鎘對波斯菊種子發(fā)芽的影響及外源MeJA的緩解作用

劉宇婧，馮藝玫，劉欣悅，蔣喻林，譚淼，蔣天儀，余小芳*

(1.四川農業(yè)大學風景園林學院,四川 成都 611130; 2.成都農業(yè)科技學院,四川 成都 611130)

鎘對波斯菊種子發(fā)芽的影響及外源MeJA的緩解作用

劉宇婧1，馮藝玫1，劉欣悅1，蔣喻林1，譚淼1，蔣天儀2，余小芳1*

(1.四川農業(yè)大學風景園林學院,四川 成都 611130; 2.成都農業(yè)科技學院,四川 成都 611130)

以波斯菊種子為研究材料，采用濾紙床進行發(fā)芽實驗，探究鎘(Cd2+)脅迫對種子發(fā)芽的影響，及外源茉莉酸甲酯(MeJA)對種子Cd2+脅迫緩解的最佳處理方式與最適濃度，對發(fā)芽率、發(fā)芽勢、活力指數、胚芽長、鮮重、丙二醛含量以及抗氧化酶的活性進行了測定。結果表明，波斯菊種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、活力指數及胚芽長隨著Cd2+濃度的升高，逐漸降低。波斯菊種子能忍耐<0.6 mmol/L的Cd2+處理，但高濃度的Cd2+(≥0.6 mmol/L)對波斯菊的發(fā)芽指標有顯著的抑制作用。在對單Cd2+處理下的波斯菊種子采用不同濃度梯度的外源MeJA的處理方式表明，MeJA浸種預處理方式的效果優(yōu)于MeJA與Cd2+同時處理的方式。且1.0 μmol/L的外源MeJA浸種預處理的緩解效果最佳，與單Cd2+處理相比，分別提高了波斯菊種子19.3%的發(fā)芽率，73.0%的活力指數，幼苗28.1%的鮮重，并降低了植物丙二醛(MDA)的含量。低濃度的MeJA主要通過提高植物的過氧化物酶(POD)，過氧化氫酶(CAT)以及谷胱甘肽還原酶(GR)的活性清除體內產生的活性氧(ROS)，并降低膜脂質過氧化反應，來增強種子逆境脅迫的耐受能力。

鎘;茉莉酸甲酯;發(fā)芽;波斯菊

近年來，工業(yè)、交通等人類活動的影響，造成了綠地嚴峻的污染問題。不少市政公園的銅(Cu)、鉛(Pb)、鎘(Cd)的含量均高于當地土壤或灰塵的背景值[1-3]，具有潛在重金屬污染的隱患。重金屬的毒害導致綠地植物生長受到抑制，影響地播栽培的花卉種子萌發(fā)與幼苗建成等，影響觀賞價值及綠化質量與效果。Cd是重金屬中毒性較強的元素之一，具有難降解性、隱蔽性、不可逆性、積累性[4]等特點，并能造成植物細胞的質膜損傷，破壞電子運輸以及抑制酶活性及DNA損壞[5]、破壞細胞器的超微結構[6]、誘導多種抗氧化還原物質的變化，造成氧化脅迫，降低超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、過氧化物酶(peroxidase, POD)等抗氧化酶的活性，提高丙二醛(malondialdehyde, MDA)的含量[7-8]以及削弱植物對水分脅迫的忍耐性而阻止植物生長發(fā)育。植物能否通過施加外源物質緩解植物所受到的重金屬脅迫，是值得研究的一個方向。

