萱草品种对Hg2+胁迫的生理响应

付宝春

（山西省农业科学院园艺研究所，山西太原030031）

由于我国工业科技水平的快速提高，环境恶化已成为当前突出的社会问题。汞作为一种慢性剧毒重金属，虽然在人们的日常生产和生活中有着广泛用途，但也因其被长期应用和过度排放，使得环境汞污染问题日益严重，再加上可用自然资源的逐年减少、退化，持续扩大的汞污染范围，导致部分土壤、水体Hg2+浓度超标。若不能对Hg2+进行有效处理，残留于土壤、水体当中的Hg2+不仅会对植物造成生理功能紊乱，浓度过高时可致其死亡，而且还会对当地居民健康产生较大威胁。在这期间已发生了许多影响较大的汞污染事件，甚至还出现了更为严重的甲基汞污染。

已有研究发现，部分植物在长期的演化过程中，逐渐形成了对重金属的适应性，其中不乏能在体内大量吸收、蓄积环境中Hg2+后仍可正常生长，具有修复汞污染环境的植物，以及通过某些保护机制降低对生境中汞元素的吸收，避免遭受Hg2+毒害的种质。随着环境汞毒害效应的备受关注，筛选耐汞植物资源，并探讨其适应机制已成为当前植物应用研究的焦点。

萱草（Hemerocallissp.），作为萱草科萱草属地被花卉，因其自身花色丰富，抗逆性强，管理粗放，已被广泛应用于生态城市建设当中。我国拥有丰富的萱草种质，概览萱草属植物的研究历史，国内外已在生理生化[1-2]、分类鉴定[3-6]、组培繁育[7-9]等领域对其进行了大量研究，但对该属植物逆境胁迫的研究相对较少[10-12]，关于萱草对汞胁迫的生理响应相关文献更鲜有报道。

本试验采用盆栽法，研究不同质量分数Hg2+对萱草品种生理生化特征的影响，探究萱草属植物在Hg2+胁迫条件下的生理生化变化，不仅可为研究萱草耐汞机制提供一定的参考依据，同时也对开展萱草品种引种栽培、园林应用、新品种选育具有极其重要的意义。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验以萱草红霞（Hemerocallis'Red clouds'）为研究对象，该品种栽植于山西省农业科学院园艺研究所试验基地，苗木管理和生长正常。

1.2 试验方法

试验采用盆栽法，将等量风干的土壤装入盆（25 cm×20 cm）中，以HgCl2为外源汞，设置Hg2+质量分数分别为 0（CK），1（处理 1），5（处理 2），10（处理 3），50 mg/kg（处理 4），将 HgCl2配制成相应质量分数的溶液，均匀喷洒于泥土中，每个处理设置5盆。种植前，选取生长整齐一致的萱草植株，将其装盆转入日光温室，每盆栽植3株萱草，正常水分管理，培养3个月至植株恢复正常状态后开始试验，15 d后测定各项生理指标，每次测定3次重复。

1.3 测定项目及方法

丙二醛（MDA）含量采用TBA[13]法测定。过氧化物酶（POD）活性采用愈创木酚法[14]测定，超氧化物歧化酶（SOD）活性测定方法参照文献[14]进行。可溶性蛋白含量（SP）采用考马思亮蓝法[13]检测，脯氨酸（Pro）通过酸性茚三酮法[13]检测。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2010对数据进行处理及绘图，数据采用SPSS 18.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 Hg2+胁迫对萱草Pro含量的影响

由图1可知，在Hg2+胁迫下，萱草Pro含量随着Hg2+质量分数的升高而不断增大。当Hg2+质量分数小于5 mg/kg时，萱草叶片Pro含量变化不大（P＞0.05）；当Hg2+质量分数为10 mg/kg时，萱草叶片Pro含量相比CK增加了25.87%；Hg2+质量分数增加到50 mg/kg时，萱草叶片的Pro含量增加幅度较大，达到CK的163.64%。

2.2 Hg2+胁迫对萱草MDA含量的影响

由图2可知，不同质量分数的Hg2+胁迫均可引起细胞膜受损，当Hg2+质量分数为1mg/kg时，MDA含量为CK的105.76%，随着Hg2+胁迫浓度的增加，萱草叶片MDA含量显著升高，当Hg2+质量分数为5，10mg/kg时，其叶片MDA含量与CK相比差异显著（P＜0.05），分别为 CK 的 150.62%，172.02%；当Hg2+质量分数为50 mg/kg时，萱草叶片MDA含量相比CK增加了119.75%，达到534 μmol/L。

