重金属Pb、Cu单一及复合污染对玉米蛋白质与有机酸含量的影响及其富集特性的研究
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摘要
铜、铅是一类重要的金属污染物,对作物生长发育、生理代谢过程有重要影响。本文以玉米为实验材料,采用室内土壤培养法,研究了不同浓度(10 mg·L-1、50 mg·L-1、100 mg·L-1)重金属Cu2+、Pb2+对玉米幼苗体内草酸与蛋白含量、酶活性及重金属富集特性等方面的影响,主要研究结果如下：
1、研究了不同浓度Cu2+、Pb2+单一及其复合污染在玉米幼苗体内各器官中富集与迁移的动态变化规律。结果表明,在单一污染条件下,Cu2+、Pb2+在玉米体内的积累量与重金属处理浓度和时间呈正相关,分布顺序为：根>茎>叶,积累量为Pb2+>Cu2+,根茎间迁移率随着处理浓度增高逐渐减小,茎叶间迁移率变化规律为先减小后增大。Cu2+、Pb2+复合污染后,随着处理浓度和时间的增加,Cu2+、Pb2+在玉米体内的积累量逐渐增大,其含量均大于单一处理,Cu2+、Pb2+在玉米各器官中的分布规律为：根>茎>叶,积累能力为：Pb2+>Cu2+。根茎间Cu2+、Pb2+的迁移率表现为处理10d-20d时随浓度增高逐渐上升,30d时逐渐下降,而茎叶间的迁移率则表现为随处理浓度的增加先升高后降低。复合处理对Cu2+、Pb2+在玉米体内的富集具有协同效应。
2.研究了不同浓度的Cu2+、Pb2+单一及其复合污染对玉米体内草酸含量的影响,结果表明：与对照组相比,Cu2+、Pb2+单一处理后随着重金属处理浓度和处理时间的增大,草酸的含量逐渐增加,其中,100mg·L-1 Cu2+、Pb2+处理30d时玉米幼苗体内草酸含量达到最大值,分别比对照增加了83%和93%,差异显著(P<0.05)。两种重金属相比,Pb2+处理后玉米体内草酸分泌量普遍大于Cu2+处理组,在相同浓度及处理时间条件下,100 mg·L-1、Pb2+处理10d时草酸的含量为Cu2+处理的184%。Cu2++Pb2+复合处理后玉米体内草酸含量均高于单一处理,Cu2++Pb2+复合处理对草酸的分泌具有较强的刺激作用。
3.研究了不同浓度的Cu2+、Pb2+单一及其复合污染对玉米体内可溶性蛋白含量的影响,结果表明：与对照相比,Cu2+、Pb2+单一污染后玉米根部和茎叶部可溶性蛋白的含量随重金属浓度的增大表现出先升后降和逐渐下降两种趋势。如玉米根部可溶性蛋白含量在低浓度(1-10mg·L-1)Cu2+、Pb2+处理至10d条件下均高于对照,其后随重金属浓度的增加逐渐降低。而玉米茎叶部可溶性蛋白含量除1 mg·L-1、10d Cu2+处理组外,其余均表现为随浓度及处理时间的增加而减小。与单一污染相比,Cu2++Pb2+复合污染后玉米体内可溶性蛋白含量与重金属处理浓度及时间呈负相关。在100+100mg·L-1处理至30d时,玉米根部可溶性蛋白含量比Cu2+、Pb2+单一污染时减少了15.41 mg·g-1及20.89 mg·g-1。表明Cu2++Pb2+复合污染对玉米体内可溶性蛋白合成的抑制效应大于单一处理。
4.研究了不同浓度的Cu2+、Pb2+单一及其复合污染对玉米体内ATP酶及肽酶活性的影响,结果表明：单一污染条件下,Cu2+对玉米体内ATP酶活性的影响表现为低浓度下的促进和高浓度下的抑制作用,例如,根部及茎叶部的ATP酶活性分别在1mg·L-1、30d以及10 mg·L-1、20d处理条件下达到最大值。而Pb2+处理组在所有浓度范围内对玉米体内ATP酶活性的影响均表现出抑制作用。Cu2++Pb2+复合污染后,玉米体内ATP酶活性仍随重金属处理浓度的增加而减小,与单一处理时相比,茎叶部ATP酶活性均有明显降低(P<0.05)。单一污染条件下,玉米体内肽酶活性随Cu2+、Pb2+浓度的增加及时间的延长表现出两种不同的变化趋势。其中,单一Cu2+污染下玉米根部肽酶活性随Cu2+处理浓度的增加而减小,而玉米茎叶部肽酶活性则表现出先增大后减小的趋势。单一Pb2+处理条件下玉米体内肽酶活性随着Pb2+浓度的增大逐渐降低。Cu2++Pb2+复合污染后,随重金属浓度的增大,玉米体内肽酶活性逐渐降低,具体表现为,在低浓度时(1 mg·L-1时),茎叶部肽酶活性随处理时间的延长而增大,30d时可达最大的11.99 mmol·(g·h)-1,随着重金属浓度的增加,肽酶活性随随处理时间的延长而减小。与单一污染相比,复合污染时玉米茎叶部肽酶活性均有所减小,Cu2+、Pb2+复合污染对玉米茎叶部肽酶活性的影响具有更为明显的抑制作用(P<0.05)。
The elements Cu and Pb are two important heavy metal pollutants which have great toxicity effect on the growth,development and metabolism of crops.Zea mays is selected In this paper as the material in the experiment. Indoor earth-foster method is applied to study the effects of accumulation and distribution,oxalic acid and total soluble protein contents,ATPase and peptidase activities in Z mays under single or combined pollution of Cu2+ and Pb2+ with different concentrations(10 mg·L-1,50mg·L-1,100mg·L-1). The results are as follows:
The dynamic changing rule of Cu2+,Pb2+ with different concentrations on accumulating and distributing in Z mays seedling. The results shows that under single or combined pollution of Cu2+ and Pb2+, the content of heavy metals in Z.mays seedlings enhances with the increasing of treatment concentration and treatment duration, and the accumulation amount in roots of Z.mays seedlings is the largest at 30d with 100 mg·L-1 of heavy metals.The content of Cu2+ or Pb2+ in different organs of Z. mays seedlings is characterized by