氮肥對(duì)鎘Cd脅迫下結(jié)縷草生長(zhǎng)和生理特性的影響

白瑞霞+徐蘇男+陳忠林

摘要：采用盆栽試驗(yàn)，研究了不同氮肥用量[0、200、300、400 mg/kg CO（NH2）2]對(duì)鎘（Cd）脅迫（50 mg/kg）下結(jié)縷草生長(zhǎng)和生理特性的影響。結(jié)果表明：Cd脅迫下結(jié)縷草的生長(zhǎng)指標(biāo)（葉長(zhǎng)、株高、根長(zhǎng)和生物量）和保護(hù)酶（SOD、POD和CAT）活性均顯著下降，而丙二醛（MDA）、脯氨酸（Pro）和可溶性蛋白的含量均大幅度上升。施加不同濃度的氮肥后，Cd脅迫下結(jié)縷草的生長(zhǎng)和保護(hù)酶活性均有所提高；可溶性蛋白、MDA和Pro的含量均有所降低。施用氮肥對(duì)Cd脅迫下結(jié)縷草具有一定的緩解作用，當(dāng)?shù)蕽舛葹?00 mg/kg時(shí)緩解效果最為顯著。

關(guān)鍵詞：結(jié)縷草；氮肥；Cd脅迫；生長(zhǎng)指標(biāo)；生理特性

中圖分類號(hào)： S688.401 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2016）07-0245-03

隨著工農(nóng)業(yè)迅速發(fā)展，土壤中鎘（Cd）污染程度日趨嚴(yán)重。Cd很難被降解，只能在各種形態(tài)之間進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化、分散和富集，易被植物吸收，并且能通過(guò)食物鏈在動(dòng)物和人體內(nèi)富集[1]。隨著Cd濃度的增大，游離脯氨酸（Pro）和可溶性糖含量先升高后降低，細(xì)胞膜透性逐漸升高[2]。在黃松田水稻土中，受Cd污染后水稻生理指標(biāo)的變異系數(shù)依次為過(guò)氧化物酶活性>葉綠素含量>脯氨酸含量[3]。

氮素是植物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，也是主要的養(yǎng)分限制因素[4]。研究表明，氮肥不同比例分期追施使玉米葉片生育后期保護(hù)酶（SOD、CAT、POD）活性增強(qiáng)[5]。也有研究指出在小麥四分體形成期施氮，提高了旗葉衰老初期可溶性蛋白含量和衰老后期的光合速率，顯著提高了粒質(zhì)量和籽粒產(chǎn)量[6]。施高量尿素都顯著提高了水稻籽粒中Cd含量[7]，說(shuō)明氮肥對(duì)Cd污染具有修復(fù)作用。 結(jié)縷草（Zoysia japonica）是重要的多年生暖季型草坪草，具有耐熱、耐旱、耐鹽堿、耐瘠薄[8]等優(yōu)良特性。結(jié)縷草應(yīng)用于Cd污染土壤的修復(fù)已有報(bào)道[9-10]，而有關(guān)氮肥對(duì)Cd脅迫下如何具體影響植物生理特性的報(bào)道較少。本研究以結(jié)縷草為對(duì)象，探討了氮肥對(duì)Cd脅迫下株高、葉長(zhǎng)、生物量、保護(hù)酶、可溶性蛋白、丙二醛（MDA）和Pro的變化，為揭示氮肥對(duì)Cd脅迫下結(jié)縷草的生理代謝響應(yīng)機(jī)制提供參考，也為重金屬污染土壤修復(fù)實(shí)踐提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

供試土壤類型為沙壤土，采自遼寧大學(xué)環(huán)境學(xué)院生態(tài)園（123°24″E，41°31″N）[10]，土壤的基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)材料及設(shè)計(jì)

試驗(yàn)用土過(guò)2 mm篩后裝入直徑13 cm、高度10 cm塑料花盆中，每個(gè)花盆裝土1 kg。2013年6月從結(jié)縷草草坪中選1塊蓋度及密度均勻一致的草皮，截面積為5 cm×5 cm的草皮塊移植到每個(gè)花盆中，將花盆放置于生態(tài)試驗(yàn)園內(nèi)。2014年6月20日開(kāi)始對(duì)結(jié)縷草施加Cd2+（以CdCl2·25H2O 形態(tài)加入），濃度為50 mg/kg；并施不同濃度的氮肥0、200、300、400 mg/kg CO（NH2）2。在處理后第8天進(jìn)行樣品測(cè)定。試驗(yàn)共分5個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)。具體試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表2。

