1、 鉛脅迫對小桐子幼苗的生長影響jatropha curcas seedling grows situation by the lead stressed 摘 要本試驗利用硝酸鉛溶液澆施小桐子幼苗,研究鉛脅迫對小桐子幼苗生長以及部分生理的影響，評價小桐子對鉛脅迫的耐受性。結(jié)果表明：經(jīng)鉛脅迫40天后，小桐子幼苗株高的生長速度變得較緩慢，莖圍的生長速度則加快，葉片變化不明顯。而隨著鉛脅迫時間的延長，小桐子幼苗的部分生理生化指標呈現(xiàn)不同的變化。其中，丙二醛的含量隨著鉛濃度的增加而增加，當鉛濃度為800mg/l時為最高，但是葉片中丙二醛含量秋季（0.05187umol/g）低于春季（0.05272umo

2、l/g）；葉綠素的合成隨著鉛濃度的增加而減少，當鉛濃度達到800mg/l時含量最少，且葉片中總?cè)~綠素含量秋季（2.174mg/l）高于春季（2.071mg/l）；可溶性糖含量各處理組均比對照組的低，且當鉛濃度達到800mg/l時，可溶性糖含量秋季（0.0249）mg/g高于春季（0.0177mg/g）。試驗證明，小桐子對鉛脅迫有一定的耐受性，具有在鉛污染土壤應(yīng)用的潛力。關(guān)鍵詞：小桐子；鉛脅迫；外形指標；生理生化指標abstractthis article studied the growth and physiologies of jatropha curcas seedling by wat

3、ering with pb(no3)2, and evaluated the resistance of the ions of plumbum. the result showed that the height of jatropha curcas seedlings became slow,the growth speed of stem girth accelerated. the patial physiology and biochemistry would take some traits. the content of mda would be proportional wit

4、h concentration of plumbum, the highest content of mda was 0.05187 umol/g in fall, 0.05272 umol/g in spring at 800mg/l of pb(no3)2. in that content of pb, the concentration of chlorophyll was 2.174mg/l in spring, 2.071mg/l in autumn, the soluble sugar was 0.0249 mg/g,0.0177mg/g. all clues show that

5、jatropha curcas have some tolerance on lead stress and will deduce the pollution of soils.key words: jatropha curcas; lead stressed; external morphological index; physic-biochemical characteristics目 錄1.前言12.材料與方法32.1材料32.1.1植株種子32.1.2實驗儀器32.1.3實驗藥品32.1.4培養(yǎng)液及培養(yǎng)基質(zhì)32.2方法42.2.1種子處理及萌發(fā)實驗42.2.2幼苗前期培養(yǎng)42.2.

6、3鉛脅迫培養(yǎng)42.2.4指標測定43.結(jié)果與分析63.1鉛脅迫對小桐子幼苗外部形態(tài)指標的影響63.2鉛脅迫對小桐子幼苗生理生化的影響63.2.1鉛脅迫對小桐子幼苗丙二醛（mda）的影響63.2.2鉛脅迫對小桐子幼苗葉綠素a、葉綠素b以及總?cè)~綠素的影響73.2.3鉛脅迫對小桐子幼苗可溶性糖的影響84.討論95.結(jié)論11參考文獻12致謝131.前言小桐子（jatropha curcas l.），別名，麻風樹，膏桐，臭油桐，是大戟科麻風樹屬植物。小桐子樹皮光滑，種子呈長圓形，種衣呈灰黑色。中醫(yī)認為它性寒，有散瘀、止痛作用，也可治跌打損傷及皮膚瘙癢。小桐子籽粒含油率高，是制造生物柴油的良好材料，被生物

7、質(zhì)能源研究專家稱之為“黃金樹”、“柴油樹”，是國際上研究最多的能生產(chǎn)生物柴油的能源植物之一，是世界公認的最有可能成為未來替代化石能源的具有巨大開發(fā)潛力的樹種。所以目前對小桐子的栽培技術(shù)以及產(chǎn)油率等方面的研究也越來越深入。而在當今社會，由于工農(nóng)業(yè)的超載發(fā)展，“三廢”的違規(guī)排放等, 使得空氣、水體、土壤等環(huán)境要素紛紛受到污染，而鉛污染由于影響范圍大、毒害作用隱蔽、對健康危害嚴重, 已逐漸成為學(xué)界研究熱點。在鉛污染的土壤環(huán)境中,因污染程度的不同，會對不同植物產(chǎn)生不同程度的危害, 輕則使植物體的代謝過程發(fā)生紊亂, 生長發(fā)育不良, 重則會導(dǎo)致植物死亡。因此，如何改善鉛污染土壤環(huán)境，在遭受鉛等重金屬污染后

