早開(kāi)堇菜對(duì)鎘污染的耐性及其富集特征

趙景龍，張 帆，萬(wàn)雪琴，肖 朝

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院，四川成都 611130; 2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，四川成都 611130)

早開(kāi)堇菜對(duì)鎘污染的耐性及其富集特征

趙景龍1，張 帆1，萬(wàn)雪琴2，肖 朝1

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院，四川成都 611130; 2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，四川成都 611130)

為研究早開(kāi)堇菜(Viola prionantha)對(duì)鎘(Cd)的耐性及其對(duì)Cd的富集特征，使用盆栽方法對(duì)早開(kāi)堇菜進(jìn)行不同濃度水平Cd處理。結(jié)果表明，低濃度Cd(≤10 mg·kg－1)促進(jìn)早開(kāi)堇菜的生長(zhǎng)。當(dāng)Cd濃度為5 mg·kg－1時(shí)，早開(kāi)堇菜植株地下部分、地上部分生物量顯著高于對(duì)照(P＜0.05)，達(dá)到最大。隨Cd處理濃度的升高，其葉綠素含量逐漸下降，超氧化物歧化酶(SOD)、抗氧化物酶(POD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)活性先升高后降低，丙二醛(MDA)含量則先下降后上升。當(dāng)Cd處理濃度≤10 mg·kg－1時(shí)，SOD、POD、CAT表現(xiàn)出較高的活性，與對(duì)照無(wú)Cd處理相比，MDA含量未顯著增加(P＞0.05)，葉綠素合成也未受到顯著抑制，說(shuō)明早開(kāi)堇菜對(duì)Cd污染有較強(qiáng)的耐性。本研究中，早開(kāi)堇菜對(duì)Cd的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均大于1.0。當(dāng)Cd處理濃度為5 mg·kg－1時(shí)，早開(kāi)堇菜植株地上部Cd含量為113.083 mg·kg－1，達(dá)到了Cd超富集植物的篩選標(biāo)準(zhǔn)。因此，早開(kāi)堇菜在修復(fù)Cd污染土壤方面具有一定的潛在應(yīng)用價(jià)值。

早開(kāi)堇菜;鎘;耐性;富集特征;植物修復(fù)

鎘(Cd)是重金屬污染“五毒”之一，嚴(yán)重污染土壤和水體，對(duì)人類(lèi)健康和生態(tài)系統(tǒng)危害巨大［1］。研究表明，受Cd毒害的植物，其細(xì)胞膜透性、光合作用、呼吸作用、酶代謝及遺傳效應(yīng)發(fā)生改變，表現(xiàn)出褪綠、生長(zhǎng)緩慢、生物量下降等中毒癥狀［2-5］。21世紀(jì)以來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，Cd在城市土壤中大量積累，如何有效治理城市土壤Cd污染，迫在眉睫［6］。植物修復(fù)技術(shù)(Phytoremediation)因能維持土壤原有理化性質(zhì)，無(wú)二次污染而廣受關(guān)注［7-8］。但目前發(fā)現(xiàn)的Cd超富集植物，如龍葵(Solanum nigrum)、三葉鬼針草(Bidens pilosa)、球果蔊菜(Rorippa globosa)、東南景天(Sedum alfredii)、圓錐南芥(Arabis paniculata)等，大多觀賞價(jià)值低，不宜在城市中大面積應(yīng)用。因此，篩選具有較高觀賞價(jià)值的Cd超富集地被植物意義重大。

早開(kāi)堇菜(Viola prionantha)是堇菜科堇菜屬多年生草本植物，花色艷麗、耐密植、適應(yīng)性強(qiáng)，是極具開(kāi)發(fā)價(jià)值的鄉(xiāng)土型早春觀花地被植物［9-10］。筆者在研究鎘脅迫對(duì)歐美雜交楊(Populus deltoids×P.nigra)的毒害作用時(shí)，意外發(fā)現(xiàn)盆中有意保留的早開(kāi)堇菜，對(duì)Cd表現(xiàn)出了較高的耐性。然而目前對(duì)堇菜屬植物Cd富集特征的研究多集中于同屬Cd超富集植物寶山堇菜(V.baoshanensis)［11-12］，對(duì)早開(kāi)堇菜Cd富集能力的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。若早開(kāi)堇菜確實(shí)能對(duì)Cd表現(xiàn)出較好的耐性，加之已有學(xué)者建立了早開(kāi)堇菜組織培養(yǎng)快繁體系［13］，意味著早開(kāi)堇菜在植物修復(fù)鎘污染方面將具有廣泛的應(yīng)用前景。故本研究擬采用盆栽試驗(yàn)，旨在探討: 1) Cd脅迫下早開(kāi)堇菜的耐性，包括形態(tài)及生理響應(yīng); 2)早開(kāi)堇菜對(duì)Cd的富集特征。