茉莉素(JAs)是一種來自于亞麻酸并具有環(huán)戊烷酮結構的新型植物激素，其中以茉莉酸甲酯(methyl jasmonate, MeJA)及茉莉酸(jasmonic acid, JA)為代表。JAs在保護植物受到非生物脅迫的影響上有著重要的作用。適宜濃度的外源MeJA在對受到冷害的香蕉(Musanana)[9-10]、檸檬(Citruslimon)[11]，受干旱的番茄(Solanumlycopersicum)、擬南芥(Arabidopsisthaliana)、小球藻(Pulsatillavulgaris)[12]，受鹽害的豇豆(Vignasinensis)[13]細胞有保護作用，通常通過增加抗壞血酸/脫氫抗壞血酸(AsA/DHA)和還原型谷胱甘肽/氧化型谷胱甘肽(GSH/GSSG)的比率，以及提高抗氧化酶的活性緩解植物在脅迫方面的不良反應。MeJA在重金屬脅迫上的作用近年來廣受關注。研究者在對海欖雌(Avicenniamarina)[14]的Cu與Cd復合脅迫、龍葵(Solanumnigrum)[15]的Cd脅迫的研究發(fā)現，重金屬脅迫下均引起內源JA含量的上升，反映出重金屬脅迫下植物在抗逆反應上與該種植物激素有重要的關聯。對受砷(Ar)脅迫的甘藍型油菜(Brassicanapus)[16]及受Cd脅迫的秋茄(Kandeliaobovata)[17]施用 MeJA的實驗表明，外源MeJA能夠減少植物葉片內活性氧(reactive oxygen species，ROS)的合成，增加了抗氧化酶的活性，并提高了秋茄體內AsA的濃度及Ⅱ型金屬硫蛋白(KoMT2)的表達量。此外，MeJA提高了Cd脅迫下觀賞辣椒(Capsicumfrutescens)[18]各組織部分的干重、葉綠素含量、葉中的CAT以及抗壞血酸過氧化氫酶的活性，從而為受重金屬脅迫的植物提供保護作用。種子萌發(fā)是植物生命周期中對環(huán)境因子最敏感的階段，也是幼苗建成的關鍵時期。因此，探究外源MeJA對種子萌發(fā)階段是否也具有積極作用有重要意義。本實驗以近年來廣泛種植的草本花卉波斯菊(Cosmosbipinnatus)為研究材料，研究了不同Cd2+濃度對波斯菊種子發(fā)芽的影響及外源MeJA對波斯菊種子Cd2+脅迫下發(fā)芽的緩解作用，探討MeJA增強波斯菊種子抗毒害能力及緩解效應的機制，為MeJA在波斯菊早期生長受Cd脅迫的應用提供基礎理論依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗材料為波斯菊種子，于2015年5月購于花蝴蝶種業(yè)公司，采購后，將種子裝入牛皮袋中并放于種子筒中貯藏，同年7月開始實驗。

1.2 實驗設計

1.2.1 Cd2+濃度梯度下種子的發(fā)芽實驗 實驗于2015年7月在四川農業(yè)大學成都校區(qū)小麥研究所實驗室進行。Cd2+處理濃度設置為：0 mmol/L(CK)、0.2 mmol/L(T1)、0.4 mmol/L(T2)、0.6 mmol/L(T3)、0.8 mmol/L(T4)、1.0 mmol/L(T5)。選用大小一致、飽滿、完好無損的波斯菊種子，用2% NaClO消毒20 min后，用蒸餾水清洗干凈。將種子分別放入盛有上述10 mL不同濃度梯度的Cd2+處理液的玻璃培養(yǎng)皿中(皿內鋪有雙層濾紙，并經過高溫滅菌)。每皿50粒，每個處理重復4次，并放于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，每日補充2 mL蒸餾水。每隔24 h記錄種子的發(fā)芽數(以下胚軸伸出種皮2 mm以上記為萌發(fā))，第3天統計發(fā)芽勢，第7天統計發(fā)芽率。

1.2.2 外源MeJA對Cd2+脅迫下波斯菊種子的發(fā)芽實驗 Cd2+濃度梯度下種子的發(fā)芽實驗結果表明，相較于對照來說，0.6 mmol/L的Cd2+處理能顯著降低植物的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、活力指數以及胚芽長，因此選擇該濃度作為節(jié)點濃度，進行外源MeJA的處理。

MeJA濃度梯度設為0，0.1，1.0，5.0和10.0 μmol/L。采取兩種MeJA處理方式，一種是MeJA與Cd2+處理液同時對種子進行處理，命名為協同處理，設置6個濃度梯度分別為：0 μmol/L MeJA (CK)、0 μmol/L MeJA+0.6 mmol/L Cd2+(C1)、0.6 mmol/L Cd2++0.1 μmol/L MeJA(C2)、0.6 mmol/L Cd2++1.0 μmol/LMeJA(C3)、0.6 mmol/L Cd2++5.0 μmol/L MeJA (C4)、0.6 mmol/L Cd2++10.0 μmol/L MeJA(C5)，每日補充2 mL蒸餾水，3 d換一次處理液，每個處理重復4次。另一種是先將種子分別置于以上述濃度梯度的MeJA溶液進行浸種24 h后，再將其分別置于0.6 mmol/L Cd2+處理液中，命名為浸種預處理。每日補充2 mL蒸餾水，3 d換一次處理液，每個處理重復4次。6個濃度梯度設置為 0 μmol/L MeJA(CK)、0.6 mmol/L Cd2+(P1)、0.6 mmol/L Cd2++浸種0.1 μmol/L MeJA(P2)、0.6 mmol/L Cd2++浸種1.0 μmol/L MeJA(P3)、0.6 mmol/L Cd2++浸種5.0 μmol/L MeJA(P4)、0.6 mmol/L Cd2++浸種10.0 μmol/L MeJA(P5)。CK與P1均以蒸餾水浸種代替MeJA浸種。以探究MeJA與Cd2+相互作用及MeJA浸種對Cd2+脅迫下波斯菊種子的發(fā)芽影響。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 發(fā)芽指標的測定

