铯对空心莲子草的毒害及6-BA对其缓解机制的研究

铯对空心莲子草的毒害及6-BA 对其缓解机制的研究

农学 2006级 朱从桦 指导教师 李立芹 讲师

摘要:当铯的浓度小于10mg/L时,空心莲子草植株外伤症状为轻度伤害;植物细胞内的SOD 酶活性有所升高。随着铯浓度增加,导致植株生长缓慢,植株根系受损,叶片色素含量下降,细胞膜透性增大,MDA 含量也逐渐增加,植株体内脯氨酸含量也增加,从而影响植株的正常生长代谢,从而表现出毒害症状。在喷施6-BA 的对照组,可以发现6-BA 对铯毒害有一定的缓解作用,植株抗性一定程度被提高,具体表现为:它能抑制在铯毒害下空心莲子草抗氧化酶活性的降低,抑制活性氧的产生,减少膜脂过氧化产物MDA 的生成。 关键词:重金属,空心莲子草,生理指标,铯,6-BA

The Toxic Effects of Cs Pollution on Alternanthe Philoxeroides, and the Mechanism of Relieving to Cs Injury by Spraying 6-BA

ZHU Cong-hua Agriculture , Grade 2006

Directed by LI Li-qin

Abstract :At the concentrations of Cs(

Key words: Heavy metals, Alternanthera philoxeroides, Physiological characteristics, Cesium, 6-BA

一般说来,植物生存的环境并不总是适宜的,经常受到复杂多变的逆境胁迫,从胁迫因素上讲逆境胁迫基本上可分为物理、化学和生物3大类 [1]。在植物逆境胁迫因素中,重金属污染因其特殊的性质而备受关注,由于大气沉降、地矿渗漏、未经处理的工业废水、废物的排放等原因使得重金属污染范围广、面积大。

重金属污染物难以被降解而只能发生各种形式之间的相互转化;重金属能在生物体内大量积累,大部分富积在根部[2],严重影响生物的生长发育,而且还会进入食物链,对人类健康造成严重的潜在危害,影响生态系统的平衡。部分重金属是植物生长所必需的微量元素,低浓度时会促进植物的生长发育,但重金属

Cu 2+、As 2+在植物体内积累到一定程度就会对植物生长发育产生影响;在黄瓜苗

[3]

生长阶段重金属Cr 等污染通常会引起植株生长迟缓、植株矮小、褪绿、产量下降等[4];铅和镉处理小白菜,侧根发育受到严重抑制,侧根数目减少,根系不发达,根系生物量和体积下降,个体活力降低,甚至会出现停止生长[5];在用重金属铬等处理空心莲子草时,叶绿素含量在低浓度时逐渐升高(5mg/L止),而后随浓度增加迅速下降,SOD 活性随处理浓度的升高持续下降[6];Hg 2+ 、Pb 2+、Cd 2+、Ni 2+、Cu 2+和Zn 2+处理大麦幼苗会降低根生长速率[7]。

氯化铯也是污染严重的重金属之一,环境中的137Cs 能通过根部和根外途径两种方式转移到植物体,并通过食物链进入人体,对人类的健康和生存造成某种危脸[8]。空心莲子草(Alternanthera philoxeroides (Mart.) Griseb.)又名喜旱莲子草、水花生,是苋科莲子草属的多年生宿根草本植物[9],主要采用无性繁殖,生态分布广,能够适应不同的生长环境[10]。它可以被应用于富营养化水体、生活污水、有机废水等受污染水体的治理[11-12],对保持水土有重要意义,在抗盐、抗重金属以及富集和净化重金属有良好作用,是优良的净化材料[13]。

近年来,关于细胞分裂素(CTK)及其类似物在提高植物抗逆性的作用也受到重视。外施细胞分裂素对提高植物抗逆性的研究也越来越多,叶面喷施细胞分裂素6-BA 可缓解重金属Cr 对空心莲子草的毒害作用[14];叶面喷洒细胞分裂素(苄基腺瞟呤) 缓解环境中锌过剩对黄瓜幼苗生长和某些生理效应的影响[15]。低浓度的细胞分裂素类似物6-BA 可对受湿害的青菜、莴苣叶绿素含量下降产生明显的阻止效果,但高浓度时这种效果的加强不明显[16]。

