Pb-Cd复合胁迫对构树渗透调节物质的影响

PAGE题目：Pb-Cd复合胁迫对构树渗透调节物质的影响目录15391摘要 Ⅰ20298Abstract Ⅱ2250前言 122501材料和方法 267491.1试验材料及试验设计 2111861.2试验方法 2266181.2.1丙二醛含量的测量 2232931.2.2脯氨酸含量的测定 2246531.2.3可溶性糖含量的测定 2295681.2.4可溶性蛋白含量的测定 2219991.3数据处理 326182结果与分析 329452.1Cd、Pb复合胁迫对构树根系丙二醛含量的影响 3297002.2Cd、Pb复合胁迫对构树根系脯氨酸含量的影响 446722.3Cd、Pb复合胁迫对构树根系可溶性糖含量的影响 5167412.4Cd、Pb复合胁迫对构树根系可溶性蛋白含量的影响 62713小结与讨论 628813参考文献 810264致谢 9PAGEPAGE1摘要铅、镉是环境中主要的重金属污染物，植物在逆境胁迫下可以通过渗透调节物质提高其抗逆性。构树抗逆性极强，研究构树对铅镉复合胁迫的生理响应对于进一步阐明构树的抗逆机制具有重要的意义，为构树在铅、镉污染地区植被修复提供参考依据。本文设置70mg/kgCd+150mg/kgPb、70mg/kgCd+450mg/kgPb、70mg/kgCd+1000mg/kgPb三个不同浓度，采用盆栽试验的方法研究重金属铅、镉复合胁迫对构树渗透调节物质的影响。研究结果表明：（1）脯氨酸和可溶性蛋白含量随着浓度的升高而显著增大。除70mg/kgCd+150mg/kgPb外，均与CK呈极显著增加水平。说明它们在渗透调节中起重要作用（2）而可溶性糖随浓度的增加呈先上升后下降趋势。且均与CK呈极显著水平，在铅镉复合浓度为70mg/kgCd+450mg/kgPb时达到最大，是CK的2.61倍，在浓度为70mg/kgCd+450mg/kgPb时，则随铅镉复合浓度的升高而下降。呈现无规律性。（3）在铅镉复合胁迫下，构树根系中丙二醛的含量在浓度为70mg/kgCd+1000mg/kgPb时，达到最大值，是CK的1.26倍。说明构树根系的细胞膜遭受破坏。由上述可知，铅镉复合胁迫下，构树在浓度为70mg/kgCd+150mg/kgPb、70mg/kgCd+450mg/kgPb时，通过增加脯氨酸和可溶性糖含量来维持渗透平衡，保护细胞膜的受损，表现出较强的抵抗能力，缓解重金属胁迫；而可溶性糖可能没有起到很重要的作用。构树在浓度为70mg/kgCd+1000mg/kgPb时，丙二醛含量显著增大，虽然这些渗透调节物质也在增加，但是还是不足以抵御重金属铅镉的胁迫，表现出膜的透性显著增加。关键词：构树；根系；铅镉复合胁迫；渗透调节

AbstractLeadandcadmiumarethemajorheavymetalcontaminantsintheenvironment,andplantscanimprovetheirresistancetostressthroughosmoticadjustmentsubstancesunderadversitystress.Thephysiologicalresponseofthetreetolead-cadmiumcomplexstressisverystrong,soitisimportanttoelucidatetheinversemechanismofthetreeinordertoprovidereferenceforthevegetationrestorationinPbandCd-contaminatedareas.Inthispaper,threedifferentconcentrationsof70mg/kgCd+150mg/kgPb,70mg/kgCd+450mg/kgPband70mg/kgCd+1000mg/kgPbweresetup,andtheeffectsofheavymetalPbandCdontheosmoticregulatingsubstanceswerestudiedbypotexperiment.Theresultsshowedthat:(1)Thecontentofprolineandsolubleproteinincreasedmarkedlywiththeincreaseofconcentration.Inadditionto70mg/kgCd+150mg/kgPb,bothandCKshowedsignificantlyincreasedlevels.Itshowsthattheyplayanimportantroleinosmoticregulation(2)andthesolublesugarincreasesfirstandthendecreaseswiththeincreaseofconcentration.BothandCKshowedextremelysignificantlevel,whenPbandCdcompoundconcentrationwas70mg/kgCd+450mg/kgPb,itwas2.61timestimesofCK,andwhenconcentrationwas70mg/kgCd+450mg/kgPb,itdecreasedwiththeincreaseofPb-Cdcompoundconcentration.Presentwithoutregularity.(3)Underthecompoundstressofleadandcadmium,thecontentofMDAinthetreerootsystemreachedthemaximumvaluewhentheconcentrationwas70mg/kgCd+1000mg/kgPb,itwas1.26timestimesofCK.Itwasindicatedthatthemembraneofthetreerootsystemwasdamaged.Fromtheabove,underthecompoundstressofleadandcadmium,thestructureofthetreeintheconcentrationof70mg/kgCd+150mg/kgPb,70mg/kgCd+450mg/kgPb,byincreasingthecontentofprolineandsolublesugartomaintainosmoticbalance,protectcellmembranedamage,showingastrongresistance,Alleviatingheavymetalstress,whilesolublesugarsmaynotplayasignificantrole.Whentheconcentrationofthetreewas70mg/kgCd+1000mg/kgPb,thecontentofMDAincreasedmarkedly,althoughtheseosmoticadjustmentsubstanceswerealsoincreasing,theywerenotenoughtoresistthestressofPbandCd,andshowedthepermeabilityofthemembraneincreasedsignificantly.Keywords:Broussonetiapapyrifera;Treeroot;leadandcadmiumcompoundstress;osmoticadjustmen

前言近年来，由于工业和农业的快速发展，环境污染也越来越严峻，尤其是重金属污染更加引起了人们的广泛重视。资料表明，铅镉复合会抑制植株种子的发芽,从王锦文研究的各种浓度的铅、镉对水稻种子萌发、幼苗的生长说明，铅、镉胁迫下，水稻种子的芽和根会受到一定程度的影响[1]。鲁先文研究了铅、镉对油菜种子萌芽的影响，结果表明，单一处理及复合处理对油菜种子发芽率、发芽势等在低浓度时都表现出促进作用，而高浓度单一及复合胁迫则表现出抑制作用[2]。所以研究铅镉管理，选择对胁迫具备优良抗性的植物已成为现在研究的热门。渗透调节是植物对不利于生长情况下的保护性反应的一个首要生理机制。