根施甜菜堿對鎘脅迫下玉米幼苗生理性狀的影響

劉方方 董書婷 陳思曉 巴青松 李桂萍

摘要：以超黑糯玉米自交系I46為材料，研究了根施甜菜堿（GB，25mg/kg）對鎘（10mg/kgCdCl2）脅迫下玉米幼苗葉片生理性狀的影響.結果表明：（1）在鎘脅迫下，玉米幼苗葉片超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）和抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性均顯著低于對照組，超氧陰離子自由基（O2-.）、過氧化氫（H2O2）和丙二醛（MDA）含量均顯著高于對照組.（2）加入外源甜菜堿后，與單獨鎘脅迫處理相比，玉米幼苗葉片中上述四種酶活的活性均顯著升高了52.2%、65.4%、103.2%和75.5%.O2-.、H2O2和MDA含量均顯著下降了46.2%、14.5%和34.9%.因此，本研究認為適宜濃度外源甜菜堿可顯著增強玉米幼苗的抗氧化能力，從而有效減弱鎘脅迫對玉米幼苗的傷害.

關鍵詞：甜菜堿;鎘脅迫;玉米幼苗

中圖分類號：Q945.78? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2019）08-0036-02

鎘（Cd）作為一種比較重要的工農業原料，由于在農業中大量使用農藥及含鎘污水的灌溉，導致很多土壤受到污染.同時，Cd也是最容易被植物吸收和轉運的一種重金屬，即使濃度較低也會對植物體產生很多危害[1].謝惠玲[2]等研究表明，在Cd存在時，植物的莖、葉會出現黃化，葉片會脫落.同時，Cd還容易通過很多途徑污染食物鏈，從而對人體產生危害[3].

甜菜堿（GB）對于高等植物是一種比較重要的滲透調節劑，在調節高等植物對環境脅迫的適應能力，提高植物對各種脅迫因子的抗性等方面都具有重要的生理作用[4].噴施甜菜堿對干旱脅迫下煙草的過氧化氫酶活性有較好調節效應[5]，能有效緩解鎳脅迫對小麥幼苗生長的傷害[4].目前，有關外源GB對鎘脅迫下的玉米幼苗生理性狀的影響報道較少.因此，本試驗主要研究了外源甜菜堿對鎘脅迫下玉米幼苗葉片生理活性的影響，以探明GB對提高玉米耐鎘的作用機理.

1 材料與方法

1.1 材料和設計

供試材料為淮北市濉溪農科所選育的超黑糯玉米自交系I46.

本試驗采用土培法培養玉米苗，在人工智能培養箱內培養.Cd（CdCl2·2.5H2O）與GB混合均勻（3次，每3d攪拌一次）攪拌在土壤中，每盆裝土5㎏.CdCl2濃度為10mg/kg，此濃度是在預試驗中篩選出的對玉米幼苗生長產生半抑制濃度.GB的濃度為25mg/kg，此濃度為預試驗中篩選出的最適濃度.挑選飽滿的玉米籽粒180粒，先消毒5min后，用滅菌蒸餾水沖洗3-5次，每次3-5min.每盆播種10粒，每個處理做3次重復.待玉米幼苗長至第10天時，每個處理隨機取樣，取相同部位玉米葉片分成若干份（0.5g/份），用于測定各項指標.

1.2 測定項目與方法

SOD活性測定和POD活性測定采用李合生使用的方法[6]，CAT活性測定采用李忠光等人使用的方法[7]，APX活性測定采用宋松泉等人的方法[8];O2-.含量測定采用王愛國等人的方法[9];H2O2含量測定采用氯化鈦法;MDA含量測定采用鄒琦使用的方法[10].

1.3 數據分析

所有指標測定均為5次重復，數據處理和統計分析采用DPS 16.05、SigmaPlot 10.0，使用最小顯著差數法，顯著性差異比較在P<0.05水平.

2 結果與分析

2.1 甜菜堿對鎘脅迫下玉米幼苗抗氧化酶活性的影響

由圖1可以看出，Cd2+脅迫下玉米幼苗抗氧化酶的活性均顯著低于對照水平（P<0.05），根施外源GB（25mg/kg）使這4種酶的活性均較單獨Cd2+處理顯著升高，分別升高了52.2%、65.4%、103.2%和75.5%.單獨外施GB（25mg/kg）時，4種抗氧化酶活性與對照相比均顯著升高.由此可見適宜濃度的GB對玉米幼苗的生長沒有產生影響，并且可以明顯提高Cd2+脅迫下玉米幼苗的抗氧化酶活性，從而緩解Cd2+脅迫對供試玉米幼苗的影響.

