铅胁迫对4种木本植物酶保护系统的影响

李二龙

(1.四川农业大学林学院，四川 雅安 625000;2.布拖县林业局，四川 布拖 616350)

城市是受铅污染胁迫较为严峻的生态系统［1］。近年来，随着各种城市问题日趋突出，城市森林因其独特的功用而日益受到学者与政府的重视［2～4］，并出现了一系列研究成果［2～5］。目前有研究认为铅胁迫导致植物过氧化活动加剧是导致植物受到伤害的主要原因［6］，植物对铅的过量吸收可能导致植物体内的活性氧代谢平衡被打破，从而影响植物的正常生长繁殖。保护酶系统的正常运转对于植物解决这一问题而言即相当关键，而目前但目前对于主要城市森林用树的保护酶系统对铅胁迫的响应的研究尚不多见。为此本研究特以红檵木、侧柏、金合欢、杨树为材料，研究木本植物保护酶系统对铅胁迫的响应，以期为城市绿化用树的选择提供一定的科学依据。

1 研究区概况

研究于雅安市雨城区四川农业大学实验农场及第七教学楼进行(E102°51'～103°12'，N29°40'～30°14')，属于典型的华西雨屏区。全区气候类型，除少数高山区外，基本属于亚热带湿润季风气候区。全区气温特点:冬无严寒，夏无酷暑。多年年均气温16.1℃。全年以1月最冷，月平均气温6.1℃;7月最热，月年均气温25.3℃。雨量充沛。多年年均雨日218 d，降水量1 732 mm。

2 材料与方法

2.1 材料

以生长相对均匀的金合欢、红檵木、侧柏和杨树的1 a 生实生苗为材料，采用取自四川农业大学实验场的酸性紫色土为栽培基质，以分析纯Pb［CH3COO］2·5H2O 为试剂。土壤基本理化性质见表1。

表1 土壤基本理化性质Table1 The fundamental nature of soil

2.2 栽培方法

2010年3月上旬将土壤风干、过5 mm 筛后，将铅以Pb［CH3COO］2·5H2O 水溶液形式喷施到基质中，充分混匀，以国家土壤环境质量二级标准进行铅处理，分别制成铅浓度为300 mg·kg－1、450 mg·kg－1、600 mg·kg－1(以每公斤风干基质中含纯铅数计)的污染土壤。另设不添加污染物的基质作为对照。待添加铅溶液的基质风干后，充分混匀，于每一塑料盆(规格为上口径30 cm，下口径23 cm，盆高25 cm)装入基质10 kg。在苗木萌动前进行移栽，每种苗木每处理栽植5 盆，每盆3株，定植后的苗木在温室内进行培养。待苗木进入生长旺季，于7月上旬采取生长相对一致的叶片，进行测定。苗木管理采用常规措施，并随时清除盆内杂草。

2.3 测定方法

(1)SOD 测定:采用NBT 法［7］。称取新鲜叶片0.2 g，待蒸馏水洗净擦干后，用含聚乙烯毗咯烷酮(PVP)的50 mmol·L－1况的磷酸缓冲液(pH7.8)冰浴研磨成匀浆，将匀浆在离心机上在4℃以10 000 r·min－1离心15 min，所获得的上清夜即为提取液。

(2)CAT 测定:采用双氧水法［7］。称取新鲜样品0.2 g，用蒸馏水洗净擦干后，用50 mmol·L－1的磷酸缓冲液(pH7.8)冰浴研磨成匀浆，随即用离心机在4℃以10 000 r·min－1的转速离心15 min，上清夜既为提取液。取上清夜0.1 ml、0.3%H2O21 ml、蒸馏水1.9 ml 后，开始启动反应。以加入酶液开始计时，在3 min 内，每隔一分钟记录240 nm 处吸光度值，共3次。将1 min 内240 n 生n 处吸光度值增加0.1 定义为一个酶活单位，对照以磷酸缓冲液代替酶液。

(3)POD 测定:采用愈创木酚法［8］。称取新鲜样品0.2 g，用蒸馏水洗净擦干后，用50 mmol·L－1的磷酸缓冲液(pH7.8)冰浴研磨成匀浆，随即用离心机在4℃以10 000 r·min－1的转速离心15 min，上清夜既为提取液。取1 ml 提取液，加3 ml 反应液，以加入酶液开始计时，在3 min 内，每隔1 min 记录470 nm 处吸光度值，共3次。将1 min 内560 nm 处吸光度值降低0.1 定义为一个酶活单位，对照以磷酸缓冲液代替酶液。

