Cu2+、Pb2+、Zn2+胁迫对费菜耐性及积累特性的研究

摘要

以景天科植物费菜(Sedum aizoon L.)为材料,采用室内水培技术,主要研究了Cu2+、Pb2+、Zn2+胁迫下费菜的生理生态响应及其耐性机理。重点探讨了重金属胁迫条件下费菜抗氧化酶SOD、CAT活性变化规律和渗透调节物质可溶性糖、脯氨酸含量的变化及重金属胁迫对费菜叶绿素含量、根系活力和细胞膜透性的影响以及重金属在植物体内的转运和富集情况。从而了解费菜对Cu2+、Pb2+和Zn2+忍耐及吸收积累能力,同时还对费菜的抗逆能力进行初步研究,为探讨费菜的土壤修复潜力提供理论依据。初步研究结果如下:
　　 轻度Cu2+胁迫对费菜的毒害作用不明显,且对其生长有一定的促进作用,叶绿素含量增加。当胁迫加重时,费菜的长势受到明显的抑制:植株萎蔫、老叶发黄、根尖黄褐化、根系生长受到抑制、叶绿素含量降低。根系活力表现为“低促高抑”效应,即轻度胁迫下的根系活力的增加和重度胁迫下的根系活力的下降。费菜受cu2+胁迫后,启动一些生理生化反应来抵御逆境的胁迫。表现为渗透调节物质含量和抗氧化酶活性的变化。随Cu2+浓度增加,渗透调节物质可溶性糖和脯氨酸在植物体内积累量增多。SOD活性随着处理时间的延长而降低。胁迫初期,SOD的活性随着cu2+浓度的增加而升高；后期,酶的活性降低。CAT的活性也表现为植物体内低铜富集量的促进效应和高铜富集量的抑制效应。费菜吸收的Cu2+大量积累在根部。
　　 Pb2+胁迫下,随着Pb2+重金属浓度的增加,费菜根系形态和根系活力发生变化,表现为主根增粗、数目增多；侧根数目增多、根长缩短；根系活力增加。叶绿素的含量表现为低浓度下的促进和高浓度下的抑制作用。轻度胁迫条件下可溶性糖含量提高,随着Pb2+浓度升高,可溶性糖的含量降低。脯氨酸含量呈先降后升的变化趋势。抗氧化酶SOD和CAT对Pb2+胁迫都表现为“低促高抑”效应,但是SOD活性均低于对照水平,说明SOD对Pb2+比较敏感。随着重金属浓度的增加,丙二醛含量大体呈增加趋势,Pb2+浓度为960μmol／L时,MDA的含量降至对照水平以下。当pb2+浓度>960μmol／L时,地上部Pb2+含量达到饱和。Pb2+在植物体内的运输受到了阻碍,从而使地上部分免遭伤害,一定程度上提高了植物耐性。大部分铅滞留在根系。
　　 Zn2+胁迫首先伤害根系,使根系发黑,根体膨胀,根系活力显著下降。叶绿素含量对锌胁迫的反应与Pb2+相类似,都表现出“低促高抑”的效应。低浓度Zn2+的胁迫下,SOD的活性随着时间的延长而不断升高。高浓度Zn2+胁迫下,随着胁迫时间的延长而不断下降。CAT的活性呈现先升后降的变化趋势。随着外界处理浓度的增加,膜的透性加大。可溶性糖的变化趋势和铅胁迫类似,脯氨酸的积累状况和铜胁迫相似。费菜吸收的锌大多被限制在根部,地上部分Zn2+富集浓度虽然没达到超积累植物的标准,但是富集浓度也很高。
　　 不同逆境(高温、低温、干旱)的胁迫实验发现:当处理温度高于45℃或低于-1℃,对费菜细胞膜造成不可逆的伤害。而在这临界温度以内,对细胞膜的伤害不大。但是随着温度的变化,相对电导率变化的幅度并不均匀,在临界温度以内,相对电导率随着温度的增加或降低,变化比较平缓,一旦处理温度超过临界温度,相对电导率急剧增加,而后缓慢增加至平稳。伤害率也有相同的变化趋势。同时还发现费菜抗旱能力极强,干旱胁迫480 d出现永久萎蔫现象,土壤含水量为3.97％,略微高于暂时萎蔫后期的含水量3.25％。