8、的土壤中有哪些植物還能夠正常生長等一系列的研究也越來越有必要。小桐子是一種多年生耐旱型木本植物，它適于貧瘠和邊角地栽種，即使管理粗放，它也能迅速的生長。如果小桐子在被污染的土地中能正常生長，那將對其在今后的綜合利用，修復(fù)污染土壤，提高污染土地的利用價值等方面有重要的現(xiàn)實意義。植物修復(fù)是近年來新興的一種對土壤重金屬污染的修復(fù)技術(shù)。1983 年,美國化學(xué)家chaney 提出了用超富集植物清除土壤中重金屬污染的思想, 英國baker 博士也隨之提出超富集植物具有清潔金屬污染土壤和實現(xiàn)金屬生物回收的實際可能性。利用植物修復(fù)的方法來治理重金屬污染土壤有其獨特的優(yōu)點，如成本低；不破壞土壤生態(tài)環(huán)境；通過對植

9、物的集中處理, 造成二次污染的機會較少等。植物修復(fù)技術(shù)的關(guān)鍵是尋找合適的超積累或耐重金屬植物。現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)許多金屬超積累植物，如東南景天, 龍新憲等研究發(fā)現(xiàn)，當土壤鎘含量為12.5-50mg/kg時，礦山生態(tài)型東南景天的地上部在一年內(nèi)(兩茬)的積累量可達2-4mg/盆，其對土壤鎘清除率達16%-33%。但目前，超積累植物的研究多限于實驗階段，在生態(tài)修復(fù)中的廣泛利用還有一定局限性。國內(nèi)外已見報道的重金屬超積累植物已有400 多種；但是, 鉛的富集植物被發(fā)現(xiàn)的并不多, 僅有5 種1-5。我國在此方面的研究起步較晚，但當前關(guān)于鉛富集植物的生理生化方面的研究, 也已被廣泛的開展，如劉秀梅等在溫室砂培盆

10、栽條件下對鉛鋅尾礦區(qū)附近生長的6 種植物( 山野豌豆、草木樨、披堿草、酸模、紫苜蓿和羽葉鬼針草) 體內(nèi)鉛的含量與分布、重金屬鉛的遷移總量、根系的耐性指數(shù)做了研究，發(fā)現(xiàn)羽葉鬼針草和酸模對鉛有很好的耐性。程文偉等用盆栽模擬試驗研究了甘蔗長期受重金屬鉛脅迫的生理響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)了甘蔗具有植物修復(fù)鉛污染土壤的潛力等6-7。小桐子作為一種能源植物在環(huán)境修復(fù)等方面的研究報道還極為鮮見，而近幾年，能源植物在土壤重金屬污染的修復(fù)治理方面的研究已經(jīng)逐步的展開，王國慶等通過水培試驗研究了紅麻對水培營養(yǎng)液中cu及cu-edds 的吸收和富集效應(yīng)，通過試驗結(jié)果預(yù)測在cu污染土壤上種植紅麻，可望實現(xiàn)紅麻纖維的安全生產(chǎn)，同時有

11、可能實現(xiàn)對輕度cu污染土壤的植物穩(wěn)定和吸取修復(fù)8。王小鴿等在水培條件下研究了3 個無性系在不同濃度鉛脅迫下的插穗萌條生長、根系發(fā)育和鉛中毒的生理生態(tài)反應(yīng),研究發(fā)現(xiàn)能源柳可用于鉛污染土壤的修復(fù)9。所以，如果小桐子也能用于污染土壤的修復(fù)，那將能更好的實現(xiàn)小桐子樹的綜合利用價值，提高重金屬污染地區(qū)的經(jīng)濟價值。本試驗通過人工模擬鉛脅迫小桐子，對其外部形態(tài)及其部分生理響應(yīng)進行測定，研究其在鉛污染土壤中的耐受情況，為小桐子今后在廢礦區(qū)和重金屬污染地區(qū)的綜合利用提供一定的參考。2.材料與方法2.1 材料2.1.1 植株種子小桐子種子：江蘇沐陽種子發(fā)展公司。2.1.2 實驗儀器恒溫水浴鍋（國華電器有限公司），

