黑麥草與叢枝菌根對(duì)大田番茄抗性及Cd吸收的影響

秦余麗，江 玲，徐衛(wèi)紅*，李 桃，張春來，李彥華，王衛(wèi)中，遲蓀琳，陳序根，陳永勤，趙婉伊，張進(jìn)忠，熊治廷

（1.西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶 400715；2.武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，武漢 430079）

黑麥草與叢枝菌根對(duì)大田番茄抗性及Cd吸收的影響

秦余麗1，江 玲1，徐衛(wèi)紅1*，李 桃1，張春來1，李彥華1，王衛(wèi)中1，遲蓀琳1，陳序根1，陳永勤1，趙婉伊1，張進(jìn)忠1，熊治廷2

（1.西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶 400715；2.武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，武漢 430079）

采用田間試驗(yàn)研究在土壤重金屬Cd（5.943 mg·kg-1）污染條件下，黑麥草和叢枝菌根對(duì)“德福mm-8”和“洛貝琪”2個(gè)品種番茄產(chǎn)量、抗性、Cd濃度的影響。結(jié)果表明，黑麥草和叢枝菌根單一或復(fù)合處理使2種番茄葉、莖、根、果實(shí)生物量（DW）和植株總生物量（DW）分別比對(duì)照增加了2.7%～16.8%、3.0%～16.8%、8.4%～31.5%、4.2%～38.4%和4.5%～36.6%，同時(shí)使2種番茄葉和根的丙二醛（MDA）含量及抗氧化酶活性（除葉中SOD含量外）降低；黑麥草和叢枝菌根單一或聯(lián)合處理均減輕了Cd對(duì)番茄根尖細(xì)胞的毒害，根尖細(xì)胞均有恢復(fù)正常的趨勢(shì)，其細(xì)胞較完整、細(xì)胞壁增厚，可見液泡、細(xì)胞核等細(xì)胞器。與對(duì)照相比，黑麥草或接種叢枝菌根處理使2種番茄果實(shí)、葉、莖和根的Cd濃度分別顯著下降了6.9%～40.9%、5.7%～40.1%、4.6%～34.7%和9.8%～42.4%；番茄果實(shí)中Cd積累量較少，根、莖和葉為主要積累部位。2種番茄的果實(shí)Cd濃度和積累量及植株Cd總積累量表現(xiàn)為“洛貝琪”低于“德福mm-8”。

Cd；土壤；黑麥草；叢枝菌根；番茄；抗性；吸收

Cd（鎘）是一種積累性的劇毒重金屬元素，為植物生長和發(fā)育的非必需元素，具有高毒害性[1-2]。近年來，由于全球范圍內(nèi)化肥和農(nóng)藥的不合理施用、“三廢”物質(zhì)的隨意排放以及使用含有重金屬的污泥肥田，大面積的農(nóng)田遭到了不同程度的Cd污染[3-6]。在污染土壤上，Cd通過食物鏈引起人體的急性或慢性中毒，如“骨痛病”等，鎘米污染危害近年來也頻頻報(bào)道[2，7]。目前土壤Cd污染及其治理和修復(fù)問題已受到國際上眾多學(xué)者的廣泛關(guān)注。

植物修復(fù)成本低，適宜大規(guī)模應(yīng)用，具有良好的社會(huì)、生態(tài)綜合效益，是修復(fù)重金屬污染土壤的最佳選擇。黑麥草（Lolium multiflorum L.）生長快，再生能力強(qiáng)，易種植且生物量大，對(duì)土壤重金屬具有較強(qiáng)的抗性和富集作用[8]。叢枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhiza，AM）接種到植物是生物界最為廣泛的一種互惠共生途徑，常作為土壤修復(fù)的強(qiáng)化措施[9]。有報(bào)道顯示叢枝菌根能夠有效改善宿主植物的生長狀況，增強(qiáng)植物在逆境條件下抗（耐）性，降低植株地上部重金屬濃度[10-11]。但其他報(bào)道指出，叢枝菌根能促進(jìn)某些植物的根對(duì)Cu、Zn和Cd的吸收[2，12]。

