不同品種的紫花苜蓿為父本、不育系MS-GN為母本構建的雜交組合F1代為研究材料，供試材料均由吉林省農業科學院提供。父本來源見表1。

挑選籽粒飽滿的雜交組合種子播種于盛有滅菌營養土的花盆中，花盆高15 cm，口徑10 cm，每盆播種6粒種子，每個雜交組合播種18盆。做好標記后移至HPG-400HX人工氣候箱培養40天(光照12 000 lx，15 h，溫度25℃、濕度75%；無光照，9 h，溫度20℃、濕度75%)。配制不同濃度(50 mmol·L-1，100 mmol·L-1，150 mmol·L-1，200 mmol·L-1，300 mmol·L-1)的硝酸鉛[Pb(NO3)2]溶液，每個雜交組合3盆為1組，共分為5個處理組和1個對照組。處理組每盆澆灌5 mL相應濃度的Pb(NO3)2溶液，對照組噴施相同體積的蒸餾水，每3 d處理1次，共處理3次，每次處理后均放回原培養箱培養，9 d后測定各項生理指標：可溶性蛋白(soluble protein,SP)、可溶性糖(soluble sugar,SS)、丙二醛(methane dicarboxylic aldehyde,MDA)、過氧化氫酶(catalase,CAT)。

表1 紫花苜蓿雜交組合父本來源Table 1 The source of alfalfa hybrid combinations

1.2 指標測定及方法

1.2.1植物組織液的提取 稱取0.1500 g幼苗的新鮮葉片剪碎，加入0.05 mol·L-1，pH=7.8的磷酸緩沖液1.5 ml及少量的石英砂于研缽中研磨，移至2 ml離心管中，5 000 r·min-1，4℃下離心10 min，取上清液，用于指標測定[4]。

1.2.2生理指標的測定 MDA含量采用硫代巴比妥酸(TBA)比色法[4]，SS含量采用蒽酮比色法測定[4]，SP含量采用考馬斯亮藍G-250染色法測定，CAT活性采用可見光法測定[4]。

1.3 數據處理

試驗所得數據均采用Excel 2013，SPSS 18.0統計軟件進行數學統計分析。

1.4 綜合評價方法

采用Fuzzy數學中隸屬函數法進行綜合評判[5]。

與耐受性呈正相關的參數SP、SS、CAT采用公式1：

(1)

與耐受性呈負相關的參數MDA采用公式2:

(2)

式中：Xijk表示第i個品種第j個處理下的第k個指標的測定值；U(Xijk)表示第i個品種第j個處理下的第k個指標的隸屬度，且U(Xijk)∈[0,1]；XMIN，XMAX表示測定值中的最小值和最大值。

2 結果

2.1 SP含量的變化

不同濃度硝酸鉛溶液處理下各個雜交組合幼苗中的SP含量變化結果如表2所示。

表2 不同處理對SP含量的影響Table2 Effects of different treatments on soluble protein contents

注：不同字母表示同一雜交組合不同處理間差異顯著(P<0.05)，下同

Note:Different letters indicate significant difference among different treatments at the 0.05 level,the same as below

2.2 SS含量變化

鉛脅迫處理下各個雜交組合幼苗中的SS含量變化結果如表3所示。

2.3 MDA含量的變化

不同濃度硝酸鉛溶液對雜交組合幼苗處理后的MDA含量變化結果如表4所示。

表3 不同處理對SS含量的影響Table 3 Effects of different treatments on soluble sugar contents

表4 不同處理下對MDA含量的影響Table 4 Effects of different treatments on MDA contents

2.4 CAT活性的變化

本研究結果表明在經過Pb處理后2×M，4×M，5×M，7×M，8×M，11×M，15×M雜交組合CAT活性升高，結果數據見表5。

2.5 綜合評價

紫花苜蓿對重金屬Pb的耐受性與多個指標均相關，使用隸屬函數法做綜合評價(表6)。各雜交組合的耐受性按大小排序：11×M>8×M>3×M>1×M>7×M>9×M>6×M>2×M>5×M>10×M>4×M>13×M>14×M>12×M。