在不利于植物生长的条件下，渗透调节能够让植物的细胞维持正常的膨压，来保持细胞正常生理代谢。渗透调节最常见的有可溶性蛋白、脯氨酸、可溶性糖等。每种植物渗透调节能力不一样，参与调节的种类也不完全一样。脯氨酸是植物体内重要的渗透调节物质之一，它的积累说明植物对逆境的适应能力[3]。薛艳等研究表明，芦蒿根系中可溶性糖含量呈先减少然后增加最后再下降，而黄花水龙根系的可溶性糖含量则表现出下降；用Pb处理两种植物根系中的可溶性糖含量均随Pb浓度的增加而下降[4]。当重金属含量超过植物能忍受的程度，就会抑制植物正常的生长发育。但在植物长期的生长过程中，形成相对应的保护机制。构树(Broussonetiapapyrifera,vent)有抗逆性强，能够适应相对恶劣和不适合植物生长的环境的能力强,同时还能忍受干旱、贫瘠、盐碱的特殊环境,然后耐干冷湿热天气。陈国维等对铅胁迫下构树的抗氧化性做了研究[5]。李志辉等对矿区构树叶片抗逆性以及丙二醛进行了研究[6]。童方平等在锑矿区重金属污染地测得构树整株能累积锑、锌、铅、丙二醛的四季变化砷，85%重金属累积在地上部分[6]。刘绪香等重点推荐构树等适生乡土植物作为采石场生态修复树种[7]。刘国华等研究认为构树生态位较宽，是南京幕府山矿区废弃地最适应的树种之一，可以作为该地植被恢复的首选树种[8]。本论文采用构树为研究材料，研究重金属铅、镉复合胁迫下对构树丙二醛、脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白等各方面的不同影响，为铅、镉污染地区抗逆性树种的选育提供理论依据。1材料和方法1.1试验材料及试验设计试验地址位于江西农业大学科技园，盆栽试验在园内大棚进行，圃地南北走向，透风便利，光照充沛，便于盆栽实验。试验土壤为科技园内普通红壤。采用盆栽实验方法，一株一盆，选用红壤土为盆栽基质，用规格为20cm*20cm*25cm的盆，每盆装土大概3.5kg。2017年7月将构树幼苗移栽到盆内，待幼苗的生长机制恢复后，采用根外添加外源铅和外源镉混合液的方法。根据国家环境质量标准(GB15618-1995)和赣南地区矿区的Pb、Cd污染状况，该试验共设3个处理，分别为：70mg/kgCd+150mg/kgPb、70mg/kgCd+450mg/kgPb、70mg/kgCd+1000mg/kgPb（浓度的标准以干土重计算）。每一个处理都重复3次，同时与不加任何铅、镉混合液的做空白对照（记CK）。浇铅镉混合液后，为防止处理盆中的铅镉流失，在每一个盆下放一个托盘盆。直至铅镉混合液浇完。后根据土壤水分情况，每3到4天浇灌一次，试验至12月份取样测量结束。1.2试验方法1.2.1丙二醛含量的测量采用硫代巴比妥酸法测定丙二醛含量[10]。取酶液1.5ml（对照加1.5ml的磷酸冲液），加0.5%TBA2.5ml.混合5ml后，在100度水浴中沸腾15分钟(有气泡开始计时)，然后冷却后并离心10min。在用分光光度计测定上清液在450nm、532nm、600nm处得吸光度值[10]。1.2.2脯氨酸含量的测定取新鲜构树根系0.5克放入具塞试管,加5毫升3%磺基水杨酸,水开后浴中提取10分钟。吸取2毫升滤液，然后添加2毫升冰醋酸及2毫升酸性茚三酮,水开后浴显色30分钟。冷却后用甲苯萃取,用分光光度计于520nm波长处比色测定[10]。1.2.3可溶性糖含量的测定用蒽酮法进行(张宪政,1992)。取新鲜构树的根系0.3克放入校准试管添中，加5～10毫升蒸馏水,密封后，将水打开，然后浴30min,冷却后，过滤并定容到刻度。待测液0.5ml加蒸馏水1.5ml和蒽酮试剂6.5ml,混匀,室温下显色在630nm波长比色测定[9]。1.2.4可溶性蛋白含量的测定采用考马斯亮蓝法测定[10]。吸取样品提取液0.1ml（视蛋白质含量适量稀释），放入试管中，加入5ml考马斯亮蓝试剂，充分混合，等5min后在595nm下比色，记录吸光度值，并经过标准曲线查得蛋白质含量[10]。1.3数据处理测出的数据都用spss17.0软件进行单因素方差和显著性分析，用Origin8制图。