1 材料與方法

1.1材料

試驗(yàn)材料為生長(zhǎng)健壯、長(zhǎng)勢(shì)一致的早開(kāi)堇菜二年生苗。供試土壤為取自四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)場(chǎng)試驗(yàn)基地的水稻土，其理化性質(zhì)為pH值5.8、有機(jī)質(zhì)13.87 g·kg－1、全氮0.65 g·kg－1、全磷0.31 g·kg－1、全鉀2.43 g·kg－1、水解氮47.41 g·kg－1、速效磷18.64 g·kg－1、速效鉀47.15 g·kg－1、Cd含量0.17 mg·kg－1。供試鎘離子來(lái)源于分析純化學(xué)試劑CdCl2·2.5H2O。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

盆栽試驗(yàn)于四川農(nóng)業(yè)大學(xué)溫室大棚中進(jìn)行。將供試土壤自然風(fēng)干，磨碎過(guò)4 mm篩，每盆1.0 kg，與一定量的重金屬混勻后，裝入內(nèi)徑11 cm、高10 cm的塑料盆中，盆下附一托盤(pán)，確保重金屬無(wú)淋溶損失。試驗(yàn)共設(shè)7個(gè)濃度處理，分別為CK(0)、1、5、10、20、 50和100 mg·kg－1，以CdCl2·2.5 H2O的形式加入，每個(gè)處理6次重復(fù)。平衡4周后，選擇生長(zhǎng)健壯、長(zhǎng)勢(shì)一致的早開(kāi)堇菜二年生苗移栽入盆，每盆3株，共42盆。植株生長(zhǎng)60 d后進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定，生長(zhǎng)期間不定期澆水(水中未檢測(cè)出Cd)，使土壤含水量經(jīng)常保持在田間持水量的80%左右。

1.3指標(biāo)測(cè)定及方法

Cd處理60 d后，取新鮮、成熟葉片，測(cè)定各項(xiàng)生理生化指標(biāo)，葉綠素含量采用Lichtenthaler［14］的方法;超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化物酶(POD)和過(guò)氧化氫酶(CAT)活性的測(cè)定分別參照李合生［15］、熊慶娥［16］和Carmak和Marschner［17］的方法;丙二醛(MDA)含量的測(cè)定采用李合生［15］的方法。

生物量的測(cè)定:將對(duì)照和各處理早開(kāi)堇菜地上和地下部分分別用自來(lái)水沖洗，去除雜物，再用去離子水洗凈，105℃下殺青30 min，65℃下烘至恒重后稱(chēng)重。

植物、土壤中Cd含量的測(cè)定:取各處理及對(duì)照植株的地上和地下部分，用雙蒸水沖洗3次，80℃烘干后用研缽研成粉末備用。試驗(yàn)中所有樣品(植株和土壤)中的Cd含量分析采用HNO3-H2SO4-HClO4消解，電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICPOES，OPTIMA 2000A，美國(guó))測(cè)定［18］。

1.4數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析

采用統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS 17.0和LSD法進(jìn)行方差分析和差異顯著性檢驗(yàn)，用Origin 9.0繪制相關(guān)圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1不同濃度Cd處理對(duì)早開(kāi)堇菜生物量的影響

不同處理間及處理與對(duì)照之間，早開(kāi)堇菜生物量呈現(xiàn)出顯著差異(P＜0.05) (表1)。當(dāng)Cd處理濃度為1、5、10 mg·kg－1時(shí)，早開(kāi)堇菜地下部分、地上部分及整株生物量分別比對(duì)照增加了15.31%～30.04%、16.15%～32.07%和15.52%～30.56%;其中當(dāng)Cd處理濃度為5 mg·kg－1時(shí)，各部分生物量達(dá)到最大。然而，隨著Cd處理濃度的進(jìn)一步增加，早開(kāi)堇菜的生長(zhǎng)發(fā)育逐漸受到抑制，在Cd處理濃度達(dá)到100 mg·kg－1時(shí)，其地下部分、地上部分及整株生物量分別比對(duì)照降低了46.58%、57.01%、49.27%。該結(jié)果表明，早開(kāi)堇菜對(duì)Cd脅迫表現(xiàn)出較高的耐性，能夠忍受土壤Cd脅迫的濃度介于10～20 mg·kg－1。

2.2不同濃度Cd處理對(duì)早開(kāi)堇菜生理生化特性的影響

當(dāng)Cd處理濃度為1、5、10 mg·kg－1時(shí)，與對(duì)照相比，早開(kāi)堇菜葉綠素含量有所增加，其中葉綠素a的含量顯著增加(P＜0.05) (表2)。隨著Cd處理濃度的進(jìn)一步增加，葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a/b均顯著降低(P＜0.05) ;葉綠素a也更為敏感，在Cd處理濃度為20 mg·kg－1時(shí)已顯著降低(P＜0.05)，這表明低濃度的Cd在一定程度上促進(jìn)早開(kāi)堇菜葉綠素的合成，而高濃度則表現(xiàn)為抑制。