研究氯化铯对空心莲子草的毒害及6-BA 对其缓解机制,以期待了解铯对空心莲子草的毒害和6-BA 对其缓解机制,能为防止或减少铯对环境的污染、防止

和减少铯进入食物链供理论依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料与设计 1.1.1 氯化铯处理

采集四川农业大学校园内长势一致的空心莲子草,剪掉根后置于2升烧杯中,同时注入2/3的营养液,平衡培养2天。后按照表1进行实验:所有处理重复3次,处理后第14d 取相同部位的叶片,用蒸馏水洗净、揩干,测定各生理指标。

表1 不同浓度氯化铯处理空心莲子草

实验编号 氯化铯浓度mg/L 每组空心莲子草株数 营养液量(ml)

1组 0 5

2组 5 5

3组 10 5

4组 20 5

5组 30 5

6组 40 5

7组 50 5

8组 60 5

9组 70 5

1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000

1.1.2 不同浓度6-BA 缓解受铯毒害的空心莲子草

采集四川农业大学校园内长势一致的空心莲子草,剪掉根后置于2升烧杯中,同时注入2/3的营养液,平衡培养2天,后按照表2进行实验:取根系发达、长势一致的植株随机分成5个处理,每个处理培养5株空心莲子草。一次性分别加入氯化铯,使每组处理培养液中氯化铯浓度都为50mg/L。在培养室培养(设定光周期12h/12h,白天温度25℃,晚上温18℃) ,第二天起每天16:00分别叶面喷施1mg/L(第一组) 、2mg/L(第二组) 、4mgl/L(第三组) 、对照组(第四组) 喷同量蒸馏水,各喷施液均少量多次(表2) 。连续喷6d ,第7d 取相同部位的叶,用蒸馏水洗净,揩干,测定各生理指标。

表2 在空心莲子草叶片上喷施不同浓度的6-BA 溶液

实验编号 氯化铯浓度mg/L 每组空心莲子草株数 喷施6-BA 的浓度mg/L 营养液量(ml)

处理1 50 5 1 1000

处理2 50 5 2 1000

处理3 50 5 4 1000

处理4 50 5 0 1000

1.2 测定指标及方法

1.2.1 植株外伤症状:用目测估计每个处理的空心莲子草植株,将植株的外伤症

状分为4级:正常生长(①无伤害) ,目测不到伤害症状(②轻度伤害) ,近中心部位失绿(③中度伤害) ,中心部位及外围不同程度失绿(④重度伤害) ;

1.2.2 植株生长状况的测定:测定每个处理中所有空心莲子草的最长根长、平均根长、平均根数、平均植株高度、根干重、植株鲜重;

1.2.3 叶绿素的测定:测定每个处理中叶片叶绿素含量(叶绿素a 、叶绿素b ),分别取鲜叶0.5g 剪碎置于研钵中,加入少许碳酸钙、石英砂和80%丙酮充分研磨,然后3000 rpm离心5 min。取上清液,以80%丙酮作空白对照,用721型分光光度计测定663mn 和645nm 下的吸光值(或光密度),根据公式计算叶绿素a 、叶绿素b 含量(mg/g),以及叶绿素总含量;

计算公式:Chla 含量(mg/g)=(12.7OD663 – 2.69OD645) × 0.001V/W Chlb 含量(mg/g)=(22.9OD645 – 468OD663 )× 0.001V/W

Chlb 总含量(mg/g)=(20.2OD645 + 8.02OD663) × 0.001V/W

OD :测定波长下的光密度值 V :叶绿素提取液总体积(ml) W :材料鲜重(g) 1.2.4 SOD 活性的测定:测定每个处理中SOD 活性,分别称取空心莲子草叶片0.5g 于预冷的研钵中,加入1ml 预冷的磷酸缓冲液,研磨成浆,在2-4℃1000rpm 下离心20min ;然后取4支5ml 指形管,编号,其中1、2号为测定管,3、4号为对照管;按下表(表3) 加入溶液。

