CN109997552A - NaHS在抗击Cd2+胁迫菘蓝中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了NaHS在抗击Cd²⁺胁迫菘蓝中的应用，属于毒理学领域。利用NaHS做为硫化氢的外源供体，NaHS在水溶液中能够电离HS^‑，HS^‑水解产生硫化氢H₂S，可明显增加菘蓝地下部分的Cd²⁺含量，降低菘蓝地上部分的Cd²⁺含量，降低Cd²⁺在菘蓝苗体内的转运速率，提高菘蓝苗叶片中的光合色素含量，从而提高菘蓝苗对于Cd²⁺的耐受性，解决了菘蓝苗生长过程中受Cd²⁺胁迫和最终叶片中含Cd²⁺过多的问题，提高菘蓝苗抗击Cd²⁺胁迫的同时不影响菘蓝苗的品质。

Description

NaHS在抗击Cd2+胁迫菘蓝中的应用

技术领域

本发明属于毒理学领域，尤其是NaHS在抗击Cd²⁺胁迫菘蓝中的应用。

背景技术

镉是一种对动植物均具有很强毒性的重金属，位于“五毒”(Cd、Hg、As、Cr、Pb)之首，是一种强致癌物质。对于植物，镉损伤植物呼吸、光合作用和营养代谢等的生理过程，使植物吸收养分和水分受到抑制，表现出根系生长受阻、呼吸强度和光合强度下降、碳水化合物代谢失调及其他一系列生理代谢紊乱，从而强烈抑制植物生长，导致植物生长量和产量下降，甚至导致植物死亡。

菘蓝叶片含有丰富的维生素，微量元素及大量的植物纤维，并且具有清热解毒的功效，现实生活中，人们常常利用菘蓝叶作为烹饪原料，而在菘蓝生长时，土壤中存在的Cd²⁺会通过根茎输送到菘蓝叶片上；而如何缓解Cd²⁺对菘蓝胁迫的同时不影响菘蓝叶的品质是一个技术难点。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供NaHS在抗击Cd²⁺胁迫菘蓝中的应用。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

NaHS在抗击Cd²⁺胁迫菘蓝中的应用。

NaHS在抗击Cd²⁺胁迫菘蓝中的应用，采用浓度为50-200μM的NaHS水溶液。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的NaHS在抗击Cd²⁺胁迫菘蓝中的应用，利用NaHS作为硫化氢的外源供体，NaHS在水溶液中电离HS^-，HS^-水解产生硫化氢H₂S，H₂S降低Cd²⁺在菘蓝苗体内的转运速率，明显的增加了菘蓝地下部分的Cd²⁺含量，降低了菘蓝地上部分的Cd²⁺含量，一方面，H₂S的存在降低了Cd²⁺在菘蓝苗体内的转运速率，减少了菘蓝叶片中Cd²⁺含量，另一方面，提高了菘蓝苗叶片中的光合色素含量，从而提高菘蓝苗对于Cd²⁺的耐受性；NaHS试剂具有单一易获取的特点，提高菘蓝苗抗击Cd²⁺胁迫的同时不影响苗的品质。

附图说明

图1为实施例1中的第1组、第2组和第7-第10组的菘蓝苗地下部分的Cd²⁺的含量图；

图2为实施例1中的第1组、第2组和第7-第10组的菘蓝苗地上部分的Cd²⁺的含量图；

图3为实施例1中的对菘蓝苗的Cd²⁺转运系数的变化折线图；

图4为实施例2中的第1-第8组的菘蓝地下部分Cd²⁺含量图；

图5为实施例2中的第1-第8组的菘蓝地上部分Cd²⁺含量图；

图6为实施例2中的菘蓝苗的Cd²⁺转运系数的变化折线图；

图7为实施例2中的第1-第8组的菘蓝苗叶片中光合色素含量图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：

以下实施例中所用试剂和一起均为市售，若无特别说明，所得数据均为三次及以上重复实验的均值。

实施例1

NaHS抗击Cd²⁺胁迫菘蓝的验证方法，包括以下步骤：

1)将菘蓝种子经37℃温水浸泡0.5h后，均匀置于装有蛭石的穴盘中；待有真叶长出时，移至含有1/4Hoagland营养液的水培液中，幼苗均放置在设定为16小时光照，8小时黑暗，40％相对湿度，白天28℃、夜间22℃的自动控制培养间中培养；幼苗经2次1/4Hoagland营养液，1次1/2Hoagland营养液中水培培养；白天为早七点至晚上七点；