雖然Cd是植物非必需營養(yǎng)元素，但其具有較高的生物有效性，易在蔬菜中積累[13]，且蔬菜吸收積累Cd的能力在種類和品種之間表現(xiàn)出顯著性差異[1，14-16]。當(dāng)Cd積累濃度較高時(shí)蔬菜表現(xiàn)出毒害癥狀，在形態(tài)上主要表現(xiàn)為葉面卷曲枯黃、生長緩慢；生理上主要表現(xiàn)在體內(nèi)酶活性受到影響、引起氧化應(yīng)激反應(yīng)和細(xì)胞膜損傷等一系列反應(yīng)，以及導(dǎo)致抗氧化酶活性產(chǎn)生適應(yīng)性變化。過氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物歧化酶（POD）是植物體內(nèi)最重要的抗氧化酶，這些酶活性的改變可作為機(jī)體受到氧化脅迫的指標(biāo)。丙二醛（MDA）作為生物在逆境條件下膜脂過氧化的終產(chǎn)物，其含量可以指示植物體內(nèi)脂類過氧化作用的程度，逆境脅迫下植物的抗性通常與其體內(nèi)MDA含量呈負(fù)相關(guān)。番茄（Lycopersicon esculintum Mill.）果實(shí)營養(yǎng)豐富，具特殊風(fēng)味，是人們喜食的蔬菜之一。有報(bào)道[16]指出，番茄果實(shí)中Cd含量因在中低Cd污染土壤上種植而超標(biāo)，Cd通過食物鏈方式進(jìn)入人體而危害人的健康。目前，微生物強(qiáng)化植物修復(fù)Cd污染土壤的報(bào)道較少，且研究結(jié)果不一致[10-12]。因此，本試驗(yàn)在江玲等[1]土培試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用田間試驗(yàn)，探討了在中低Cd污染的菜園土壤上，黑麥草和叢枝菌根真菌單一或聯(lián)合處理對(duì)番茄產(chǎn)量、抗性、Cd濃度及積累量的影響，考察黑麥草能否修復(fù)土壤Cd污染以及減少番茄Cd吸收，同時(shí)明確叢枝菌根真菌對(duì)黑麥草修復(fù)Cd污染是否具有強(qiáng)化作用，以期為土壤鎘污染修復(fù)利用及農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

黑麥草品種為邦德；番茄品種為“洛貝琪”和“德福mm-8”，由重慶市農(nóng)林科學(xué)院提供；叢枝菌根真菌分別為幼套球囊霉、根內(nèi)球囊霉、摩西球囊霉，菌種由北京市農(nóng)林科學(xué)院營養(yǎng)與資源研究所提供。土壤為酸性紫色土（酸性紫色濕潤雛形土），理化性質(zhì)如表1所示。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

大田試驗(yàn)在重慶市潼南縣雙壩村 3組進(jìn)行（2014-03-20至2014-07-15）。試驗(yàn)采用Cd污染濃度為5.943 mg·kg-1的大田土壤，共設(shè)置4個(gè)處理：“Cd”（對(duì)照）、“Cd+黑麥草”（在番茄幼苗移栽15 d后，于兩株番茄之間播黑麥草種子，40?！ぱ?1）、“Cd+叢枝菌根”（番茄植株根際接種供試的3種叢枝菌根真菌各1 g，共3 g）、“Cd+黑麥草+叢枝菌根”（在番茄幼苗移栽15 d后，于兩株番茄之間播黑麥草種子，40?！ぱ?1，并于黑麥草種子下面土壤接種供試的3種叢枝菌根真菌各1 g，共3 g）。每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)，隨機(jī)排列，小區(qū)面積為8 m2，每個(gè)小區(qū)種植番茄幼苗16株。番茄每666.7 m2基施60 kg復(fù)合肥（N∶P2O5∶K2O=17∶17∶17），提苗期追施10 kg復(fù)合肥，第一穗果膨大期追施20 kg復(fù)合肥，盛果期追施15 kg復(fù)合肥，施肥量均為當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)用量。從第一次結(jié)果開始，每次采摘果實(shí)計(jì)入產(chǎn)量，2014年7日15日收獲，測(cè)定試驗(yàn)小區(qū)番茄植株各部位生物量并與之前的產(chǎn)量相加，同時(shí)采收黑麥草。鮮樣經(jīng)酶活性分析后，剩余的番茄植株與黑麥草在105℃殺青15 min，60℃烘干至恒重，用于測(cè)定Cd含量。MDA含量和酶活性以鮮質(zhì)量計(jì)，生物量和Cd濃度以干質(zhì)量計(jì)。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Propeties of studied soils

1.3 分析方法

1.3.1 土壤基本理化性質(zhì)