然后将1号管对照管置于暗处,其它各管置于4000L×日光下反应20min ,反应结束以不照光的对照管作空白,在560nm 分别测定各管吸光度(A);

计算公式:SOD 活性(酶活单位·g -1 FW)=(A1 – A2)× 2V/A1WV 1 A1:照光对照管的吸光度 A2:样品管吸光度 V:样品总体积(ml)

1.2.5 MDA(丙二醛) 含量的测定: 测定每个处理中MDA(丙二醛) 含量, 用TBA(硫代巴比妥酸) 法,分别取1g 植物叶片,加入10ml 10%TCA和少量石英砂,研磨至匀浆,在3000rpm 离心10min 。取10ml 刻度试管2支,一支加入上清液3ml ,另一支加水3ml ,各管中加入0.5%的TBA 溶液3ml ,摇匀后沸水浴10min 后迅速冷却,如有沉淀可以过滤,以空白做参比,分别在532nm 、600nm 和430nm 下测定吸光值,根据公式计算得出MDA 含量。

计算公式:C(µmol/L)=6.45(OD 532-OD 600)- 20.56OD430

MDA 的含量(µmol·g-1 FW)=0.001CV/W OD :相应波长下的光密度 V :提取液总体积

C :提取液中MDA 的浓度(µmol/L) W :样品鲜重(g)

表3 测定SOD 活性的试剂

试剂/酶(ml ) 0.05mol/L磷酸缓冲液 130m mol/L Met溶液 750µ mol/L NBT溶液 100µmol/L EDTA- Na2 20µ mol/L 核黄素溶液 蒸馏水 总体积

1号管(测定) 1.5 0.3 0.3 0.3 0.3 0.25 酶液0.05 3.0

2号管(测定) 3号管(对照) 4号管(对照) 1.5 0.3 0.3 0.3 0.3 0.25 酶液0.05 3.0

1.5 0.3 0.3 0.3 0.3 0.25 酶液0.05 3.0

1.5 0.3 0.3 0.3 0.3 0.25 酶液0.05 3.0

1.2.6 脯氨酸量的测定:测定每个处理的脯氨酸含量,分别取叶片20片剪碎混合,称取0.2-1.0g ,以80%乙醇为介质磨成匀浆,后用10ml 乙醇将匀浆转移到大试管,黑暗中(室温) 提取24h, 然后加入约0.25g 活性炭和1g 沸石,剧烈震荡5-6min ,过滤至25ml 容量瓶,并定容。吸取3ml 滤液于干燥的15ml 刻度管,加入3ml 冰醋酸和3ml 酸性茚三酮,用玻璃球盖住管口,置于沸水于中,同时以80%乙醇代替滤液,作空白,反应15min ,将空白及样品从沸水中取出,在冷水中冷却。加蒸馏水至原刻度,以空白作参比液,在分光光度计测定管515nm 的光密度值,然后查标准曲线得出样品液的脯氨酸浓度。

用标准脯氨酸溶液配制成含脯氨酸0、2、4、8、16、20µg/ml的溶液,按上述方法取各浓度溶液,冰醋酸,酸性茚三酮显色,比色。以脯氨酸浓度为横坐标,光密度为纵坐标制作标准曲线。

样品中脯氨酸的含量(µg·g-1 FW)=C×V/dw C ×:样品液的脯氨酸浓度(µg/ml) V :提取液总体积(ml)

Dw :样品干重(g)

2结果与分析

2.1 氯化铯对空心莲子草的影响

2.1.1 铯污染对空心莲子草植株生长状况的影响

由表4可知空心莲子草培养14天后观测对照组长势正常,铯浓度大于10mg/L植株受害较为明显。随着氯化铯浓度的增加,空心莲子草最长根长逐渐由长变短,在铯浓度为70mg/L时,空心莲子草最长根长只有4.8cm 。随着氯化铯浓度的增加,根尖黑褐色数量也不断增加,植株主根直径不断减小,平均根数减少,测定周期内新生叶片数减少,植株根系鲜重减少,其相关系数R=-0.92**。铯浓度在小于40mg/L时,只有少数空心莲子草的主根和须根根尖出现变黑,在铯浓度大于40mg/L时,大部分根变黑位置波及整个根系,主根大部分变得细小,甚至出现须根腐烂。