12、分光光度計（wfj722型，龍尼柯上海儀器有限公司），超低溫離心機（eppendrof centrifuge 5810r,germany)，電子天平（pl202-s型，梅特勒-托利多儀器上海有限公司），電熱恒溫鼓風干燥箱（dhg9246a，上海精宏實驗設(shè)備有限公司），電熱恒溫培養(yǎng)箱（dnp9082型，上海精宏實驗設(shè)備有限公司），實驗室ph計（fe20/el20，梅特勒-托利多儀器上海有限公司），游標卡尺。2.1.3 實驗藥品硝酸鉛（pb(no3)2）；四水硝酸鈣（ca(no3)24h2o）；硝酸鉀（kno3）；硝酸銨(nh4no3)；磷酸二氫鉀（kh2po4）；硫酸鎂（mgso4 /mgso4

13、7h2o）；七水硫酸亞鐵（feso47h2o)；乙二胺四乙酸二鈉（c10h14n2na2o82h2o）；碘化鉀ki；硼酸（h3bo3）；硫酸錳（mnso4）；硫酸鋅（znso47h2o）；鉬酸鈉（na2moo4）；硫酸銅（cuso4）；氯化鈷（cocl26h2o）；葡萄糖（c6h12o6）；濃硫酸（h2so4）；蒽酮（c14h10o）；無水乙醇（c2h6o）；丙酮（c3h6o）；三氯乙酸（c2hcl3o2）；硫代巴比妥酸（c4h4n2o2s）。2.1.4 培養(yǎng)液及培養(yǎng)基質(zhì)完全培養(yǎng)液采用霍格蘭培養(yǎng)液。配制方法如下：四水硝酸鈣（ca(no3)24h2o）945mg/l，硝酸鉀（kno3）506mg

14、/l，硝酸銨(nh4no3)80mg/l，磷酸二氫鉀（kh2po4）136mg/l ，硫酸鎂（mgso47h2o），493mg/l，鐵鹽溶液2.5ml，微量元素液5ml，ph=6.0。鐵鹽溶液：七水硫酸亞鐵（feso47h2o）2.78g，乙二胺四乙酸二鈉（c10h14n2na2o82h2o） 3.73g，蒸餾水500ml，ph=5.5。微量元素液：碘化鉀（ki） 0.83mg/l，硼酸（h3bo3）6.2mg/l，硫酸錳（mnso4）22.3mg/l，硫酸鋅（znso47h2o）8.6mg/l，鉬酸鈉（na2moo4）0.25mg/l，硫酸銅（cuso4）0.025mg/l，氯化鈷（cocl

15、26h2o）0.025mg/l。鉛處理液的配制方法為：用硝酸鉛分別配制鉛離子濃度為100 mg/l,200 mg/l,300 mg/l,500 mg/l,800 mg/l的溶液。種子培養(yǎng)基質(zhì)為草炭：珍珠巖=3:2（按體積比），種子萌發(fā)后移植到培養(yǎng)袋，基質(zhì)為黃土：草炭：珍珠巖=5:3:2（按體積比）。2.2 方法2.2.1 種子處理及萌發(fā)實驗挑選飽滿無異樣的種子，將其輕輕破殼，浸泡8小時，晾干。之后種植裝有到基質(zhì)（草炭：珍珠巖=3:2）的育苗盤中待萌發(fā)。之后每天澆水，三天后第一株種子萌芽，兩周后全部萌芽。2.2.2 幼苗的前期培養(yǎng)挑選長勢相似的小桐子幼苗，移植到培養(yǎng)袋中。培養(yǎng)基質(zhì)為黃土：草炭：珍

