扎龍濕地2種表型蘆葦生理生化差異

楊卓，楊曉杰，劉曉涵

扎龍濕地2種表型蘆葦生理生化差異

楊卓1，楊曉杰2，劉曉涵2

（1. 齊齊哈爾市藥品檢驗中心，黑龍江 齊齊哈爾 161001；2. 齊齊哈爾大學 生命科學與農(nóng)林學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

對扎龍濕地同一生境2種不同表型的蘆葦進行生理生化指標測定，分析2型蘆葦在生理生化代謝水平的差異．結果表明，鐵稈蘆葦?shù)孽r質(zhì)量、干質(zhì)量、可溶性蛋白質(zhì)量濃度、脯氨酸質(zhì)量濃度均極顯著高于普通蘆葦（<0.01），鐵稈蘆葦?shù)娜~綠素含量、可溶性糖濃度、過氧化物酶活性顯著高于普通蘆葦（<0.05）；兩型蘆葦?shù)腃a質(zhì)量濃度差異不顯著，鐵稈蘆葦?shù)腟，Mg質(zhì)量濃度高于普通蘆葦（<0.05），普通蘆葦?shù)腜，K，F(xiàn)e，Cu，Na質(zhì)量濃度顯著或極顯著高于鐵稈蘆葦（<0.05或<0.01），鐵稈蘆葦?shù)?種重金屬Cd，Hg，Pb，Cr質(zhì)量濃度均顯著低于普通蘆葦（<0.05）．由此可見，普通蘆葦具有較強的重金屬富集能力；而鐵稈蘆葦?shù)纳碚{(diào)節(jié)機制、生物代謝水平較好，緩解質(zhì)膜氧化及抗性更強，在同一生境中鐵稈蘆葦長勢優(yōu)于普通蘆葦．

扎龍；蘆葦；生理生化指標；差異性

蘆葦（）為多年生禾本科草本植物，是扎龍濕地分布最廣、面積最大的植被類型，具有調(diào)節(jié)氣候、蘊養(yǎng)水源、凈化污水等生態(tài)效應[1]．蘆葦濕地被認為是生產(chǎn)力最高的生態(tài)系統(tǒng)之一，國內(nèi)外學者已對其開展了廣泛研究，對器官的形態(tài)結構，個體的生物生態(tài)學特性、生理生化特征，種間競爭及蘆葦濕地的生態(tài)效應等都有較多報道[2-5]．在扎龍濕地的考察研究中發(fā)現(xiàn)，同一生境存在2種不同表型的蘆葦，一種為常見的普通蘆葦，另外一種為莖稈分節(jié)處呈現(xiàn)明顯棕紅色的鐵稈蘆葦．這2種不同表型的蘆葦在形態(tài)、經(jīng)濟價值等方面的差異性較大．本文對這兩型蘆葦?shù)谋硇托螒B(tài)特征、莖稈的纖維形態(tài)和化學成分進行了比較分析[6-7]，發(fā)現(xiàn)兩型蘆葦無論在形態(tài)還是纖維成分上都存在較大的差異；二者的生理生化指標及重金屬質(zhì)量濃度是否有差異未見相關報道．本文通過比較兩型蘆葦?shù)纳砩笜思爸亟饘儋|(zhì)量濃度特性差異，研究其生理水平差異的機制，為深入挖掘扎龍濕地優(yōu)異的蘆葦資源及其經(jīng)濟利用提供依據(jù)．

1 材料與方法

1.1 實驗材料

2種不同表型特征的蘆葦（即普通蘆葦，莖稈分節(jié)處呈現(xiàn)明顯紅色的鐵稈蘆葦，見圖1）取自扎龍濕地自然保護區(qū)，生長環(huán)境為水深、光照條件一致的同一片水域，帶根挖回備用．

