水杨酸对废电池胁迫下小麦幼苗抗氧化系统的影响

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摘要：采用土培法，研究不同质量浓度水杨酸（SA）处理对废电池胁迫下小麦（Triticum aestivum L.）幼苗抗氧化系统的影响。结果表明，外源SA处理能明显增强废电池胁迫下小麦幼苗过氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）的活性，并对多项生理指标有改善作用。说明SA能通过刺激抗氧化酶的活性，减轻氧化胁迫，缓解废电池对小麦幼苗的毒害作用。

关键词：小麦（Triticum aestivum L.）；幼苗；废电池；水杨酸；抗氧化系统

中图分类号：S512.1 文献标识码：A 文章编号：0439—8114（2012）19—4207—03

随着电池的广泛应用，废电池的产生也越来越多。废电池中含有Hg、Cd、Pb、Ni、Mn等重金属及酸、碱等电解质溶液，以重金属污染为主[1]。重金属严重影响植物的抗氧化系统，导致代谢过程的紊乱，最终降低植物的产量和品质[2]。目前我国每年生产电池约140亿支，但使用后的废电池回收、利用环节尚不完善，大多随生活垃圾堆放或随意丢弃。其中，农村生活垃圾往往堆制成有机肥施入农田，直接影响作物生长；而城市生活垃圾多为填埋处理，导致重金属物质不断渗入地下水，进而污染农作物。当土壤受到废电池的污染后，不但对植物本身产生直接伤害并进一步累积在植物叶片、茎、根、果实等各个部位，最后通过食物链进一步威胁到人类的健康[3]。因此，如何缓解重金属对植物的毒害、解决废电池的污染问题越来越受到人们的关注。

水杨酸（SA）作为植物的一种内源激素和信号物质，使植物在系统获得抗性方面有着重要的作用[4，5]。有关SA能缓解单一重金属对植物的胁迫作用多有报道[6—9]，但SA能否缓解废电池中多种金属对植物的胁迫还少见报道。小麦（Triticum aestivum L.）是我国主要的粮食作物之一，小麦幼苗期的生长状况直接影响其产量和质量。因此，笔者选取小麦为研究对象，采用土培法，研究不同质量浓度SA处理对废电池胁迫下小麦幼苗抗氧化酶及生理特性的影响，旨在为缓解废电池污染造成的毒害和农业生态环境保护提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为小麦周麦—1，购于周口市农业科学院。

1.2 试验设计

将两节五号废电池剥开，放入烧杯中，加入1 000 mL去离子水浸泡24 h后过滤，得废电池浸出液原液，然后将其与去离子水按1∶4的比例配制成稀释液，再用此稀释液配制成质量浓度为0、25、50、100、150、200 mg/L的SA溶液，并编号为1—6。选择均一、饱满的小麦种子，用10% NaClO消毒10 min后，用自来水冲洗数次，再用去离子水冲洗干净。将种子分成7份，每份100粒，并编号0—6，编号0为对照，用去离子水培养，其他用相应编号含不同质量浓度SA的废电池液浸种12 h后种在相应编号含经过筛选和翻晒的松软沙土的托盘中，于室温下培养，待幼苗长出4片真叶时，在每个托盘中选取同位叶测定酶活性及相应生理指标，3次重复。试验过程中每12 h浇1次相应编号的溶液，每次25 mL。

1.3 测定方法

用愈创木酚法测定叶片过氧化物酶（POD）活性；用联苯三酚自氧化法测定叶片超氧化物歧化酶（SOD）活性，在1 mL反应液中每分钟抑制联苯三酚自氧化速率达50%的酶量定义为一个活性单位；用硫代巴比妥酸法测定叶片丙二醛（MDA）含量；用考马斯亮蓝G—250显色法测定叶片可溶性蛋白质含量[10]；用茚三酮比色法测定游离脯氨酸的含量[11]。

2 结果与分析

2.1 SA对废电池胁迫下小麦幼苗抗氧化酶活性的影响

POD和SOD是植物杭氧化系统中重要的保护酶，能清除体内过多的活性氧簇（Reactive oxygen species，ROS），使机体免受氧化损伤。图1显示，在未添加SA的废电池液胁迫下，小麦幼苗体内的POD活性较CK有所升高，这是植株对不良环境刺激表现出的正常应激反应；经外源SA处理后，在一定质量浓度范围内（25～150 mg/L），POD的活性表现出先降低后升高的趋势，其中SA浓度为50 mg/L时，POD活性降至最低值，随后开始升高，当SA的浓度大于150 mg/L时，小麦幼苗体内的POD活性又开始缓慢下降。经不同质量浓度的外源SA处理后，小麦幼苗体内的SOD活性随SA浓度的增加表现出先升高后下降的趋势，其中SA质量浓度为50 mg/L时，SOD活性达到最高值，比未添加SA的废电池液胁迫增加了48.45%，之后随着SA浓度的升高开始下降，当SA浓度为200 mg/L时，SOD活性降至CK以下。可见，低浓度的SA能诱导小麦幼苗体内POD及SOD酶的活性，高浓度的SA对酶活性具有抑制作用。