發(fā)芽勢(%)=(第3天發(fā)芽種子數/供試種子數)×100
發(fā)芽率(%)=(第7天發(fā)芽種子數/供試種子數)×100
發(fā)芽指數(GI)=ΣGt/Dt

式中：Gt為t日的發(fā)芽數；Dt為發(fā)芽天數。

活力指數(VI)=GI×S

式中：GI為發(fā)芽指數；S為苗全長。

1.3.2 發(fā)芽苗長與鮮重的測定 采用 Epson Expression 11000XL掃描發(fā)芽苗，并用winRHIZO軟件進行處理與運算發(fā)芽苗長及胚芽長。鮮重以50株苗為一個單位，用吸水紙將其水分吸干后，稱取重量，3次重復。

1.3.3 生理指標的測定 過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(catalase，CAT)和谷胱甘肽還原酶(glutathione reductase，GR)的提取具體步驟為,稱取0.3 g發(fā)芽的苗，每個處理重復3次，用10 mL預冷的提取緩沖液[內含50 mmol/L磷酸鉀緩沖液(pH=7.8)，1%聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone, PVP)及0.1 mmol/L乙二胺四乙酸(ethylenediaminetetraacetic acid, EDTA)]冰浴下研磨成勻漿，12000 r/min冷凍離心20 min后，取上清液用于抗氧化物酶活性的分析。POD、 CAT和GR的活性測定具體方法參見Sheng等[19]。丙二醛(MDA)測定采用硫代巴比妥酸(TBA)反應法[19]。

1.4 數據處理

用Excel整理數據，采用統計分析軟件SPSS 22.0的單因素方差分析法(One-Way ANOVA)分析，以及Duncan對平均值進行多重比較。用Sigmaplot 12.5軟件進行作圖。

2 結果與分析

2.1 Cd2+對波斯菊種子發(fā)芽指標的影響

由表1可見，與對照(CK)相比，較低濃度的Cd2+處理(<0.6 mmol/L)的發(fā)芽率并無明顯變化，而在較高濃度的Cd2+處理(≥0.6 mmol/L)下種子的發(fā)芽率顯著降低，最大降幅為33.4%?；盍χ笖狄约芭哐块L隨Cd2+濃度的提高而逐漸降低。最高濃度Cd2+處理下種子的活力指數以及胚芽長分別為CK的15.1%和18.8%。此外，波斯菊種子的發(fā)芽率，活力指數與胚芽長與Cd2+處理液濃度呈顯著負相關(表2)，均隨著Cd2+濃度的升高而下降。

表1 Cd2+脅迫對波斯菊種子發(fā)芽的影響Table 1 Effects of Cd2+ on germination of C. bipinnatus seeds

注：同列數據后的不同小寫字母表示在P<0.05差異顯著，下同。

Note: Values within a column followed by different lowercase letters show significant differences atP<0.05, the same below.

表2 梯度Cd2+濃度與波斯菊種子發(fā)芽指標相關性分析Table 2 Correlation analysis of Cd2+ on germination of C. bipinnatus seeds

注：同列數據后的*表示相關性在P<0.05差異顯著，**表示相關性在P<0.01差異顯著，具有統計學意義。

Note: Values within a column followed by * show significant differences atP<0.05, while **show significant differences atP<0.01.

2.2 外源MeJA與Cd2+協同處理對波斯菊種子發(fā)芽的影響

與單Cd2+處理相比，MeJA與Cd2+協同處理并未顯著影響波斯菊種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢。但1.0 μmol/L的MeJA處理較單Cd2+處理分別提高了49.2%的活力指數及12.6%的鮮重，且結果與單Cd2+處理的差異顯著，而其余濃度的MeJA并無顯著作用 (表3)。

表3 MeJA與Cd2+協同處理對波斯菊種子發(fā)芽的影響Table 3 Effects of Cd2+ and MeJA on germination of C. bipinnatus seeds

2.3 外源MeJA預處理對Cd2+脅迫下波斯菊種子發(fā)芽指標的影響

由表4可知，相較單Cd2+處理，隨著MeJA預處理濃度的增加，發(fā)芽率、發(fā)芽勢、鮮重以及活力指數先增加后下降。0.1～5.0 μmol/L MeJA預處理的發(fā)芽率相比單Cd2+處理分別提高了21.7%，19.3%，8.4%，活力指數分別提高了47.1%，73.0%，67.7%。10.0 μmol/L MeJA的預處理的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和活力指數與單Cd2+處理差異不顯著，但較CK分別下降了25.5%，16.9%以及87.4%。此外，MeJA預處理對鮮重的影響結果可見，1.0, 5.0 μmol/L MeJA預處理較單Cd2+處理分別提高了28.1%和33.7%，且結果與單Cd2+處理的差異顯著。其余MeJA 預處理濃度對鮮重的影響與單Cd2+處理差異不明顯。

