曾小飚+彭小东+覃作祥

摘 要：为了解重金属镍铜联合胁迫对向日葵幼苗生长的影响，试验测量了向日葵幼苗叶片可溶性蛋白含量、光合色素含量、可溶性糖含量、电导率等生理生化指标。结果表明：在镍、铜2种重金属胁迫浓度较低时，向日葵幼苗的可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、电导率与对照组相比差异不显著，随着胁迫浓度的不断加大，可溶性蛋白含量、电导率呈上升的趋势，可溶性糖含量呈下降趋势。重金属胁迫后各试验组光合色素含量均明显下降，但彼此间差异不显著。

关键词：镍；铜；向日葵；联合胁迫

中图分类号 S727.4 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）19-0010-3

随着世界工农业的快速发展，生产过程中含镍、铜等重金属废水的直接排放以及农业生产中化肥农药等化学用品的不合理使用，使得土壤中重金属污染日益严重，进而危及农业生产的发展，并通过植物-动物-人或植物-人等食物链关系直接或间接危害人类食品安全。

镍（Nickel）和铜（Copper）是土壤中2种常见的重金属元素，它们是植物生长发育所必需的微量元素，但若土壤中这2种元素含量过高，会对植物的生长发育产生抑制作用。在某些镍和铜含量较低的区域，人们可以根据农作物对镍和铜的需求情况，适当地施用一些含镍和铜较丰富的肥料或在肥料中适当地增加镍和铜元素，以促进植物的生长发育，达到高产、丰产的目的。

向日葵（Helianthus annuus L.），在我国被广泛种植，用于观赏，其籽常被作为零食和油料，是我国重要的油料作物。本试验以镍和铜2种重金属作为胁迫因子，探讨不同浓度重金属胁迫下向日葵幼苗叶片中可溶性蛋白含量、光合色素含量等生理指标的变化规律，为指导向日葵生产提高基础资料。

1 材料与方法

1.1 材料 向日葵种子为“金星1号”，购于百色城西蔬菜种子店。

1.2 试验设计 筛选籽粒饱满的向日葵种子，用高锰酸钾溶液消毒、浸泡、萌发，将萌发一致的种子挑选出来，移植到装有砾石的塑料一次性杯中，自然条件下培养，幼苗生长2d后改用Hoagland培养液浇灌。预培养21d之后，挑选出长势一致的幼苗，分成5组，分别用不同浓度的镍、铜胁迫液联合胁迫处理，8d后取叶片进行生理检测，实验设3个重复。各组处理浓度如表1所示。

1.3 生理指标的测定 可溶性性蛋白含量采用考马斯亮蓝法测定[1]；光合色素含量采用丙酮浸提法测定[2]；可溶性糖含量采用蒽酮法测定[3]；细胞质膜透性采用电导仪法测定[3]。

2 结果与分析

2.1 镍铜联合胁迫对向日葵幼苗叶片中可溶性蛋白含量的影响 从图1可看出，在较低的胁迫浓度下向日葵幼苗叶片可溶性蛋白含量与对照组相比稍有下降，随着胁迫浓度的不断提高，可溶性蛋白含量呈逐渐上升的趋势，第4组、第5组与对照组相比，蛋白质含量分别上升了8.95、14.2个百分点。方差分析表明，第2、第3组重金属胁迫对向日葵幼苗中可溶性蛋白含量无显著影响（P>0.05），第四组胁迫对向日葵幼苗中的可溶性蛋白含量有显著的影响（0.01

2.2 镍铜联合胁迫对向日葵幼苗电导率的影响 电导率是衡量植物细胞质膜透性的重要指标。由图2可看出，在镍、铜2种重金属胁迫浓度较低时，向日葵幼苗的电导率与对照组相比差异不显著，呈小幅波动之势。当培养液中镍铜含量分别超过10mg/L和25mg/L后电导率则呈现明显上升的趋势。第5组合（Ni50mg/L、Cu50mg/L）的胁迫使得电导率值超过对照组71个百分点，表明过高浓度的重金属胁迫会导致细胞质膜透性加大。

2.3 镍铜联合胁迫对向日葵幼苗叶片中光合色素含量的影响 从图3可看出，受镍、铜2种重金属联合胁迫后，向日葵幼苗叶片光合色素含量下降明显。与对照组相比，第2组、第3组、第4组、第5组光合色素含量分别下降了51.7、54.5、43.1、52.9个百分点，各试验组的光合色素含量虽然下降但彼此间差异不明显，表明较低浓度的镍铜联合胁迫已经明显阻碍向日葵幼苗光合色素的合成。

2.4 镍铜联合胁迫对向日葵幼苗叶片可溶性糖含量的影响 糖是植物光合作用的产物，也是细胞渗透调节的重要物质。从图4可看出，在较低浓度的镍铜联合胁迫时，向日葵幼苗叶片中的可溶性糖含量与对照组相比差异不明显，但当高浓度的镍铜联合胁迫时，向日葵幼苗中的可溶性糖含量随着胁迫浓度的升高而呈下降趋势。第5组处理的可溶性糖含量仅是对照组的64.00%，表明高浓度的重金属胁迫使植物体内使糖的代谢受到显著影响。