16、珠巖=5:3:2（按體積比）。對所有幼苗進行完全培養(yǎng)液澆灌，每株20ml。四天后再次進行澆灌培養(yǎng)。七天后對幼苗進行潑澆多菌靈，進行滅除菌害。2.2.3 鉛脅迫培養(yǎng)待小桐子幼苗生長穩(wěn)定后，挑選長勢相似的幼苗進行分組的鉛脅迫培養(yǎng)。將挑選出來的小桐子幼苗平均分為六組，分別設(shè)為鉛含量0mg/l，100 mg/l,200 mg/l,300 mg/l,500 mg/l,800 mg/l。每組十株，以后進行鉛脅迫培養(yǎng)，重復(fù)3組試驗。2.2.4 指標測定2.2.4.1 外部形態(tài)指標的測定在進行鉛脅迫處理40天后對小桐子幼苗的各外部形態(tài)指標（株高，莖圍，葉片長寬）進行測量，株高的測量為地上部分到頂芽的高度，莖圍

17、的測量為地上部分2厘米處，葉片統(tǒng)一測量各植株的上部葉。2.2.4.2 生理生化指標的測定秋季，各生理生化指標在經(jīng)過鉛脅迫處理60天之后采樣測定。春季，在經(jīng)過了120天停止鉛脅迫處理的恢復(fù)期后，繼續(xù)鉛脅迫處理30天之后采樣測定。丙二醛的測定，分別稱取各個脅迫組的小桐子葉片1g，加入少許石英砂和2ml10%tca（10%三氯乙酸），研磨成勻漿再加3ml10%三氯乙酸進一步研磨，勻漿在4000r離心10min，上清液為mda提取液，采用硫代巴比妥酸法進行顯色反應(yīng)和測定，并根據(jù)公式計算幼苗植株中mda含量，具體方法參照參考文獻10。葉綠素的測定采用浸提法，分別取各個脅迫組的小桐子葉片洗凈晾干之后稱取0

18、.2克，放到25ml的容量瓶中，加入丙酮乙醇混合液（按體積比1:1）定容，之后放入恒溫箱中在40下浸提24小時，之后取出分別于663nm, 645nm處進行分光光度測定，并根據(jù)公式計算出幼苗葉片中的葉綠素的含量，具體方法參照參考文獻11。可溶性糖含量測定，取各脅迫組的小桐子葉片，洗凈晾干，之后在110烘箱烘15min，然后調(diào)至70過夜。干葉片磨碎后稱取50mg樣品倒入10ml刻度離心管內(nèi)，加入4ml80%酒精，置于80水浴中不斷攪拌40min，離心，收集上清液，其殘渣加2ml80%酒精重復(fù)提取2次，合并上清液。在上清液中加10mg活性炭，80脫色30min，定容至10ml，過濾后，取提取液1m

19、l，加入5ml蒽酮試劑混合，沸水浴煮10min，取出冷卻。在625nm處測其od值，從標準曲線上得到提取液中糖的含量，具體方法參照參考文獻10。3.結(jié)果與分析3.1 鉛脅迫對小桐子幼苗的外部形態(tài)指標的影響從表1可以看出，從中可以看到，小桐子幼苗株高的生長速度，均比對照組的慢，說明鉛脅迫對小桐子幼苗的株高生長造成了抑制作用；而莖圍的生長速度則較對照組都變快，說明一定濃度的鉛能促進小桐子幼苗莖圍的生長；經(jīng)鉛脅迫后葉的生長速度較對照組變化不大，說明在鉛離子濃度為800mg/l范圍內(nèi)脅迫處理后，對小桐子幼苗葉片的生長造成的影響不大。在秋季各鉛脅迫組的小桐子幼苗葉片較對照組提前20天左右落葉，春季新葉則

20、延緩了30天左右才長出新葉。表1 鉛脅迫對小桐子幼苗外部形態(tài)指標的影響鉛濃度（mg/l）鉛脅迫培養(yǎng)40天后各外部形態(tài)指標的變化情況株高（cm）莖圍（cm）葉長寬（cm）015.160.5973.114.1310010.850.6312.863.2920013.410.6283.193.1930012.190.6383.373.8450011.60.6292.773.1180013.290.6343.223.973.2 鉛脅迫對小桐子幼苗生理生化的影響3.2.1 鉛脅迫對小桐子幼苗丙二醛（mda）的影響從圖1可以看出，經(jīng)鉛脅迫培養(yǎng)后小桐子幼苗在秋季和春季，葉片中的丙二醛含量均比對照組的高，而且呈

