鎘脅迫對慈姑生長的影響

黃凱豐 王東林 江解增

（1.揚州大學(xué)水生蔬菜研究室，江蘇揚州，225009；2.貴州師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院植物遺傳育種研究所）

鎘脅迫對慈姑生長的影響

黃凱豐1,2王東林1江解增1

（1.揚州大學(xué)水生蔬菜研究室，江蘇揚州，225009；2.貴州師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院植物遺傳育種研究所）

以慈姑品種蘇州黃和紫圓為試材，研究了其在不同濃度Cd2+脅迫下部分生理生化指標(biāo)、Cd2+在產(chǎn)品器官中的殘留量及最終的產(chǎn)量變化。研究結(jié)果表明，葉片和根系的可溶性蛋白含量、根系活力均隨Cd2+處理濃度的增加而下降，葉片和根系的細(xì)胞膜透性、丙二醛含量則呈上升的趨勢。葉片SOD、POD活性在低濃度Cd2+處理下有所增加，隨處理濃度的進(jìn)一步增加而下降，而CAT活性則呈持續(xù)下降的趨勢。Cd2+脅迫能明顯降低兩慈姑品種的產(chǎn)量。

慈姑 鎘 生長

鎘是為害極大的環(huán)境污染物，在污染環(huán)境的諸多重金屬中，僅次于汞，位居第二[1～2]。鎘對生物有機(jī)體的毒性很大，蓄積性也很強(qiáng)。對植物的為害主要表現(xiàn)在：干擾一些關(guān)鍵酶的活性，改變細(xì)胞膜透性，誘導(dǎo)一些未知蛋白的形成等，受鎘毒害的植物不能正常生長，并且生物量呈下降趨勢[3～5]。我國Cd2+污染多數(shù)是由于引用工業(yè)污水灌溉造成的，而水生蔬菜的栽培需要大量的灌溉用水，且主要在水系周邊環(huán)境種植，因此受Cd2+污染的可能性要高于其他種類的農(nóng)作物，同時黃亮等的研究發(fā)現(xiàn)，水生植物對重金屬具有較強(qiáng)的吸收積累能力[6]。因此研究Cd2+對水生蔬菜生長發(fā)育的影響對水生蔬菜的安全生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。前期研究[7]發(fā)現(xiàn)，Pb2+對慈姑（Sagittaria sagittifoliaL.）的生長發(fā)育存在一定的影響作用，但Cd2+脅迫時的情況如何尚未見報道。因此本試驗以江蘇省主要水生蔬菜慈姑的兩個品種蘇州黃、紫圓為試驗材料，研究了不同濃度Cd2+脅迫對慈姑主要生理生化指標(biāo)、保護(hù)酶活性和產(chǎn)量的影響，以期為慈姑的安全生產(chǎn)提供部分參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試重金屬離子為Cd2+（CdCl2·2.5H2O，分析純）；供試慈姑品種為蘇州黃、紫圓。

1.2 種植管理

試驗于2006年在揚州大學(xué)進(jìn)行。3月12日將選好的慈姑粗壯頂芽，栽入育苗地，栽植深度為頂芽長的一半，植株萌芽期保持淺水層。4月20日以土壤（pH值7.54，Cd含量0.16 mg/kg）為栽培基質(zhì)，按20 cm的厚度鋪設(shè)到每個試驗水池中，水池長1.5 m、寬1 m、深0.5 m，灌水至池底以上30 cm處并劃線，待用。

5月15日，將高約15 cm的小苗定植于水泥池中，株距30 cm，行距35 cm。每池中每個品種栽6株，品種間用濾網(wǎng)分隔。待慈姑長出新葉成活后，按土壤和水總體積為準(zhǔn)設(shè)置Cd2+濃度為10，20，40 mg/L，向池中均勻投放分析純的CdCl2，設(shè)空白對照，3次重復(fù)。分別在旺盛生長期按225 kg/hm2用量施入尿素，在結(jié)球期的前3周按375 kg/hm2用量施入45%三元復(fù)合肥（N-P-K含量為15-15-15）。試驗期間所有枯葉均放入池中漚爛，以盡量避免重金屬的損失。通過不斷灌自來水至劃線處以保持水池水位，水池上方2.5～3.5 m處覆蓋塑料薄膜，以防止降雨。

