鎘對蕹菜影響的研究

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本文作者：黃白飛辛俊亮賀惠周雯婧作者單位：湖南工學(xué)院

鎘(Cd)對植物而言是非必需元素。雖然植物能從土壤中吸收必需元素如Fe、Cu、Ni和Zn，但是植物也會從土壤中吸收非必需元素如Cd、Hg、Pb和As等。鎘對植物的毒性很大，在低濃度時即可產(chǎn)生毒害。鎘能直接或間接地抑制植物的生理過程如光合作用、水分吸收和氣體交換，破壞植物離子平衡和水分平衡。Cd能使植物生長受到阻礙，光合作用減少，水分和營養(yǎng)元素的吸收減少。典型的損害癥狀有生長受抑制、萎黃病、根尖褐變等。不同種植物對鎘的耐性相差很大，同一種植物的不同品種對鎘的耐性也不一樣。筆者以積累鎘程度不同的兩蕹菜品種為研究對象，研究了鎘脅迫對2個品種的株高、根長及葉綠素含量的影響。

1材料與方法

1．1植物材料的制備

供試蕹菜品種為鎘低積累蕹菜品種強(qiáng)坤柳葉青骨(QLQ)和鎘高積累蕹菜品種臺灣308純白柳葉(T308)。采用水培方法，制備植物材料。培養(yǎng)液采用Ho-agland全營養(yǎng)液配方，即5mmol/LCa(NO3)2•2H2O、5mmol/LKNO3、2mmol/LMgSO4•7H2O、1mmol/LKH2PO4、0．1mmol/LEDTA-Fe、47μmol/LH3BO3、1μmol/LMnCl2•4H2O、1μmol/LZnSO4•7H2O、0．01μmol/LH2MoO4、0．25μmol/LCuSO4•5H2O。將精選的蕹菜種子用濃度2%NaClO消毒20min，去離子水沖洗，于培養(yǎng)皿中鋪紗布浸種發(fā)芽。發(fā)芽后，將幼苗轉(zhuǎn)移到含有Hoagland全營養(yǎng)液中進(jìn)行培養(yǎng)，每3d換一次培養(yǎng)液。

1．2試驗處理

設(shè)置了對照和鎘脅迫。對照(CK)為無鎘處理，鎘脅迫(G)采用梯度鎘脅迫方式。在1～7d用1mg/L鎘處理，以后每隔3d鎘濃度按1mg/L的梯度增加，直到6mg/L。每個試驗設(shè)3個重復(fù)。用200ml組培瓶培養(yǎng)，每瓶3株。培養(yǎng)21d后，收獲樣品，分成地上部和根2個部分。

1．3指標(biāo)測定與方法

葉綠素含量的測定依據(jù)《植物生理學(xué)實驗指導(dǎo)》［1］。取新鮮植物葉片，擦凈組織表面污物，剪碎，混勻。稱取剪碎的新鮮樣品0．125g放入研缽中，加少量石英砂及2～3ml濃度80%丙酮。研磨勻漿，再加濃度80%丙酮5ml，繼續(xù)研磨，轉(zhuǎn)移到25ml棕色容量瓶中，用少量濃度80%丙酮沖洗研缽、研棒及殘渣數(shù)次，最后，連同殘渣一起倒入容量瓶中。最后，用濃度80%丙酮定容至25ml，搖勻，過濾。以濃度80%丙酮為空白，分別在波長663、645nm下測定吸光值。株高和根長用直尺測定。

計算公式為:葉綠素a=12．7×A663－2．69×A645

葉綠素b=22．9×A645－4．68×A663

總?cè)~綠素=葉綠素a+葉綠素b

式中，A645和A663分別為在波長663、645nm下測定的吸光值。

2結(jié)果與分析

2．1鎘處理對蕹菜株高的影響

由圖1可知，對照條件下，T308株高在0.05水平顯著高于QLQ，說明兩品種株高特性有較大差別。鎘處理后，2個蕹菜品種的株高與對照相比都在0.05水平顯著降低，說明鎘處理對2個蕹菜品種都有較強(qiáng)的毒性作用。另外，鎘處理后，T308的株高仍高于QLQ，品種間存在0.05水平顯著差異。

