重金屬對豌豆幼苗抗性生理指標的影響

曹萌 南冠君 高玉瓊

摘要：通過水培試驗，研究不同濃度的汞（Hg）、銅（Cu）、鎘（Cd）、鉻（Cr）、鉛（Pb）單一脅迫對豌豆幼苗抗性生理指標的影響，結果表明，隨Hg、Cr脅迫濃度的增加，豌豆幼苗根長呈先增后減趨勢，隨Cu、Cd、Pb脅迫濃度的增加，豌豆幼苗根長呈減小趨勢;豌豆幼苗對重金屬的富集能力大小依次為Cd>Hg>Pb>Cu>Cr，各器官重金屬積累量變化順序為根>莖>葉，且隨重金屬濃度的增加而增加;隨重金屬脅迫濃度的增加，葉綠素、脯氨酸含量及超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）活性大致呈先升后降趨勢，MDA含量大致呈增加趨勢;隨Cu、Cd、Pb脅迫濃度的增加，幼苗可溶性蛋白含量大致呈下降趨勢，隨Hg、Cr脅迫濃度的增加，可溶性蛋白含量呈先升后降趨勢。因此，低濃度重金屬脅迫可提高豌豆幼苗的抗氧化能力，幼苗呈一定的抗逆性，但對不同重金屬的抗性大小存在差異，豌豆幼苗可用于Hg污染環境的治理。

關鍵詞：豌豆;重金屬;汞;銅;富集能力;抗性生理指標

中圖分類號： S643.301 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2019）07-0161-05

近年來，隨著金屬礦山的大量開采，冶金工業和工農業生產的迅速發展，大量重金屬元素進入土壤和水源，導致土壤、水體和生物受到不同程度的重金屬污染[1-2]，造成土壤生產力下降、農產品被污染、生態環境遭受破壞，同時，重金屬通過植物吸收并經食物鏈進入人體，并威脅人類健康[3]。因此，科學預測與評價重金屬環境污染，提出科學的重金屬治理措施具有十分重要的意義。

汞（Hg）、銅（Cu）、鎘（Cd）、鉻（Cr）、鉛（Pb）等是農業生產中較為常見的5種重金屬，會與蛋白質結合，抑制酶的活性，或破壞質膜的選擇透性，阻礙植物正常代謝，對植物造成不同程度的傷害。國內外有關于重金屬脅迫對植物體可溶性蛋白、丙二醛（MDA）、游離脯氨酸（Pro）含量及超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）活性等影響的研究報道。簡敏菲等研究Cd、Pb脅迫對丁香蓼生理生化的影響時發現，Cd、Pb可抑制丁香蓼的生長，且隨污染物濃度的增加而抑制作用增強[4]。夏吉林等研究重金屬Zn、Cu、Pb脅迫對長鬃蓼部分抗性生理指標的影響時發現，長鬃蓼對Zn、Cu、Pb的抗性不同[5]。Tang等研究高濃度Cr脅迫下茶樹生理生化指標變化時發現，高濃度Cr脅迫對茶樹的正常代謝、功能和細胞結構有較強的抑制和破壞作用[6]。Imtiyaz等研究鈷（Co）、Pb脅迫對大豆生理指標的影響時發現，Co、Pb脅迫可顯著降低種子發芽率、幼苗生長和生物量[7]。

豌豆（Pisum sativum L.）是世界第四大豆類作物，其蛋白質含量較高，一般可作為人類食品和動物飼料[8-9]而被廣泛食用。目前，Hg、Cu、Pb、Cd、Cr等5種重金屬脅迫對豌豆幼苗不同器官生理指標影響的研究鮮見報道。本試驗以豌豆幼苗為材料，測定Hg、Cu、Cd、Cr、Pb不同濃度脅迫下豌豆幼苗葉、莖、根不同器官對重金屬吸收積累的影響，探討其抗性生理指標的變化，為豌豆的無害化栽培及重金屬污染預測、安全性評價和治理提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與儀器

游離蛋白質、MDA、SOD、POD、CAT、Pro檢測試劑盒，購于南京建成生物工程研究所;磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、乙醇、氯化鈉，均為分析純等級。SP-752型紫外可見分光光度計，由上海光譜儀器有限公司生產;福立AA1700型原子吸收分光光度計，由浙江省福立分析儀器有限公司生產。

1.2 試驗方法

試驗于2017年5—7月在西安交通大學藥學實驗教學中心進行。當年產豌豆種子，0.2% KMnO4溶液漂洗15 min進行表面消毒;豆芽機中25 ℃去超純水發芽培養7 d左右，待幼苗長到2葉1心時，將其分別轉入含有4種不同濃度的重金屬溶液中繼續培養，觀察幼苗生長變化情況。Hg的使用濃度分別為0（control group，CG）、1、2、5 mg/L，Cu的使用濃度分別為0（CG）、15、30、45 mg/L，Cd的使用濃度分別為0（CG）、4、8、10 mg/L，Cr的使用濃度分別為0（CG）、5、10、15 mg/L，Pb的使用濃度分別為0（CG）、20、40、80 mg/L。重金屬脅迫處理后4 d，測定豌豆幼苗各生化指標及生物量。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 形態指標 采用直尺測量豌豆幼苗的根長度，稱量其濕質量;烘箱中105 ℃殺青15 min，80 ℃干燥至恒質量，稱量其干質量。

1.3.2 幼苗中的重金屬含量 幼苗用自來水沖洗，浸入 20 mmol/L 乙二胺四乙酸（EDTA）溶液10 min以除去表面吸附的金屬;超純水洗滌，烘箱中干燥;研磨，稱質量，用硝酸、過氧化氫體積比為4 ∶ 1的混合液消化;采用原子吸收光譜法分析消化液中的重金屬元素含量，儀器參數設置及分析條件見表1;計算豌豆幼苗對重金屬的蓄積能力，公式為

蓄積能力=（Ccmax-Cc0）/Cmax。

式中：Ccmax為最大脅迫濃度時整株幼苗體內的重金屬含量;Cc0為對照組整株幼苗體內的重金屬含量;Cmax為重金屬的最大脅迫濃度。

1.3.3 生化指標 采用混合液法測定葉綠素含量[10-11];分別采用考馬斯亮藍G-250染色法、硫代巴比妥酸（TBA）法、氮藍四唑（NBT）法、愈創木酚比色法、紫外吸收法測定可溶性蛋白含量、MDA含量、SOD活性、POD活性、CAT活性;采用酸性茚三酮法測定游離脯氨酸（Pro）含量。所有測定均按檢測試劑盒中的操作方法進行。

1.4 統計分析