趙淑玲， 王 瀚， 趙桂芳， 卓平清

（隴南師范高等專科學校生命科學與技術系， 甘肅 隴南742500）

隨工業(yè)快速發(fā)展，產生的廢水、廢氣、廢渣對環(huán)境造成一定的危害，三廢的排放嚴重污染了土壤、水體和大氣，導致環(huán)境惡化。過量的重金屬一旦進入環(huán)境，特別是進入土壤就很難予以排除，并且在生物體內有有機化的趨勢，重金屬污染產生的危害更大［1］。鉛（Pb）在環(huán)境中滯留時間較長，產生的污染較大且難以治理［2］。重金屬鉛（pb）不是植物所需元素，在植物體內具有一定的累積性，并對植物產生毒害。

豇豆（Vigna unguiculata（Linn.）Walp）是豆科豇豆屬一年生草本植物，嫩莢可作蔬菜，為多地春夏主要蔬菜之一。本實驗以豇豆為材料，觀察不同濃度Pb2＋處理對豇豆種子萌發(fā)及根的生長，葉綠素含量、SOD、POD等指標的影響，更進一步認識重金屬離子對蔬菜生長發(fā)育的脅迫機理，并為土壤修復提供理論參考。

1 試驗材料與方法

1.1 材料、儀器及試劑

豇豆種子為農望新雜二號，購自江西農望高科技有限公司；RQH－250人工培養(yǎng)箱（金壇市醫(yī)療儀器廠），L－500離心機（姜堰新康醫(yī)療器械有限公司），SP－723PC分光光度計（上海光譜儀器有限公司），HS 1810－2純水機（重慶阿修羅科技發(fā)展有限公司），BCD－206TXZF冰箱（青島海爾集團公司），XYH－2A雙目解剖鏡（上海滬鑠電子科技有限公司），其他試劑如乙醇、NBT等試劑均為分析純（天津大茂化學試劑廠生產）。

1.2 試驗方法

豇豆種子以0.3%的KMnO4溶液消毒30s，蒸餾水沖洗3～5次，挑去破損、癟、壞種子，選取籽粒飽滿一致，無破損的豇豆種子均勻播在鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿中，每皿20粒，期間分別澆100，200，400，600 mg／L（以Pb2＋濃度計）的硝酸鉛溶液，每個處理設置3次重復，并每日及時補充相應濃度的鉛離子溶液，以純水處理種子為對照。處理溫度為25℃，5d后進行生理生化指標測定。

1.2.1 種子萌發(fā)測定種子催芽24h后開始統(tǒng)計。發(fā)芽率公式如下［3］：發(fā)芽率（%）＝發(fā)芽總粒數(shù)／試驗總粒數(shù)×100%。

1.2.2 幼苗根長及根毛變化情

從種子胚根長出后開始每天觀察，在第5天，每皿隨機抽取10株置體式顯微鏡下觀察，并記錄根毛數(shù)量及主根長度。

1.2.3 葉綠素、SOD、POD含量測定

參照王學奎［4］的方法測定葉綠素含量、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD），SOD用NBT還原法進行測定。

1.2.4 實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法

數(shù)據(jù)分析以SPSS 13.0軟件進行，定量指標以x±s表示。

2 結果與分析

2.1 對豇豆種子萌發(fā)率的影響

由圖1可見，不同Pb2＋濃度處理豇豆種子的發(fā)芽率與純水處理豇豆種子的發(fā)芽率相比較變化不大（p＞0.05），發(fā)芽率均在95%及以上，由此推測，可能是Pb2＋對豇豆種子的萌發(fā)沒有抑制作用［5］，也可能是豇豆種子質量、體積較大，且種皮較厚，在萌發(fā)期間能夠有效阻止重金屬離子的滲透，導致處理組與對照組萌發(fā)率差異不大。

圖1 Pb2＋脅迫對種子發(fā)芽率的影響

2.2 對幼苗根長及根毛發(fā)育的影響

處理第2天，對照組與處理組主根生長從長度、色澤上未見明顯差異，但對照組主根均出現(xiàn)細小根毛，而不同濃度處理組暫時沒有根毛發(fā)生，隨后幾天，處理組開始出現(xiàn)根毛，根毛疏密程度、主根的長度等與處理濃度有一定的相關性，主根長度、根毛發(fā)生情況與處理濃度呈負相關性，當處理濃度達400～600mg／L時，主根上根毛稀疏，根尖發(fā)黑萎縮。各處理組主根長度與對照組長度有顯著差異（p＜0.01）。表明，隨Pb2＋濃度的增加，豇豆幼苗根的生長發(fā)育抑制逐漸增強，豇豆幼苗主根及根毛的生長受到脅迫。