土壤基本理化指標(biāo)和土壤Cd濃度參考魯如坤[17]的方法測(cè)定。采用土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW#08303由國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所提供）對(duì)土壤Cd濃度測(cè)定結(jié)果進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控，Cd的檢測(cè)限為0.005 mg·kg-1。所有土壤樣品的Cd回收率均高于95%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）的精度控制在10%以內(nèi)。

1.3.2 植株Cd濃度測(cè)定

番茄植株各部位Cd濃度采用體積比為4∶1的HNO3-HClO4混合酸消煮，原子吸收分光光度計(jì)（Perkin Elmer SIMMA 6000，Norwalk，美國）測(cè)定[18]。用植株標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW#08513由國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所提供）對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控，Cd的檢測(cè)限為0.005 mg·kg-1。所有植物樣品的Cd回收率均高于95%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）的精度控制在10%以內(nèi)。1.3.3葉和根抗氧化酶活性和MDA含量測(cè)定

CAT活性采用高錳酸鉀滴定法[19]；MDA采用硫代巴比妥酸（TBA）比色法[20]；SOD活性采用氮藍(lán)四唑（NBT）還原法[20]；POD活性采用愈創(chuàng)木酚法[20]。

1.3.4 根尖電鏡

將番茄根尖切成小塊（1 mm×3 mm），置于2.5%戊二醛固定液中，抽真空使根尖下沉，并于4℃下過夜固定。采用超薄切片法獲得70～90 nm的樣品切片，經(jīng)染色后在透射電鏡（Hitachi-600，日本）下對(duì)根尖細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察和拍照[21]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 21.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)方差分析和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 黑麥草與叢枝菌根處理對(duì)番茄生物量的影響

如表2所示，2個(gè)番茄品種果實(shí)生物量和植株總生物量差異達(dá)到了顯著水平，各處理間的差異也達(dá)到了顯著水平。與對(duì)照相比，黑麥草和叢枝菌根單一或復(fù)合處理使2個(gè)品種番茄葉、莖、根、果實(shí)生物量和植株總生物量分別增加了2.7%～16.8%、3.0%～16.8%、8.4%～31.5%、4.2%～38.4%和4.5%～36.6%，其中番茄各部位生物量及植株總生物量均以“Cd+黑麥草+叢枝菌根”處理最高，果實(shí)生物量增幅最大。供試的2個(gè)番茄品種相比較，在對(duì)照處理下，果實(shí)生物量及植株總生物量均為“洛貝琪”高于“德福mm-8”，而在黑麥草和叢枝菌根復(fù)合處理下，果實(shí)生物量及植株總生物量為“洛貝琪”低于“德福mm-8”，可見黑麥草和叢枝菌根聯(lián)合修復(fù)對(duì)緩解“德福mm-8”Cd脅迫效果更明顯。

2.2 黑麥草與叢枝菌根處理對(duì)番茄Cd濃度及積累量的影響

據(jù)表3可知，與對(duì)照相比較，黑麥草和叢枝菌根單一或復(fù)合處理都不同程度使番茄根、莖、葉和果實(shí)中的Cd濃度降低，降幅分別為9.8%～42.4%和21.7%～41.4%（根）、5.6%～34.7%和4.6%～32.6%（莖）、5.7%～38.6%和12.2%～40.1%（葉）、6.9%～37.9%和11.8%～40.9%（果實(shí)）。番茄各部位Cd濃度均為“Cd+黑麥草+叢枝菌根”處理降幅最大。2個(gè)品種番茄各部位Cd濃度的大小順序?yàn)槿~＞根＞莖＞果實(shí)，其中“洛貝琪”果實(shí)Cd濃度低于“德福mm-8”，“德福mm-8”根Cd濃度低于“洛貝琪”。相關(guān)性分析結(jié)果顯示，番茄各部位Cd濃度相關(guān)系數(shù)在根與莖、根與葉、莖與葉、果實(shí)與莖之間分別為0.792、0.943、0.798、0.609，相關(guān)性達(dá)到極顯著水平（表5）。

表2 不同處理對(duì)番茄生物量的影響（g·株-1）Table 2 Effects of different treatments on the growth of tomato（g·plant-1）

