鈣·鋅對烤煙鎘吸收抑制機(jī)制的研究

廖 勇，冉 舞，陸引罡，冷 璐，宋曉慧　(貴州省煙草公司貴陽市公司，貴州貴陽 550001)

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鈣·鋅對烤煙鎘吸收抑制機(jī)制的研究

廖 勇，冉 舞*，陸引罡，冷 璐，宋曉慧(貴州省煙草公司貴陽市公司，貴州貴陽 550001)

已有研究表明，鎘在植物中的化學(xué)形態(tài)與鎘在植物體內(nèi)的遷移有關(guān)，其中水溶態(tài)和乙醇態(tài)鎘遷移活性最強(qiáng)，氯化鈉提取態(tài)鎘次之，醋酸和鹽酸提取態(tài)鎘遷移活性最弱。在植物根中，鎘主要以氯化鈉提取態(tài)存在。所以，鎘更易由根向地上部遷移。因氯化鈉可提取態(tài)為果膠酸鹽與蛋自質(zhì)結(jié)合態(tài)或呈吸著態(tài)，植物體內(nèi)鎘多集中于蛋白質(zhì)部分[1-2]。

Minobu等認(rèn)為，Ca2+與Cd2+因其相近的離子半徑和相同的電荷，兩者可以相互競爭植物根系上的吸收位點(diǎn)。因此，鈣可與鎘競爭膜表面或離子通道的離子配位體，提高植株對毒害離子的耐性。提高營養(yǎng)液中鈣濃度能降低玉米幼苗、玉米地上部及白菜根和葉片的鎘含量[3]。營養(yǎng)液中鈣的存在降低了玉米幼苗根部對鎘或鉛的吸收，表明鈣可通過抑鎘或鉛的吸收與運(yùn)輸來減少毒害[4-5]。鋅是兼具營養(yǎng)與毒性的元素，鎘是劇毒元素，長期攝入可導(dǎo)致“骨痛病”。二者經(jīng)土壤到植物，繼而由陸生食物鏈進(jìn)入人體，是Zn、Cd污染危害的主要途徑[6-7]。由于二者化學(xué)性質(zhì)與行為的相似性，它們在自然界總是伴生的，通常鋅礦中含有一定的鎘，因而鋅、鎘常伴隨危害。因此，研究土壤中鋅、鎘復(fù)合污染的生態(tài)效應(yīng)，對于合理評價(jià)二者的毒性以及制定切實(shí)的環(huán)境容量指標(biāo)有重要意義。人們早就注意到土壤中Cd的遷移與Zn有關(guān)。研究表明，土壤Zn/Cd比值與植物Cd含量有關(guān)，但并未顯示土壤Zn/Cd值與植株Zn/Cd值間一致關(guān)系[8]。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

1.1.1試驗(yàn)品種。試驗(yàn)的烤煙品種為南江3號。

1.1.2供試重金屬制劑。有碳酸鈣、硫酸鋅。

1.1.3試驗(yàn)肥料。試驗(yàn)用的基肥、追肥均為煙草專用肥?；实租浀谋壤秊?0∶10∶26，追肥13∶0∶26。基肥施用量為50 kg/hm2，追肥施用量為20 kg/hm2，于移栽后30 d內(nèi)施用。其總施N量為6.25 kg/hm2，總施P2O5量為5 kg/hm2，總施K2O量為18.7 kg/hm2。N∶P2O5∶K2O比例約為1.00∶0.80∶2.99。移栽密度為1 100株/hm2。該研究折算為每株施肥量進(jìn)行施肥，即基肥施用量為0.045 kg/株，追肥施用量為0.018 kg/株。根據(jù)盆栽的土壤肥力情況，施肥為大田的2倍。

1.2試驗(yàn)地概況試驗(yàn)在貴州大學(xué)南校區(qū)盆栽試驗(yàn)基地進(jìn)行。供試土壤為酸性黃砂泥，土壤肥力中等。去除表面10 cm土層，再取土。自然風(fēng)干，過篩1 cm，把不同濃度的鎘溶液均勻的噴灑于土壤表面，塑料紙封閉，平衡1個月，再加不同濃度的抑制劑。設(shè)不同濃度的鈣鋅濃度，在移栽之前加入土壤中。