培養(yǎng)5d豇豆幼苗生長情況如圖2。

培養(yǎng)5d后豇豆幼苗主根長度及根毛發(fā)生情況見表1。

表1 培養(yǎng)5d后根長及根毛發(fā)生情況

2.3 對葉綠素含量的影響

葉綠素和類胡蘿卜素是高等植物光合作用過程中主要光合色素和輔助色素，其含量的高低是反映植物光合作用能力和生長的一個重要指標。如表2所示，對照組（ck）總葉綠素含量與類胡蘿卜素含量分別為6.18，1.61mg／g，均高于處理組，處理組的總葉綠素與類胡蘿卜素的含量隨Pb2＋離子濃度的增加而降低，呈負相關性（p＜0.05），表明，隨 Pb2＋濃度的增大，葉綠素和類胡蘿卜素的合成受到阻礙，從而影響植物的光合作用。

圖2 Pb2＋不同濃度處理5d后豇豆幼苗形態(tài)

表2 不同Pb2＋濃度對豇豆幼苗體內葉綠素及類胡蘿卜素含量（mg／g）（FW）的影響

2.4 對SOD活性的影響

SOD是生物體內重要的抗氧化酶，它具有特殊的生理活性，能清除超氧自由基。由圖3可以看出，豇豆幼苗SOD活性隨Pb2＋濃度增加，呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，與王景［6］研究結論一致。當Pb2＋濃度在200mg／L時，SOD活性達到最高，當Pb2＋濃度在100，400mg／L和600mg／L時，SOD活性均低于對照組，600mg／L時，SOD活性最低；表明，在低濃度范圍內，豇豆幼苗對Pb2＋有一定的耐受性，但在200mg／L時，SOD又升高，可能是豇豆幼苗在逆境中的一種應激反應，是在外界環(huán)境脅迫下，短時間內活性氧爆發(fā)，誘導SOD酶的合成，增強了SOD酶的活性［7］。但當重金屬離子濃度大，作用時間長時，SOD酶的活性受到抑制。

圖3 不同Pb2＋濃度對豇豆幼苗體內SOD活性影響

2.5 對POD活性的影響

POD主要存在于植物體中，其活性較高。它與呼吸作用、光合作用、生長素的氧化等都有關系。H2O2是光合作用電子傳遞過程及反應過程中的產物，過多H2O2會對細胞造成傷害，POD能清除植物體內過多的H2O2，維持體內H2O2平衡，使細胞正常工作［8］。

圖4 不同Pb2＋濃度對豇豆幼苗體內POD活性影響

由圖4可看出，隨Pb2＋濃度的增加，POD活性先上升后下降，總體呈現(xiàn)上升趨勢。Pb2＋濃度為400 mg／L時，POD活性達到峰值，為對照組的5.6倍，Pb2＋濃度為600mg／L時，POD活性下降，但仍高于對照組。表明重金屬離子的脅迫會導致POD酶活性的增強?；钚缘脑鰪娍赡苁倾U脅迫后，在植物體內產生了一些有害的過氧化物，從而激發(fā)了POD的活性，是植物對逆境的積極響應。

3 討 論

我國鉛鋅礦存儲量較高，在工業(yè)化進程中，大量的含鉛廢水等進入土壤，隨食物鏈進入人體，對人和動物造成危害，近年來屢有鉛污染事例的發(fā)生。

本試驗用不同Pb2＋濃度作用于豇豆種子，對其萌發(fā)及根生長、生理生化指標的測定，發(fā)現(xiàn)不同Pb2＋濃度對豇豆種子的萌發(fā)沒有抑制作用，但對豇豆幼苗的主根生長、根毛的發(fā)生有一定的關聯(lián)，生長狀況與Pb2＋濃度呈負相關性。表明高濃度的鉛對植物主根生長及根毛發(fā)生有危害，影響根系對水分、礦物質的吸收，抑制植物的正常生長。

