绿豆幼苗对汞胁迫的生理响应

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摘要：用沙培法探究绿豆幼苗在生长过程中受到Hg2+胁迫后的生理响应。试验结果表明，当Hg2+浓度小于1 mg/L，根活力有所增强，而随Hg2+胁迫浓度增加，根活力下降；当Hg2+浓度为80 mg/L时，其活力为对照组的21%，根老化加速。植株叶绿素含量随Hg2+浓度的增加而呈现下降趋势，Hg2+浓度大于10 mg/L时，对叶绿素含量的影响尤为明显；绿豆幼苗体内SOD、CAT活力对Hg2+胁迫反应相似，当Hg2+浓度为1～10 mg/L时，其SOD、CAT活力呈现上升趋势并高于对照组；之后则呈现下降趋势，并低于对照组。当Hg2+浓度为80 mg/L时，SOD、CAT活力分别为对照组的36%和32%。绿豆幼苗体内脯氨酸和丙二醛的含量随Hg2+浓度增加而增加。

关键词：汞离子；胁迫；绿豆；幼苗；生理响应

中图分类号：S522 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2012）21-4736-03

Physiological Response of Mung Bean Seedling to Hg2+ Stress

LIU Zhi-wei，WANG Xiao-ping，MAO Shan-guo

（Department of Biology Chemistry and Environmental Engineering，Nanjing Xiaozhuang College，Nanjing 211171，China）

Abstract： The physiological response of mung bean seedling under Hg2+ stress was studied by sand culture method. The results showed that when concentration of Hg2+ was lower than 1 mg/L， the root vigor was enhanced. As the stress concentration of Hg2+ increased， root the vigor was weakened； when Hg2+ concentration was 80 mg/L， the root vigor was 21% of that in control； and the aging of root was speed up. The chlorophyll content decreased with the increase of Hg2+ concentration； the impact was especially strong when Hg2+ concentration was higher than 10 mg/L. The SOD and CAT activity reacted similarly to Hg2+ stress. SOD and CAT activity increased and was higher than that of control when Hg2+ concentration was 1～10 mg/L， then decreased with the increase of Hg2+ concentration and was lower than that of control. When Hg2+ concentration was 80 mg/L， SOD and CAT activity was 36% and 32% of the control respectively. The content of Pro and MDA increased with the increasing of Hg2+ concentration.

Key words： Hg2+； stress； mung bean（Phaseolus vadiatus L.）； seedling； physiological response

汞元素在工业生产上被广泛应用，处理不彻底的废水、废渣中的汞进入环境后，大部分存在于土壤的表面，对植物有着直接的伤害[1，2]，并由生物链危及人类健康[3]。绿豆（Phaseolus vadiatus L.）具有良好的食用、药用价值，是被广泛种植的农作物之一。随着人们生活水平的提高，人们对其需求量也逐步增加，同时其品质也备受关注。对绿豆幼苗生长受到重金属胁迫的生理响应的研究不仅有助于了解植物耐重金属胁迫的生理生化机制，而且能为农田绿豆种植重金属污染的监测和综合治理方面提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验绿豆种子为苏绿1号。

1.2 试验处理

挑选饱满、大小较一致的绿豆种子种植于石英沙盆中。待出苗后，每天用1/2 Hoagland培养液浇灌1～2次，光照10 h；等幼苗长出6片真叶，开始移栽到编号为A、B、C、D、E、F和G的花盆中，并对应地用浓度分别为1、5、10、20、40、60、80 mg/L的Hg2+溶液浇灌，用去离子水浇灌对照组（H），7 d后进行生理指标的测试。

1.3 项目测定

根系活力测定采用α-萘胺氧化法[4]，叶绿素含量测定采用分光光度法[4]，采用磺基水杨酸与茚三酮显色法测定脯氨酸的含量[4]，采用比色法测定SOD的活性[4]，采用紫外分光光度计法测定CAT的活性[5]，采用硫代巴比妥酸法测定丙二醛的含量[6]。

2 结果与分析

2.1 Hg2+胁迫对绿豆幼苗根系活力的影响

由图1可知，当Hg2+浓度为1 mg/L时，绿豆幼苗的根系活力高于对照组，为对照组的114%。随Hg2+胁迫浓度的增加，绿豆的根系活力出现被抑制的现象，Hg2+胁迫浓度越大，根系活力下降趋势越明显。

2.2 Hg2+胁迫对绿豆幼苗叶绿素a、b含量的影响

叶绿素是光合作用的场所，主要由叶绿素a、b等色素组成。叶绿素含量可以在一定程度上反映光合作用水平。叶绿素含量降低，光合作用减弱，会导致植物生长受挫，严重玲等[7]认为，叶绿素含量的减少是衡量叶片衰老的重要指标。由图2可知，植株受到1 mg/L Hg2+的胁迫时，叶绿素a、b的值分别为对照组的97%和89%；随着Hg2+胁迫浓度的不断增加，叶绿素a、b含量均呈现下降趋势。当Hg2+浓度为60 mg/L时，叶绿素a、b的值分别为对照组的23%和19%。

2.3 Hg2+胁迫对绿豆幼苗脯氨酸含量的影响

由图3可知，在Hg2+胁迫下，绿豆幼苗体内脯氨酸含量均随着Hg2+胁迫浓度的增加而不断增大。当Hg2+浓度小于10 mg/L时，绿豆幼苗体内脯氨酸含量呈现增加趋势，但增加幅度不大；当Hg2+浓度为5 mg/L时，绿豆幼苗体内脯氨酸含量是对照组的107%；Hg2+浓度增加到40 mg/L时，绿豆幼苗体内的脯氨酸含量呈现明显增加趋势，达到对照组的158%；当Hg2+浓度为80 mg/L时，绿豆幼苗体内脯氨酸含量明显高于对照组，为对照组的196%。