1.3 樣品處理及測定

7月12日，分別取兩個品種的倒3葉（頂葉起）及白色的根系，參考鄒琦[8]的方法測定葉片和根系可溶性蛋白、細(xì)胞膜透性、丙二醛含量及根系的活力；按上海植物生理學(xué)會[9]的方法測定葉片過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）的活性。

12月16日，采收不同處理池子中的所有慈姑產(chǎn)品器官，進(jìn)行產(chǎn)量計算，折合成1 hm2產(chǎn)量。

表1 Cd2+對慈姑葉片根系生理指標(biāo)和保護(hù)酶活性的影響

表2 Cd2+對慈姑產(chǎn)量的影響

2 結(jié)果與分析

2.1 Cd2+對慈姑生理指標(biāo)的影響

由表1可以看出，較低濃度的Cd2+處理，能促進(jìn)慈姑葉片和根系中可溶性蛋白含量的增加，當(dāng)Cd2+濃度達(dá)到20 mg/L時，其開始下降，說明高濃度的Cd2+處理會抑制慈姑的生長，慈姑的不同部位間以葉片中可溶性蛋白的含量明顯高于根系，品種間變化趨勢相似而含量稍有差異。兩品種慈姑的根系活力隨Cd2+濃度的增加均呈快速下降的變化趨勢，品種間以蘇州黃的根系活力大于紫圓。葉片和根系的細(xì)胞膜透性均隨Cd2+處理濃度的增加而快速上升，根系的細(xì)胞膜透性明顯大于葉片，品種間變化趨勢相似，以蘇州黃葉片和根系的細(xì)胞膜透性大于紫圓。兩品種慈姑的丙二醛含量均隨Cd2+濃度的增加而呈上升的變化趨勢，慈姑的不同部位間以葉片中的丙二醛含量明顯高于根系，品種間存在差異，總體以蘇州黃的丙二醛含量高于紫圓。

2.2 Cd2+對慈姑保護(hù)酶活性的影響

由表1可以看出，兩個品種慈姑葉片的POD、SOD活性，均在低濃度Cd2+處理時出現(xiàn)應(yīng)激性的增高，但隨Cd2+處理濃度的進(jìn)一步增加，POD、SOD活性呈下降的變化趨勢；CAT活性則表現(xiàn)為隨Cd2+處理濃度的增加而呈持續(xù)下降的變化趨勢。品種間以紫圓的保護(hù)酶活性高于蘇州黃。

2.3 Cd2+對慈姑產(chǎn)量的影響

由表2可以看出，隨Cd2+處理濃度的增加，兩慈姑品種的產(chǎn)量呈快速下降的變化趨勢；品種間存在差異，以紫圓的產(chǎn)量同比明顯高于蘇州黃，這可能與慈姑品種間的特性差異有關(guān)。

3 小結(jié)與討論

重金屬鎘脅迫是一種氧化脅迫，進(jìn)入土壤后會對植物的生長產(chǎn)生明顯的影響。從本試驗的研究結(jié)果可以看出，低濃度的鎘脅迫能在一定程度上促進(jìn)慈姑的生長，而高濃度時則抑制慈姑的生長。從保護(hù)酶活性、產(chǎn)量的變化規(guī)律也可以看出，隨著鎘脅迫濃度的進(jìn)一步增加，其對慈姑的傷害程度呈逐漸增加的趨勢，這與江解增等[7]Pb2+處理的研究結(jié)果一致。

從本試驗的研究結(jié)果可以看出，當(dāng)Cd2+處理濃度達(dá)到較低的10 mg/L時，就開始對慈姑的生長起抑制作用，結(jié)合前期研究[7]的Pb2+處理濃度達(dá)50 mg/L時，對慈姑的生長起抑制作用的結(jié)果，與同屬水生蔬菜的茭白[10～11]相比，認(rèn)為慈姑對重金屬離子脅迫較為敏感。

[1]Clemens S.Toxic metal accumulation,responses to exposure and mechanisms of tolerance in plant[J].Biochimie, 2006，11(88):1707-1719.