表4 氯化铯处理空心莲子草物理伤害统计

项目 氯化铯浓度

最长根长 平均根长 平均根数 根系鲜重 正常生长 轻度伤害 中度伤害 重度伤害

空白

5mg/L 10mg/L 20mg/L 30mg/L 40mg/L 50mg/L 60mg/L 70mg/L

7.2 4.8 20 0.515 0 4 3 0

7.0 4.0 17 0.527 0 3 3 1

6.8 3.8 18 0.500 0 3 2 2

6.5 3.2 17 0.490 0 2 3 2

5.8 3.0 16 0.485 0 2 2 3

5.2 3.0 15 0.480 0 1 1 5

4.8 2.8 15 0.463 0 0 1 6

9.2 7.6 5.8 18 0.600 7 0 0 0

5.3 23 0.580 1 3 3 0

2.1.2 铯污染对空心莲子草叶片叶绿素的影响

植株个体叶绿素含量是反映植物叶片光合作用的重要生理指标,叶绿素含量高低在一定程度上反映了光合作用的水平,叶绿素含量低,光合作用弱,会导致植物鲜重增加降低。通过本实验可见,不同浓度的铯对空心莲子草的叶绿素a 含量影响与对照组相比差异显著,随着铯处理浓度的增加叶绿素a 含量持续降低,在铯浓度为30mg/L时,空心莲子草叶绿素a 仅为对照的78.34%,在铯浓度为70mg/L时,空心莲子草叶绿素a 含量最低,仅为对照组的69.83%(表5)。

在铯浓度超过10mg/L,植株叶绿素b 含量才和对照组有显著差异,间接说明铯污染对空心莲子草叶绿素a 的影响比叶绿素b 更为严重。随着铯浓度的增加,空心莲子草叶绿素b 的含量不断下降,在铯浓度为70mg/L时,叶绿素b 的含量达到最低,为对照组的48.32%(表6)。与对照组比较,各浓度铯处理对空心莲子草叶片叶绿素总量差异显著(表7),在铯浓度为30mg/L、70mg/L时,空心莲子草植株叶绿素总量分别为对照组的71.94%、61.50%。可能是铯被吸收进入植株细胞后不断积累,破坏亚细胞结构,从而间接或直接导致叶绿体的结构和功能受影响,叶绿素的合成受阻,同时分解速度加快,降低空心莲子草的叶绿素含量。

表5 铯处理对空心莲子草叶绿素a 的影响

处理 浓度(mg/L) Treatment Concentration 氯化铯

0(ck) 5 10 20 30 40 50 60 70

Ⅰ 8.872 7.885 7.315 7.201 5.988 5.955 5.889 5.818 5.606

叶绿素a 含量(mg/g)

Ⅱ 7.485 7.210 7.018 6.988 6.915 6.889 6.872 6.755 6.006

表6 铯处理对空心莲子草叶绿素b 的影响

处理 浓度(mg/L) Treatment Concentration 氯化铯

0(ck) 5 10 20 30 40 50 60 70

Ⅰ 6.864 5.381 4.915 4.591 3.742 3.254 2.874 2.571 2.444

叶绿素b 含量(mg/g)