2．2鎘處理對蕹菜根長的影響

由圖2可知，鎘處理后QLQ根長在0.05水平顯著增加，而T308根長在0.05水平顯著降低。這說明2個蕹菜品種根對鎘處理的響應(yīng)不一致。QLQ的根可能具有更強(qiáng)的鎘耐性，而T308的根更易受到鎘的毒害。

2．3鎘處理對蕹菜葉綠素含量的影響

由圖3可知，受鎘處理后，QLQ中的葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量在0.05水平顯著降低，T308中只有葉綠素b含量在0.05水平顯著降低。這說明QLQ葉綠素對鎘處理比T308更為敏感。但是，在無鎘條件下QLQ的葉綠素含量高于T308，鎘處理后2個蕹菜品種葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量均無顯著差異。植物體內(nèi)葉綠素含量與光合作用水平密切相關(guān)。鎘能引起植物失綠和葉綠素總量下降。

3結(jié)論與討論

鎘對植物毒性最常見的癥狀是生長受到抑制、失綠、呼吸和氮代謝改變等［2－3］。同一物種的不同品種對重金屬的積累和耐性不一致。該試驗選取2個蕹菜品種QLQ和T308，其中QLQ地上部積累的鎘少，而根中積累的鎘較多，T308地上部積累的鎘較多，而根中積累的鎘較少［4］。在鎘處理下，2個品種的株高均降低，T308的根長降低，但是QLQ的根長增加，說明QLQ的根可能對鎘具有更強(qiáng)的耐性。Wang等研究表明，QLQ的根能將更多的鎘限制在細(xì)胞壁中［4］。這可能是QLQ具有更強(qiáng)耐性的原因之一。光合作用是作物生長的基礎(chǔ)。葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的主要色素。葉綠素含量也是影響植物光合作用的因素之一。石貴玉等研究表明，鎘毒害使水稻葉片葉綠素含量下降，導(dǎo)致植株鮮重、干重下降［5］。陳平等認(rèn)為，鎘毒害使水稻吸收的元素減少，阻礙葉綠素形成及其含量增加，導(dǎo)致葉綠素含量下降，最終嚴(yán)重影響水稻光合作用的正常進(jìn)行［6］。江海東等研究表明，鎘能降低油菜葉綠素a、b含量，還可引起氣孔開度減少甚至關(guān)閉，CO2不能進(jìn)入葉片，從而降低植物的光合速率;再加上葉片數(shù)和葉面積的減少，使得油菜幼苗光合產(chǎn)物減少，干物質(zhì)積累減少，最終導(dǎo)致油菜生物量下降［7］。試驗中，鎘處理后QLQ中葉綠素a和葉綠素b含量均在0.05水平顯著下降，而T308中葉綠素a含量變化不大，葉綠素b含量在0.05水平顯著下降，說明Cd-PSC品種QLQ中葉綠素對鎘更為敏感。Huang等研究表明，T308文庫中11個與能量相關(guān)的基因中有多個基因(1，5-二磷酸核酮糖羧化/加氧酶小亞基基因、1，5-二磷酸核酮糖羧化/加氧酶大亞基基因、葉綠體鐵氧還蛋白-NADP+氧化還原酶基因、二磷酸核酮糖羧化酶活化酶基因、類CAB蛋白基因、鐵氧還蛋白－1基因是與光合作用相關(guān)的［8］。T308對鎘脅迫的早期響應(yīng)可能是為了保護(hù)光合作用系統(tǒng)。另外，鎘對蕹菜光合作用的影響可能是導(dǎo)致蕹菜株高降低的主要原因之一。