圖1 2種表型的蘆葦

1.2 實驗方法

2種表型蘆葦?shù)娜~綠素相對含量用葉綠素測定儀測定，含水量、可溶性蛋白質(zhì)量濃度、可溶性糖濃度、脯氨酸質(zhì)量濃度及過氧化物酶活性的測定參考文獻[8]的方法．必需營養(yǎng)元素及重金屬元素的測定選取形態(tài)基本一致、具有代表性的新鮮植株葉片，用水浸泡數(shù)分鐘，然后用蒸餾水洗滌數(shù)次后晾干，置于60 ℃的烘箱中烘干4 h，取出后冷卻至室溫，用粉碎機研磨成粉末，用冷凍干燥機干燥4～6 h．準確稱取樣品粉末0.2～0.3 g于錐形瓶中，分別加入8 mL混合酸（硝酸∶高氯酸=4∶1），用消解儀在儀器標準工作狀態(tài)下消化至溶液澄清不蒸發(fā)棕色煙霧，繼續(xù)用電熱板加熱至干燥狀態(tài)后冷卻，用2%的硝酸定容稀釋至20 mL，同時按相應步驟做空白對照．

取100 μg/L的標準儲備液分別用2% HNO3稀釋并配制成相應濃度的混合標準系列（20 μL～2 mL）．利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測定實驗樣品中元素的質(zhì)量濃度[9]，所有結果均為3次重復取平均值．

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，給出平均值±標準差．

2 結果與分析

2.1 2種表型蘆葦?shù)纳砩笜?/h3>

2種表型蘆葦?shù)纳砩笜艘姳?．由表1可見，2種不同表型蘆葦生理生化指標差異均顯著或極顯著．鐵稈蘆葦鮮質(zhì)量、干質(zhì)量、可溶性蛋白質(zhì)量濃度、脯氨酸質(zhì)量濃度極顯著高于普通蘆葦（0.01）；葉綠素含量、可溶性糖濃度、過氧化物酶活性均顯著高于普通蘆葦（0.05）．植物生長的生物量、株高等是衡量植物生長狀態(tài)的重要指標，葉綠素是植物葉綠體內(nèi)參與光合作用的重要色素，在光合作用的能量捕獲及能量傳遞中起到重要作用[10]．脯氨酸以游離狀態(tài)廣泛存在于植物體中，是植物生長代謝過程中的重要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)[11]；可溶性糖以類似激素的形式在植物生長、發(fā)育、成熟、衰老等過程發(fā)揮調(diào)控作用[12]；可溶性蛋白是重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)，其質(zhì)量濃度的增加和積累能提高細胞的保水能力，對細胞的生命物質(zhì)及生物膜起到保護作用，因此經(jīng)常用作篩選抗性的指標之一[13]．抗氧化酶是能夠減緩氧化速率的一種生物催化劑，可以使毒性物質(zhì)失活、調(diào)節(jié)氧濃度、參與代謝等[14]，這些指標的變化能反映出植物的生長發(fā)育情況，兩型蘆葦在不同的生理生化指標上各有優(yōu)勢．

表1 2種表型蘆葦生理生化指標

*差異顯著（<0.05）；**差異極顯著（<0.01）．下同．

2.2 2種表型蘆葦?shù)脑刭|(zhì)量濃度

2種表型蘆葦?shù)脑刭|(zhì)量濃度見表2．由表2可見，鐵稈蘆葦?shù)腃a，S，Mg元素的質(zhì)量濃度均高于普通蘆葦，其中S，Mg質(zhì)量濃度差異顯著．而普通蘆葦中P，K，F(xiàn)e，Cu，Na的質(zhì)量濃度顯著或極顯著高于鐵稈蘆葦．S，K，Na，F(xiàn)e，Ca在調(diào)節(jié)滲透壓、促進酶活性、蛋白質(zhì)合成、提高光合能力和植物抗性等方面具有重要作用[15]．鐵稈蘆葦合成代謝物質(zhì)的元素Ca，S，Mg質(zhì)量濃度較高，而提供氧化還原反應和維持中間產(chǎn)物的相關元素P，K，F(xiàn)e，Cu，Na質(zhì)量濃度低，說明其自身水平優(yōu)異，在同等條件下對營養(yǎng)的要求較低，如果在外界不利環(huán)境因素的影響下，鐵稈蘆葦較普通蘆葦能更好地調(diào)節(jié)調(diào)控以維持植物正常的生命活動．

表2 2種表型蘆葦營養(yǎng)元素差異 μg/L

2.3 2種表型蘆葦?shù)闹亟饘儋|(zhì)量濃度

2種表型蘆葦?shù)闹亟饘儋|(zhì)量濃度見表3．由表3可見，普通蘆葦?shù)腃d，Hg，Pb，Cr質(zhì)量濃度較鐵稈蘆葦?shù)馁|(zhì)量濃度高，差異均顯著（<0.05）．說明鐵稈蘆葦與普通蘆葦相比具有較好的調(diào)節(jié)能力，從環(huán)境污染修復的角度看，普通蘆葦有較強的富集重金屬能力．