表4 MeJA預處理對Cd2+脅迫下波斯菊種子發(fā)芽的影響Table 4 Effects of pretreatment of MeJA on germination of C. bipinnatus seeds under Cd2+ stress

2.4 外源MeJA對Cd2+脅迫下波斯菊種子MDA含量的影響

由圖1可見，與CK相比，單Cd2+處理下MDA的含量顯著提高。在協同處理條件下，不同濃度的外源MeJA處理與單Cd2+處理的MDA含量差異不顯著。但1.0～10.0 μmol/L MeJA的預處理較單Cd2+處理顯著降低了波斯菊幼苗中MDA的含量，分別下降了22.9%，21.7%和16.1%。而0.1 μmol/L MeJA預處理的MDA含量與單Cd2+處理差異不顯著。

2.5 MeJA預處理對Cd2+脅迫下波斯菊種子的POD活性的影響

由圖2可以得出，單Cd2+處理和不同濃度的MeJA預處理幼苗的POD活性均顯著高于CK。低濃度(0.1～1.0 μmol/L) MeJA預處理的POD活性與單Cd2+處理的差異不顯著，但5.0 μmol/L MeJA預處理的POD活性較單Cd2+處理增加了66.6%且差異顯著。此外，最高濃度的MeJA(10.0 μmol/L)預處理的POD活性較5.0 μmol/L MeJA預處理顯著下降且與單Cd2+處理的差異不顯著。

圖1 不同濃度MeJA預處理對Cd2+脅迫下波斯菊種子MDA含量的影響Fig.1 Effect of different concentration of pretreatment of MeJA on MDA content in C. bipinnatus seeds under Cd2+ stress

圖2 不同濃度MeJA預處理對Cd2+脅迫下波斯菊種子POD活性的影響Fig.2 Effect of different concentration of pretreatment of MeJA on POD activity in C. bipinnatus seeds under Cd2+ stress

不同小寫字母表示在P<0.05差異顯著，下同。Values followed by different lowercase letters show significant differences atP<0.05, the same below.

2.6 MeJA預處理對Cd2+脅迫下波斯菊種子CAT活性的影響

由圖3可以看出，單Cd2+處理與不同濃度的MeJA預處理幼苗的CAT活性均顯著高于CK，0.1和1.0 μmol/L MeJA預處理組的CAT活性與單Cd2+處理的差異不顯著。但5.0與10.0 μmol/L MeJA的預處理較單Cd2+處理顯著增加了CAT的活性，分別增加了39.2%和48.4%。

2.7 MeJA預處理對Cd2+脅迫下波斯菊種子GR活性的影響

由圖4可以看出，與CK相比，單Cd2+處理和不同濃度的MeJA預處理幼苗的GR活性顯著增加，分別增加了2.5，3.1，1.8，1.8和2.2倍。此外，與單Cd2+處理相比，0.1 μmol/L MeJA預處理GR活性增加了18.7%，且差異顯著。但1.0～10.0 μmol/L MeJA預處理的GR活性較單Cd2+處理顯著下降，分別下降了19.0%，18.2%和8.1%。

圖3 不同濃度MeJA預處理對Cd2+脅迫下波斯菊種子CAT活性的影響Fig.3 Effect of different concentration of pretreatment of MeJA on CAT activity in C. bipinnatus seeds under Cd2+ stress

圖4 不同濃度MeJA預處理對Cd2+脅迫下波斯菊種子GR活性的影響Fig.4 Effect of different concentration of pretreatment of MeJA on GR activity in C. bipinnatus seeds under Cd2+ stress

3 討論

3.1 Cd2+對波斯菊種子發(fā)芽的影響

Cd能對許多具有觀賞價值的花卉及草本造成毒害作用，尤其對于許多草本花卉植物的發(fā)芽階段有較大的影響。發(fā)芽率、發(fā)芽勢和活力指數是衡量種子活力、生長優(yōu)勢以及生產潛力檢測的基礎指標，其中活力指數綜合反映種子的發(fā)芽速率與生長量，是種子活力高低以及耐性的集中體現[20-22]。本實驗研究發(fā)現，隨著Cd2+脅迫濃度的升高，波斯菊的發(fā)芽率、活力指數及胚芽長逐漸下降，在1.0 mmol/L的Cd2+處理下波斯菊各個指標均處于最低值。Cd對波斯菊發(fā)芽的毒害與Cd脅迫下小麥(Triticumaestivum)[23]和水飛薊(Silybummarianum)[24]等研究的結論一致，均呈現明顯的濃度效應。Cd可能通過抑制植物體內淀粉酶活性尤其是α-淀粉酶，造成淀粉的低水解率[25]，從而抑制種子內儲藏淀粉的分解[26]，以及影響碳、氮、硫的新陳代謝[27]，導致種子發(fā)芽中需要的能量和營養(yǎng)基質不足，進而降低波斯菊的發(fā)芽率。Cd對胚芽長的強烈抑制可能由于Cd對胚芽有絲分裂的抑制[28]，引起芽中的分生細胞減少[24]；細胞的超微結構受到破壞[29]及Cd對植物胚芽造成的氧化損傷[30]造成的。

