干旱预处理对八宝景天响应镉铜胁迫的影响.pdf
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1、西 北 师 范 大 学 学 报(自然科学版)第5 9卷2 0 2 3年第5期 J o u r n a l o f N o r t h w e s t N o r m a l U n i v e r s i t y(N a t u r a l S c i e n c e)V o l.5 9 2 0 2 3 N o.5 D O I:1 0.1 6 7 8 3/j.c n k i.n w n u z.2 0 2 3.0 5.0 1 6收稿日期:2 0 2 2 1 0 1 1;修改稿收到日期:2 0 2 2 1 2 2 8基金项目:河南省科技攻关项目(2 3 2 1 0 2 3 2 1 0 5 4);
2、河南省新乡市科技攻关项目(G G 2 0 2 0 0 1 7)作者简介:鲜靖苹(1 9 7 9),女,甘肃通渭人,副教授,博士,硕士研究生导师.主要研究方向为重金属的植物修复.E m a i l:6 3 3 8 6 7 8 0q q.c o m干旱预处理对八宝景天响应镉铜胁迫的影响鲜靖苹,刘伍强,崔笑玲,庄静静,王晓冰(新乡学院 生物工程学院,河南 新乡 4 5 3 0 0 0)摘要:为探究干旱预处理对八宝景天响应镉铜胁迫的影响,将八宝景天幼苗分别用0%,5%,1 0%,1 5%,2 0%,2 5%(对应水势分别为0,-0.0 5,-0.1 5,-0.3 0,-0.5 0,-0.7 7 MP
3、a)的P E G-6 0 0 0溶液模拟干旱胁迫预处理后,分别用1 5 0 m gk g-1的C u2+和2 0 m gk g-1的C d2+胁迫液培养,然后测定八宝景天幼苗叶片的光合色素含量、丙二醛(MD A)含量、游离脯氨酸含量、可溶性糖含量及抗氧化酶(A P X,C A T,S O D,P O D)活性.结果表明,镉胁迫下1 0%(-0.1 5 MP a)P E G预处理和铜胁迫下5%(-0.0 5 MP a)P E G预处理可以有效提高八宝景天的光合色素含量,降低MD A含量,增加可溶性糖含量和游离脯氨酸含量,提高抗氧化酶活性.相对于空白(C K)组,1 0%P E G预处理对八宝景天
4、地上部镉含量和铜含量以及镉、铜转运系数的促进效果最为明显,地上部镉含量和铜含量分别比C K增加了3.8 7%和3.5 9%;镉和铜转运系数分别增加了1 5.4%和5.8%.以上结果表明,干旱预处理下八宝景天在遭受逆境胁迫时,受到多种生理生化的调节,其生理指标的动态变化是八宝景天应答逆境因子胁迫的重要调节机制,体现了其对逆境胁迫的适应能力以及在多种逆境胁迫下的交叉适应能力.关键词:八宝景天;P E G预处理;镉胁迫;铜胁迫中图分类号:S 6 8 2.3 3 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 1-9 8 8(2 0 2 3)0 5-0 0 9 6-1 0E f f e c t s o f P
5、E G p r e t r e a t m e n t o n p h y s i o l o g i c a l m e t a b o l i s m o fS e d u m S p e c t a b i l e B o r e a u u n d e r c a d m i u m a n d c o p p e r s t r e s sX I AN J i n g-p i n g,L I U Wu-q i a n g,C U I X i a o-l i n g,Z HUANG J i n g-j i n g,WANG X i a o-b i n g(S c h o o l o f
6、 B i o l o g i c a l E n g i n e e r i n g,X i n x i a n g U n i v e r s i t y,X i n x i a n g 4 5 3 0 0 0,H e n a n,C h i n a)A b s t r a c t:T h e e f f e c t s o f P E G p r e t r e a t m e n t o n p h y s i o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f S e d u m S p e c t a b i l e B o r e a
7、 u s e e d l i n g s u n d e r c a d m i u m a n d c o p p e r s t r e s s w e r e s t u d i e d b y p o t e x p e r i m e n t.T h e e x p e r i m e n t a l s e e d l i n g s w e r e d e a l t w i t h 0%,5%,1 0%,1 5%,2 0%a n d 2 5%(t h e c o r r e s p o n d i n g w a t e r p o t e n t i a l w a s 0,
8、-0.0 5,-0.1 5,-0.3 0,-0.5 0 a n d-0.7 7 MP a,r e s p e c t i v e l y)P E G-6 0 0 0 p r e t r e a t m e n t n u t r i e n t s o l u t i o n s,r e s p e c t i v e l y,a n d t h e n t h e s e e d l i n g s w e r e c u l t u r e d s e p a r a t e l y b y s t r e s s s o l u t i o n s c o n t a i n i n g