2.3 叢枝菌根處理對(duì)黑麥草Cd濃度及積累量的影響

由表4可知，接種叢枝菌根能促進(jìn)黑麥草對(duì)Cd的吸收，其Cd濃度及Cd積累量均增加顯著。黑麥草地上部和地下部Cd濃度增加幅度分別為18.01%和27.20%（與“德福mm-8”套作）、63.46%和33.32%（與“洛貝琪”套作）；黑麥草地上部、地下部Cd積累量及全量分別增加26.09%、50.00%及36.59%（與“德福mm-8”套作）和87.50%、61.54%及75.86%（與“洛貝琪”套作）。黑麥草地下部Cd濃度較高，而Cd積累量則為地上部較高。相關(guān)性分析結(jié)果顯示，黑麥草地上部與地下部Cd濃度相關(guān)系數(shù)為0.902，達(dá)到極顯著水平；番茄各部位Cd濃度與黑麥草地上部、地下部Cd濃度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，僅番茄葉片Cd濃度及黑麥草地上部Cd含量達(dá)顯著水平，相關(guān)系數(shù)為-0.722（表5）。

2.4 黑麥草與叢枝菌根處理對(duì)番茄葉和根MDA含量的影響

MDA是植物在重金屬等逆境環(huán)境中膜脂過氧化產(chǎn)物之一，MDA含量可作為植物體內(nèi)脂類過氧化作用大小的指標(biāo)。從圖1可以看出，與對(duì)照相比，黑麥草和叢枝菌根單一或復(fù)合處理使2個(gè)品種番茄葉片和根部的MDA含量下降了2.6%～22.0%、9.8%～24.4%，降幅最大的是“Cd+黑麥草+叢枝菌根”處理。但2個(gè)品種之間的葉MDA含量差異不顯著，根MDA含量為“德福mm-8”略高于“洛貝琪”。

2.5 黑麥草與叢枝菌根處理對(duì)番茄葉和根抗氧化酶活性的影響

與對(duì)照相比較，黑麥草和叢枝菌根單一或復(fù)合處理使番茄葉和根CAT活性下降9.8%～31.7%、15.5%～69.0%（圖2），使番茄葉和根POD活性也下降了8.07%～37.4%、10.0%～60.5%（圖3），但SOD活性變化在根和葉表現(xiàn)不同，葉SOD活性升高，根SOD活性下降了25.0%～37.1%（圖4）。在各處理?xiàng)l件下抗氧化酶活性均降低（葉SOD活性除外），且降幅最大的是“Cd+黑麥草+叢枝菌根”處理，其次是“Cd+黑麥草”處理。番茄葉和根的POD、葉SOD活性在2個(gè)品種間達(dá)到顯著性差異，番茄根SOD、葉和根CAT在2個(gè)品種之間差異不顯著，各處理根和葉的SOD和POD活性均為“德福mm-8”明顯低于“洛貝琪”。

表3 不同處理對(duì)番茄Cd濃度及Cd積累量的影響Table 3 Effects of different treatments on concentration and accumulation of Cd in tomato

表4 叢枝菌根對(duì)黑麥草Cd濃度及積累的影響Table 4 Effects of Arbuscular mycorrhiza on concentration and accumulation of Cd in ryegrass

表5 番茄各部位Cd濃度與黑麥草各部位Cd濃度的相關(guān)系數(shù)Table 5 Correlation coefficients among Cd in parts of the tomato and ryegrass

圖1 不同處理對(duì)番茄根和葉MDA含量的影響Figure 1 Influence of different treatments on contents of MDA in roots and leaf of tomato

2.6 黑麥草與叢枝菌根處理對(duì)番茄根尖超顯微結(jié)構(gòu)的影響

如圖5所示，對(duì)照處理2個(gè)品種番茄根尖細(xì)胞畸形，細(xì)胞結(jié)構(gòu)出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，細(xì)胞壁變薄，質(zhì)壁分離，細(xì)胞器匱乏，內(nèi)含物較多，細(xì)胞處于溶解狀態(tài)。黑麥草和叢枝菌根單一或聯(lián)合處理不同程度減輕了Cd對(duì)番茄根尖細(xì)胞的損害。黑麥草處理的番茄根尖細(xì)胞，細(xì)胞壁較厚、細(xì)胞器豐富、細(xì)胞結(jié)構(gòu)趨于完整；叢枝菌根處理的番茄根尖細(xì)胞也趨于完整，細(xì)胞壁也較厚，可見液泡、細(xì)胞核、核膜等細(xì)胞器。二者相比，在黑麥草和叢枝菌根聯(lián)合修復(fù)下，番茄根尖細(xì)胞和液泡均較為完整，可見細(xì)胞核，且無任何雜質(zhì)，但部分細(xì)胞質(zhì)膜呈溶解狀態(tài)。從超顯微結(jié)構(gòu)圖可以看出，2個(gè)品種有細(xì)微區(qū)別，尤其在對(duì)照處理中，“德福mm-8”根尖細(xì)胞質(zhì)壁分離、細(xì)胞器匱乏現(xiàn)象明顯比“洛貝琪”更加嚴(yán)重，但二者基本趨勢(shì)一致。