3.2 MeJA對Cd2+脅迫下波斯菊種子發(fā)芽的影響

茉莉酸甲酯(MeJA)是類十八烷信號傳遞途徑的關鍵物質[31]，也是植物信號轉導途徑中的關鍵因子，涉及植物防御響應應答。在本實驗中，探究了外源MeJA對Cd2+脅迫下波斯菊發(fā)芽的調控作用，發(fā)現適宜的MeJA濃度在植物的發(fā)芽階段能產生一定的緩解作用。0.6 mmol/L的Cd2+能夠顯著抑制波斯菊的活力指數及鮮重。但在1.0 μmol/L的MeJA處理下，MeJA的協同處理及預處理均能提高Cd2+脅迫下波斯菊的活力指數及鮮重。此外，0.1～1.0 μmol/L MeJA的預處理顯著提高了波斯菊的發(fā)芽率。MeJA對波斯菊的發(fā)芽率及鮮重的積極作用，推測可能因為MeJA誘導貯藏蛋白的積累[32]，并減少植物體內Cd2+的攝取量[33]。在種子發(fā)芽階段，貯藏蛋白是種子的主要成分，能夠為種子正常發(fā)芽提供營養(yǎng)供給；Cd2+攝取量的減少，能夠降低Cd2+與植物組織接觸的機會，減輕毒害作用。而當MeJA的濃度達到10.0 μmol/L時，波斯菊發(fā)芽苗的鮮重反而下降，這說明MeJA對波斯菊逆境脅迫的緩解作用存在最適濃度范圍。在對波斯菊發(fā)芽指標的分析發(fā)現，MeJA的預處理方式要優(yōu)于協同處理的方式?？赡艿脑蚴荕eJA作為信號因子，在浸種過程中通過種皮滲入種子內部，在Cd2+處理之前已經誘導植物體內MeJA相關防御基因的表達以及促進抗氧化酶活性的上升，因而效果更佳。

丙二醛是脂質過氧化反應的產物，是自由基產生的指示劑[34]。細胞的膜質過氧化傷害程度可通過分析膜質過氧化產物MDA的含量來評價[35]。在本實驗中，0.6 mmol/L的Cd2+處理顯著增加了MDA的含量，造成細胞的損傷。但在1.0～5.0 μmol/L MeJA的預處理下，顯著降低了Cd2+脅迫產生的MDA的含量，從而減輕植物受到的逆境傷害。

植物在受到不良環(huán)境脅迫后，ROS的積累會導致植物代謝系統發(fā)生紊亂，對植物的發(fā)芽、幼苗建成及苗期產生不良的影響。植物體內抗氧化酶活性的提高是對逆境脅迫的適應性反應，抗氧化酶諸如CAT，POD以及GR等酶的彼此協調，能降低ROS在體內的積累，緩解植物受到的氧化脅迫。POD與CAT都是重要的抗氧化酶，其活性的升高，代表植物清除ROS的能力提高，植物耐逆境脅迫能力增強。GR是植物體內一種重要的抗氧化酶類，主要的生理功能是將GSSG還原為GSH，從而為ROS的清除提供還原力[36]。在本實驗中發(fā)現，在外源MeJA的預處理下，受Cd2+脅迫的波斯菊種子抗氧化酶的活性有了顯著的提升。相較于單Cd2+處理的種子，5.0 μmol/L的MeJA能夠增加種子的POD活性，5.0～10.0 μmol/L的MeJA能顯著提高受Cd2+脅迫種子CAT的活性，而0.1 μmol/L的MeJA能夠增加GR的活性。根據本實驗結果推斷，外源MeJA對波斯菊的緩解作用是通過提高植物的抗氧化酶活性以及降低膜脂質過氧化反應來保護植物在發(fā)芽時期受到的氧化脅迫，從而增加種子的鮮重、發(fā)芽率以及活力指數。前人研究認為，重金屬脅迫可能會影響茉莉酸的合成途徑——octadecenoic途徑，從而引起內源JA含量的升高[37]，JA的生物合成及信號轉導調控了植物對非生物脅迫方面的適應[27]，從而引起防御機制中多種表達基因的上調，以及抗氧化酶系統諸如CAT，POD等活性的提升[38]，使植物能夠抵抗一部分外界脅迫。而微量外源MeJA的加入，相對于單Cd2+處理的植物，可能更進一步增加了內源JA的含量[14]，從而強化該途徑的信號傳導，加強抗氧化酶系統與氧化還原防御系統的活性，提高植物的抗逆性。