Ⅱ 5.381 4.591 3.954 3.742 3.213 2.874 2.864 2.671 2.644

Ⅲ 3.763 2.834 2.767 2.654 2.909 2.864 2.571 2.647 2.647

Average

5.34 4.27 3.88 3.66 3.29 3.00 2.77 2.63 2.58

差异显著性

Significant difference 0.05 a ab bc bc bc bc c c c

0.01 A AB AB AB B B B B B

Ⅲ 8.300 7.322 7.151 6.918 6.415 5.872 5.955 5.658 5.606

Average

8.22 7.47 7.16 7.04 6.44 6.24 6.24 6.08 5.74

差异显著性

Significant difference 0.05 a b b b c cd cd cd d

0.01 A B BC BC CD D D D D

表7 铯处理对空心莲子草叶绿素总量的影响

处理 浓度(mg/L) Treatment Concentration 氯化铯

0(ck) 5 10 20 30 40 50 60 70

Ⅰ 15.736 13.267 12.23 11.801 9.73 9.072 8.763 8.526 8.05

叶绿素总量 Ⅱ 12.866 11.801 109.972 10.73 10.128 9.763 9.736 9.426 8.65

Ⅲ 11.963 10.156 9.918 9.572 9.324 8.736 8.526 8.305 8.25

Average 13.52 11.74 44.04 10.70 9.73 9.19 9.01 8.75 8.32

差异显著性

Significant difference 0.05 a ab bc bcd cde de de e e

0.01 A AB ABC CD CD CD CD CD D

2.1.3 铯污染对空心莲子草植株SOD 活性的影响

SOD 是植物体内抗氧化酶系统中一种主要保护酶,与POD 、CAT 共同组成植物体内一个有效的活性氧清除系统,三者协调一致的共同作用,能有效清除植物体内的自由基和过氧化物。由(表8)可见,SOD 的活性在低浓度铯处理范围(5-30mg/L)呈现一定程度的升高,当铯浓度为5mg/L时SOD 的活性达到最高为125.53g -1 FW ,是对照组的143.0%。在铯浓度超过10mg/L后,SOD 活性相对降低,在浓度为40mg/L,植株SOD 活性下降到与对照组相当的水平。在铯浓度超过40mg/L,空心莲子草SOD 活性继续递减,在铯浓度为70mg/L时,空心莲子草的SOD 活性达到最低为42.93g -1 FW ,对照组的48.90%。本次实验中空心莲子草经不同浓度重金属铯处理后,由于生物体的保护性反应,能激发清除毒害所产生的活性氧的抗逆适应机制,在低浓度(小于40mg/L)铯污染时,空心莲子草体内的SOD 活性能一定程度的提高,提高自身的抗性以适应铯污染逆境;但在过高的铯浓度(大于40mg/L)毒害下,植株受害严重,超过了自身的防御反应限度,酶的结构或合成可能受到影响,间接或直接降低植株体SOD 的活性。 2.1.4 氯化铯对植物MDA 的影响

MDA(丙二醛) 是生物膜系统脂质过氧化物的产物之一,是一种重要的逆境生理指标,其含量反映着细胞活性氧引起膜脂过氧化,导致植物细胞伤害。其形成速率一定程度的反映机体内清除自由基能力的大小和活性氧代谢的水平。实验结果表明,在不同铯处理浓度下,空心莲子草体内MDA 含量与对照组比较差异显著,表现为:随着铯处理浓度增加,植株体内的MDA 含量呈现增加(表9) ,在

铯浓度为50mg/L时,植株体MDA 含量达到最高1.95µmol·g-1 FW,为对照组的115.6%。随着铯处理浓度的升高,空心莲子草受到的伤害也在不断增加。在铯污染浓度达到50mg/L时,空心莲子草的抵抗机制受损最严重,空心莲子草植株生命活动受到很大程度的影响。

表8 铯处理对空心莲子草SOD 活性的影响

处理 浓度(mg/L) Treatment Concentration 氯化铯

0(ck) 5 10 20 30 40 50 60 70

Ⅰ 81.364 104.423 102.404 101.538 90.096 85.962 80.401 55.962 40.962

SOD 活性(g-1 FW) Ⅱ 85.980 136.086 143.438 116.232 101.159 94.493 74.203 60.145 42.563

表9铯处理对空心莲子草MDA 的影响

处理 浓度(mg/L) Treatment Concentration 氯化铯

0(ck) 5 10 20 30 40 50

Ⅰ 1.765 1.770 1.801 1.819 1.856 1.928 2.010

MDA 含量(µmol·g-1 FW)