SOD、POD和CAT酶活性隨Cd處理濃度的增加先升高后降低，且均在5 mg·kg－1時(shí)活性達(dá)到最大(表3)。隨著Cd處理濃度的進(jìn)一步增加，SOD和POD酶活性顯著降低(P＜0.05) ; CAT酶活性則持續(xù)表現(xiàn)較高活性，至Cd處理濃度達(dá)到100 mg· kg－1時(shí)顯著低于對(duì)照(P＜0.05)。

表1 不同Cd處理對(duì)早開(kāi)堇菜植株生物量的影響Table 1 Effects of Cd treatments on biomass of V.prionantha

表2 不同Cd處理對(duì)早開(kāi)堇菜葉綠素含量的影響Table 2 Effects of Cd treatments on chlorophyll content in the leaves of V.prionantha

表3 不同Cd處理對(duì)早開(kāi)堇菜葉片抗氧化酶活性及丙二醛含量的影響Table 3 Effects of Cd treatments on the activity of SOD，POD，CAT and the content of MDA of V.prionantha

MDA作為膜脂過(guò)氧化的重要產(chǎn)物，其含量則隨Cd處理濃度的增加先降低后升高，與抗氧化酶活性變化的趨勢(shì)相反。當(dāng)抗氧化酶活性最大，即Cd處理濃度為5 mg·kg－1時(shí)，MDA含量最低，Cd濃度≥20 mg·kg－1時(shí)顯著高于對(duì)照(P＜0.05)。

以上結(jié)果表明，Cd處理達(dá)到一定濃度時(shí)會(huì)顯著抑制早開(kāi)堇菜葉片中的各抗氧化酶活性，打破體內(nèi)原有的自由基代謝平衡，對(duì)細(xì)胞膜系統(tǒng)造成顯著的氧化傷害。

2.3早開(kāi)堇菜對(duì)Cd的吸收和積累能力

不同濃度Cd處理對(duì)早開(kāi)堇菜體內(nèi)Cd含量的影響(圖1)，通過(guò)一元線性回歸分析可得地下部分回歸方程為y =81.678 +3.404x，R2=0.942(P＜0.05)，地上部分回歸方程為y =101.071 +3.431x，R2=0.928 (P＜0.05)。早開(kāi)堇菜地上部分和地下部分的Cd含量均隨Cd處理濃度的升高呈現(xiàn)顯著的線性增加趨勢(shì)。鎘脅迫60 d后測(cè)定發(fā)現(xiàn)，Cd處理濃度為5 mg·kg－1時(shí)，早開(kāi)堇菜生物量最大(表1)，此時(shí)地上部分Cd含量為113.083 mg·kg－1，超過(guò)了Cd超富集植物臨界含量標(biāo)準(zhǔn)(100 mg·kg－1)［19］。

圖1 不同Cd處理下早開(kāi)堇菜體內(nèi)Cd含量Fig.1 Concentration of Cd in V.prionantha grown in different Cd treatments

富集系數(shù)(Bioaccumulation factor，BF)作為反映植物將培養(yǎng)基質(zhì)中某重金屬元素通過(guò)吸收轉(zhuǎn)移到體內(nèi)能力大小的評(píng)價(jià)指標(biāo)，是指植物體中某重金屬元素含量與培養(yǎng)基質(zhì)中該元素含量之比，表征培養(yǎng)基質(zhì)－植物體系中元素遷移的難易程度，即富集系數(shù)越高，說(shuō)明植物吸收該重金屬元素能力越強(qiáng)［19］。早開(kāi)堇菜對(duì)Cd的富集系數(shù)隨Cd濃度的增加而下降(表4)，地下部分富集系數(shù)介于4.016～68.761，地上部富集系數(shù)介于4.144～85.810，均大于1.0，達(dá)到了Cd超富集植物富集系數(shù)應(yīng)大于1.0的標(biāo)準(zhǔn)［19］。

轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)(Translocation factor，TF)作為反映植物將某重金屬元素從地下向地上運(yùn)輸?shù)哪芰?，是地上部與地下部該元素含量的比值，轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)越大，說(shuō)明該重金屬通過(guò)根系向地上部器官的轉(zhuǎn)移能力越強(qiáng)［19］。早開(kāi)堇菜對(duì)Cd的轉(zhuǎn)移系數(shù)介于0.992～1.369(表4)，大多數(shù)濃度處理下具備了Cd超富集植物轉(zhuǎn)移系數(shù)大于1.0的特征［19］。與早開(kāi)堇菜Cd富集系數(shù)一樣，轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)也隨Cd處理濃度的增加而下降，說(shuō)明高濃度的Cd不僅會(huì)抑制植物對(duì)Cd的吸收和積累，Cd由地下向地上部器官的轉(zhuǎn)運(yùn)能力也會(huì)受到抑制。