roots> stems>leaves, and the accumulation amount in each organ is Pb2+>Cu2+.The accumulation amount of Cu2+, Pb2+ in Z. mays Seedlings under combined pollution was much more than that under single pollution, and it indicated that compared with the single pollution, the combined pollution by Cu2+ and Pb2+ displays some kind of synergistic effect. Meanwhile, the mobility of Cu2+,Pb2+ is basically dependent on Cu2+, Pb2+ concentration and treatment duration. The mobility between roots and stems under Cu2+ or Pb2+single pollution increased with heavy metal concentration, but the mobility between stems and leaves firstly declined, and then increased with increasing of Cu2+ or Pb2+ concentration.The mobility between stems and leaves under combined pollution was larger than that under single pollution.
Effects on the contents of oxalic acid under single or combined pollution of Cu2+ and Pb2+ with different concentrations in Z. mays seedling are studied.The result indicated that the contents of oxalic acid enhances with the increasing of treatment concentration and treatment under single pollution of Cu2+,Pb2,and the oxalic acid amount in Z. mays seedlings is the largest at the duration of 30d.the oxalic acid amount under single Pb2+pollution is larger than that under single Cu2+ pollution.compared with Cu2+,Pb2 single pollution, the combined pollution by Cu2+ and Pb2+displays some kind of stimulation effect.
Effects of Cu2+,Pb2+ on soluble protein with different concentrations in Z. mays seedling are researched. The result explained that the soluble protein in Z. mays seedling under Cu2+ single pollution firstly declined, and then increased with increasing of copper concentration.The amount of soluble protein under Pb2+ single pollution increases with the enhancing of treatment concentration except the condition of Pb2+ single pollution at 10d in root of Z. mays.soluble protein amount extremly reduces under combined pollution by Cu2+ and Pb2+.
The influence upon the activities of ATPase and peptidase with Cu2+, Pb2+ stress in Z. mays seedling are studied.the result showed that the activities of ATPase firstly increased, and then declined with increasing of copper concentration with Cu2+ single pollution. Under Pb2+ single pollution,the activities of ATPase declined with enhancing of lead concentration.On the condition of Cu2+ and Pb2+ combined pollution, the activities of ATPase also reduced,and the tendency of reduction was faster than that under Cu2+,Pb2+ single pollution.The change rules of the activities of peptidase are different between roots and leaves in Z.mays under Cu2+ single pollution,which declined in roots and firstly increased, and then reduced in leaves.With Cu2+ and Pb2+ combined pollution, the activities of peptidase declined,especialy in leaves, the tendency of reduction of peptidase is extremely faster than that of Cu2+,Pb2+ single pollution.compared with the single pollution, the combined pollution by Cu2+ and Pb2+ displays some stronger Inhibitory action.