9、 1 5 0 m gk g-1 C u2+a n d 2 0 m gk g-1 C d2+,r e s p e c t i v e l y.T h e n,t h e l e a f c h l o r o p h y l l c o n t e n t,a c t i v i t i e s o f a n t i o x i d a n t e n z y m e(s u c h a s c a t a l a s e(C AT),s u p e r o x i d e d i s m u t a s e(S O D),g u a i a c o l p e r o x i d a s e
10、(P O D)a n d a s c o r b a t e p e r o x i d a s e(A P X),c o n t e n t s o f o s m o r e g u l a t i o n s u b s t a n c e s,s u c h a s p r o l i n e,s o l u b l e s u g a r a n d m a l o n d i a l d e h y d e(MD A)i n l e a v e s w e r e d e t e r m i n e d.T h e t e s t r e s u l t s s h o w e d
11、 t h a t t h e 1 0%(-0.1 5 MP a)P E G p r e t r e a t m e n t u n d e r t h e C d2+s t r e s s a n d t h e 5%(-0.0 5 MP a)P E G p r e t r e a t m e n t u n d e r t h e C u2+s t r e s s c o u l d e f f e c t i v e l y i n c r e a s e t h e l e a f c h l o r o p h y l l c o n t e n t s o f S e d u m S
12、 p e c t a b i l e B o r e a u s e e d l i n g s,r e d u c e t h e c o n t e n t s o f MD A,i n c r e a s e t h e c o n t e n t o f s o l u b l e s u g a r a n d p r o l i n e,i n c r e a s e t h e a c t i v i t i e s o f a n t i o x i d a n t e n z y m e s.C o m p a r e d w i t h b l a n k(C K)g r
13、o u p,t h e p r o m o t i o n e f f e c t o f 1 0%P E G p r e t r e a t m e n t o n a b o v e g r o u n d C d c o n t e n t a n d C u c o n t e n t a s w e l l a s t h e t r a n s f e r c o e f f i c i e n t o f C d a n d C u w a s t h e m o s t 69 2 0 2 3年第5期 鲜靖苹等:干旱预处理对八宝景天响应镉铜胁迫的影响 2 0 2 3 N o.5E
14、 f f e c t s o f P E G p r e t r e a t m e n t o n p h y s i o l o g i c a l m e t a b o l i s m o f S e d u m S p e c t a b i l e B o r e a u u n d e r c a d m i u m a n d c o p p e r s t r e s so b v i o u s,a n d t h e a b o v e g r o u n d C d c o n t e n t a n d C u c o n t e n t i n c r e a s
15、e d b y 3.8 7%a n d 3.5 9%,r e s p e c t i v e l y,c o m p a r e d w i t h C K g r o u p.T h e t r a n s f e r c o e f f i c i e n t s o f c a d m i u m a n d c o p p e r i n c r e a s e d b y 1 5.4%a n d 5.8%,r e s p e c t i v e l y.T h e a b o v e r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e S e d u m
16、S p e c t a b i l e B o r e a u d e a l t b y P E G p r e t r e a t m e n t u n d e r s t r e s s w a s r e g u l a t e d b y v a r i o u s p h y s i o l o g i c a l a n d b i o c h e m i c a l f a c t o r s.T h e d y n a m i c c h a n g e s o f p h y s i o l o g i c a l i n d e x e s w e r e i m p
17、o r t a n t r e g u l a t o r y m e c h a n i s m s f o r S e d u m S p e c t a b i l e B o r e a u i n r e s p o n s t o s t r e s s,w h i c h r e f l e c t e d i t s a d a p t a b i l i t y t o s t r e s s a n d i t s c r o s s-a d a p t a t i o n a b i l i t y u n d e r v a r i o u s s t r e s s