[2]金鋒，汪再娟，吳南翔，等.尿中鎘與-MG相關(guān)性的流行病學(xué)調(diào)查[J].職業(yè)與健康，2000，16（9）：57-58.

[3]Ouariti O,Boussama N,Zarrouk M,Cherif A，et al.Cadmium and copper-induced changes in tomato membrane lipids[J].Phytochemistry,1997(45):1343-1350.

[4]Shah K,Dubey R S.Cadmium elevates level of protein, amino acids and alters activity of proteolytic enzymes in germinating rice seeds[J].Acta Physoil Plant,1998(20): 189-196.

[5]吳啟堂，陳盧，王廣壽.水稻不同品種對Cd吸收累積的差異和機(jī)理研究[J].生態(tài)學(xué)報，1999，1（1）：104-107.

[6]黃亮，李偉，吳瑩，等.長江中游若干湖泊中水生植物體內(nèi)重金屬分布[J].環(huán)境科學(xué)研究，2002，15（6）：1-4.

[7]江解增，王東林，黃凱豐，等.鉛對慈姑生理指標(biāo)及其在球莖殘留量分布的影響[J].揚州大學(xué)學(xué)報：農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版，2007，28（4）：78-80.

[8]鄒琦.植物生理學(xué)實驗指導(dǎo)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.

[9]上海植物生理學(xué)會編.植物生理學(xué)實驗手冊[M].上海：上海科技出版社，1985.

[10]黃凱豐，江解增，楊凱，等.不同栽培介質(zhì)中茭白對鉛脅迫的反應(yīng)[J].園藝學(xué)報，2008，35（10）：1479-1483.

[11]黃凱豐，楊凱，江解增，等.鎘脅迫對茭白生長及產(chǎn)品殘留量的影響[J].中國蔬菜，2008（2）：12-14.

Effects of Cd2+on Growth inSagittaria sagittifolia

HUANG Kaifeng1,2,WANG Donglin1,JIANG Jiezeng1
(1.Institute of Aquatic Vegetable Research,Yangzhou University,Yangzhou 225009; 2.Institute of Plant Genetics and Breeding,School of Life Sciences,Guizhou Normal University)

The physiological and biochemical indexes in leaves and rootsSagittaria sagittifoliawere studied inSagittaria sagittifoliain Suzhouhuang and Ziyuan on cultivars of Suzhouhuang and Ziyuan under Cd2+stress.The Cd2+residues distribution of the corms and yield were also determined.The results showed that under stress of Cd2+,the contents of soluble protein in leaves and roots,activities of roots descended with increasing of Cd2+concentration at whole,but the membrane permeability and content of MDA in leaves and roots ascended along with the increasing of Cd2+concentration.Activities of SOD and POD in leaves were increased when treated with lower concentration of Cd2+,but decreased when increasing the Cd2+concentration.The activity of CAT had a persistent decreased,with the concentration of Cd2+increasing.Cd2+stress could reduce the yield ofSagittaria sagittifoliaremarkably.

Sagittaria sagittifolia;Cd2+;Growth

10.3865/j.issn.1001-3547.2009.14.018

國土資源部與江蘇省政府合作項目[(2003)019-O1]

黃凱豐（1979-），男，博士，研究方向是污染生態(tài)。E-mail：hkf1979@163.com

江解增，通信作者

2009-06-18