21、現(xiàn)遞增的趨勢，秋季，當鉛脅迫濃度達到800mg/l時，丙二醛含量為0.05187umol/g，春季為0.05272umol/g均達到了最大值。且在春季，鉛離子濃度為200mg/l到800mg/l的各個組，丙二醛含量均比秋季是高。圖1 鉛脅迫對小桐子幼苗丙二醛含量的影響結(jié)果表明，鉛脅迫會促進小桐子幼苗葉片中的丙二醛的合成，且隨著鉛脅迫濃度和時間的增加，丙二醛的合成量也增加。3.2.2 鉛脅迫對小桐子幼苗葉綠素a、葉綠素b以及總?cè)~綠素的影響從圖2、3、4可以看出，秋季，隨著鉛脅迫濃度的增加，小桐子幼苗葉片中葉綠素a、 b、葉綠素總量含量逐漸降低，當鉛脅迫濃度增加到800mg/l時幼苗植株中葉綠素a

22、、 b、葉綠素總量分別降到1.764mg/l，0.41 mg/l，2.174 mg/l。春季，小桐子幼苗葉片中葉綠素含量也逐漸降低，當鉛脅迫濃度為800mg/l時，葉綠素a、 b、葉綠素總量為1.653mg/l,0.419mg/l，2.071mg/l，均為各組最低，這一結(jié)果說明鉛脅迫會抑制小桐子幼苗植株中葉綠素的合成，且隨著鉛脅迫濃度的增加，抑制作用越強烈。 圖2 鉛脅迫對小桐子幼苗葉片內(nèi)葉綠素a含量的影響圖3 鉛脅迫對小桐子幼苗葉片內(nèi)葉綠素b含量的影響圖4 鉛脅迫對小桐子幼苗葉片內(nèi)總?cè)~綠素含量的影響3.2.3 鉛脅迫對小桐子幼苗可溶性糖的影響從表2可以看出，經(jīng)鉛脅迫處理后，小桐子幼苗在秋季，

23、葉片中可溶性糖含量均比對照組的低，在鉛處理濃度為100mg/l和800mg/l時，可溶性糖含量分別降至了0.02036mg/g和0.02493mg/g，說明鉛脅迫對小桐子幼苗葉片中可溶性糖的合成產(chǎn)生了抑制。春季，小桐子幼苗植株內(nèi)的可溶性糖含量也隨著鉛脅迫濃度的增加而減少，且當鉛離子濃度為800mg/l時，可溶性糖含量為0.0177mg/g，含量最低，且與秋季相比，鉛脅迫濃度為200mg/l到800mg/l的組可溶性糖含量更低，說明到了春季由于鉛脅迫時間的延長，小桐子幼苗葉片中可溶性糖的合受到了成了更大的影響。表2 鉛脅迫對小桐子幼苗可溶性糖的影響鉛脅迫濃度（mg/l）秋季可溶性糖含量（mg/g

24、）春季可溶性糖含量（mg/g）00.033640.03931000.020360.02412000.030390.02473000.031570.02625000.024580.01938000.024930.01774.討論植物外部形態(tài)指標的變化，直觀的反映了植物的生長情況。經(jīng)過鉛脅迫處理后，小桐子幼苗株高生長速度均比對照組的慢，說明鉛脅迫對小桐子幼苗的株高生長造成了抑制作用；而莖圍的生長速度則較對照組都變高，說明一定濃度的鉛能促進小桐子幼苗莖圍的生長；經(jīng)鉛脅迫后葉片生長速度較對照組變化不大，說明在鉛離子濃度為800mg/l范圍內(nèi)脅迫處理，對小桐子幼苗葉片的生長造成的影響不大，這可能是由于培