4 結論

本實驗研究表明，波斯菊發(fā)芽時對Cd2+脅迫有一定耐性，Cd2+濃度與波斯菊的發(fā)芽率、活力指數以及胚芽長均呈現負相關關系，當Cd2+脅迫濃度達到1.0 mmol/L會嚴重抑制波斯菊種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、活力指數和胚芽長。適宜微量濃度的外源MeJA的施用能夠緩解Cd2+脅迫下波斯菊發(fā)芽的不利反應，主要通過提高植物的POD，CAT，以及GR的活性清除體內產生的ROS，降低膜脂質過氧化反應，來提高植物的鮮重、發(fā)芽率及活力指數。且預處理的效果比協同處理的效果明顯，其中1.0 μmol/L MeJA的預處理在波斯菊受Cd2+脅迫的發(fā)芽上效果最佳。

References：

[1] Duan H J, Cai X Q, Ruan X L,etal. Assessment of heavy metal pollution and its health risk of surface dusts from parks of Kaifeng, China. Environmental Science, 2015, 36(8): 2972-2980. 段海靜，蔡曉強，阮心玲，等. 開封市公園地表灰塵重金屬污染及健康風險. 環(huán)境科學, 2015, 36(8): 2972-2980.

[2] Jia R Y, Zhu W Y, Li N,etal. Heavy metal contents and ecological risk assessment of soils and dust in urban parks of Xi’an City. Research of Soil and Water Conservation, 2015, 22(5): 316-320. 賈銳魚，朱萬勇，李楠，等. 西安市公園土壤及灰塵中重金屬污染與生態(tài)風險評價. 水土保持研究, 2015, 22(5): 316-320.

[3] Wu Z L, Zhou J, Hu B B,etal. Characteristics of heavy metal pollution in dust and soil of Tianjin City, North China. Chinese Journal of Ecology, 2013, 32(4): 1030-1037. 吳綻蕾，周俊，胡蓓蓓，等. 天津公園灰塵與土壤重金屬污染特征. 生態(tài)學雜志, 2013, 32(4): 1030-1037.

[4] Li H T, Dong R, Guan M Q. Physiological responses and differential resistance of four perennial flowering plants to cadmium stress. Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica, 2014, 23(9): 196-202. 李紅婷，董然，關夢茜. 鎘脅迫下4種宿根花卉的生理生長響應及其抗性差異. 西北農業(yè)學報, 2014, 23(9): 196-202.

[5] Shah K, Kumar R G, Verma S,etal. Effect of cadmium on lipid peroxidation, superoxide anion generation and activities of antioxidant enzymes in growing rice seedlings. Plant Science, 2001, 161(1): 1135-1144.

[6] Silva S A E, Techio V H, de Castro E M,etal. Reproductive, cellular, and anatomical alterations inPistiastratiotesL. plants exposed to cadmium. Water, Air & Soil Pollution, 2013, 224(3): 1753-1753.

[7] Tao Y M, Chen Y Z, Tan T,etal. Comparison of antioxidant responses to cadmium and lead inBruguieragymnorrhizaseedlings. Biologia Plantarum, 2012, 56(1): 149-152.

[8] Tian S K, Lu L L, Yang X E,etal. Root adaptations to cadmium-induced oxidative stress contribute to Cd tolerance in the hyperaccumulatorSedumalfredii. Biologia Plantarum, 2012, 56(2): 344-350.

[9] Zhao M, Wang J, Shan W,etal. Induction of jasmonate signalling regulators MaMYC2s and their physical interactions with MaICE1 in methyl jasmonate-induced chilling tolerance in banana fruit. Plant, Cell & Environment, 2013, 36(1): 30-51.

[10] He Q, Hong K, Zou R,etal. The role of jasmonic acid and lipoxygenase in propylene-induced chilling tolerance on banana fruit. European Food Research and Technology, 2014, 238(1): 71-78.

[11] Siboza X I, Bertling I, Odindo A O. Salicylic acid and methyl jasmonate improve chilling tolerance in cold-stored lemon fruit (Citruslimon). Journal of Plant Physiology, 2014, 171(18): 1722-1731.

[12] Sánchez-Romera B, Ruiz-Lozano J M, Li G,etal. Enhancement of root hydraulic conductivity by methyl jasmonate and the role of calcium and abscisic acid in this process. Plant, Cell & Environment, 2014, 37(4): 995-1008.

[13] Ismail A, Riemann M, Nick P. The jasmonate pathway mediates salt tolerance in grapevines. Journal of Experimental Botany, 2012, 63(5): 2127-2139.

