镉胁迫下2种杨树可溶性蛋白含量的变化研究

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摘要 对速生杨107和速生杨118进行不同浓度镉处理，研究其对叶和根的可溶性蛋白含量的影响。结果表明，2种杨树叶片中可溶性蛋白含量随着镉浓度的增加而增加。处理20 d，镉处理组叶片中的可溶性蛋白含量明显增加（除了杨树118的50 μmoL/L 镉处理组）。在高浓度镉（500 μmoL/L）条件下处理30 d，其含量急剧下降。在50 μmoL/L镉处理条件下，2种杨树根的可溶性蛋白含量呈现持续上升的趋势。在100 μmoL/L镉处理组中，速生杨107根的可溶性蛋白含量在前30 d呈上升趋势，速生杨118根的可溶性蛋白含量在整个处理期中一直较高。高浓度镉（500 μmoL/L）处理20 d后2种杨树根部可溶性蛋白含量均急剧下降。

关键词 镉胁迫；杨树；可溶性蛋白；变化

中图分类号 S792.11 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2012）01-0199-02

Changes of Soluble Protein Contents in Two Poplar Trees Under Cadmium Stress

GE Wei JIAO Yun-qiu

（College of Life Sciences，Tianjin Normal University，Tianjin 300387）

Abstract Changes of soluble protein contents in leaves and roots of poplar 107（Populus×euramericana cv.′Neva′） and poplar 118（Populus nigra ×Populus ussuriensi）under the treatments with different concentrations of Cd2+ were investigated. The results indicated that the soluble protein contents in leaves of the two poplar trees increased with increasing Cd2+concentration. The soluble protein content in leaves increased significantly during 20 d except for the treatment with 50 μmoL/L Cd2+ in poplar 118. At high concentration of Cd2+（500 μmoL/L）for 30 d，the content declined significantly. In roots，at the content of 50 μmoL/L Cd2+the content increased significantly during the whole treatment. At 100 μmoL/L Cd2+，the content in roots of poplar 107 increased during 30 d. At the same concentration，the content in poplar 118 was high during the whole treatment. At 500 μmoL/L Cd2+，the content in roots both in the two poplar trees declined significantly after 20 d treatment.

Key words Cadmium stress；poplar tree；soluble protein；change

镉（Cd）不是植物生长的必需元素，它是一种过渡金属，有很强的生物迁移性和毒性，易被植物吸收并积累，并通过食物链严重危害人类健康[1]。低浓度镉对植物生长没有明显的抑制作用。然而，植物体内积累高浓度镉时，则会对植物产生毒害作用[2]。理想的重金属修复植物应具有大的生物量并且能够大量的吸收和富集重金属[3]。除此以外，它还应该具备快速生长特性和较强的重金属耐受能力。杨树在重金属镉修复方面具有很大的潜力[4]，因此，选用速生杨107（Populus×euramericana cv.′Neva′）和速生杨118（Populus nigra×Populus ussuriensi）为材料，研究不同镉浓度处理下，2种杨树叶和根的可溶性蛋白含量的变化，为杨树修复镉毒害提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以速生杨107和速生杨118 扦插枝条作为试验材料。Hoagland营养液，含K2SO4 0.75 mmoL/L、MgSO4・7H2O 0.65 mmoL/L、KCl 0.01 mmoL/L、KH2PO4 0.25 mmoL/L、Ca（NO3）2・4H2O 2 mmoL/L、FeEDTA 100 μmoL/L、H3BO3 10 μmoL/L、MnSO4・H2O 1 μmoL/L、CuSO4・5H2O 0.1 μmoL/L、（NH4）6Mo7O4・4H2O 0.05 μmoL/L、ZnSO4 1 μmoL/L，营养液用无离子水配制，将培养液pH值调至5.5。试验仪器为：气泵、离心机（Eppendorf 5801R，Eppendorf Co.，Germany）等。

1.2 试验设计

试验设4个处理，分别为：1/2 Hoagland营养液+Cd2+ 50 μmoL/L（A）、1/2 Hoagland营养液+Cd2+ 100 μmoL/L（B）、1/2 Hoagland营养液+Cd2+ 500 μmoL/L（C），以1/2 Hoagland营养液不添加Cd2+作为对照（CK）。重复15次。

1.3 试验方法

于处理前选取长度15 cm左右的枝条，置于1/2 Hoagland营养液中培养28 d，然后从中选取长势均一的枝条按照设计要求处理40 d，每隔10 d换1次处理液，用气泵对培养液通气。