3 討論

在Cd污染（5.943 mg·kg-1）條件下，黑麥草和叢枝菌根單一或復(fù)合處理增加了2個(gè)品種番茄各部位的生物量及植株總生物量，其中黑麥草和叢枝菌根聯(lián)合修復(fù)處理增幅最大，與江玲等[1]土培試驗(yàn)（模擬Cd污染為20 mg·kg-1）結(jié)果一致?？梢姛o論在低Cd還是高Cd濃度下，黑麥草和叢枝菌根單一或復(fù)合處理均緩解了重金屬Cd對(duì)番茄的脅迫，從而促進(jìn)其生長。但是除了果實(shí)外，各部位生物量增幅并不顯著，這與土培試驗(yàn)不太一致，可能是因?yàn)榇筇锿寥繡d濃度相對(duì)較低，而對(duì)番茄的毒害亦較低。試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，黑麥草和叢枝菌根聯(lián)合修復(fù)效果在低Cd濃度下更好，這為中、輕度Cd污染土壤的修復(fù)和利用提供了一定的理論依據(jù)[2]。

圖2 不同處理對(duì)番茄根和葉CAT活性的影響Figure 2 Influence of different treatments on activities of CAT in roots and leaf and of tomato

圖3 不同處理對(duì)番茄根和葉POD活性的影響Figure 3 Influence of different treatments on activities of POD in roots and leaf and of tomato

圖4 不同處理對(duì)番茄葉和根SOD活性的影響Figure 4 Influence of different treatments on activities of SOD in leaf and roots of tomato

2個(gè)品種番茄Cd積累部位主要為根、莖和葉，果實(shí)中含量較少。番茄各部位Cd濃度相關(guān)性達(dá)到極顯著水平，說明番茄葉和莖中Cd主要來源于根中，果實(shí)中Cd主要來源于莖中。該結(jié)果與周坤[22]研究結(jié)果（番茄中的Cd主要積累在葉和莖）一致，但與朱芳等[16]的報(bào)道（Cd污染土壤上番茄果實(shí)是Cd主要積累部位）不同，原因有待進(jìn)一步研究。比較2個(gè)品種番茄發(fā)現(xiàn)，“洛貝琪”果實(shí)、莖和總植株Cd濃度和積累量均低于“德福mm-8”?？梢?，2個(gè)品種番茄在Cd吸收富集和Cd耐性方面是存在基因型差異的[16]。

圖5 番茄根尖細(xì)胞超顯微結(jié)構(gòu)Figure 5 Ultrastructure of root tip cell of tomato

鎘脅迫條件下，接種叢枝菌根能減輕Cd對(duì)黑麥草的毒害，促進(jìn)黑麥草生長，黑麥草的地上部生物量和總生物量均顯著增加。此外，接種叢枝菌根使黑麥草中Cd濃度及積累量顯著增加，說明在低Cd濃度下接種叢枝菌根，可促進(jìn)黑麥草對(duì)Cd的吸收和積累以及促進(jìn)黑麥草生長。張曉松等[12]研究認(rèn)為，叢枝菌根在一定程度上可緩解Cd污染對(duì)黑麥草株高、根長和生物量積累的抑制；田野等[23]報(bào)道接種叢枝菌根改善了黑麥草耐Cd的生長特性，而且增強(qiáng)了耐Cd的生理功能，降低了Cd對(duì)黑麥草的毒害。這些研究與本研究結(jié)果一致。黑麥草地下部Cd濃度較高，而Cd積累量則是地上部較高，可能是地上部生物量遠(yuǎn)大于地下部所致。大田試驗(yàn)中，番茄Cd濃度與黑麥草Cd濃度呈顯著負(fù)相關(guān)性，可能與黑麥草根部與番茄根部競(jìng)爭(zhēng)吸收運(yùn)輸重金屬Cd，導(dǎo)致Cd離子在番茄體內(nèi)的濃度降低[1-2]有關(guān)。相關(guān)研究結(jié)果表明，黑麥草與番茄間套作可以顯著降低番茄對(duì)Cd的吸收，從而大幅提高番茄的食用安全性。這對(duì)在中低濃度Cd污染土壤上的番茄安全生產(chǎn)具有重要意義。