2结果与分析2.1Cd、Pb复合胁迫对构树根系丙二醛含量的影响从图1可知，铅、镉复合胁迫下构树根系丙二醛含量随浓度的增加而增加，由方差分析（表1）和多重比较(图1)表明，不同浓度铅、镉复合胁迫对构树丙二醛含量与CK均达显著水平(p<0.05)，浓度为70mg/kgCd+450mg/kgPb、70mg/kgCd+1000mg/kgPb，构树根系丙二醛含量与CK均为极显著(p<0.01)。当浓度为70mg/kgCd+150mg/kgPb、70mg/kgCd+450mg/kgPb时，构树根系丙二醛含量较CK分别降低了22.14%、14.41%。当浓度为70mg/kgCd+1000mg/kgPb时，构树根系丙二醛含量最大，较CK增加26.26%。表明Cd、Pb复合胁迫能引发构树根系细胞中的活性氧的积累，导致细胞各种程度上的膜脂过氧化。图1铅镉复合胁迫下构树根系中丙二醛的含量Fig.1contentofMDAinrootsystemundercombinedlead-cadmiumstress注：小写字母表示p<0.05水平，表示差异显著，下同。表1铅镉复合胁迫下构树根系中丙二醛的方差分析Table1AnalysisofthevarianceofMDAundercompoundstressofleadandcadmium变异来源平方和自由度均方F值组间276.3593510.921103.309组内7.13382.026总数283.492112.2Cd、Pb复合胁迫对构树根系脯氨酸含量的影响脯氨酸是植株渗透调节的指标，同时也是植株抗逆性的主要指标之一。在Cd、Pb复合胁迫条件下，构树的脯氨酸含量如图2所示。脯氨酸含量随浓度的增加逐渐上升，方差分析（表2）和多重比较（图2）说明，当浓度为70mg/kgCd+150mg/kgPb时与CK差异不显著，当浓度为70mg/kgCd+450mg/kgPb、70mg/kgCd+1000mg/kgPb时，分别比CK高15.11%、59.61%，分别是CK的1.15、1.60倍，达到极显著水平。图2铅镉复合胁迫下构树根系中脯氨酸的含量Fig.2Thecontentofprolineinrootsystemundercombinedstressofleadandcadmium表2铅镉复合胁迫下构树根系中脯氨酸的方差分析Table2AnalysisofthevarianceofprolineinrootsystemwithPB-CDcombinedstress变异来源平方和自由度均方F值组间1049450.8303349816.943347.243组内8059.29681007.412总数1057510.126112.3Cd、Pb复合胁迫对构树根系可溶性糖含量的影响由图3可知，构树在未添加铅、镉的情况下，根部可溶性糖含量特别低，在Cd、Pb复合胁迫后，构树根系可溶性糖含量与CK相比呈先上升后下降的趋势。由方差分析（表3）和多重比较（图3）可知，在铅、镉复合胁迫浓度为70mg/kgCd+150mg/kgPb、70mg/kgCd+450mg/kgPb时，构树根系可溶性糖含量呈上升趋势，当铅、镉浓度为70mg/kgCd+450mg/kgPb时，相对应的构树根系可溶性糖含量比CK增加160.66%，具有极显著差异（P<0.01）；而当铅、镉浓度增加到70mg/kgCd+1000mg/kgPb时，相对应的构树根系可溶性糖含量开始下降，占CK72.69%，构树根系可溶性蛋白含量显著下降。图3铅、镉复合胁迫下构树根系中可溶性糖的含量Fig.3ThecontentofsolublesugarsinrootsystemundercompoundstressofPbandCd表3铅镉复合胁迫下构树根系中可溶性糖的方差分析Table3Analysisofvarianceofsolublesugarsinrootsystemundercombinedlead-cadmiumstress变异来源平方和自由度均方F值组间6388.15332129.384795.918组内21.40382.675总数6409.556112.4Cd、Pb复合胁迫对构树根系可溶性蛋白含量的影响可溶性蛋白是植物主要的渗透调节物质中最常见的一种。