1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)設(shè)鎘、鈣、鋅3個因素、3個水平，利用正交表從27個處理中挑選12個(表1)。每個處理5次重復(fù)。

1.4測定項(xiàng)目及方法

1.4.1煙株鎘含量的測定(石墨爐原子吸收光譜法)。采用濕式消解法，稱取新鮮樣品1.00 g于三角瓶或高腳燒杯中，放數(shù)粒玻璃珠，加10 ml混合酸(或再加1~2 ml硝酸)，加蓋浸泡過夜，加一小漏斗于電爐上消解，若變棕黑色，則再加混合酸，直至冒白煙，消化液呈無色透明或略帶黃色，放冷，用滴管將樣品消化液洗入或過濾入25 ml容量瓶中，用水少量多次洗滌三角瓶或高腳燒杯，洗液合并于容量瓶中，并且定容至刻度，混勻備用。同時(shí)，做空白試劑。

表1　鎘、鈣、鋅3因素3水平12處理試驗(yàn)方案

注：Cd：1=0，2=1，3=5；Ca：1=0，2=100，3=200；Zn：1=0，2=50，3=100。

1.4.2煙株鎘不同化學(xué)形態(tài)的提取。植物細(xì)胞內(nèi)鎘的不同化學(xué)形態(tài)用 5 種提取液分步提取。這 5 種提取液分別為：①濃度80% 乙醇，提取無機(jī)鎘，包括硝酸鎘、氯化鎘、氨基酚鎘等；②去離子水，提取水溶鎘，包括有機(jī)酸復(fù)合物和 Cd(H2PO4)等；③1 mol/L NaCl，提取果膠鎘和蛋白鎘等；④濃度2%乙酸，提取不溶或難溶的 CdHPO4、Cd3(PO4)2和其他難溶的磷酸鎘；⑤0.6 mol/L HCl，提取草酸鎘。具體步驟參照 Yang 等[6]的方法進(jìn)行，即取1.0 g 冷凍的樣品在提取液中研磨成勻漿，按 1∶100(W∶V)的比例加入相應(yīng)的提取液；然后，在 25 ℃下?lián)u22 h，在5 000 g下離心10 min，取上清液。在接下來的4 h中，每2 h用相同的提取液重復(fù)以上操作，將3次離心所得的上清液混合。采用逐步提取的方法，用余下的提取液重復(fù)以上操作。

2結(jié)果與分析

2.1Ca/Zn抑制后Cd 在煙草根部吸收的形態(tài)與含量由圖1可知，烤煙根部中鎘的各種化學(xué)形態(tài)隨鎘處理濃度的增加而增加。在不加鎘的情況下，各形態(tài)分配比率差別不大；在加入鈣鋅抑制劑之后，在1 mg/kg Cd濃度的處理中，無論哪種Ca/Zn復(fù)合濃度，對煙草體內(nèi)的Cd吸收量都沒起到吸收抑制作用；在5 mg/kg Cd濃度的處理中，在不加鈣的情況下，加入鋅濃度為100 mg/kg時(shí)對鎘的吸收抑制效果最好；在Ca/Zn復(fù)合濃度情況下，2種抑制劑濃度分別為100 mg/kg時(shí)對鎘的抑制效果最明顯。煙株根部鎘不同形態(tài)的吸收規(guī)律顯示出氯化鈉提取態(tài)>水溶態(tài)>醋酸提取態(tài)>鹽酸提取態(tài)>乙醇提取態(tài)。各個形態(tài)和處理間差異極顯著(P<0.01)。