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 生長(zhǎng)指標(biāo) 株高、葉長(zhǎng)、根長(zhǎng)用直尺直接測(cè)量；地上生物量是緊貼地表剪下結(jié)縷草的地上部分；地下生物量是除去地上部分之外的部分，將洗干凈的地上、地下部分均放在105 ℃ 的烘箱內(nèi)殺青30 min，在80℃ 下烘24 h 至恒質(zhì)量，取出稱質(zhì)量。

1.3.2 保護(hù)酶活性 剪取不同處理植株相同部位的葉片帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo)。SOD活性采用NBT光化還原法[7]測(cè)定；CAT活性采用氧化還原法[7]測(cè)定；POD活性采用愈創(chuàng)木酚法[8]測(cè)定。

1.3.3 MDA含量 采用硫代巴比妥酸顯色法[9]測(cè)定。

1.3.4 脯氨酸含量 采用酸性茚三酮法[10]測(cè)定。

1.3.5 可溶性蛋白含量 采用考馬斯亮藍(lán)G250染色法[8]測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Excel錄入數(shù)據(jù)，采用SPSS 17.0數(shù)據(jù)分析軟件，對(duì)所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同用量氮肥對(duì)鎘脅迫下結(jié)縷草生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

由表3可知，Cd脅迫下的結(jié)縷草的葉長(zhǎng)、株高、根長(zhǎng)、地上和地下生物量與CK相比均大幅度下降，分別下降4029%、25.84%、31.45%、27.22%、32.10%，且差異性達(dá)顯著水平（P

2.2 不同用量氮肥對(duì)Cd脅迫下結(jié)縷草保護(hù)酶系統(tǒng)的影響

在Cd脅迫下，結(jié)縷草葉片中的保護(hù)酶活性POD、SOD、CAT明顯降低，比CK組分別下降32.17%、43.24%、64.41%（表4），且差異顯著（P0.05）。

2.3 氮肥對(duì)Cd脅迫下結(jié)縷草丙二醛（MDA）含量的影響

在Cd脅迫下結(jié)縷草葉片中的丙二醛含量劇增（圖1），比CK組增加116.89%，差異顯著（P

2.4 不同用量氮肥對(duì) Cd 脅迫下結(jié)縷草葉片脯氨酸（Pro）含量的影響

在Cd脅迫下結(jié)縷草葉片中的Pro含量增加（圖2），比CK組增加78.82%，說(shuō)明Cd對(duì)結(jié)縷草已經(jīng)造成了傷害。不

同濃度的氮肥對(duì)Cd脅迫下的結(jié)縷草葉片的Pro含量均有一定程度的降低，氮肥濃度為300 mg/kg的處理較Cd組顯著下降，降低了42.15%，差異達(dá)顯著水平（P<0.05），且二者之間差異顯著（P<005）。

2.5 不同用量氮肥對(duì) Cd 脅迫下結(jié)縷草可溶性蛋白含量的影響

從圖3可以看出，Cd脅迫下結(jié)縷草可溶性蛋白含量提升，比CK組增加19.21%，說(shuō)明結(jié)縷草植株通過(guò)增加滲透性物質(zhì)的量來(lái)調(diào)整滲透壓，減輕Cd對(duì)植株的毒害。200、300、400 mg/kg處理組分別比Cd組降低9.70%、12.07%、260%，且200、300 mg/kg處理組與Cd組相比差異顯著（P<0.05），說(shuō)明氮肥對(duì)Cd脅迫下結(jié)縷草可溶性蛋白含量降低起一定作用。

3 結(jié)論與討論

3.1 施氮肥對(duì) Cd 脅迫下結(jié)縷草生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

重金屬污染影響植物生長(zhǎng)，甚至導(dǎo)致死亡[11]。合理的土壤施肥可顯著促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育，提高產(chǎn)量及產(chǎn)品品質(zhì)[12]。鎘脅迫對(duì)幼苗根長(zhǎng)影響最為顯著，因此根長(zhǎng)的變化是指示植物受重金屬毒性影響的一個(gè)重要指標(biāo)[13]。大量研究結(jié)果表明，氮元素在施肥過(guò)程中對(duì)植物的生長(zhǎng)影響較大[14]。本研究中，結(jié)縷草的葉長(zhǎng)、株高、根長(zhǎng)和生物量在Cd脅迫下明顯降低，適當(dāng)濃度氮肥處理可以促進(jìn)Cd脅迫下結(jié)縷草的生長(zhǎng)，使上述各指標(biāo)升高，從植物表型生長(zhǎng)指標(biāo)的角度體現(xiàn)出施氮肥處理對(duì)Cd脅迫下結(jié)縷草生長(zhǎng)的影響，各指標(biāo)在 300 mg/kg 氮肥濃度處理組達(dá)到最大值，說(shuō)明只有合適的供氮量才能更好地緩解Cd對(duì)植物造成的傷害。這與賈瑞豐等的研究結(jié)果[15]類似。