表4 不同Cd處理對(duì)早開(kāi)堇菜富集轉(zhuǎn)運(yùn)特性的影響Table 4 Effects of Cd treatments on the and bioaccumulation (BF) and translocation (TF) of V.prionantha

3 討論與結(jié)論

葉綠素作為植物光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，其含量的變化直接影響光合作用的強(qiáng)弱，決定植物生物量的高低，從而反映植物對(duì)Cd的耐性［20］。大多數(shù)研究表明，Cd脅迫會(huì)降低葉綠素含量，破壞葉綠體結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重影響植物生長(zhǎng)［2-5，21-22］。但很多研究也表明，低濃度的Cd對(duì)植物葉綠素合成及生長(zhǎng)有一定的促進(jìn)作用。劉愛(ài)中等［23］發(fā)現(xiàn)當(dāng)Cd濃度低于5 mg·kg－1時(shí)，龍須草(Eulaliopsis binata)的葉綠素含量、凈光合速率、生物量均顯著高于對(duì)照(P＜0.05) ; Li等［24］的研究也表明，與對(duì)照(Cd濃度為0 μmol·L－1)相比，5～30 μmol·L－1的Cd脅迫下紫花香薷(Elsholfizia argyi)的凈光合速率顯著升高(P ＜0.05)。本研究與上述研究結(jié)果一致，低濃度Cd(≤10 mg·kg－1)對(duì)早開(kāi)堇菜葉綠素合成及生長(zhǎng)表現(xiàn)出一定的促進(jìn)作用。該結(jié)果可能與Cd影響植物礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)吸收和分配有關(guān)。研究表明，低濃度的Cd會(huì)促進(jìn)植物對(duì)Mg、P、Fe、Cu、Zn的吸收［25-27］，其中Mg是葉綠素分子的重要組成部分［28］，P、Fe、Cu、Zn在葉綠素形成中有一定的催化作用［28］，Cu又是光合反應(yīng)中電子從PSⅡ傳遞至PSⅠ的關(guān)鍵蛋白－質(zhì)體藍(lán)素的主要組成元素［29］，故低濃度的Cd會(huì)促進(jìn)葉綠素的合成，增強(qiáng)光合作用，促進(jìn)植物生長(zhǎng)。此外，低濃度的Cd還會(huì)促進(jìn)植物生長(zhǎng)型激素IAA和GA3的合成，且使IAA/ABA值升高，從而促進(jìn)植物生長(zhǎng)［30-31］。但低濃度Cd促進(jìn)植物葉綠素合成及生長(zhǎng)的機(jī)制仍需進(jìn)一步探討。

研究表明，重金屬對(duì)植物的毒害與植物體內(nèi)活性氧自由基的積累關(guān)系密切［32-33］。正常情況下，植物體內(nèi)的抗氧化防御系統(tǒng)能夠及時(shí)清除體內(nèi)的活性氧自由基和過(guò)氧化物，維持自由基代謝的動(dòng)態(tài)平衡，而重金屬脅迫打破了該平衡，使得活性氧大量積累，造成膜脂過(guò)氧化，細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能遭到破壞，植物生長(zhǎng)異常。SOD、POD和CAT在維持該動(dòng)態(tài)平衡，減少活性氧對(duì)植物的傷害中發(fā)揮著重要作用［34］。然而，重金屬脅迫下，不同植物的抗氧化系統(tǒng)清除活性氧的能力差別較大，如Sun等［35］的研究表明，Cd脅迫下Cd超富集植物龍葵的SOD、POD活性顯著高于同屬非超富集植物茄子(Solanum melongenal) ;田治國(guó)和王飛［36］研究發(fā)現(xiàn)，不同品種萬(wàn)壽菊(Tagetes erecta)的Cd耐性和抗氧化酶活性也存在很大差異。因此，重金屬脅迫下，SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性的變化在某種程度上可以衡量植物對(duì)重金屬的耐性。在本研究中，隨Cd處理濃度的升高，早開(kāi)堇菜的SOD、POD、CAT酶活性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，符合植物對(duì)脅迫反應(yīng)的典型防御特征; Cd濃度為5 mg·kg－1時(shí)各抗氧化活酶性最大，超過(guò)20 mg·kg－1時(shí)抗氧化酶活性、葉綠素含量、生物量顯著低于對(duì)照，MDA含量也顯著增加，說(shuō)明早開(kāi)堇菜在土壤中Cd濃度低于20 mg·kg－1時(shí)具有較強(qiáng)的耐性，表現(xiàn)出了超富集植物基本的耐性特征。