由表2可知，在鎘脅迫下，烤煙根中鎘的各個化學(xué)形態(tài)隨鎘處理濃度的增加而增加。在不加鎘的情況下，各個形態(tài)分配比率差別不大；在低濃度鎘處理情況下，NaCl態(tài)和醋酸提取態(tài)含量升高，隨鎘處理濃度的增加而增加，但各個形態(tài)含量因鎘處理濃度而異，隨著植煙土壤中鎘含量的升高，根部水溶態(tài)和NaCl提取態(tài)的含量大幅度升高。李彥娥[7]在鎘脅迫下不同品種煙草鎘化學(xué)形態(tài)分布的研究中指出，煙草葉中鎘的各化學(xué)形態(tài)隨鎘處理濃度的增加而增加。NaCl提取態(tài)分配比率升高，HAC態(tài)和HCl態(tài)降低。這與該試驗(yàn)研究結(jié)果基本一致。

μg/L

2.2Ca/Zn抑制后Cd 在煙草葉部的形態(tài)與含量由圖2可知，烤煙葉部中鎘的各個化學(xué)形態(tài)隨鎘處理濃度的增加而增加。在不加鎘的情況下，各個形態(tài)分配比率差別不大；在加入鈣鋅抑制劑之后，在1和5 mg/kg Cd濃度的處理中，每個處理每種鎘形態(tài)的含量都有所下降。煙株葉部鎘不同形態(tài)的吸收規(guī)律顯示出乙酸提取態(tài)>水溶態(tài)>氯化鈉提取態(tài)>鹽酸提取態(tài)>乙醇提取態(tài)。各個形態(tài)和處理間差異極顯著(P<0.01)。

由表3可知，在鎘脅迫下，烤煙葉中鎘的各個化學(xué)形態(tài)隨鎘處理濃度的增加而增加。在不加鎘的情況下，各個形態(tài)分配比率差別不大，鹽酸態(tài)鎘含量甚至未被檢測出；在低濃度鎘處理情況下，醋酸提取態(tài)含量升高；不同化學(xué)形態(tài)隨鎘處理濃度的增大而增加，但各個形態(tài)含量因鎘處理濃度而異，隨著植煙土壤中鎘含量的升高，葉部水溶態(tài)和醋酸提取態(tài)的含量大幅度升高。

表3　加入鈣鋅抑制劑后烤煙葉部鎘形態(tài)的含量　μg/L

3結(jié)論與討論

通過不同濃度的鈣鋅抑制劑處理后，煙株根部鎘不同形態(tài)的吸收規(guī)律顯示出NaCl>水溶態(tài)>醋酸態(tài)>鹽酸態(tài)>乙醇態(tài)。在1 mg/kg Cd濃度的處理中，加入Ca/Zn抑制劑后，當(dāng)其復(fù)合濃度為100 mg/kg，對鎘的吸收抑制效果好，5種提取液提取的鎘形態(tài)含量均比對照有所降低；當(dāng)土壤中鎘濃度為5 mg/kg，加入鈣鋅兩種抑制劑濃度分別為100 mg/kg時(shí)，對鎘的吸收抑制效果最明顯。5種鎘形態(tài)(水溶態(tài)、乙醇態(tài)、NaCl態(tài)、醋酸態(tài)、鹽酸態(tài))的含量都有不同程度的下降，分別下降了13.53、5.10、47.97、48.60、8.90 μg/kg，其中NaCl態(tài)、水溶態(tài)和醋酸態(tài)的鎘含量下降幅度較大。這說明加入鈣鋅抑制劑后提取果膠鎘、蛋白鎘和其他難溶的磷酸鎘含量下降，降低鎘在煙株根系的沉積。

通過不同濃度的鈣鋅抑制劑處理后，對烤煙葉中不同鎘形態(tài)含量進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)煙株葉部鎘不同形態(tài)的吸收規(guī)律顯示出醋酸態(tài)>水溶態(tài)> NaCl態(tài)>鹽酸態(tài)>乙醇態(tài)。當(dāng)土壤鎘濃度為1 mg/kg，加入抑制劑鋅濃度為50 mg/kg時(shí)，抑制效果明顯，除鹽酸態(tài)的鎘含量沒有下降外，其余4種形態(tài)的鎘(水溶態(tài)、乙醇態(tài)、NaCl、醋酸態(tài))分別下降0.42、0.14、0.141、1.13 μg/kg。當(dāng)土壤中鎘濃度為5 mg/kg ，加入抑制劑鋅濃度為100 mg/kg時(shí)，5種鎘形態(tài)含量均有所下降；加入抑制劑鈣濃度為100 mg/kg，鹽酸態(tài)的鎘含量升高0.09 μg/kg，其余4種形態(tài)的鎘含量有不同程度的下降，其中NaCl態(tài)和醋酸態(tài)的鎘含量下降幅度最大。這說明加入鈣鋅抑制劑后提取果膠鎘、蛋白鎘和其他難溶的磷酸鎘含量下降，降低鎘在烤煙葉部的沉積。