Ⅱ 1.632 1.690 1.745 1.871 1.812 1.856 1.920

Ⅲ 1.675 1.726 1.782 1.835 1.869 1.902 1.934

Average

1.69 1.73 1.78 1.84 1.85 1.90 1.95

差异显著性

Significant difference 0.05 e de cd bc bc ab a

0.01 D D CD BC BC AB A

Ⅲ 95.980 136.086 123.438 111.159 104.203 86.232 74.493 60.145 45.256

Average 87.77 125.53 123.09 109.64 98.49 88.90 76.37 58.75 42.93

差异显著性

Significant difference 0.05 cd a a ab bc cd de ef f

0.01 BC A A AB BC BC CD DE E

2.1.5氯化铯对植株脯氨酸的影响

本实验中各浓度的铯处理与对照组相比较都很显著(表10) ,空心莲子草叶中脯氨酸含量随铯浓度的升高而不断上升,超过空心莲子草抗性范围后便不断减少,在低浓度铯污染范围(小于10mg/L)时,植株个体内的脯氨酸含量呈现增加趋势,在铯浓度为5mg/L时,空心莲子草脯氨酸含量达到最高10.33µg·g-1 FW,为对照组的122.2%,植株体内的脯氨酸含量增加,空心莲子草植株抗性得到增

加,表现出一定的抗性。铯污染超过20mg/L,导致脯氨酸的含量急剧下降,在铯污染浓度达到50mg/L时,空心莲子草脯氨酸含量最低3.99µg·g-1 FW,仅为对照组的47.2%,超出空心莲子草的抗性范围,植株受到更加严重的伤害,空心莲子草的抗性机制遭到破坏,脯氨酸的合成可能受阻,此时的植株受损最为严重。

表10 铯处理对空心莲子草脯氨酸的影响

处理 浓度(mg/L) Treatment Concentration 氯化铯

0(ck) 5 10 20 30 40 50

Ⅰ 7.160 11.893 9.540 8.176 6.824 5.838 4.112

脯氨酸(µg·g-1 FW) Ⅱ 10.370 9.041 8.860 6.940 5.640 4.840 4.130

Ⅲ 7.8133 10.051 8.696 6.725 5.591 4.789 3.724

Average

8.45 10.33 9.03 7.28 6.02 5.16 3.99

差异显著性

Significant difference 0.05 bc a ab cd de ef f

0.01 AB A AB BC CD CD D

2.2 铯毒害下6-BA 对空心莲子草缓解作用

2.2.1 6-BA对铯污染下空心莲子草SOD 活性的缓解作用

表11的结果表明:在对照组1和对照组2可以看出铯污染使空心莲子草体内的SOD 活性下降;与对照组2比较,在空心莲子草叶片喷施6-BA 的实验组,在6-BA 浓度为1mg/L时,植株的SOD 活性为85.27 g-1 FW ,在6-BA 浓度为2mg/L时,植株的SOD 活性为100.05 g-1 FW ,在6-BA 浓度为4mg/L时,植株的SOD 活性为83.17 g-1 FW 。可以发现在6-BA 浓度为2mg/L时,植株体SOD 活性最大,为对照组2的131.0%,对铯污染空心莲子草SOD 活性的缓解作用最好。

表11 6-BA 对铯污染空心莲子草SOD 活性的缓解作用

处理 浓度(mg/L) Treatment

Concentration 0(ck1) 50(ck2)

Ⅰ 81.364 80.401 85.298 96.093 81.374

SOD 活性(g-1 FW) Ⅱ 85.980 74.203 81.861 101.586 85.198

Ⅲ 95.980 74.493 88.654 102.485 82.927

Average 87.77 76.37 85.27 100.05 83.17

差异显著性

Significant difference 0.05 b c b a bc

0.01 B C BC A BC

氯化铯(6-BA) 50+1mg/L6-BA 50+2mg/L6-BA

50+4mg/L6-BA

2.2.3 6-BA对铯污染下空心莲子草MDA 含量的缓解作用

由表12可以看出,在对照组1和对照组2可以看出铯污染使空心莲子草体

内的MDA 含量增加。其中6-BA 浓度为2mg/L时,心莲子草的MDA 含量为对照组2的98.1%,6-BA 浓度为2mg/L时,空心莲子草的MDA 含量最低,为对照组2的87.22%,6-BA 浓度为4mg/L时,空心莲子草的MDA 含量最高,为对照组1的155.0%,为对照组2的134.1%。叶面喷施低浓度(小于2mg/L)的6-BA 能缓解受铯污染的空心莲子草MDA 含量,2mg/L的6-BA 缓解作用最明显。