18、e s.K e y w o r d s:S e d u m S p e c t a b i l e B o r e a u;P E G p r e t r e a t m e n t;c a d m i u m s t r e s s;c o p p e r s t r e s s 随着工业发展和人类活动的加剧,土壤重金属污染成为主要的环境问题之一.采矿、冶炼和电镀等工业活动产生的大量废水和废物,以及不合理的灌溉和农业活动等人为因素,会导致大量重金属在土壤中沉积1,特别是铜(C u)、镉(C d)单一污染或复合污染2-3.农田中重金属的过量排放会导致土壤结构不良,微生物活动减少,有机物含量降低
19、,进而导致土壤持水能力降低4.因此,土壤中过高的重金属浓度会导致作物出现各种问题,如影响植物光合作用、呼吸作用、能量转换和蛋白质合成,对土壤以及植物氧化还原平衡和离子平衡的干扰,进而导致作物质量差和产量低5.当重金属浓度超过植物生长的阈值时,植物细胞膜的结构和功能会被破坏,抑制矿物质的吸收,对钙、镁、铁等矿物质元素的吸收起拮抗作用6,植物细胞膜的通透性、抗氧化物酶系统和叶绿体结构都会遭到破坏,导致植物生长和发育不良,严重时可导致植物死亡7-8.研究表明,利用聚乙二醇(P E G)对植物种子、幼苗进行预处理,能提高植物种子萌发期的活力,增强植物的抗逆性9-1 4.比如低渗透势P E G引发燕麦老
20、化种子,可提高其发芽率、促进根生长9.低浓度的P E G预处理能够提高驼绒藜(C e r a t o i d e s l a t e n s)、碱 蓬(S u a e d a g l a u c a)1 0、籽粒苋(Am a r a n t h u s h y p o c h o n d r i a c u s)、一年生黑麦 草(L o l i u m m u l t i f l o r u m)、大 麦(H o r d e u m v u l g a r e)、二 月 兰(O r y c h o p h r a g m u s v i o l a c e u s)、沙打旺(A s t r a
21、 g a l u s a d s u r g e n s)1 1、羊草(L e y m u s c h i n e n s i s)1 2等植物种子的萌发率.P E G预处理可促进高丹草(S o r g h u m h y b r i d s u d a n g r a s s)抗旱指数1 3,有效提高早熟 禾“B r i l l i a n t”的 耐 热 性1 4,增强了水稻幼苗的耐盐能力1 5和抗旱能力1 6,还能提高多年生黑麦草(L o l i u m p e r e n n e)的耐盐能力和对重金属镉的抗性1 7.八宝景天(S e d u m S p e c t a b i l e
22、B o r e a u)为 景天科多年生草本植物,具有耐旱、耐寒、生长迅速、适应性强等特性.研究表明,八宝景天对土壤中C d具有较强耐受性的富集能力1 8,地上部C d含量可达3 5 m gk g-1以上1 9,又由于其广泛的适生性等优点,广泛应用于我国城市绿地建设中2 0.但当生长环境重金属含量过高时,生长明显受到抑制2 1-2 2.从现有的报到可以看出,有关P E G预处理对八宝景天幼苗抗重金属污染能力的影响鲜有报道.本试验对P E G预处理下八宝景天幼苗进行C d胁迫和C u胁迫,试图从生理角度探讨P E G对八宝景天耐C u和耐C d性的影响,以期为P E G预处理在草本植物重金属耐性
23、以及抵抗其他非生物胁迫方面提供参考,为八宝景天对重金属污染土壤的植物修复提供相关理论依据.1 材料与方法1.1 八宝景天本次试验以八宝景天幼苗为供试材料,购于山东潍坊青州市润芊花卉苗木中心.1.2 试验设计1.2.1 幼苗的培养 盆栽试验土壤采自河南省新乡学院实习试验田,取耕层02 0 c m土壤,室内风干后,去除杂质,2 mm磨细过筛.种植土、细沙按3 2混合均匀,分别装入直径2 0 c m塑料花盆中,每盆装1.8 k g土壤.选取长势一致的植株移栽入塑料盆,每盆栽植3株.于温室内盆栽培养,常规管理方式下,定期浇水、除草、除蚜虫,生长3 0 d后,进行P E G预处理和胁迫处理.1.2.2
24、P E G-6 0 0 0溶液预处理 供试植物材料先用0%,5%,1 0%,1 5%,2 0%,2 5%(对应水势分别为0,-0.0 5,-0.1 5,-0.3 0,-0.5 0,-0.7 7 MP a)的P E G营养液培养5 d,再用完全营养液培养5 d(复水处理).79西 北 师 范 大 学 学 报(自然科学版)第5 9卷 J o u r n a l o f N o r t h w e s t N o r m a l U n i v e r s i t y(N a t u r a l S c i e n c e)V o l.5 9 1.2.3 C u胁迫和C d胁迫处理 预处理1 0 d
25、后,将经过预处理的培养材料分为2组:C u胁迫组和C d胁迫组.C d,C u试验均设置7个处理组,每组处理3个重复,分别为:C K,C d(2 0 m gk g-1),P 1(2 0 m gk g-1+5%),P 2(2 0 m gk g-1+1 0%),P 3(2 0 m gk g-1+1 5%),P 4(2 0 m gk g-1+2 0%),P 5(2 0 m gk g-1+2 5%);C K,C u(1 5 0 m gk g-1),P 1(1 5 0 m gk g-1+5%),P 2(1 5 0 m gk g-1+1 0%),P 3(1 5 0 m gk g-1+1 5%),P 4(1
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