表6 隸屬函數值Table 6 Subordinate function values

3 結論與討論

植物在遇到干旱、寒冷、凍害、鹽堿脅迫時可通過增加體內滲透調節物質來抵御外界不良環境的影響，以保障自身正常的生長發育。同樣的，紫花苜蓿雜交組合的幼苗在吸收了土壤中的鉛后通過積累體內滲透調節物質，即可溶性蛋白、可溶性糖以及丙二醛，減輕鉛對幼苗產生的不良影響。

SP大多以酶的形式參與植物體的代謝過程[6]，測定SP在鉛脅迫時含量變化亦可作為了解紫花苜蓿體內總代謝的重要指標。如表2結果所示，隨著硝酸鉛溶液濃度的變化SP含量的變化幅度較小，但總體上各雜交組合在不同處理下的SP含量變化呈上升趨勢，2×M，3×M，5×M，7×M，9×M，10×M，11×M，14×M雜交組合的SP含量在經過各個濃度鉛溶液處理后均有所升高。說明這些雜交組合幼苗在遭受不良環境的脅迫時體內代謝活動旺盛，酶的含量升高。

SS的含量影響植物體內總溶質濃度的變化，植物在逆境下積累更多的可溶性糖，增加細胞濃度，從而增強抗逆性[7]。本研究中，各雜交組合幼苗體內可溶性糖的含量經過不同濃度的硝酸鉛溶液處理后均高于對照組，這表明當植物遇到外界逆境脅迫時，會通過增加體內SS含量，增強抗逆性。

MDA是植物在逆境脅迫下對細胞膜脂質過氧化水平的一種反應[8]。由表3結果可知，隨著鉛溶液濃度的升高，3×M，4×M，5×M，6×M，7×M，8×M，9×M，11×M，12×M，14×M雜交組合體內的MDA均升高，說明此時幼苗體內質膜過氧化程度降低。鉛脅迫導致雜交組合幼苗體內MDA的積累從而降低了質膜過氧化水平，表現出對重金屬鉛的抗逆性，這與孫剛[9]、王敏[10]的研究結果一致。

CAT作為重要的酶促清除系統，在清除植物體內過氧化氫、維持氧自由基平衡、減輕逆境對植物的損害等方面具有重要作用[10]。表4結果表明在經過硝酸鉛溶液處理后2×M雜交組合在50 mmol·L-1，100 mmol·L-1，200 mmol·L-1，300 mmol·L-1的硝酸鉛溶液處理下CAT活性顯著高于對照組，4×M雜交組合在150 mmol·L-1，200 mmol·L-1的硝酸鉛溶液處理下CAT活性顯著高于對照組，8×M雜交組合CAT含量雖然在150 mmol·L-1，200 mmol·L-1的硝酸鉛溶液處理下有所升高，但增幅不顯著。11×M雜交組合在200 mmol·L-1，300 mmol·L-1處理下的CAT活性升高但不顯著，12×M的CAT活性在150 mmol·L-1的處理下顯著升高。說明經過硝酸鉛溶液處理后的幼苗通過增加體內CAT活性，加速清除體內活性氧，提升自身的抗逆境能力。而其余雜交組合CAT活性卻有所降低，原因可能是由于父本不同，導致雜交組合之間在耐受性存在差異，鉛脅迫可能抑制其余雜交組合體內CAT的活性。

綜合14個雜交組合F1代在不同濃度的硝酸鉛溶液處理后各項生理指標的隸屬函數值，求得平均值，按大小排序：11×M>8×M>3×M>1×M>7×M>9×M>6×M>2×M>5×M>10×M>4×M>13×M>14×M>12×M。綜合評價的結果與單一指標的結果略有出入，說明了在評價植物耐鉛性時，不宜選擇單一指標作為評價依據，應綜合考慮多個指標的共同作用。