葉綠素和類胡羅卜素是綠色植物進行光合作用的主要色素和輔助色素，其含量的高低，是衡量光合作用能力及植物生長狀態(tài)的一個重要指標。試驗中，隨Pb2＋濃度增加，葉綠素和類胡羅卜素的含量、葉綠素值呈逐漸遞減。研究表明，重金屬離子能破壞葉綠體結構，隨重金屬離子濃度的增高，葉綠體的類囊體會出現(xiàn)空泡，基粒片層稀疏、垛疊無序，甚至導致膜系統(tǒng)崩潰［9－10］。Kupper研究表明，Pb2＋能取代葉綠素分子中的Mg2＋，從而破壞葉綠體的結構，影響光合色素的合成［11］，同時Pb2＋能抑制原葉綠素酸酯還原酶和氨基－g－酮戊酸的合成，使葉綠素含量降低［12］。據(jù)此可推測，隨Pb2＋離子濃度增高，豇豆幼苗體內葉綠體結構遭到破壞，光合色素合成減少，從而影響豇豆的光合作用、生長及發(fā)育。

重金屬處理植物幼苗，會導致植物細胞核、線粒體等細胞器的變形，尤其是線粒體對重金屬離子敏感，Pb2＋能抑制線粒體氧化磷酸化、線粒體膜上ATP酶及其它酶的活性［10］。在試驗中，豇豆幼苗體內SOD、POD隨Pb2＋濃度的增加，SOD、POD活性先升高后下降，POD活性總體呈上升的趨勢，可能是植物體內的SOD、POD等酶協(xié)同作用，維持體內活性氧處于較低狀態(tài)，但在有外來不利環(huán)境脅迫下，活性氧數(shù)量增加，導致誘導酶活性增強，激發(fā)植物對脅迫反應［7］。

鉛對植物的危害是多方面的，其機理十分復雜。研究植物對重金屬離子的抗逆作用，有利于修復重金屬污染的土壤，保護環(huán)境，造福人類。

［1］江行玉，趙可夫.植物重金屬傷害及其抗性機理［J］.應用與環(huán)境生物學報，2001（1）：92－99.

［2］司衛(wèi)靜，原海燕，韓玉林，等.Pb脅迫對香豌豆幼苗部分生長和生理生化指標的影響［J］.植物資源與環(huán)境應用學報，2013，22（2）：86－91.

［3］王景，王娟，高素萍，等.Pb2＋對紫萼玉簪種子萌發(fā)和幼苗生長的影響［J］.西南農業(yè)學報，2011，24（5）：1 904－1 907.

［4］王學奎.植物生理生化實驗原理和技術［M］.北京.高等教育出版社，2006.

［5］何九軍，王瀚，楊小錄.重金屬鉛Pb脅迫對蘿卜種子萌發(fā)及幼苗葉綠素合成影響的研究［J］.安徽農業(yè)科技，2011，39（33）：20 348－20 350.

［6］王景，王娟，高素萍，等.Pb2＋對紫萼玉簪種子萌發(fā)和幼苗生長的影響［J］.西南農業(yè)學報，2011，24（5）：1 904－1 907.

［7］陳國維，楊洪琴，陳坤浩.鉛脅迫對構樹幼苗抗氧化酶活性的影響［J］.現(xiàn)代農業(yè)科技，2014（14）：135－138.

［8］馬博英.鉛、鋅誘導的高羊茅葉片過氧化物酶活性變化［J］.浙江教育學院學報，2008（4）：77－81.

［9］Lagriffoul A，Mocquot B，Mench M，et al.Cadmium toxicity effects on growth，mineral and cholorophy Ⅱ young Maize（zea mays L.）［J］：Plant Soil，1998，200（2）：241－250.

［10］彭鳴，王煥校，吳玉樹.鎘，鉛誘導的玉米（Zea mays L.）幼苗細胞超微結構的變化［J］.1991，11（6）：426－431.

［11］Kupper H，Kupper F，Spiller M.Environmental relevance of heavy meatl——substituted chlorophylls using the example of water plant［J］.Ep.Bot，1996，47（4）：259－266.

［12］惠俊愛，黨志，葉慶生.鎘脅迫對玉米光合特性的影響［J］.農業(yè)環(huán)境科學報，2010，29（2）：205－210.