1、研究了不同浓度Cu2+、Pb2+单一及其复合污染在玉米幼苗体内各器官中富集与迁移的动态变化规律。结果表明,在单一污染条件下,Cu2+、Pb2+在玉米体内的积累量与重金属处理浓度和时间呈正相关,分布顺序为：根>茎>叶,积累量为Pb2+>Cu2+,根茎间迁移率随着处理浓度增高逐渐减小,茎叶间迁移率变化规律为先减小后增大。Cu2+、Pb2+复合污染后,随着处理浓度和时间的增加,Cu2+、Pb2+在玉米体内的积累量逐渐增大,其含量均大于单一处理,Cu2+、Pb2+在玉米各器官中的分布规律为：根>茎>叶,积累能力为：Pb2+>Cu2+。根茎间Cu2+、Pb2+的迁移率表现为处理10d-20d时随浓度增高逐渐上升,30d时逐渐下降,而茎叶间的迁移率则表现为随处理浓度的增加先升高后降低。复合处理对Cu2+、Pb2+在玉米体内的富集具有协同效应。
2.研究了不同浓度的Cu2+、Pb2+单一及其复合污染对玉米体内草酸含量的影响,结果表明：与对照组相比,Cu2+、Pb2+单一处理后随着重金属处理浓度和处理时间的增大,草酸的含量逐渐增加,其中,100mg·L-1 Cu2+、Pb2+处理30d时玉米幼苗体内草酸含量达到最大值,分别比对照增加了83%和93%,差异显著(P<0.05)。两种重金属相比,Pb2+处理后玉米体内草酸分泌量普遍大于Cu2+处理组,在相同浓度及处理时间条件下,100 mg·L-1、Pb2+处理10d时草酸的含量为Cu2+处理的184%。Cu2++Pb2+复合处理后玉米体内草酸含量均高于单一处理,Cu2++Pb2+复合处理对草酸的分泌具有较强的刺激作用。
3.研究了不同浓度的Cu2+、Pb2+单一及其复合污染对玉米体内可溶性蛋白含量的影响,结果表明：与对照相比,Cu2+、Pb2+单一污染后玉米根部和茎叶部可溶性蛋白的含量随重金属浓度的增大表现出先升后降和逐渐下降两种趋势。如玉米根部可溶性蛋白含量在低浓度(1-10mg·L-1)Cu2+、Pb2+处理至10d条件下均高于对照,其后随重金属浓度的增加逐渐降低。而玉米茎叶部可溶性蛋白含量除1 mg·L-1、10d Cu2+处理组外,其余均表现为随浓度及处理时间的增加而减小。与单一污染相比,Cu2++Pb2+复合污染后玉米体内可溶性蛋白含量与重金属处理浓度及时间呈负相关。在100+100mg·L-1处理至30d时,玉米根部可溶性蛋白含量比Cu2+、Pb2+单一污染时减少了15.41 mg·g-1及20.89 mg·g-1。表明Cu2++Pb2+复合污染对玉米体内可溶性蛋白合成的抑制效应大于单一处理。
4.研究了不同浓度的Cu2+、Pb2+单一及其复合污染对玉米体内ATP酶及肽酶活性的影响,结果表明：单一污染条件下,Cu2+对玉米体内ATP酶活性的影响表现为低浓度下的促进和高浓度下的抑制作用,例如,根部及茎叶部的ATP酶活性分别在1mg·L-1、30d以及10 mg·L-1、20d处理条件下达到最大值。而Pb2+处理组在所有浓度范围内对玉米体内ATP酶活性的影响均表现出抑制作用。Cu2++Pb2+复合污染后,玉米体内ATP酶活性仍随重金属处理浓度的增加而减小,与单一处理时相比,茎叶部ATP酶活性均有明显降低(P<0.05)。单一污染条件下,玉米体内肽酶活性随Cu2+、Pb2+浓度的增加及时间的延长表现出两种不同的变化趋势。其中,单一Cu2+污染下玉米根部肽酶活性随Cu2+处理浓度的增加而减小,而玉米茎叶部肽酶活性则表现出先增大后减小的趋势。单一Pb2+处理条件下玉米体内肽酶活性随着Pb2+浓度的增大逐渐降低。Cu2++Pb2+复合污染后,随重金属浓度的增大,玉米体内肽酶活性逐渐降低,具体表现为,在低浓度时(1 mg·L-1时),茎叶部肽酶活性随处理时间的延长而增大,30d时可达最大的11.99 mmol·(g·h)-1,随着重金属浓度的增加,肽酶活性随随处理时间的延长而减小。与单一污染相比,复合污染时玉米茎叶部肽酶活性均有所减小,Cu2+、Pb2+复合污染对玉米茎叶部肽酶活性的影响具有更为明显的抑制作用(P<0.05)。
The elements Cu and Pb are two important heavy metal pollutants which have great toxicity effect on the growth,development and metabolism of crops.Zea mays is selected In this paper as the material in the experiment. Indoor earth-foster method is applied to study the effects of accumulation and distribution,oxalic acid and total soluble protein contents,ATPase and peptidase activities in Z mays under single or combined pollution of Cu2+ and Pb2+ with different concentrations(10 mg·L-1,50mg·L-1,100mg·L-1). The results are as follows:
The dynamic changing rule of Cu2+,Pb2+ with different concentrations on accumulating and distributing in Z mays seedling. The results shows that under single or combined pollution of Cu2+ and Pb2+, the content of heavy metals in Z.mays seedlings enhances with the increasing of treatment concentration and treatment duration, and the accumulation amount in roots of Z.mays seedlings is the largest at 30d with 100 mg·L-1 of heavy metals.The content of Cu2+ or Pb2+ in different organs of Z. mays seedlings is characterized by roots> stems>leaves, and the accumulation amount in each organ is Pb2+>Cu2+.The accumulation amount of Cu2+, Pb2+ in Z. mays Seedlings under combined