2)待菘蓝苗长至4片真叶时，挑选长势一致的壮苗进行移栽，分10组；其中，第1组移至不添加Cd²⁺的全营养液中，作为对照组(CK)；第2组移至含有Cd²⁺的全营养液中，Cd²⁺浓度为5mg·L^-1(以CdCl₂·2.5H₂O中Cd²⁺计)；第3-6组分别移至含有浓度为50μM、100μM、150μM、200μM的NaHS的全营养液中；第7-10组分别移至含有浓度为50μM、100μM、150μM、200μM的NaHS全营养液中，第7-10组所述全营养液内均含有5mg·L^-1的Cd²⁺(以CdCl₂·2.5H₂O中Cd²⁺计)；每组设三个重复；

3)将第1-第10组均放置在自动控制培养间中培养，自动控制培养间培养条件设定为16小时光照，8小时黑暗，40％相对湿度，光照时温度为28℃、黑暗时温度为22℃，培养时间为10天；

测定Cd²⁺含量，将步骤3)得到的菘蓝苗收样，分为地上、地下部分；将各待测样品烘干粉碎称重后置于消解管中，加10mL浓硝酸浸泡12小时后，消解管置于消解炉上于80℃消解1.5小时，120℃消解1.5小时，150℃消解3小时后，在175℃下加酸溶解，将液体转移至10mL容量瓶中，用1％HNO₃定容，定容后溶液用0.45μm滤膜过滤备用，用原子吸收法(AAS)进行Cd²⁺含量测定。

参见图1和图2，图1和图2分别为实施例1中的第1、第2及第7-第10组的菘蓝苗地下、地上部分Cd²⁺的含量；由图2可知，加入不同浓度外源NaHS后，第7-10组的Cd²⁺含量分别与第2组相比，菘蓝苗地下部分中的Cd²⁺含量分别增加了33.25％、188.1％、694.05％、245.39％；参见图3，第8-10组的Cd²⁺含量分别与第2组相比，菘蓝幼苗地上部分分别降低了17.34％、34.8％、22.95％；上述数据表明加入外源NaHS明显增加了Cd²⁺在菘蓝地下部分的含量，降低Cd²⁺在菘蓝地上部分的积累。

参见图3，图3为实施例11中的对菘蓝苗的Cd²⁺转运系数随NaHS浓度变化的折线图；菘蓝苗的Cd²⁺转运系数等于菘蓝苗的地上部分的Cd²⁺/菘蓝苗的地上部分的Cd²⁺，转运系数反映了植物根系向上转运重金属的能力或根系富集重金属的能力，菘蓝苗的Cd²⁺转运系数越大，植物根系向上转运重金属的能力越大，反之，则根系富集重金属的能力越大；由图1可知，从第7-第10组，随着NaHS浓度的增大，菘蓝苗的Cd²⁺转运系数随之变小，至第9组⁺转运系数最小，表明NaHS均可抑制Cd²⁺在菘蓝苗中的转运，当Cd²⁺胁迫为5mg·L^-1时，150μM的NaHS能将Cd²⁺在菘蓝苗体内的转运速率降到最低。

实施例2

NaHS抗击Cd²⁺胁迫菘蓝的验证方法，包括如下步骤：

1)将菘蓝种子经37℃温水浸泡0.5h后，均匀置于装有蛭石的穴盘中；待有真叶长出时，移至含有1/4Hoagland营养液的水培液中，幼苗均放置在设定为16小时光照，8小时黑暗，60％相对湿度，白天24℃、夜间18℃的自动控制培养间中培养；幼苗经2次1/4Hoagland营养液，1次1/2Hoagland营养液中水培培养；

2)待菘蓝苗长至4片真叶时挑选长势一致的壮苗进行移栽，分8组；其中，第1组移至不添加Cd²⁺的全营养液中，作为对照组(CK)；第2组移至含有NaHS的全营养液中，NaHS浓度为150μM；第3-5组分别移至含有Cd²⁺浓度为1mg·L^-1、2.5mg·L^-1、5mg·L^-1的全营养液中；第6-8组分别移至含有Cd²⁺浓度为1mg·L^-1、2.5mg·L^-1、5mg·L^-1，同时NaHS为150μM的全营养液中；每组设三个及以上重复；

3)将第1-第8组均放置在自动控制培养间中培养，自动控制培养间设定条件为16小时光照，8小时黑暗，60％相对湿度，白天24℃、夜间18℃的自动控制培养间中培养，培养时间为14天。

测定Cd²⁺含量，将步骤3)中菘蓝苗收样，分为地上、地下部分，将各待测样品烘干粉碎称重后置于消解管中，加入10mL浓硝酸浸泡12小时后，消解管置于消解炉上经下述消解工艺，80℃消解1.5小时，120℃消解1.5小时，150℃消解3小时，而在175℃下加酸溶解，将液体转移至10mL容量瓶中，用1％HNO₃定容，定容后溶液用0.45μm滤膜过滤备用，用AAS进行Cd^{2 +}含量测定。