與對(duì)照比較，黑麥草和叢枝菌根單一或復(fù)合處理均降低了2個(gè)品種番茄根和葉的MDA含量以及CAT、SOD、POD活性。MDA是膜脂過氧化的重要產(chǎn)物，可通過與蛋白質(zhì)、核酸、氨基酸等活性物質(zhì)交聯(lián)，形成不溶性的化合物（脂褐素）沉積，干擾細(xì)胞的正?；顒?dòng)。MDA含量降低說明黑麥草和叢枝菌根單一或聯(lián)合修復(fù)增強(qiáng)了番茄抵御Cd脅迫的能力，減少了對(duì)細(xì)胞膜的傷害，增加了番茄產(chǎn)量，與肖家欣等[24]研究結(jié)果（在銅污染土壤上對(duì)白三葉接種叢枝菌根后顯著降低地上部MDA含量）相似?；钚匝踝杂苫鶗?huì)導(dǎo)致核酸和蛋白質(zhì)等生物活性物質(zhì)膜脂過氧化、變性等，CAT、SOD、POD等組成的抗氧化系統(tǒng)能夠清除由重金屬污染導(dǎo)致的植物體內(nèi)產(chǎn)生的大量活性氧自由基，CAT、SOD、POD活性下降，表明黑麥草和從枝菌根單一或復(fù)合處理降低了Cd對(duì)番茄的脅迫，導(dǎo)致植物體內(nèi)活性氧自由基降低，從而引起清除自由基酶含量相應(yīng)下降，而使番茄恢復(fù)了正常生理水平[1]，同時(shí)CAT、SOD、POD活性下降也與番茄產(chǎn)量的變化相呼應(yīng)。各處理均為“德福mm-8”根和葉的POD、SOD含量明顯低于“洛貝琪”，2個(gè)品種番茄根和葉POD、葉SOD活性差異達(dá)到極顯著水平。該結(jié)果與張薇等[25]研究的4個(gè)品種番茄幼苗生理活性存在差異的結(jié)果一致。

在Cd脅迫下，2個(gè)番茄品種根尖細(xì)胞中無細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)質(zhì)膜內(nèi)陷，細(xì)胞處于解體狀態(tài)、線粒體基本消失、液泡膜均被損壞、細(xì)胞壁斷裂；而在“Cd+黑麥草或叢枝菌根”處理下，2個(gè)品種番茄根尖細(xì)胞中均可見細(xì)胞核，細(xì)胞質(zhì)均趨于正常水平，可見線粒體、液泡，且有少部分線粒體結(jié)構(gòu)正常，細(xì)胞壁趨于正常，細(xì)胞膜清晰可見，細(xì)胞間隙變小。這與肖昕[26]、Cai等[27]和關(guān)偉等[28]研究的在Cd脅迫下小麥、水稻和桃樹超微結(jié)構(gòu)變化結(jié)果基本一致。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在Cd污染下，“德福mm-8”根尖細(xì)胞比“洛貝琪”更加敏感，受到的毒害更嚴(yán)重，原因可能是“洛貝琪”果實(shí)、莖和總植株Cd濃度和積累量均低于“德福mm-8”，即“德福mm-8”吸收了更多的Cd在其體內(nèi)。這是因?yàn)?個(gè)品種番茄在Cd吸收富集和Cd耐性方面存在基因型差異[16]，所以在土壤Cd污染較重的地區(qū)，可以通過栽培品種選擇來有效降低番茄果實(shí)中Cd超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論

（1）在Cd污染土壤中，番茄間作黑麥草、接種叢枝菌根真菌的單一或復(fù)合處理使2個(gè)品種番茄的葉、莖、根、果實(shí)生物量及植株總生物量增加，同時(shí)使2個(gè)品種番茄葉和根的MDA含量以及CAT、SOD、POD活性降低，增強(qiáng)了番茄抵御Cd脅迫的能力。