3 讨论与结论

植物体内存在一套应对外界不良环境的机制。向日葵幼苗在重金属镍、铜的联合胁迫下，在胁迫浓度较低时，重金属元素进入植物体内，与某些化合物结合，形成金属络合物或螯合物[4]，影响了植物体内新陈代谢，一定程度阻碍了向日葵体内蛋白质的合成，导致蛋白质含量有所下降。随着重金属胁迫浓度的升高，刺激向日葵启动应对外界不良环境的保护机制，蛋白质的合成量增大，以中和重金属对向日葵幼苗的毒害，以适应一定浓度范围内的重金属污染环境。此外，重金属胁迫浓度的升高也会使得培养液中水势逐渐下降，向日葵幼苗吸收水分的能力下降，进而使植株的含水量下降，这些因素也会引起可溶性蛋白含量上升。

细胞质膜是细胞与外界环境进行物质交换的场所，通常情况下细胞质膜对细胞内进出物质具有高度的选择透过性，但当细胞膜的理化性质发生改变时，其功能也会发生相应改变。导致其电导率上升的因素可能是由于镍、铜这2种重金属含量的升高，对向日葵幼苗细胞的细胞膜的伤害程度加大，进而导致细胞膜功能受损，透性加大，细胞内的物质外流，最终导致电导率上升。

光合色素是植物進行光合作用合成有机物赖以生存的工具。光合色素的含量可以说明植物光合作用合成有机物的能力，从而影响植物的生长发育。有研究表明，当植物受较大浓度重金属胁迫时，重金属会直接削弱抗氧化酶对活性氧的清除能力，形成大量的活性氧自由基，自由基把叶绿素作为靶标，破坏叶绿素分子[5]；同时重金属还会导致膜脂过氧化作用，改变叶绿体膜的合成速度和降低植物吸收和转运功能使植物缺乏叶绿素合成的必需元素进而抑制植物体中叶绿素的合成[6]，使植物中光合色素的含量降低。

本研究表明，低浓度的镍铜联合胁迫还不能刺激向日葵幼苗体内发生防御性反应，一定程度上直接破坏可溶性糖分子结构或抑制可溶性糖合成使向日葵幼苗中可溶性糖含量出现了轻微的下降。但随着镍铜重金属胁迫浓度的增加，培养液中的渗透压升高。向日葵幼苗体内的自我防御性机制开始启动，向日葵幼苗中的可溶性糖作为渗透调节物质保护细胞，以适应外界环境的变化。但当镍铜的浓度进一步加大，向日葵幼苗体内的保护机制已经无法消除重金属带来的毒害，导致向日葵幼苗中可溶性糖含量下降[7]。

糖是植物光合作用的产物，也是植物呼吸作用获取能量以维持植物自身生命活动的原料。本试验中较低浓度的镍铜联合胁迫时，向日葵幼苗中可溶性糖含量的变化不明显，但当较高浓度的镍铜联合脅迫时，向日葵幼苗中的可溶性糖含量下降趋势明显。植物体内存在一套适应外界不良环境的防御性机制。在较低的胁迫浓度下，向日葵即能够启动自我防御性机制，可溶性糖作为渗透调节物质维持正常的水平可以保护细胞，以适应外界环境的变化。但当胁迫浓度进一步加大，向日葵幼苗体内的保护机制已经无法消除重金属带来的毒害，导致向日葵幼苗中糖的代谢受到影响，可溶性糖含量下降[7]。

参考文献

[1]曲春香，沈颂东，王雪峰，等.考马斯亮蓝测定植物粗提液中可溶性蛋白质含量方法的研究[J].苏州大学学报（自然科学版），2006，16（2）：84-87.

[2]郝再斌，苍晶，徐仲.植物生理实验技术[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004：113-114.

[3]李玲，李娘辉，蒋素梅，等.植物生理学模块实验指导[M].北京：科学出版社，2009：78-79.

[4]郭艳丽，台培东，韩艳萍，等.镉胁迫对向日葵幼苗生长和生理特性的影响[J].环境工程学报，2009，3（12）：2291-2296.

[5]何翠萍，王慧忠.重金属镉、铅对草坪植物根系代谢和叶绿素水平的影响[J].植物营养与肥料学报，2005，11（6）：774-780.

[6]薛艳，周东美.土壤铜锌复合污染条件下两种青菜的响应差异[J].土壤，2005，37（4）：400-404.

[7]Ouzounidou G，Moustakas M， Eleftheriou E P.Physiological and ultrastructural effect of cadmium on wheat（Trticum aestivum C）leaves[J].Archives of En vironmental Contamination and Toxicology，1997，32（2）：154-160. （责编：张宏民）endprint