2.2 甜菜堿對鎘脅迫下玉米幼苗O2-、H2O2和MDA含量的影響

從圖2可以看出，在鎘脅迫下加入25mg/kg甜菜堿時，O2-.含量比單獨Cd處理時降低了46.2%，而單獨施加GB時，O2-.含量顯著低于單獨Cd處理時的值.H2O2的含量在單獨Cd處理時會顯著上升，加入25mg/kg GB時，H2O2含量降低了14.54%，而單獨施加GB時，H2O2含量顯著低于單獨Cd處理時的值.

由圖2可以看出，MDA含量在單獨Cd處理時會顯著升高.在鎘脅迫下加入25mg/kg GB時，MDA含量降低至1.2629mmol/g.FW，而單獨施加GB時，MDA含量顯著低于單獨Cd處理時的值.

由此可知，25mg/kg外源GB能夠較好地輔助鎘脅迫下玉米幼苗內的O2-.和H2O2清除，從而顯著降低玉米細胞膜脂過氧化作用，有效緩解重金屬鎘對玉米的毒害.

3 討論

鎘作為廣泛存在于自然界中的毒性最強的一種重金屬，在進入植物體并積累到一定含量后就會破壞生物細胞的結構和功能[11].而滲透調節是植物適應重金屬脅迫的重要機制之一.作為生長調節劑的甜菜堿本身對植物生長無毒害作用.

SOD、POD、CAT和APX是動植物有機體抗氧化系統中重要的抗氧化酶，這類抗氧化酶能通過有效清除氧自由基的方法來減輕脂質過氧化對機體造成的損傷[12].巴青松等[4]研究表明，利用根施甜菜堿的方法處理的小麥幼苗在Ni2+脅迫下可保持較高的抗氧化酶活性.本試驗的結果也顯示出玉米幼苗在鎘脅迫下抗氧化酶活性相對于對照組都有大幅度的下降，在用一定濃度甜菜堿處理后的玉米幼苗在鎘脅迫下抗氧化酶的活性都有不同程度的升高，表明外施甜菜堿對鎘傷害的玉米幼苗有一定的緩解作用.

脂質過氧化能夠使植物的細胞膜系統受到嚴重損傷.MDA是細胞膜脂質過氧化的最終產物，MDA含量的高低能夠顯示脂質過氧化作用的強弱程度[13].本研究的結果可以表明，Cd脅迫下玉米葉片MDA含量顯著增高，在25mg/kg GB處理下MDA含量顯著降低，說明GB緩解了鎘毒害下玉米幼苗細胞膜受傷害的程度.

由此可見，根施GB能夠顯著提高鎘脅迫下玉米幼苗的抗氧化能力，在一定程度上抑制葉片膜質過氧化的發生，進而緩解了鎘對玉米幼苗的毒害作用，促進了玉米幼苗的生長發育.

——————————

參考文獻：

〔1〕LIU H，HUSSAIN S，PENG S，et al.Potentially toxic elements concentration in milled rice differ among various planting patterns[J].Field Crop Research，2014，168：19-26.

〔2〕謝惠玲，陳愛萍，張鳳英，等.紫蘇對不同濃度鎘脅迫的生理響應[J].中國生態農業學報，2011，19（3）：672-675.

〔3〕KHAN M U， MALIK R N， MUHAMMAD S. Human health risk from Heavy metal via， food crops consumption with wastewater irrigation practices in Pakistan [J].Chemosphere， 2013， 93（10）： 230-238.

〔4〕巴青松，張根生，凌玉，等.根施甜菜堿對鎳脅迫下小麥幼苗生長生理的影響[J].西北植物學報，2017，37（2）：0315-0320.

〔5〕仲曉君，李強，周喜新，等.3種外源植物生長調節劑對干旱脅迫下煙草生理的影響[J].安徽農業大學學報，2017，44（6）：1139-1143.

〔6〕李合生.植物生理生化實驗原理和技術[M].北京：高等教育出版社，2000.164-169.

〔7〕李忠光，李江鴻，杜朝昆，等.在單一提取系統中同時測定五種植物抗氧化酶[J].云南師范大學學報自然科學版，2002，22（6）：44-48.

〔8〕宋松泉，程紅焱，龍春林，等.種子生物學研究指南（精）[M].北京：科學出版社，2005.

〔9〕王愛國，羅廣華.植物的超氧物自由基與羥胺反應的定量關系[J].植物生理學通訊，1990（6）：55-57.

〔10〕鄒琦.植物生理學實驗指導[M].北京：中國農業出版社，2000.163-175.

〔11〕鄭威特.鉀、甜菜堿緩解煙草鎘毒害基因型差異及耐鎘相關miRNA表達差異分析[D].浙江大學，2014.

〔12〕張金彪，黃維南.鎘對植物生理生態效應的研究進展[J].生態學報，2000，20（3）：514-523.

〔13〕王芳，彭云玲，方永豐.外源油菜素內酯對玉米幼苗鎘毒害耐受性的影響[J].干旱地區農業研究，2018，36（5）：21-27.