2.4 Hg2+胁迫对绿豆幼苗丙二醛含量的影响

丙二醛（MDA）是膜脂过氧化产物，其含量能反映膜的受损程度。膜受到的损伤程度越大，其含量就越高。由图4可知，Hg2+的胁迫均增大膜的受损程度，当Hg2+浓度分别为1、5 mg/L时，MDA含量分别为对照组的105%、119%，随着Hg2+胁迫浓度的增加，幼苗体内MDA含量出现明显增加趋势，当Hg2+浓度为40 mg/L时，幼苗体内MDA含量为对照组的145%；当Hg2+浓度为80 mg/L时，幼苗体内MDA含量明显高于对照组，为对照组的178%。

2.5 Hg2+胁迫对绿豆幼苗SOD、CAT活力的影响

在Hg2+胁迫条件下，SOD和CAT活力变化趋势相似，均呈现先增加后降低的趋势。由图5、6可知，当Hg2+浓度小于10 mg/L时，SOD和CAT活力呈现上升趋势，当Hg2+浓度为10 mg/L时，SOD、CAT分别达到极大值，分别为对照组的258%和204%。而后随着Hg2+浓度的增加，SOD、CAT的活性呈现下降趋势，当Hg2+浓度为80 mg/L时，SOD、CAT的活性最低，分别为对照组的36%、32%。

3 讨论

研究表明重金属污染对植物的生长会产生一定的影响[8]。本研究结果表明，不同浓度的Hg2+对绿豆幼苗影响是不同的，当Hg2+浓度小于1 mg/L时，绿豆幼苗受到低浓度的Hg2+刺激，能短暂地提高根系活力，增加自身的抗性；当Hg2+浓度小于1 mg/L时，Hg2+对绿豆幼苗叶绿素合成影响较小，其含量为对照组的97%，但随胁迫浓度的增加，根的活力和叶绿素的含量受影响较大；当Hg2+浓度大于10 mg/L时，随着胁迫浓度的增大，根系活力和叶绿素含量下降幅度较大，其中叶绿素a受到的影响比叶绿素b更加明显。

脯氨酸是植物重要的渗透调节物质，它的积累对逆境有适应的意义，也常作为植物对逆境胁迫的一种生理指标。当Hg2+浓度小于10 mg/L时，绿豆幼苗脯氨酸含量呈现增加趋势，但增加幅度不大，随着Hg2+胁迫浓度的增加，绿豆幼苗脯氨酸含量明显增加。当Hg2+浓度分别为40、80 mg/L时，绿豆幼苗脯氨酸含量分别是对照组的158%、196%。

MDA是膜脂过氧化作用的重要产物之一，其含量的高低和细胞质膜通透性的变化是反映细胞膜脂过氧化作用和质膜迫害程度的重要指标。SOD和CAT是植物体内重要的保护性酶，其中SOD主要功能是清除超氧阴离子，CAT可以把SOD清除超氧阴离子产生的H2O2分解成H2O和O2达到清除自由基的目的，从而保护植物体，酶的活力与植物的抗逆性密切相关。当Hg2+浓度小于10 mg/L时，SOD和CAT活力呈现上升趋势，当Hg2+浓度为10 mg/L时，SOD、CAT活力分别为对照组的258%和204%，抗氧化能力有一定的增强，在这个胁迫浓度下，MDA的变化也不大，当Hg2+浓度小于5 mg/L时，MDA为对照组的119%，这是植物适应外界抗性的一种表现，故与其他研究幼苗SOD活性变化的试验结果不尽相同[9]。当Hg2+浓度为80 mg/L高浓度胁迫下，SOD、CAT的活性明显降低，分别为对照组的36%和32%。

参考文献：

[1] 高大翔，郝建朝，李子芳，等.汞胁迫对水稻生长及幼苗生理生化的影响[J]. 农业环境科学学报，2008，27（1）：58-61.

[2] 王小平，华 春，吴向华，等. Cr3+胁迫对油菜幼苗抗氧化酶系统和MDA的影响[J].湖北农业科学，2011，50（8）：1537-1539.

[3] 廖自基.微量元素的环境化学及生物效应[M]. 北京：中国环境科学出版社，1993.299-302.

[4] 张志良，瞿伟菁.植物生理学实验指导[M].北京：高等教育出版社，2002.36-37，67-70，258-259.

[5] 路 明，王艳东，许明丽，等.甲基茉莉酸对悬浮培养南方红豆杉细胞自由基清除系统酶的影响[J].中草药，2002，33（11）：985-988.

[6] 李 玲，李娘辉.植物生理学模块实验指导[M].北京：科学出版社，2009.80-83.

[7] 严重玲，李瑞智，钟章成.模拟酸雨对绿豆、玉米生理生态特性的影响[J].应用生态学报，1995（6）：124-131.

[8] 王小平，宋东杰，周泉澄，等.Cr3+胁迫对苦草叶片活性氧清除系统和叶细胞超微结构的影响[J].植物资源与环境学报，2008， 17（2）：56-60.

[9] 刘世鹏，徐玉霖.水分胁迫对绿豆抗氧化物质活性的影响[J].延安大学学报，2008，27（3）：77-80.

收稿日期：2011-11-17

基金项目：南京晓庄学院自然科学基金资助（2010KYYB14）

作者简介：刘志伟（1990-），男，南京人，2008级生物技术专业本科生，主要从事植物生理方面的研究工作，（电子信箱）；

通信作者，王小平（1969-），硕士，副教授，（电话）13851524368（电子信箱）。