[14] Yan Z, Li X, Chen J,etal. Combined toxicity of cadmium and copper inAvicenniamarinaseedlings and the regulation of exogenous jasmonic acid. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2015, 113: 124-132.

[15] Yan Z, Zhang W, Chen J,etal. Methyl jasmonate alleviates cadmium toxicity inSolanumnigrumby regulating metal uptake and antioxidative capacity. Biologia Plantarum, 2015, 59(2): 373-381.

[16] Farooq M A, Gill R A, Islam F,etal. Methyl jasmonate regulates antioxidant defense and suppresses arsenic uptake inBrassicanapusL. Frontiers in Plant Science, 2016, 7: 468.

[17] Chen J, Yan Z, Li X. Effect of methyl jasmonate on cadmium uptake and antioxidative capacity inKandeliaobovataseedlings under cadmium stress. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2014, 104(5): 349-356.

[18] Yan Z, Chen J, Li X. Methyl jasmonate as modulator of Cd toxicity inCapsicumfrutescensvar. fasciculatum seedlings. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2013, 98(3): 203-209.

[19] Sheng H, Jian Z, Fei Y,etal. Effect of exogenous salicylic acid on manganese toxicity, mineral nutrients translocation and antioxidative system in polish wheat (TriticumpolonicumL.). Acta Physiologiae Plantarum, 2015, 37(2): 1-11.

[20] Mao J H, Yu Y T, Hu J G. Advances on seed vigor of maize. Journal of Maize Sciences, 2015, 23(3): 86-90. 毛笈華，于永濤，胡建廣. 玉米種子活力研究進展. 玉米科學, 2015, 23(3): 86-90.

[21] Hu J F, Chen J Z, Wang Y G,etal. Optimization of condition for improving sorghum seed vigor by high voltage electric field. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2015, 31(12): 253-259. 胡建芳，陳建中，王玉國，等. 優(yōu)化高壓電場處理提高高粱種子活力. 農業(yè)工程學報, 2015, 31(12): 253-259.

[22] Fu D W, Wang L M, Ou L X,etal. Effect of high temperature on seed vigor of litchi. Guangdong Agricultural Sciences, 2014, 41(5): 89-91. 付丹文，王麗敏，歐良喜，等. 高溫對荔枝種子活力的影響. 廣東農業(yè)科學, 2014, 41(5): 89-91.

[23] Munzuroglu O, Zengin F K. Effect of cadmium on germination, coleoptile and root growth of barley seeds in the presence of gibberellic acid and kinetin. Journal of Environmental Biology, 2006, 27(4): 671-677.

[24] Khatamipour M, Piri E, Esmaeilian Y,etal. Toxic effect of cadmium on germination, seedling growth and proline content of milk thistle (Silybummarianum). Annals of Biological Research, 2011，(2): 527-532.

[25] He J, Ren Y, Zhu C,etal. Effects of cadmium stress on seed germination, seedling growth and seed amylase activities in rice (Oryzasativa). Rice Science, 2008, 15(4): 319-325.

[26] Cen H M, Peng L L, Yang X,etal. Effects of Cd2+on the seed germination and seedling growth ofCynodondactylonandEremochloaophiuroides. Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(5): 100-107. 岑畫夢，彭玲莉，楊雪，等. Cd2+對狗牙根、假儉草種子萌發(fā)及幼苗生長的影響. 草業(yè)學報, 2015, 24(5): 100-107.

[27] Asgher M, Khan M I R, Anjum N A,etal. Minimizing toxicity of cadmium in plants-role of plant growth regulators. Protoplasma, 2015, 252(2): 399-413.

[28] Xue Y, Wang W Y, Yao Q H,etal. Research progress of plants resistance to heavy metal Cd in soil. Ecology and Environmental Sciences, 2014, 23(3): 528-534. 薛永，王苑螈，姚泉洪，等. 植物對土壤重金屬鎘抗性的研究進展. 生態(tài)環(huán)境學報, 2014, 23(3): 528-534.

[29] Siddiqui M M, Abbasi B H, Ahmad N,etal. Toxic effects of heavy metals (Cd, Cr and Pb) on seed germination and growth and DPPH-scavenging activity inBrassicarapavar. turnip. Toxicology and Industrial Health, 2014, 30(3): 238-249.

[30] Hu K, Bai G, Li W,etal. Sulfur dioxide promotes germination and plays an antioxidant role in cadmium-stressed wheat seeds. Plant Growth Regulation, 2015, 75(1): 271-280.

[31] Soares A M D S, Souza T F D, Jacinto T,etal. Effect of methyl jasmonate on antioxidative enzyme activities and on the contents of ROS and H2O2inRicinuscommunisleaves. Brazilian Journal of Plant Physiology, 2010, 22(3): 151-158.