测定光合色素含量，包括叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素，从步骤3)得到的菘蓝苗中采集鲜叶样品，取0.2g样品在5ml 95％乙醇溶液中研磨，匀浆通过Whatman滤纸过滤，然后使用酶标仪(Synergy H1)在470nm，649nm和665nm处测量滤液的吸光度，以95％乙醇作为对照。

参见图4和图5，图5和图6分别为实施例2中的第1-第8组的菘蓝地下部分及地上部分的Cd²⁺含量图；参见图5中的第6组相较于第3组、第7组相较于第4组、第8组相较于第5组的菘蓝苗地下部分的Cd²⁺含量相比，分别增加了12.16％、6.84％、19.48％，表明加入NaHS之后菘蓝幼苗地下部分中Cd²⁺的含量增加了；图6中的第6组相较于第3组、第7组相较于第4组、第8组相较于第5组的菘蓝苗地下部分的Cd²⁺含量相比，菘蓝地上部分中Cd²⁺的含量分别降低了0.16％、47.66％、44.36％。

参见图6，图6为实施例2中的菘蓝苗的Cd²⁺转运系数的变化的折线图；从图中可以看出由第3-第5组别，随着Cd²⁺浓度的增大，转运系数随之增大，由第6-第8组别，随着加入150μM的NaHS后，转运系数明显下降，表明NaHS能将Cd²⁺在菘蓝苗体内的转运速率降低。

参见图7，图7为实施例2中的第1-第8组的菘蓝苗叶片中光合色素含量图；当Cd²⁺胁迫浓度为1mg·L^-1、2.5mg·L^-1时，此时未添加NaHS的第3、4组的光合色素分别与添加NaHS后的第6、7组的光合色素相比，叶绿素a的含量分别升高了42.42％、1.05％，叶绿素b的含量分别升高了53.09％、4.63％，类胡萝卜素的含量分别升高了38.86％、19.86％；当Cd²⁺胁迫浓度为5mg·L^-1时，添加NaHS与未添加NaHS的菘蓝苗的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的含量分别降低了38.14％、41.06％、54.31％，此时的数据是第8组的光合色素与第5组的光合色素相比，表明当NaHS浓度为150μM时，明显缓解了低浓度Cd²⁺对于菘蓝苗的胁迫。

本发明中，NaHS溶于水后电离出HS^-，HS^-水解产生硫化氢，硫化氢是继一氧化氮和一氧化碳之后发现的第3种气体信号分子，它能参与生物体内的多种生理生化过程并发挥特定功能。H₂S可启动调控下游相关酶基因的表达，并调节特定酶的活性来缓解重金属、离子、干旱和高温等诸多非生物胁迫给植物造成的伤害。此外，H₂S还参与调节植物气孔运动；在促进植物生长发育、延缓衰老等方面也具有正向调节作用；在本发明中H₂S的作用机制如下所述，将Cd²⁺大量富集在菘蓝苗的根部，进而减少Cd²⁺在菘蓝苗地上部分的累计量，改善因Cd²⁺胁迫造成的菘蓝苗光合色素降低的情况，从而提高菘蓝对于Cd²⁺的耐受性；另一方面，Cd²⁺转运系数的降低可以减少菘蓝生长过程中将根部富集的Cd²⁺输送到叶片内，从而减少叶片内Cd²⁺的含量，保证饮食安全。NaHS可缓解重金属、离子、干旱和高温等诸多非生物胁迫给植物造成的伤害。因此，本发明采用NaHS能够有效缓解Cd²⁺对菘蓝苗造成的胁迫，同时能够保证菘蓝的品质。此外，因NaHS水解产生的H₂S在低剂量时对生物体有益，高剂量时会致毒，当NaHS浓度大于150μM时，不利于缓解由于Cd²⁺对菘蓝苗造成的胁迫，并且因高剂量致毒的特性，与Cd²⁺胁迫产生了拮抗作用，对菘蓝苗造成了双重胁迫。

本发明利用NaHS能够有效缓解Cd²⁺对菘蓝苗造成的胁迫，降低Cd²⁺在菘蓝苗体内的转运速率，提高菘蓝苗叶片中的光合色素含量。本发明具有简单、可行、方便，且所需试剂单一易获取的特点。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (2)

1.NaHS在抗击Cd²⁺胁迫菘蓝中的应用。

2.根据权利要求1所述的NaHS在抗击Cd²⁺胁迫菘蓝中的应用，其特征在于，采用浓度为50-200μM的NaHS水溶液。