1.4 测定内容与方法

从各处理组杨树中分别选取新鲜的根和完全展开的叶片，用无离子水洗净后用吸水纸吸干水分，分别准确称重，记录。然后将根和叶片剪碎于预冷研钵中，加入50 mmoL/L PBS（pH值为7.8）2 mL，冰浴研磨成匀浆，转移至离心管中，再用提取介质冲洗研钵3次（每次1 mL），合并冲洗液于离心管中，共计5 mL。提取液于4 ℃下10 000 r/min离心20 min，上清液即为粗酶液，每10 d测定1次。取0.1 mL粗制酶液加入3 mL G-250酸性溶液（浓度为100 mg/L）中，反应5 min后，用分光光度计测定体系的OD595 nm。计算公式如下：

C浓度（mg/g）＝A595×5×m/（0.0174 24×V）（1）

式（1）中，C浓度为可溶性蛋白的浓度（鲜重）；A595为加入G-250后可溶性蛋白溶液在595 nm处的光吸收值；m为叶片或根的鲜重；V为反应体系的容积。

1.5 数据统计与处理

数据采用Sigmaplot 8.0软件进行处理，选用平均值和标准误进行统计分析，使用 SPSS 13.0对数据进行差异显著性分析。

2 结果与分析

由图1、图2可知，2种杨树叶的可溶性蛋白含量在处理期间表现出相似的变化趋势：镉处理20 d时，速生杨107的可溶性蛋白含量相对于对照组明显增加（P处理C。

由图3和图4可知，速生杨107和速生杨118根中可溶性蛋白含量在镉处理期间的变化趋势：在处理A下，2种杨树根中可溶性蛋白含量变化相似，在处理期间呈现持续上升的趋势。处理B中2种杨树根的可溶性蛋白含量变化存在差异，其中速生杨107根的可溶性蛋白含量在前30 d中呈上升趋势，随后下降，在40 d明显低于处理A，但高于CK和处理C；速生杨118根处理B的可溶性蛋白含量在处理期中一直上升并在40 d时达到最高值，与其他各组存在显著性差异。处理C中2种杨树根的可溶性蛋白含量在处理20 d后均一直下降。CK可溶性蛋白含量明显低于镉处理组合，速生杨107处理C的40 d除外。2种杨树叶的可溶性蛋白含量明显高于根的可溶性蛋白含量。

3 结论与讨论

研究表明，镉处理组2种杨树叶片中的可溶性蛋白质含量呈现先升后降的趋势，并且随着镉处理浓度的增加，可溶性蛋白含量明显递减。在根中，低浓度处理组中可溶性蛋白含量在处理期中一直呈现上升趋势，高浓度处理组则先升后降。在处理前期可溶性蛋白含量上升的原因可以解释为镉胁迫引起植物细胞内部相关基因的表达，使植物体内蛋白质的合成量大量增加。此外，在重金属胁迫下植物体内会产生抗重金属蛋白，来抵抗重金属毒害[5]。在处理后期，可溶性蛋白含量下降的原因大体可以解释为当镉进入细胞后，对细胞基因表达、蛋白合成加工等相应酶体系的破坏所致[6]。此外，由于镉抑制光合作用，从而影响植物体内能量代谢和物质同化[7]。Rauser[8]指出，镉胁迫下还会影响一些重要营养元素的吸收运输过程，从而造成一些重要生理物质合成受阻和细胞内干物质产量显著下降，进而表现为生理学上一些生理指标的下降和宏观学的生物量的减少。

根据以前的研究，笔者认为速生杨107和速生杨118都有较强的镉吸收能力和耐受能力。该试验研究所得到的叶和根可溶性蛋白含量数据，对筛选修复镉毒害的杨树品种具有一定的借鉴意义。

4 参考文献

[1] 祖艳群，李元.土壤重金属污染的植物修复技术[J].云南环境科学，2003，22（S1）：58-61.

[2] 纪秀娥，郭翠红，朱峰.水体镉污染对绿豆种子萌发及幼苗生长的影响[J].安徽农业科学，2009，37（9）：3913-3914.

[3] 沈振国，陈怀满.土壤重金属污染生物修复的研究进展[J].农村生态环境，2000，16（2）：39-44.

[4] GU J G，QI L W，JIANG W S，et al.Cadmium accumulation and its effects on growth and gas exchange in four Populus cultivars[J].Acta Biol Cracov Bot，2007（49）：7-14.

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[6] GRILL E，LOFFLER S，WINNACKER E L.Phytochelatins，the heavy-metal-binding peptides of plants，are synthesised from glutathione by a specific-glutamylcysteine dipeptidyl transpeptidase[J].Proc Nat Acad Sci，USA，1989（86）：6838-6842.

[7] COBBETT C S.Phytochelatins and their role in heavy metal detoxification[J].Plant Physiol，2000（123）：825-832.

[8] RAUSER W E.Structure and function of metal chelators produced by plants；the case for organic acids，amino acids，phytin and metallothioneins[J].Cell Biochem Biophys，1999（31）：19-48.