Baker［37］依據(jù)植物吸收、轉(zhuǎn)移、積累重金屬的機(jī)制，將植物劃分為積累型(超積累型)、指示型(敏感性)和排斥型，也就是說(shuō)對(duì)重金屬有很強(qiáng)耐性的植物并不一定是超富集植物，例如短穗檉柳(Tamarix laxa)、蘆葦(Phragmites australis)主要通過(guò)根部截留，減少Cd向地上部的轉(zhuǎn)移從而降低Cd毒害，屬于排斥型［38-39］，菖蒲(Acorus calamus)對(duì)鉻(Cr)表現(xiàn)出很好的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)能力，屬于積累型［40］。因此，是否為超富集植物主要依據(jù)植物體內(nèi)，尤其是地上部能否積累大量的重金屬，且重金屬富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)應(yīng)大于1.0。本研究結(jié)果表明，早開(kāi)堇菜地下部富集系數(shù)平均為20.012，地上部富集系數(shù)平均為24.261，轉(zhuǎn)移系數(shù)平均為1.182，達(dá)到了Cd超富集植物的基本要求。

綜合本研究表明，早開(kāi)堇菜在低濃度Cd(≤10 mg·kg－1)脅迫下，葉綠素合成未受抑制，生長(zhǎng)反而增強(qiáng)，對(duì)Cd污染表現(xiàn)出了較高的耐性;早開(kāi)堇菜對(duì)Cd的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均大于1，達(dá)到了Cd超富集植物的標(biāo)準(zhǔn);且早開(kāi)堇菜地理分布廣泛、抗逆性強(qiáng)、生長(zhǎng)迅速、耐密植，在修復(fù)Cd污染土壤的同時(shí)能夠增強(qiáng)景觀效果。因此，早開(kāi)堇菜在Cd污染土壤的修復(fù)中有很大的應(yīng)用潛力。

References)

［1］Kazuo N，Hiroko N.Cadmium-induced renal dysfunction: New mechanism，treatment and prevention.The Journal of Trace Elements in Experimental Medicine，1998(11) : 275-288.

［2］劉大林，楊俊俏，劉兆明，王奎，孫啟鑫.鎘、鉛脅迫對(duì)草地早熟禾幼苗生理的影響.草業(yè)科學(xué)，2015，32(2) : 224-230.Liu D L，Yang J Q，Liu Z M，Wang K，Sun Q X.Effects of cadmium and lead stress on physiological characters of Poa pratensis seedlings.Pratacultural Science，2015，32(2) : 224-230.(in Chinese)

［3］萬(wàn)雪琴，張帆，王長(zhǎng)亮，丁云海.Cd、Cu、Pb處理下增施氮對(duì)巨桉生長(zhǎng)和光合特性的影響.核農(nóng)學(xué)報(bào)，2012，26(7) : 1087-1093.Wan X Q，Zhang F，Wang C L，Ding Y H.Effects of nitrogen supplement on photosynthetic characteristic and growth rate of Eucalyptus grandis under three kind of heavy metal stress.Journal of Nuclear Agricultural Sciences，2012，26(7) : 1087-1093.(in Chinese)

［4］鄧一飛，徐佳敏，張文舉，鄧志瑞.鎘脅迫對(duì)匍匐剪股穎生長(zhǎng)及生理生化的影響.草業(yè)科學(xué)，2015，32(2) : 217-223.Deng Y F，Xu J M，Zhang W J，Deng Z R.Effects of cadmium stress on growth and physiological and biochemical characteristics of creeping bentgrass.Pratacultural Science，2015，32(2) : 217-223.(in Chinese)

［5］張帆，萬(wàn)雪琴，翟晶.鎘處理下增施氮對(duì)楊樹(shù)葉綠素合成和葉綠體超微結(jié)構(gòu)的影響.核農(nóng)學(xué)報(bào)，2014，28(3) : 0485-0491.Zhang F，Wan X Q，Zhai J.Effects of nitrogen supplement on chlorophyll synthesis and chloroplast ultrastructure of poplar plants under cadmium stress.Journal of Nuclear Agricultural Sciences，2014，28(3) : 0485-0491.(in Chinese)

［6］徐旭，孫振元，潘遠(yuǎn)智，韓蕾，楊學(xué)軍.園林植物對(duì)重金屬脅迫的響應(yīng)研究現(xiàn)狀.世界林業(yè)研究，2007，20(6) : 36-41.Xu X，Sun Z Y，Pan Y Z，Han L，Yang X J.Review on responses of garden plants to heavy metal stress.World Forestry Research，2007，20(6) : 36-41.(in Chinese)

［7］Chaney R L，Malik M，Li Y M，Brown S L，Brewer E P，Angle J S，Baker A J M.Phytoremediation of soil metals.Current Opinion in Biotechnology，1997，8(3) : 279-284.