25、養(yǎng)基質(zhì)中含有草炭，草炭富含各類有機質(zhì)和礦物質(zhì)，保肥能力較強，因此緩解了鉛對小桐子幼苗的脅迫影響。在秋季各鉛脅迫組的小桐子幼苗葉片較對照組提前20天左右落葉，春季新葉則延緩了30天左右才長出，這可能是由于小桐子吸收了土壤中的鉛，吸收的鉛影響了葉片內(nèi)的酶活性等原因造成的，具體原因還有待進一步的研究。植物器官在衰老或逆境條件下，發(fā)生膜脂過氧化作用，mda是其產(chǎn)物之一，是膜脂過氧化的指標，表示細胞膜脂過氧化程度和植物對逆境條件的反應(yīng)強度。經(jīng)鉛脅迫培養(yǎng)后，小桐子幼苗葉片內(nèi)mda的含量均比對照組的高，在秋季和春季，當鉛脅迫處理濃度達到800mg/l時，mad含量為0.05187umol/g和0.05272

26、umol/g，與對照組相比較變化較大。說明隨著鉛濃度的增加，鉛脅迫增強了膜脂過氧化作用，削弱了膜的抵抗能力，小桐子幼苗對抗性條件的適應(yīng)性變?nèi)酢＿@與宋勤飛12和龐欣13等人的研究結(jié)果一致。葉綠素含量是測定植物光合作用的重要指標之一，葉綠素含量的高低也表現(xiàn)了植株的生長情況。在本試驗中，隨著鉛脅迫濃度的增加，小桐子幼苗葉片中的葉綠素a、 b、葉綠素總量的含量均逐步減少，且秋季和春季測量的結(jié)果相似，當鉛脅迫處理濃度達到800mg/l時，秋季測得葉綠素a、 b、葉綠素總量的含量分別為1.764mg/l，0.41 mg/l，2.174 mg/l，春季為1.653mg/l, 0.419mg/l，2.071m

27、g/l，均降至各組最低。這可能是由于小桐子葉片從土壤中吸收鉛的量隨著鉛濃度的增加而遞增,吸收的鉛作用于葉綠素生物合成途徑的幾種酶的肽鏈結(jié)構(gòu),從而抑制酶的活性,阻礙葉綠素的合成。鉛脅迫下,小桐子葉片中葉綠素各組分含量變化與甘蔗的相同，這與程文偉7和何冰14等人的研究結(jié)果一致。可溶性糖是植株體內(nèi)碳水化合物互相轉(zhuǎn)化和再利用的主要物質(zhì),它不僅是植物的主要光合產(chǎn)物,也是碳水化合物代謝和暫時貯藏的主要形式。經(jīng)鉛脅迫培養(yǎng)后，小桐子幼苗體內(nèi)的可溶性糖的合成均受到了不同程度的抑制，秋季經(jīng)鉛脅迫后，各鉛脅迫組與對照組相比，可溶性糖含量均低于對照組。春季，當鉛濃度為800mg/l時，可溶性糖含量為0.0177mg/

28、g，為各組最低，且與秋季相比，各脅迫組的可溶性糖含量相對較低，這可能是由于春季鉛脅迫時間較秋季的脅迫時間長，培養(yǎng)基質(zhì)中草炭的保肥性降低等原因造成的。5.結(jié)論通過本次試驗，模擬鉛脅迫處理小桐子幼苗，研究小桐子幼苗的外部形態(tài)指標變化，及部分生理生化指標的響應(yīng)。在經(jīng)過鉛脅迫處理后，小桐子幼苗株高生長受到了抑制，莖圍的生長則受到促進，而對葉片生長的影響則不明顯；小桐子幼苗葉片內(nèi)可溶性糖的合成則受到了抑制，且隨著脅迫時間的延長，抑制更明顯；隨著鉛濃度的增加，葉綠素各組分的含量逐漸減少；小桐子幼苗葉片內(nèi)mda的含量則隨著鉛脅迫濃度的增加而增加，這說明鉛脅迫增強了膜脂過氧化作用，削弱了膜的抵抗能力，使小桐子幼苗對抗性條件的適應(yīng)性變?nèi)酢＝?jīng)過鉛脅迫處理后，小桐子幼苗的葉片較對照組提前（20天左右）變黃落葉，在春季，新葉的生長也延緩（30天左右）了。 在試驗中