表3 2種表型蘆葦重金屬質(zhì)量濃度差異 μg/L

3 討論

對同質(zhì)生境下2種不同表型的蘆葦進行了生理生化及元素指標的測定．通過比較其生長及生理、元素的差異，揭示其代謝機制的優(yōu)異．不同表型蘆葦為適應其環(huán)境，從表型到結構都進化出不同的適應機制．同質(zhì)生境下鐵稈蘆葦?shù)纳L及抗逆指標含量均高于普通蘆葦，可溶性糖和可溶性蛋白均是能量物質(zhì)，維持生

命活動的滲透調(diào)節(jié)，脯氨酸質(zhì)量濃度高、過氧化物酶活性高的特性說明其清除有害物質(zhì)和修復氧化損傷的能力強，證明其抗逆性優(yōu)異．

由兩型蘆葦重金屬離子Hg，Cr，Pb，Cd質(zhì)量濃度可見，鐵稈蘆葦較普通蘆葦富集更少的重金屬離子，說明鐵稈蘆葦與普通蘆葦相比具有較好的調(diào)節(jié)能力，同樣的環(huán)境條件對其影響較小，對于植物自身是一種適應性演化的體現(xiàn)[16]．普通蘆葦較鐵稈蘆葦對土壤及水域中重金屬的修復能力強，而作為飼草，較少的重金屬質(zhì)量濃度更有利于牲畜的生長．

蘆葦是一種具有諸多效益且生存條件要求較低、繁殖能力強的植物，目前只有少數(shù)學者對鐵稈蘆葦進行過相關研究，通過從生命調(diào)控代謝機制分析其差異，能夠更好地了解蘆葦?shù)膬r值，對減緩濕地的土壤流失和環(huán)境污染具有重要意義[17-18]．綜上所述，對扎龍濕地兩型蘆葦?shù)纳砩I養(yǎng)元素及重金屬指標質(zhì)量濃度分析，鐵稈蘆葦與普通蘆葦存在較大差異，對環(huán)境的適應性更強，而普通蘆葦富集重金屬的能力較強，在蘆葦資源利用時要根據(jù)不同的用途選擇不同的蘆葦資源．

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Physiological and biochemical differences between two phenotypic reed in Zhalong wetland

YANG Zhuo1，YANG Xiaojie2，LIU Xiaohan2

（1. Qiqihar Institute for Drug Control，Qiqihar 161001，China；2. School of Life Science，Agriculture and Forestry，Qiqihar Univeisity，Qiqihar 161006，China）

Physiological and biochemical indexes were measured that two different phenotypes of reed in the same habitat of Zhalong Wetland，and differences of physiological and biochemical metabolism were analyzed．The results showed that，the fresh quality，dry quality，soluble protein content and proline content of tiegan reed were significantly higher than those of common reed（<0.01），the chlorophyll content，soluble sugar content and peroxidase activity of tiegan reed were significantly higher than those of common reed（<0.05）．There was no significant difference in Ca content between two types of reed，the content of S and Mg in tiegan reed were higher than that in common reed（<0.05），the contents of P，K，F(xiàn)e，Cu and Na in common reed were significantly higher than those in tiegan reed（<0.05 or<0.01），the contents of Cd，Hg，Pb and Cr of the four heavy metals in tiegan reed were significantly lower than those in common reed（<0.05）．As can be seen，common reed has a strong ability to accumulate heavy metals．The physiological regulation mechanism and the level of biological metabolism of tiegan reed were better，and the resistance of tiegan reed to plasma membrane oxidation was stronger，the growth of tiegan reed was superior to that of common reed in the same habitat．

Zhalong；reed；physiological and biochemical indicators；difference

Q945

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2022.02.010

1007-9831（2022）02-0053-04

2021-09-19

黑龍江省省屬高等學校基本科研業(yè)務費項目（135509317）；大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（202010232151）

楊卓（1986-），男，黑龍江齊齊哈爾人，工程師，碩士，從事食品及經(jīng)濟植物的檢驗檢測研究．E-mail：yzkj911@ vip.qq.com