2.3 Hg2+胁迫对萱草POD，SOD活性的影响

在各Hg2+胁迫水平下，SOD和POD活性的整体趋势有所差异，SOD活性表现为先升高后下降，而POD活性则持续升高。由图3，4可知，当Hg2+质量分数＜10 mg/kg时，2种酶活性均表现为逐渐上升趋势，其中，SOD活性上升幅度较快。在Hg2+质量分数为 10 mg/kg时，SOD 活性与 0，1，5 mg/kg之间均表现为差异显著（P＜0.05），并达到最大值，为CK的483.81%。当Hg2+质量分数达到50 mg/kg时，POD活性达到最大值，为CK的182.03%，与其差异显著（P＜0.05），而SOD活性则降低到略高于CK（P＞0.05），仅为CK的134.95%。

2.4 Hg2+胁迫对萱草SP含量的影响

由图5可知，SP含量变化趋势表现为倒“U”型，较低质量分数Hg2+胁迫（1 mg/kg）可以使萱草叶片内SP含量少量增加（P＜0.05），而当Hg2+胁迫程度逐渐增加时，萱草叶片内SP含量有所下降，但在5，10mg/kg的Hg2+胁迫下，SP含量差异不大（P＞0.05），分别为 CK 的 91.02%，87.35%，当 50 mg/kg Hg2+胁迫时，SP含量相比CK下降了23.67%（P＜0.05），仅为CK的76.33%。

3 讨论与结论

重金属胁迫能够引起植物细胞膜受损，致使膜上结合酶和胞内酶失调，膜透性升高，胞内脱水、营养物质外漏，而有毒物质可无限制的流入胞内，引起代谢紊乱，严重时还会对植株造成不同程度的损伤[15]，但植物在演变进程中，也出现了许多生理生化变化来适应不良环境对自身生长发育产生的负面影响。

脯氨酸（Pro）和可溶性蛋白（SP）作为调节植物细胞渗透势的理想物质，具有降低细胞水势，平衡细胞内外渗透势的功能，其中，Pro的累积对植物适应逆境具有重要意义，而可溶性蛋白又是植物有机结构的重要组成成分。有研究发现，植物在遭受Cd，Pb，Hg等胁迫后，其自身蛋白质的空间构象会遭到严重损坏，导致折叠变性，造成植物体内蛋白质含量的下降[16]，这就意味着植物在Hg2+胁迫下受到的伤害程度与植物SP含量的下降具有一定的相关关系。本研究结果表明，萱草叶片Pro含量随着Hg2+胁迫程度的增加表现出迅速增加趋势，而SP含量在经过稍许增加后又逐渐下降。说明萱草在受到Hg2+胁迫后能通过积累Pro来调节细胞水势，避免细胞脱水和营养物质外渗，且在一定程度上防止蛋白质脱水变性，但随着Hg2+胁迫程度的加深，细胞中的核糖体受损，蛋白质结构改变，使其变性凝固，导致SP含量下降，影响萱草正常生长。

Hg2+胁迫使植物产生大量活性氧，造成植物体内活性氧动态失衡，发生膜脂过氧化，引起植物生物大分子氧化损伤，产生的MDA又致使质膜系统受到损伤，引起电解质外漏[17]。而POD，SOD作为具有活性氧（ROS）清除功能的酶类，在一定程度上可以消除由Hg2+胁迫所产生的超量ROS，使植物体内ROS恢复平衡，以加强其对Hg2+胁迫的抵御水平[18]。本研究发现，高浓度Hg2+胁迫导致萱草叶片MDA含量迅速上升，而此时SOD活性大幅下降，表明Hg2+胁迫，尤其是高浓度Hg2+可能超出了萱草对Hg2+胁迫的忍受范围，即提高植物自身酶活性仍不能有效缓解萱草体内ROS快速增加，以致其ROS代谢严重紊乱，而过量的ROS又促使酶活性下降，细胞膜受损，致使Hg2+胁迫对萱草的伤害程度更加严重，这与孙延东等[19]在Cd，Cu胁迫下对黄菖蒲以及过昱辰等[20]在Hg胁迫下对暖季型草坪草的研究结果一致。