表12 6-BA对受铯污染的空心莲子草MDA 的缓解作用

处理 浓度(mg/L) Treatment

Concentration 0(ck1) 50(ck2)

Ⅰ 1.765 2.010 1.998 1.809 2.770

MDA 含量(µmol·g-1 FW)

Ⅱ 1.632 1.920 1.956 1.671 2.369

Ⅲ 1.675 1.934 1.802 1.635 2.726

Average

1.69 1.95 1.92 1.71 2.62

差异显著性

Significant difference 0.05 d b bc cd a

0.01 B B B B A

氯化铯(6-BA) 50+1mg/L6-BA 50+2mg/L6-BA

50+4mg/L6-BA

4讨论

4.1 铯对空心莲子草的影响

氯化铯对空心莲子草的光合系统、保护酶系统和物质代谢系统等具有伤害、破坏作用,而植物内源保护系统的抗胁迫能力又对此做出了反应,在氯化铯污染下,空心莲子草能启动了细胞的防御反应。但是超出空心莲子草的抗性范围,细胞的防御系统不能完成对细胞的保护作用,植株细胞受害加剧。

低浓度铯(小于10mg/L)污染造成空心莲子草植株轻度伤害,铯浓度大于10mg/L造成空心莲子草植株重度伤害,随着溶液中铯浓度增加,最长根长逐渐由长变短,根尖黑褐色数量也不断增加,根系鲜重下降,叶绿素含量下降,与前人的研究一致[17]。探究产生原因可能是:重金属元素铯影响空心莲子草植株根尖细胞有丝分裂,造成细胞分裂速度减慢,溶液中铯毒害通过影响酶促生理活动,进而对空心莲子草植株的光合、呼吸代谢功能产生不良影响,从而导致生长不良,生物量减少。

在低浓度(小于40mg/L)铯污染时,空心莲子草体内的SOD 活性能一定程度的提高,提高自身的抗性以适应铯污染逆境;但在过高的铯浓度(大于40mg/L)毒害下,植株受害严重,超过了自身的防御反应限度,酶的结构或合成可能受到影响,间接或直接降低植株体SOD 的活性。对空心莲子草体内活性氧清除系统

破坏的同时,造成了MDA 大量积累,细胞膜透性增大,引起细胞内酶及原代谢作用区域受到破坏,促使叶绿素含量显著下降,最终导致生物产量,本结论与周

红卫等的实验结论一致。

[6]

在低浓度铯污染范围(小于10mg/L)时,植株个体内的脯氨酸含量呈现增加趋势,在铯浓度为5mg/L时,空心莲子草脯氨酸含量达到最高,铯污染超过20mg/L,导致脯氨酸的含量急剧下降,在铯污染浓度达到50mg/L时,空心莲子草脯氨酸含量最低,超出空心莲子草的能承受的抗性范围,植株将受到更加严重的伤害,空心莲子草的抗性机制遭到破坏,脯氨酸的合成可能受阻,此时的植株受损最为严重。

4.2 6-BA 对受铯毒害的空心莲子草的缓解作用

细胞分裂素在植物的抗逆和延衰的过程中有着重要的作用[18],细胞分裂素类似物 6-BA 的这种作用在植物体内通过多种途径调节而间接实现的,6-BA 对抗氧化酶活性的提高在很大程度上与酶蛋白的含量变化有直接关系[19]。我们的实验与许多研究结果相似[14,20]:6-BA 对氯化铯毒害有一定的缓解作用,它能抑制抗氧化酶活性的降低,抑制活性氧的产生,减少膜脂过氧化产物的生成。在6-BA 浓度为2mg/L时,植株体SOD 活性最大,植株体MDA 含量最低,对铯污染空心莲子草SOD 活性和MDA 含量的缓解作用最好。

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致谢

本文是在李立芹老师精心指导和大力支持下完成的。李立芹老师以其严谨求实的教学态度,高度的敬业精神,兢兢业业、孜孜以求的工作作风影响着我。她渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。同时,在此次毕业设计过程中我也学到了许多关于作物抗性的知识,实验技能有了很大的提高。

最后,再次对关心、帮助我的老师和同学表示衷心感谢。


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