［8］Barceló J，Poschenrieder C.Phytoremediation: Principles and perspectives.Contributions to Science，2003，2(3) : 333-344.

［9］段春燕，侯小改，張贊平，李連方.堇菜屬Viola植物資源的園林開(kāi)發(fā)前景探討.中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2004，20(5) : 185-186.Duan C Y，Hou X G，Zhang Z P，Li L F.Study on garden utilizes of Viola in China.Chinese Agricultural Science Bulletin，2004， 20(5) : 185-186.(in Chinese)

［10］張超，徐希，李雪珂，晏海，董麗.北京奧林匹克森林公園鄉(xiāng)土草本地被植物調(diào)查及分析.草業(yè)科學(xué)，2012，29(8) : 1193-1198.Zhang C，Xu X，Li X K，Yan H，Dong L.Investigation and analysis of native herbaceous ground cover plants in Beijing Olympic Forest Park.Pratacultural Science，2012，29(8) : 1193-1198.(in Chinese)

［11］劉威，束文圣，藍(lán)崇鈺.寶山堇菜(Viola baoshanensis)——一種新的鎘超富集植物.科學(xué)通報(bào)，2003，48(19) : 2046-2049.Liu W，Shu W S，Lan C Y.Viola baoshanensis——A new Cd-hyperaccumulating plant.Chinese Science Bulletin，2003，48 (19) : 2046-2049.(in Chinese)

［12］Zhong W L，Li J T，Chen Y T，Chen Y T，Shu W S，Liao B.A study on the effects of lead，cadmium and phosphorus on the lead and cadmium uptake efficacy of Viola baoshanensis inoculated with arbuscular mycorrhizal fungi.Journal of Environmental Monitoring，2012，14(9) : 2497-2504.

［13］張帆，萬(wàn)雪琴，劉敏，鐘宇，劉光立，張雙，羅兵，黃金亮，吳富雨.早開(kāi)堇菜組織培養(yǎng)及快速繁殖的方法.中國(guó)專(zhuān)利: CN103004611A，2013-04-03.Zhang F，Wan X Q，Liu M，Zhong Y，Liu G L，Zhang S，Luo B，Huang J L，Wu F Y.Method of tissue culture and rapid propagation of Viola prionantha.Chinese Patent: CN103004611A，2013-04-03.(in Chinese)

［14］Lichtenthaler H K.Chlorophylls and carotenoids: Pigments of photosynthetic biomembranes.Methods in Enzymology，1987，148: 350-382.

［15］李合生.植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù).北京:高等教育出版社，2000: 167-169.Li H S.Principles and Techniques of Plant Physiological Biochemical Experiment.Beijing: Higher Education Press，2000: 167-169.(in Chinese)

［16］熊慶娥.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教程.成都:四川科學(xué)技術(shù)出版社，2003: 72-73.Xiong Q E.Plant Physiology.Chengdu: Sichuan Science＆Technology Press，2003: 72-73.(in Chinese)

［17］Carmak I，Marschner H.Magnesium deficiency and high light intensity enhance activities of superoxide dismutase，ascorbate peroxidase，and glutathione reductase in bean leaves.Plant Physiology，1992，98(4) : 1222-1227.

［18］吳建之，葛瀅.植物標(biāo)樣多元素測(cè)定的五種前處理方法比較.光譜學(xué)與光譜分析，1999，19(3) : 369-372.Wu J Z，Ge Y.Comparative studies on five pretreatment methods in the determination of elements in plant standard sample by ICP-AES.Spectroscopy and Spectral Analysis，1999，19(3) : 369-372.(in Chinese)

［19］周啟星，宋玉芳.污染土壤修復(fù)原理與方法.北京:科學(xué)出版社，2004.Zhou Q X，Song Y F.Remediation of Contaminated Soils: Principles and Methods.Beijing: Science Press，2004.(in Chinese)

［20］易自成，賀俊波，程華，駱世明，賀鴻志，章偉琴，張忠敏，黎華壽.鎘對(duì)皇竹草構(gòu)件生長(zhǎng)及生理特性的影響.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2014，33(2) : 276-282.Yi Z C，He J B，Cheng H，Luo S M，He H Z，Zhang W Q，Zhang Z M，Li H S.Effects of Cd polluted soil on the modular growth and physiological characteristics of Pennisetum hydridum.Journal of Agro-Environment Science，2014，33(2) : 276-282.(in Chinese)

［21］孫曉燦，魏虹，田曉峰，賈中民.鎘脅迫對(duì)金絲垂柳幼苗及葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?廣西植物，2011，31(4) : 490-494.Sun X C，Wei H，Tian X F，Jia Z M.Effects of cadmium stress on growth and cholorophyll fluorescence characteristics of Salix× aureo pendula seedlings.Guihaia，2011，31(4) : 490-494.(in Chinese)