2.2 SA对废电池胁迫下小麦幼苗体内MDA含量的影响

MDA是衡量植物经逆境胁迫后膜脂过氧化程度的指标[3]，其在机体内的积累会对细胞产生毒害作用。图2表明，在未添加SA的废电池液胁迫下，小麦幼苗体内的MDA含量增加，说明废电池对小麦幼苗产生了毒害作用。经外源SA处理后，MDA的含量降低，SA浓度达到100 mg/L时，MDA含量降至最低，比未添加SA的废电池液胁迫下的MDA含量降低了39.51%；SA浓度高于100 mg/L时，MDA含量开始升高，说明SA可以缓解废电池对小麦幼苗的胁迫作用，高浓度的SA缓解作用降低，且以100 mg/L的SA效果最佳。

2.3 SA对废电池胁迫下小麦幼苗体内可溶性蛋白质及游离脯氨酸含量的影响

蛋白质是维持生命正常新陈代谢不可缺少的重要物质基础，其含量的多少反映植物对胁迫环境适应能力的大小。从图3可以看出，在未添加SA的废电池液胁迫下，小麦幼苗可溶性蛋白质含量与CK相比变化不大，经不同质量浓度的外源SA处理后，其可溶性蛋白质含量明显升高，在SA浓度为50 mg/L时可溶性蛋白质含量最高，达未添加SA的废电池液处理的3.77倍。

脯氨酸作为植物重要的渗透调节物质，它的积累对逆境适应有着重要的意义。在重金属离子污染下，其含量的变化可以认为是植物对逆境胁迫的一种生理生化反应。从图3可以看出，在未添加SA的废电池液胁迫下，小麦幼苗体内脯氨酸含量明显降低，与CK相比，降低了67.63%，表现出明显的受害现象。经外源SA处理后，其脯氨酸含量明显升高，并以50 mg/L的SA处理效果最好，比未添加SA的废电池液胁迫增加了173.34%。可见，适宜质量浓度的外源SA处理能够促进小麦幼苗体内可溶性蛋白质的积累，提高脯氨酸的含量，增强小麦幼苗抗废电池胁迫的能力。

3 讨论

3.1 SA能抑制废电池胁迫下小麦叶片活性氧的产生和提高抗氧化酶活性

植物受外界不良环境胁迫后，就会产生大量活性氧，当植物体内有过多的活性氧产生却来不及清除时就会对植物体产生氧化胁迫和伤害，活性氧积累诱导膜脂过氧化，使多种生物大分子受到破坏[12]。前人研究表明，植物体内与电子传递相关的叶绿体、线粒体是活性氧产生的主要部位[13]，SA处理后能抑制活性氧的产生速率及H2O2的含量，其原因可能是SA能降低叶绿体和线粒体的电子传递速率，使活性氧产生量下降。有研究表明，SA能直接作用于线粒体的呼吸链从而使产生速率降低[14]，因而活性氧产生的量就相对减少。而姜晶等[15]研究则表明，SA能够直接对超氧阴离子有清除的作用，至少在小麦叶片中，SA能否直接对活性氧进行清除还有待进一步的研究。前人研究表明草莓[16]、爬山虎离体叶片[17]、小麦[18]和水稻[19]经SA处理后能提高其抗氧化能力，这与此次试验SA能提高废电池胁迫下小麦幼苗SOD和POD的活性是一致的。SA处理能提高小麦叶片抗氧化酶的活性，抑制叶片超氧阴离子自由基的生成速率以及过氧化氢的含量，从而增强了细胞膜的稳定性，提高小麦在废电池胁迫下的抗性。

3.2 SA能降低叶片中MDA的含量

MDA是膜脂过氧化的产物，MDA含量的多少与膜脂过氧化程度有关，所以它可以作为植物抗逆性的指标。试验结果表明，在废电池胁迫下，小麦叶片中MDA大量积累，说明废电池中的重金属对叶片有伤害作用。一定质量浓度的外源SA处理可以降低小麦幼苗体内MDA的含量，从而提高其抗逆性。

3.3 SA能促进小麦幼苗体内可溶性蛋白质的积累，增加游离脯氨酸的含量

脯氨酸是植物体内蛋白质的组分之一，并以游离状态广泛存在于植物体内。在干旱、盐渍、重金属等胁迫条件下，许多植物体内脯氨酸会大量积累，积累的脯氨酸除了作为植物细胞质内渗透调节物质外，还在稳定生物大分子结构、降低细胞酸性、解除氨毒以及作为能量库调节细胞氧化还原势等方面起重要作用。但本试验的结果表明，废电池胁迫下，小麦幼苗体内脯氨酸的含量却呈现明显的下降趋势，这与理论不相吻合，原因是废电池中的重金属已经严重破坏了叶片的结构，使得叶片中的脯氨酸不但不能积累，反而下降。而外源SA处理后，其脯氨酸含量明显升高，并以50 mg/L的SA处理效果最好。可见，适宜质量浓度的外源SA处理能够提高小麦幼苗体内脯氨酸的含量，促进其可溶性蛋白质的积累，增强小麦幼苗抗废电池胁迫的能力。

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