pollution was much more than that under single pollution, and it indicated that compared with the single pollution, the combined pollution by Cu2+ and Pb2+ displays some kind of synergistic effect. Meanwhile, the mobility of Cu2+,Pb2+ is basically dependent on Cu2+, Pb2+ concentration and treatment duration. The mobility between roots and stems under Cu2+ or Pb2+single pollution increased with heavy metal concentration, but the mobility between stems and leaves firstly declined, and then increased with increasing of Cu2+ or Pb2+ concentration.The mobility between stems and leaves under combined pollution was larger than that under single pollution.
Effects on the contents of oxalic acid under single or combined pollution of Cu2+ and Pb2+ with different concentrations in Z. mays seedling are studied.The result indicated that the contents of oxalic acid enhances with the increasing of treatment concentration and treatment under single pollution of Cu2+,Pb2,and the oxalic acid amount in Z. mays seedlings is the largest at the duration of 30d.the oxalic acid amount under single Pb2+pollution is larger than that under single Cu2+ pollution.compared with Cu2+,Pb2 single pollution, the combined pollution by Cu2+ and Pb2+displays some kind of stimulation effect.
Effects of Cu2+,Pb2+ on soluble protein with different concentrations in Z. mays seedling are researched. The result explained that the soluble protein in Z. mays seedling under Cu2+ single pollution firstly declined, and then increased with increasing of copper concentration.The amount of soluble protein under Pb2+ single pollution increases with the enhancing of treatment concentration except the condition of Pb2+ single pollution at 10d in root of Z. mays.soluble protein amount extremly reduces under combined pollution by Cu2+ and Pb2+.
The influence upon the activities of ATPase and peptidase with Cu2+, Pb2+ stress in Z. mays seedling are studied.the result showed that the activities of ATPase firstly increased, and then declined with increasing of copper concentration with Cu2+ single pollution. Under Pb2+ single pollution,the activities of ATPase declined with enhancing of lead concentration.On the condition of Cu2+ and Pb2+ combined pollution, the activities of ATPase also reduced,and the tendency of reduction was faster than that under Cu2+,Pb2+ single pollution.The change rules of the activities of peptidase are different between roots and leaves in Z.mays under Cu2+ single pollution,which declined in roots and firstly increased, and then reduced in leaves.With Cu2+ and Pb2+ combined pollution, the activities of peptidase declined,especialy in leaves, the tendency of reduction of peptidase is extremely faster than that of Cu2+,Pb2+ single pollution.compared with the single pollution, the combined pollution by Cu2+ and Pb2+ displays some stronger Inhibitory action.
引文
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