［22］吳月燕，陳賽，張燕忠，王列，王忠華.重金屬脅迫對(duì)5個(gè)常綠闊葉樹(shù)種生理生化特性的影響.核農(nóng)學(xué)報(bào)，2009，23(5) : 843-852.W Y Y，Chen S，Zhang Y Z，Wang L，Wang Z H.Effect of heavy metal stress on physiological and biochemical characteristics of five evergreen broad-leaved trees.Journal of Nuclear Agricultural Sciences，2009，23(5) : 843-852.(in Chinese)

［23］劉愛(ài)中，鄒冬生，劉飛.龍須草對(duì)鎘的耐受性和富集特征.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，22(2) : 473-480.Liu A Z，Zhou D S，Liu F.Cadmium tolerance and enrichment characteristics of Eulaliopsis binata.Chinese Journal of Applied Ecology，2011，22(2) : 473-480.(in Chinese)

［24］Li S L，Yang W H，Yang T T，Chen Y，Ni W Z.Effects of cadmium stress on leaf chlorophyll fluorescence and photosynthesis of Elsholtzia argui——A cadmium accumulating plant.International Journal of Phytoremediation，2015，17(1) : 85-92.

［25］萬(wàn)雪琴，張帆，夏新莉，尹偉倫.鎘脅迫對(duì)楊樹(shù)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)吸收和分配的影響.林業(yè)科學(xué)，2009，45(7) : 46-51.Wan X Q，Zhang F，Xia X L，Yin W L.Effects of cadmium stress on absorption and distribution of mineral nutrients in poplar plants.Scientia Silvae Sinicae，2009，45(7) : 46-51.(in Chinese)

［26］Liu Z L，He X Y，Chen W.Effects of cadmium hyperaccumulation on the concentrations of four trace elements in Lonicera japonica Thunb..Ecotoxicology，2011，20: 698-705.

［27］Zhou W B，Qiu B S.Effects of cadmium hyperaccumulation on physiological characteristics of Sedum alfredii Hance(Crassulaceae).Plant Science，2005，169(4) : 737-745.

［28］于貴瑞，王秋鳳.植物光合、蒸騰與水分利用的生理生態(tài)學(xué).北京:科學(xué)出版社，2010: 152-156.Yu G R，Wang Q F.Ecophysiology of Plant Photosynthesis，Transpiration and Water Use.Beijing: Science Press，2010: 152-156.(in Chinese)

［29］Sujak A.Interaction between cadmium，zinc and silver-substituted plastocyanin and cytochrome b6f complex-heavy metals toxicity towards photosynthetic apparatus.Acta Physiologiae Plantarum，2005，27(1) : 61-69.

［30］黃運(yùn)湘，廖柏寒，肖浪濤，劉素純，王志坤.鎘處理對(duì)大豆幼苗生長(zhǎng)及激素含量的影響.環(huán)境科學(xué)，2006，27(7) : 1398-1401.Huang Y X，Liao B H，Xiao L T，Liu S C，Wang Z K.Effects of Cd2 +on seedling growth and phytohormone contents of Glycine max.Environmental Science，2006，27(7) : 1398-1401.(in Chinese)

［31］吳坤，吳中紅，邰付菊，韓瑩，謝寶恩，袁祖麗.鎘脅迫對(duì)煙草葉激素水平、光合特性、熒光特性的影響.生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，31(16) : 4517-4524.Wu K，Wu Z H，Tai F J，Han Y，Xie B E，Yuan Z L.Effects of cadmium on the contents of phytohormones，photosynthetic performance and fluorescent characteristics in tobacco leaves.Acta Ecologica Sinica，2011，31(16) : 4517-4524.(in Chinese)

［32］Laspina N V，Groppa M D，Tomaro M L，Benavides M P.Nitric oxide protects sunflower leaves against Cd-induced oxidative stress.Plant Science，2005，169(2) : 323-330.

［33］王萍，張興旭，趙曉靜，李春杰.重金屬脅迫對(duì)醉馬草生長(zhǎng)及生理生化指標(biāo)的影響.草業(yè)科學(xué)，2014，31(6) : 1080-1086.Wang P，Zhang X X，Zhao X J，Li C J.Effects of three metal ions on growth and physio-biochemical response of Achnatherum inebrians.Pratacultural Science，2014，31(6) : 1080-1086.(in Chinese)

［34］Alscher R G，Donahue J L，Cramer C L.Reactive oxygen species and antioxidants: Relationships in green cells.Physiologia Plantarum，1997，100(2) : 224-233.

