微波预处理对镉胁迫引起小麦幼苗脂质过氧化伤害的防护作用
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摘要：采用水培试验在150 μmol/L Cd2+溶液胁迫下研究外源微波预处理对小麦幼苗生长和生理特性的影响。试验结果表明：①镉胁迫下，小麦幼苗生长受到抑制，叶片丙二醛（MDA）含量、过氧化氢（H2O2）含量及超氧自由基（·O—2）产生速率显著增加（P
关键词：微波；镉胁迫；小麦幼苗；脂质过氧化
中图分类号：S512.1 文献标识码：A 文章编号：0439—8114（2012）19—4217—05
镉（Cadmium，Cd）是一种分布较广、毒性较强的重金属，它易溶、易迁移、难降解且易被植物吸收并通过食物链富集进入人体，危害人体健康[1]。土壤中过量的Cd迁移性很强，极易被植物吸收，对植物产生严重的生理毒害作用，引起植物生长的抑制甚至死亡[2，3]。Harminder等[4]研究表明Cd能抑制植物光合作用和蒸腾作用，干扰植物的代谢过程，加速植物的衰老，使植物生长发育受到抑制，甚至导致植物死亡。因此，研究植物Cd毒害的保护措施是植物抗逆研究的重要课题。
微波是一种频率在300 MHz～300 GHz（波长为1 mm～1 m）之间的电磁波。有关微波在植物上的应用已有报道，适当剂量的微波辐射能提高菘蓝和小麦种子的新陈代谢，促进种子的萌发和幼苗的生长发育[5—7]。Chen等[8，9]报道适量微波处理可增强小麦幼苗抗盐和渗透胁迫的能力，但适当剂量的微波辐射对小麦镉胁迫损伤的防护作用至今在国内外尚未见有报道。因此，本研究以小麦幼苗为材料，通过对植物生长、抗氧化物酶活性、抗氧化物质和光合色素含量等指标的测定，探讨外源微波辐射在增强植物抵抗镉胁迫方面的效应及其生理机制，为寻求提高植物耐镉性措施提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料
供试小麦（Triticum aestivum L.） 品种为郑麦4号，由河南省农业科学院提供。
1.2 方法
选取子粒饱满、大小均匀的小麦种子，用0.1% HgCl2消毒1 min后用去离子水冲洗30 min，自然干燥后分为两个处理组，无微波和镉胁迫处理的种子为对照组（CK），进行微波照射和镉胁迫的种子为处理组。所用微波炉（广州顺德电子有限公司制造）输出功率为700 W，波长为125 mm，辐射剂量为126 mW/cm2，辐照种子的时间分别为 0、5、10、15 s，然后置于25 ℃恒温箱中浸种36 h，播种在铺有2层滤纸的培养皿中催芽，80粒/皿，每组设5个重复，待出芽后，培养于（25±1）℃人工气候室内，浇以Hoagland’s营养液，12 h/d光照，相对湿度为70%。待幼苗长至7 d（一叶一心）时，开始镉胁迫处理，即营养液中Cd2+浓度为150 μmol/L。每隔1 d更换1次培养液，试验设3次重复。在镉胁迫处理8 d后取小麦幼苗和根测定各项指标。具体试验设计如下：Hoagland’s营养液， CK；0 s微波预处理+ Hoagland’s营养液+150 μmol/L Cd2+；5 s微波预处理+ Hoagland’s营养液+150 μmol/L Cd2+；10 s微波预处理+ Hoagland’s营养液+150 μmol/L Cd2+；15 s微波预处理+ Hoagland’s营养液+150 μmol/L Cd2+。
1.3 生理生化指标测定
丙二醛（MDA）含量的测定按Predieri等[10]的方法。过氧化氢（CAT）含量的测定按Shi等[11]的方法。超氧自由基（·O—2）产生速率的测定按Elstner等[12]的方法。超氧化物歧化酶（SOD）活性根据Giannoplitis等[13]的方法测定。以每单位时间内抑制光化还原50%的氮蓝四唑（NBT）为一个酶活性单位（U）。CAT酶活性测定参照文献[14]的方法。过氧化物酶（POD）活性测定参照文献[15]的方法。抗坏血酸（ASA）含量测定按Arakawa等[16]的方法。谷胱甘肽（GSH）含量测定按Ellman[17]的方法。叶绿素含量测定参照Arnon[18]的方法。类胡萝卜素含量测定参照Lichtenthaler[19]的方法。根长和株高用直尺进行测量。
1.4 数据处理
采用SPSS 17软件，Duncan's多重比较法进行数据统计分析。采用Origin 7.0软件制图。
2 结果与分析
2.1 微波预处理对镉胁迫小麦幼苗叶片MDA和H2O2含量及·O—2产生速率的影响
由图1可知，镉胁迫不进行微波处理可使小麦幼苗叶片的MDA和H2O2含量及·O—2产生速率显著增加（P
2.2 微波预处理对镉胁迫小麦叶片抗氧化酶活性的影响
SOD、CAT及POD等植物保护酶系统在逆境中对植物均起着重要的保护作用。由图2可知，镉胁迫不进行微波处理的小麦幼苗SOD酶活和CAT酶活与对照（CK）相比显著下降（P
2.3 微波预处理对镉胁迫小麦叶片抗氧化物质含量的影响
AsA和GSH是植物体内两种重要的非酶类抗氧化物质，它们参与的AsA—GSH循环是植物体内重要的清除活性氧自由基系统。如图3所示，镉胁迫不进行微波处理可使小麦幼苗AsA和GSH含量显著降低（P
2.4 微波预处理对镉胁迫小麦叶片光合色素含量的影响
光合色素是绿色植物进行光合作用必需的物质。镉胁迫不进行微波处理可使小麦幼苗叶绿素a、叶绿素b、叶绿素（a+b）及类胡萝卜素含量显著降低（P< 0.05），与对照相比分别降低33.08%、32.03%、32.69%及32.30%。与镉胁迫不进行微波处理相比，10 s微波预处理可使小麦幼苗叶绿素a、叶绿素b、叶绿素（a+b）及类胡萝卜素含量显著增加（P
2.5 微波预处理对镉胁迫小麦幼苗生长的影响
由图4可知，150 μmol/L Cd2+处理使小麦幼苗地上部和根的生长受到明显抑制。与对照（CK）相比，镉胁迫不进行微波预处理可使小麦幼苗的根长和株高显著降低（P
3 小结与讨论
丙二醛（MDA）是膜脂过氧化的产物，其含量的高低反映了细胞膜脂过氧化的水平和植物对逆境条件反应的强弱[3]。本研究表明镉胁迫不进行微波处理显著增加（P
试验结果表明，微波预处理种子5 s、10 s，幼苗叶片活性氧产生速率显著下降（P
研究表明，植物在镉胁迫下叶绿体结构受损，叶绿素生物合成受阻，导致叶绿素总量降低，植物光合作用受到抑制，从而引起植物生长势减弱，生长量减少[23]。本研究表明，镉胁迫不进行微波处理可使小麦幼苗叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素及叶绿素（a+b）含量显著下降（P
根系的吸收、运输能力及植株的光合作用与植物的生长和产量密切相关。本试验结果表明，微波预处理小麦种子5 s、10 s可显著提高镉胁迫小麦幼苗根长和株高，使小麦幼苗保持较高的吸收、运输及光合作用等功能。
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