[32] Franceschi V R, Grimes H D. Induction of soybean vegetative storage proteins and anthocyanins by low-level atmospheric methyl jasmonate. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 1991, 88(15): 6745-6749.

[33] Singh I, Shah K. Exogenous application of methyl jasmonate lowers the effect of cadmium-induced oxidative injury in rice seedlings. Phytochemistry, 2014, 108: 57-66.

[34] Fan L, Wang Q, Lv J,etal. Amelioration of postharvest chilling injury in cowpea (Vignasinensis) by methyl jasmonate (MeJA) treatments. Scientia Horticulturae, 2016, 203: 95-101.

[35] Sun H, Liu H G, Cui J J,etal. Effect of exogenous Gly on the growth and oxidative damage of alfalfa seedling under Cd stress. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2010, 18(5): 1022-1025. 孫弘，劉合剛，崔謹謹，等. 外源甘氨酸對鎘脅迫下苜蓿幼苗生長和氧化損傷的影響. 中國生態(tài)農業(yè)學報, 2010, 18(5): 1022-1025.

[36] Lin Y X, Gu X X, Tang H R. Characteristics and biological functions of glutathione reductase in plants. Chinese Journal of Biochemistry and Molecular Biology, 2013, 29(6): 534-542. 林源秀，顧欣昕，湯浩茹. 植物谷胱甘肽還原酶的生物學特性及功能. 中國生物化學與分子生物學報, 2013, 29(6): 534-542.

[37] Maksymiec W, Krupa Z. Jasmonic acid and heavy metals inArabidopsisplants-a similar physiological response to both stressors. Journal of Plant Physiology, 2002, 159(5): 509-515.

[38] Piotrowska A, Bajguz A, Godlewska-ykiewicz B,etal. Jasmonic acid as modulator of lead toxicity in aquatic plantWolffiaarrhiza(Lemnaceae). Environmental and Experimental Botany, 2009, 66(3): 507-513.

The effect of cadmium on germination of Cosmos bipinnatus seeds and the alleviation effects of exogenous methyl jasmonate

LIU Yu-Jing1, FENG Yi-Mei1, LIU Xin-Yue1, JIANG Yu-Lin1, TAN Miao1, JIANG Tian-Yi2, YU Xiao-Fang1*

1.CollegeofLandscapeArchitecture,SichuanAgriculturalUniversity,Chengdu611130,China； 2.ChengduAgriculturalCollege,Chengdu611130,China

A study has been undertaken to explore the effect of cadmium (Cd2+) onCosmosbipinnatusseed germination and to discover the optimal treatment mode and concentration of exogenous methyl jasmonate (MeJA) under Cd2+stress. Seeds were germinated on filter paper bedding and measurements taken of germination potential, germination rate, vigor index, plumule lengths, fresh weights, malonic dialdehyde (MDA) and the activity of antioxidant enzymes. The results showed that germination potential, germination rate, vigor index and plumule length reduced gradually with increases in Cd2+concentration.C.bipinnatusseeds can endure low Cd2+concentrations (<0.6 mmol/L), but their germination indexes were significantly inhibited by high concentrations (≥0.6 mmol/L). The performance of seeds pretreated with MeJA was higher than that of seeds subjected to Cd2+and MeJA simultaneously. The optimal treatment concentration was 1.0 μmol/L MeJA which, compared to treatment with Cd2+only, increased germination rate by 19.3%, vigor index by 73.0%, fresh weight by 28.1% and reduced MDA contents. The alleviation effect of low concentrations of MeJA on seed germination under Cd2+stress was mainly through increasing peroxidase, catalase and glutathione reductase activity to scavenge reactive oxygen species and reduce lipid peroxidation of the membrane.

cadmium; methyl jasmonate; germination;Cosmosbipinnatus

10.11686/cyxb2016264

http://cyxb.lzu.edu.cn

2016-06-27；改回日期：2016-09-20

四川省教育廳項目(13ZB0295)資助。

劉宇婧(1990-),女,四川成都人,在讀碩士。E-mial: lovershy@qq.com*通信作者Corresponding author. E-mail: xiaofangyu@sicau.edu.cn

劉宇婧， 馮藝玫， 劉欣悅， 蔣喻林， 譚淼， 蔣天儀， 余小芳. 鎘對波斯菊種子發(fā)芽的影響及外源MeJA的緩解作用. 草業(yè)學報, 2017, 26(1): 122-130.

LIU Yu-Jing, FENG Yi-Mei, LIU Xin-Yue, JIANG Yu-Lin, TAN Miao, JIANG Tian-Yi, YU Xiao-Fang. The effect of cadmium on germination ofCosmosbipinnatusseeds and the alleviation effects of exogenous methyl jasmonate. Acta Prataculturae Sinica, 2017, 26(1): 122-130.