［35］Sun R L，Zhou Q X，Sun F H，Jin C X.Antioxidative defense and proline/phytochelatin accumulation in a newly discovered Cdhyperaccumulator，Solanum nigrum L.Environmental and Experimental Botany，2007，60(3) : 468-476.

［36］田治國(guó)，王飛.不同品種萬(wàn)壽菊對(duì)鎘脅迫的生長(zhǎng)和生理響應(yīng).西北植物學(xué)報(bào)，2013，33(10) : 2057-2064.Tian Z G，Wang F.Growth and physiological response of tagetes cultivars to cadmium stress.Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica，2013，33(10) : 2057-2064.(in Chinese)

［37］Baker A J M.Accumulators and excluders-strategies in the response of plants to heavy metals.Journal of Plant Nutrition，1981 (3) : 643-654.

［38］丁效東，高東瑞，馮固.檉柳對(duì)鎘脅迫的生理生態(tài)響應(yīng).植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，31(1) : 145-149.Ding X D，Gao D R，F(xiàn)eng G.Ecophysiological response of Tamarix laxa to cadmium stress.Journal of Plant Ecology(Chinese Version)，2007，31(1) : 145-149.(in Chinese)

［39］江行玉，王長(zhǎng)海，趙可夫.蘆葦抗鎘污染機(jī)理研究.生態(tài)學(xué)報(bào)，2003，23(5) : 856-862.Jiang X Y，Wang C H，Zhao K F.Study on the mechanism of cadmium resistance in Phragmites australis.Acta Ecologica Sinica，2003，23(5) : 856-862.(in Chinese)

［40］朱思喜，王鳳友，劉東，楊秀琴，張建民，蘇春花，吳云杰.Cr(Ⅵ)脅迫對(duì)菖蒲生長(zhǎng)與鉻積累的影響.核農(nóng)學(xué)報(bào)，2014，28(5) : 0942-0947.Zhu S X，Wang F Y，Liu D，Yang X Q，Zhang J M，Su C H，Wu Y J.Effects of Cr(Ⅵ) Stress on the growth and Cr uptake of Acorus calamus.Journal of Nuclear Agricultural Sciences，2014，28(5) : 0942-0947.(in Chinese)

(責(zé)任編輯 王芳)

Cadmium tolerance and enrichment characteristics of Viola prionantha

Zhao Jing-long1，Zhang Fan1，Wan Xue-qin2，Xiao Zhao1
(1.College of Landscape Architecture，Sichuan Agricultural University，Chengdu 611130，China; 2.College of Forestry，Sichuan Agricultural University，Chengdu 611130，China)

In order to study the physiological effects of cadmium (Cd) on Viola prionantha，the responses of growth and enrichment characteristics of V.prionantha to the Cd were evaluated.The results showed that the growth of plants was promoted under the low Cd concentration (≤10 mg·kg－1)，and the biomass of root and shoot of the plants exposed to Cd significantly increased (P＜0.05) when compared to the controls which reached the peaks when the Cd concentration was 5 mg·kg－1.With the increase of Cd concentration，the chlorophyll content decreased，the activities of SOD，POD，CAT all increased firstly and then decreased，whereas，the MDA content decreased firstly and then increased.The activities of SOD，POD and CAT were higher than those of the control，while the contents of MDA and the chlorophyll did not change in the leaves compared to those in the control at concentration of 10 mg· kg－1Cd treatments.On the other hand，the bioaccumulation and translocation of V.prionantha to Cd were more than 1.0，which confirmed the standard of Cd hyperaccumulator.Therefore V.prionantha can be classified into the Cd hyperaccumulator plants.The above results suggested that V.prionantha can be applied to purify contaminated environment which not only remedied contaminated environments but also bring landscape effects.

Viola prionantha; cadmium; tolerance; enrichment; phytoremediation

Zhang Fan E-mail: nolady@163.com

X171.5

A

1001-0629(2016) 1-0054-07*

10.11829/j.issn.1001-0629.2015-0267

趙景龍，張帆，萬(wàn)雪琴，肖朝.早開(kāi)堇菜對(duì)鎘污染的耐性及其富集特征.草業(yè)科學(xué)，2016，33(1) : 54-60.

Zhao J L，Zhang F，Wan X Q，Xiao Z.Cadmium tolerance and enrichment characteristics of Viola prionantha.Pratacultural Science，2016，33(1) : 54-60.

2015-05-08 接受日期: 2015-07-02

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31300514) ;四川省“十二五”科技攻關(guān)項(xiàng)目林木新品種選育(2011YZGG)

趙景龍(1989-)，男，河南開(kāi)封人，在讀碩士生，主要從事園林植物培育與應(yīng)用研究。E-mail: 15908132137@163.com

張帆(1975-)，女，四川成都人，教授，博士，主要從事林木與園林植物遺傳育種研究。E-mail: nolady@163.com