所有数据用Exeel2000 和SPSS12.0 分析。

3 结果与分析

3.1 铅对苗木POD 的影响

图1 显示:杨树POD 活性随着铅处理浓度的升高而增大，在600 mg·kg－1处理时达到最大值103 U·g－1·min－1，比对照增加了26%，经显著性检验各处理之间差异极显著(p ＜0.01);侧柏、红橙木苗木中的POD 活性变化趋势与杨树类似，随着处理浓度的增大，活性不断增加，在600 mg·kg－1，处理时达到最大值，分别为90 U·g－1·min－1、89 U·g－1·min－1。方差分析结果则表明，侧柏中的POD 活性在不同处理之间存在极显著差异(p ＜0.01)，红檵木则存在显著差异(p ＜0.05)，这说明铅处理对侧柏和红棍木苗木POD 活性产生了显著的影响。金合欢POD 活性变化趋势与上述3 树种不一样，虽然在300 mg·kg－1，处理时，有12%的小幅增加，但随着铅处理浓度的增加，POD 活性显著下降(p ＜0.005)，这说明高浓度(300 mg·kg－1、600 mg·kg－1)的铅处理可以有效抑制金合欢POD 的活性。

图1 铅胁迫程度对苗木POD 活性的影响Fig.1 Effects of lead stress on the activity of POD of seedlings

3.2 铅对苗木CAT 活性的影响

CAT 也是植物体内重要的保护酶。图2 反映:杨树在各处理下的CAT 活性比对照分别增加了9%、13%、20%，各处理与对照差异显著(p ＜0.05)。侧柏的cAT 活性虽然随着铅处理浓度的增大而不断上升，但差异不明显。红根木的cAT 活性在300 mg·kg－1，处理时，有小幅上升，随着铅处理浓度的升高，CAT 活性逐步降低，而且均低于对照，经显著性检验300、600mg.kg－1两处理下的CAT 活性与对照差异显著(p ＜0.05)，而450 mg·kg－1，处理对CAT 活性影响不明显。金合欢的CAT 活性变化趋势与其POD 变化趋势类似，在300 mg·kg－1处理时，有小幅上升，但随后急剧下降，而且均显著低于对照(p ＜0·05)。

3.3 铅对苗木SOD 活性的影响

图2 铅胁迫对苗木CAT 活性的影响Fig.2 Effects of lead stress on the activity of CAT of seedlings

图3 反映了4 树种在铅处理下SOD 活性的变化趋势。经铅处理后，杨树、侧柏的SOD 活性均有不同程度的上升，显著性检验则表明两树种在各处理的SOD 活性与对照之间差异显著(p ＜0.05)，这说明铅胁迫杨树、侧柏SOD 酶活性具有促进作用。铅处理对红檵木与金合欢SOD 活性主要表现为抑制作用，在600 mg·kg－1处理时，酶活性达到最低值，可以认为铅胁迫能使红橙木、金合欢细胞过氧化作用加深，导致细胞自由基大幅积累，从而干扰了保护酶系统的平衡，结果造成细胞受到铅毒害，并在症状上出现明显反映。

图3 铅胁迫对苗木SOD 活性的影响Fig.3 Effects of lead stress of the activity of SOD of seedlings

4 讨论与结论

植物细胞在正常代谢过程中，通过多种途径产生活性氧，植物依赖体内存在的清除系统维持自由基生成与消除的动态平衡，因此对活性氧的清除能力是决定细胞抵抗胁迫的关键因素［9］。整个保护酶系统防御能力的变化取决于SOD、POD、CAT 等保护酶彼此协调的综合结果。在铅胁迫下，植物细胞由于代谢受阻会产生大量的活性氧。活性氧具有极强的氧化性，如果不被及时清除将会导致细胞膜系统损伤和细胞伤害。在此过程中，植物能主动或被动的调动抗氧化酶类来清除这些活性氧。SOD、POD、CAT是植物组织中几种重要的抗氧化酶。其中，SOD是植物体通过催化O2－歧化作用将O2－转化为O2和H2O2，POD 和CAT 再将H2O2转化为O2和H2O 以消除自由基的危害［2］。不过，由于植物各自的生理特点，这3种酶在铅胁迫下在不同植物之间的反映是不一致的。

本试验中，随着铅胁迫程度的加深，杨树体内的SOD、POD、CAT 3种保护酶活性均呈显著上升趋势;侧柏苗木中则是SOD、POD 活性随着铅处理浓度的增大而增高，CAT 活性则未出现显著变化;红檵木中的三种保护酶活性变化趋势略显复杂，其中SOD 活性随着铅处理浓度的升高而增大，POD 活性则随着铅处理浓度的升高呈先增大再降低的趋势，在450 mg·kg－1，处理达到最大值，随后下降，不过仍然显著高于对照，CAT 活性则比对照低，尤其是在600 mg·kg－1处理时显著低于对照;金合欢中的3种保护酶活性变化也较为复杂，SOD 活性在300 mg·kg－1处理时比对照要高以外，在其余两个处理均比对照低，而且呈显著差异，POD 和CAT 活性则随着铅处理浓度的增大而不断降低，其中又以POD活性的降低最为明显。四树种的保护酶活性在铅胁迫下的变化趋势并不相同，说明各树种对铅的抗性存在差异，其抗铅胁迫能力表现为杨树＞红檵木＞侧柏＞金合欢。然而这仅是从保护酶系统得出的结论，准确的结果还需要结合其他方法进行综合的评定。

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［7］陈建勋，王晓峰.植物生理学实验指导［M］.广州:华南理工大学出版社，2002.

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