由图4可以看出，随着铅、镉复合胁迫浓度的增加，构树可溶性蛋白含量在一定程度上有所增加。由方差分析（表4）和多重比较(图4)可知，胁迫浓度为70mg/kgCd+450mg/kgPb时，构树根系可溶性蛋白含量开始较CK略有增加；胁迫浓度为70mg/kgCd+1000mg/kgPb时，构树根系可溶性蛋白含量大幅度增加，较CK增加了90.57%。除70mg/kgCd+150mg/kgPb外，均与CK呈极显著水平。图4铅、镉复合胁迫下构树根系中可溶性蛋白的含量Fig.4ThecontentofsolubleproteininrootsystemundercompoundstressofPbandCd表4铅镉复合胁迫下构树根系中可溶性蛋白的方差分析Table4Analysisofvarianceofsolubleproteininrootsystemundercombinedlead-cadmiumstress变异来源平方和自由度均方F值组间1447.6033482.534381.371组内10.12281.265总数1457.725113小结与讨论有研究表明，植物基本上都是在不利于生长的条件下积累大量的脯氨酸［12］。郭凌等认为，脯氨酸含量的多少不但受其合成影响，而且还要受其降解影响［13］。本试验结果表明，铅、镉复合胁迫下，构树根系脯氨酸呈上升趋势，说明大量积累脯氨酸的含量不但是用于构树细胞质的渗透调节，同时还有稳定生物大分子，减少细胞的酸性等一系列的作用。脯氨酸含量的积累是构树对不利于其生长的一种适应能力。大量研究表明，在重金属胁迫条件下会使可溶性蛋白的含量增加，可溶性蛋白含量的提高，可以增加细胞渗透势和功能蛋白的数量，有助于维持细胞正常代谢，提高植物的抗逆性[16，17]。陆秀君[14]研究的刺槐叶，郭晓音等[15]研究的秋茄均是随浓度的增加呈上升趋势。同样，本试验结果表明，铅镉复合胁迫下，构树根系可溶性蛋白含量从处理开始表现出上升趋势，至70mg/kgCd+1000mg/kgPb时含量最高，与CK呈极显著水平。在铅镉复合胁迫下，构树根系中可溶性蛋白的含量都在一定程度上有所提高，可能是构树对逆境做出了对自身的保护，说明构树在一定重金属胁迫环境下有较强的自我调节和自我防御功能。可溶性糖是调节渗透胁迫时的分子物质，其含量多少能够表明构树在铅、镉复合胁迫下渗透调节能力的强弱。由试验结果可知，构树的可溶性糖含量随铅镉浓度的增加呈先增加后减少趋势，在浓度为70mg/kgCd+150mg/kgPb至70mg/kgCd+450mg/kgPb时，可溶性糖含量与CK相比呈增加的趋势，差异极显著，表明构树根系细胞在铅镉复合胁迫下产生可溶性糖来增加细胞内溶质的浓度，保证构树根系可以从外界吸水，构树可以正常的生长；当铅镉复合浓度为70mg/kgCd+1000mg/kgPb时，可溶性糖却开始减少，说明在高浓度的铅镉复合胁迫下，构树根系的细胞渗透调节能力已经被破坏，对构树的生长产生不良影响。丙二醛是能够反映出细胞膜脂过氧化的量。其含量高低反应了细胞膜脂过氧化水平和膜受伤害的程度[11]。含量越高说明细胞膜脂过氧化严重，细胞膜的完整性越差。本试验中，处理与CK均达到显著水平，且在浓度为70mg/kgCd+1000mg/kgPb复合胁迫条件下，构树根系丙二醛含量与CK呈极显著水平，表明随铅、镉复合浓度的增加细胞中活性氧大量积累，导致细胞的生物膜遭到严重破坏，造成细胞死亡和衰老，严重抑制构树的生长，对构树产生毒害。综上所知，构树在中低浓度铅镉复合胁迫下，通过增加脯氨酸和可溶性糖含量来维持渗透平衡，保护细胞膜的受损，表现出较强的抵抗能力，缓解重金属胁迫；而可溶性糖可能没起很重要的作用。构树在高浓度胁迫下，丙二醛含量显著增大，虽然这些渗透调节物质也在增加，但是还是不足以抵御重金属铅镉的胁迫，表现出膜的透性显著增加。

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