3.2 施氮肥對(duì) Cd 脅迫下結(jié)縷草抗氧化酶活性和 MDA 含量的影響

不良環(huán)境能誘發(fā)生物代謝過(guò)程中產(chǎn)生的自由基而對(duì)植物膜有傷害作用，POD、SOD 和CAT共同組成植物體內(nèi)的活性氧清除系統(tǒng)，可有效清除植物體內(nèi)的自由基和過(guò)氧化物，減輕植物受害程度[16]。MDA 是植物細(xì)胞膜質(zhì)中不飽和脂肪酸發(fā)生過(guò)氧化作用的最終產(chǎn)物之一，其含量的多少在一定程度上代表了細(xì)胞膜的損傷程度和植物對(duì)逆境反應(yīng)的強(qiáng)弱[17]。

在Cd脅迫下，結(jié)縷草葉片3種酶活性均有不同程度的降低，說(shuō)明其活性受到不同程度的抑制，可能是Cd干擾其分子結(jié)構(gòu)或產(chǎn)生的活性氧自由基超過(guò)它們的清除能力，加劇了膜脂過(guò)氧化。同時(shí)MDA的含量增加，說(shuō)明Cd對(duì)結(jié)縷草膜脂質(zhì)氧化強(qiáng)度增大，并可能對(duì)膜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)造成傷害。這與周爽等的研究結(jié)果[18]一致。施加不同濃度的氮肥后，POD、SOD 和CAT的活性增強(qiáng)，MDA含量下降，說(shuō)明氮肥可以有效緩解Cd脅迫對(duì)結(jié)縷草的傷害，通過(guò)生理生化調(diào)節(jié)提高結(jié)縷草抗性，從而增強(qiáng)結(jié)縷草體內(nèi)多余活性氧物質(zhì)，以及由活性氧歧化產(chǎn)生的H2O2等物質(zhì)的清除能力，有效降低細(xì)胞膜脂過(guò)氧化程度，從而減輕Cd對(duì)植物細(xì)胞的損傷，這與張曉萍等的研究結(jié)果[19]類似。從以上指標(biāo)可以看出，在本研究中300 mg/kg的氮肥濃度對(duì)Cd脅迫的緩解效果最為明顯。

3.3 施氮肥對(duì)Cd脅迫下結(jié)縷草滲透性調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

逆境條件下植物體內(nèi)積累Pro具有一定的普遍性，它可作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)等對(duì)植物起保護(hù)作用[20]?？扇苄缘鞍资侵参矬w內(nèi)重要的滲透性調(diào)節(jié)物[21]，植物在逆境條件下通過(guò)積累有機(jī)物來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞的滲透壓，以增強(qiáng)適應(yīng)環(huán)境的能力[22]。本研究中，Cd脅迫下結(jié)縷草葉片中Pro和可溶性蛋白含量大幅度上升，說(shuō)明結(jié)縷草可能主要通過(guò)積累Pro和可溶性蛋白來(lái)提高其滲透性調(diào)節(jié)能力，與劉俊祥等的研究結(jié)果[23]類似。施氮肥后，二者含量均有所下降，可能是由于植株體內(nèi)的保護(hù)酶和MDA活性得到提升，致使細(xì)胞內(nèi)活性氧產(chǎn)生和清除之間的平衡得以維持，細(xì)胞膜脂過(guò)氧化程度降低，細(xì)胞的滲透壓得到調(diào)整，說(shuō)明氮肥在一定程度上可緩解Cd對(duì)結(jié)縷草的毒害。同生長(zhǎng)指標(biāo)和抗氧化酶活性的變化一致，300 mg/kg的氮肥濃度要優(yōu)于200 mg/kg和400 mg/kg的濃度處理。

綜上所述，施氮肥可以有效緩解Cd脅迫對(duì)結(jié)縷草生長(zhǎng)及生理特性的影響，3種濃度的氮肥處理均表現(xiàn)出了對(duì)Cd脅迫的緩解作用。Cd脅迫下結(jié)縷草對(duì)土壤氮營(yíng)養(yǎng)水平需求有一定的限量，適量的氮肥能夠在一定程度上改善Cd對(duì)結(jié)縷草植株生長(zhǎng)和生理特性的影響。因此，在結(jié)縷草生長(zhǎng)的土壤受到鎘污染的情況下，建議可以施加300 mg/kg左右濃度的氮肥來(lái)進(jìn)行改善。

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