采用土培試驗(yàn)，研究鎘不同濃度土壤及加入抑制劑之后煙草鎘的化學(xué)形態(tài)含量變化，探討煙草鎘的吸收抑制機(jī)制。研究表明,在鎘脅迫下，煙草根中鎘的各個化學(xué)形態(tài)隨鎘處理濃度的增加而增加。在不加鎘的情況下，各個形態(tài)分配比率差別不大；在低濃度鎘處理下，葉部的醋酸提取態(tài)分配比率升高；各形態(tài)含量因鎘處理濃度而不同，土壤中鎘濃度高時(shí)，烤煙根部水溶態(tài)和NaCl的鎘含量明顯提高。

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摘要植物在受到鎘脅迫后許多重要的生理過程如生長、發(fā)育，抗病防御反應(yīng)和抗逆反應(yīng)都會有所降低，嚴(yán)重影響植物的產(chǎn)量與質(zhì)量。在不同外添加鎘濃度處理下，分析添加鈣鋅抑制劑后烤煙根部、葉部鎘的賦存形態(tài)及抑制作用。結(jié)果表明：煙株根部對鎘不同形態(tài)的吸收量表現(xiàn)為氯化鈉態(tài)>水溶態(tài)>醋酸態(tài)>鹽酸態(tài)>乙醇態(tài)。加入100 mg/kg鈣、鋅兩種抑制劑，降低了上述形態(tài)的鎘的吸收量。煙株葉部不同形態(tài)鎘含量為醋酸態(tài)>水溶態(tài)>氯化鈉態(tài)>鹽酸態(tài)>乙醇態(tài)。加入鈣鋅抑制劑后由于根系對這些形態(tài)的Cd吸收減少，葉片中提取果膠鎘、蛋白鎘和其他難溶的磷酸鎘等含量也隨之下降。

關(guān)鍵詞鈣鋅抑制劑；鎘；吸收

Calcium and Zinc on Cadmium Uptake Inhibitory Mechanism of Flue-cured Tobacco

LIAO Yong, RAN Wu*, LU Yin-gang et al(Guiyang City Company,Guizhou Tobacco Company, Guiyang, Guizhou 550001)

AbstractPlants in many important physiological processes such as growth, development, resistance to defense and anti reverse reaction are reduced after cadmium stress, which seriously affect the yield and quality of plants. The existing forms of cadmium in root and leaf of flue-cured tobacco and its inhibition effect were analyzed by the treatment of different concentrations of cadmium. The results showed that the absorption capacity of different forms of the root of the tobacco plant was as follows: sodium chloride state>water soluble>acetic state>hydrochloric state>ethanol state. The addition of 100 mg/kg to two kinds of inhibitors decreased the absorption of cadmium in the above form. The contents of Cd in the leaves of the tobacco plant were as follows: the contents of different forms of cadmium in tobacco leaves were as follows: acetic state>water soluble>NaCl state>hydrochloric state>ethanol state. After the addition of calcium zinc inhibitor, the Cd uptake of the root system was decreased, and the contents of pectin Cd, protein Cd and other insoluble phosphate Cd were decreased.

Key wordsCalcium, Zinc inhibitors; Cadmium; Absorption

收稿日期2015-10-08

作者簡介廖勇(1978-)，男，貴州貴陽人，農(nóng)藝師，碩士，從事煙草營養(yǎng)與栽培方面的研究。 *

通訊作者，碩士研究生，研究方向：植物遺傳與生理。

中圖分類號S 572

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2015)32-008-03