（2）黑麥草和叢枝菌根單一或復(fù)合處理降低了2個(gè)番茄品種各部位Cd濃度，其中“Cd+黑麥草+叢枝菌根”處理效果最佳。果實(shí)Cd濃度及Cd積累量均為“洛貝琪”低于“德福mm-8”。接種叢枝菌根對(duì)黑麥草Cd吸收積累有顯著促進(jìn)作用，且套種黑麥草能有效緩解Cd對(duì)番茄的毒害作用。

（3）黑麥草和叢枝菌根單一或復(fù)合處理減輕了Cd對(duì)番茄根尖細(xì)胞的毒害作用。

[1]江 玲,楊 蕓,徐衛(wèi)紅,等.黑麥草-叢枝菌根對(duì)不同番茄品種抗氧化酶活性、鎘積累及化學(xué)形態(tài)的影響[J].環(huán)境科學(xué),2014,35（6）：2349-2357.

JIANG Ling,YANG Yun,XU Wei-hong,et al.Effects of ryegrass and Arbuscular mycorrhiza on activities of antioxidant enzymes,accumulation and chemical forms of cadmium in different varieties of tomato[J]. Environmental Science,2014,35（6）：2349-2357.

[2]陳永勤,江 玲,徐衛(wèi)紅,等.黑麥草、叢枝菌根對(duì)番茄Cd吸收、土壤Cd形態(tài)及微生物數(shù)量的影響[J].環(huán)境科學(xué),2015,36（12）：4642-4650.

CHEN Yong-qin,JIANG Ling,XU Wei-hong,et al.Effect of ryegrass and Arbuscular mycorrhizal on cadmium absorption by varieties of tomatoes and cadmium forms in soil[J].Environmental Science,2015,36（12）：4642-4650.

[3]Huang Y Z,Hu Y.Combined toxicity of copper and cadimium to six rice genotypes（Oryza Sativa L.）[J].Journal of Environmental Sciences,2009, 21（5）：647-653.

[4]Barbara H N,S?awomir D,Ma?gorzata W.Selenium affects physiological parameters and phytochelatins accumulation in cucumber（Cucumis sativus L.）plants grown under cadmium exposure[J].Scientia Horticulturae,2014,172（3）：10-18.

[5]Reiser R,Simmler M,Portmann D,et al.Cadmium concentrations in New Zealand pastures：Relationships to soil and climate variables[J]. Journal of Environmental Quality,2014,43（3）：917-925.

[6]Wong C W,John P B,Guohua C,et al.Kinetics and equilibrium studies for the removal of cadmium ions by ion exchange resin[J].Journal of Environmental Chemical Engineering,2014,2（1）：698-707.

[7]王守經(jīng),胡 鵬,杜方嶺.我國城郊地區(qū)農(nóng)用地重金屬污染與農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全[J].中國食物與營養(yǎng),2010（7）：8-10.

WANG Shou-jing,HU Peng,DU Fang-ling.Heavy metal pollution of farmland in suburbs in China and its quality security of agro-products [J].Food&Nutrition in China,2010（7）：8-10.

[8]徐衛(wèi)紅,王宏信,劉 懷,等.Zn、Cd單一及復(fù)合污染對(duì)黑麥草根分泌物及根際Zn、Cd形態(tài)的影響[J].環(huán)境科學(xué),2007,28（9）：2089-2095.

XU Wei-hong,WANG Hong-xin,LIU Huai,et al.Effects of individual and combined pollution of Cd and Zn on root exudates and rhizosphere Zn and Cd fractions in ryegrass（Loliurn perenne L.）[J].Environmental Science,2007,28（9）：2089-2095.

[9]李曉林,馮 固.叢枝菌根生態(tài)生理[M].北京：華文出版社,2001.

LI Xiao-lin,FENG Gu.Ecological physiology of the mycorrhizal fungi [M].Beijing：Sino-Culture Press,2001.

[10]段建鋒.接種叢枝菌根真菌對(duì)小麥根內(nèi)氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)的影響[D].楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué),2016.

DUAN Jian-feng.Effect of inoculating different Arbuscular mycorrhizal fungi on the expression of nitrogen and phosphate transporter genes in roots of wheat（Triticum aestivum L.）[D].Yangling：Northwest A&F University,2016.

[11]羅鵬程,李 航,王曙光.濕生環(huán)境中叢枝菌根（AM）對(duì)香蒲耐Cd脅迫的影響[J].環(huán)境科學(xué),2016,37（2）：750-755.

LUO Peng-cheng,LI Hang,WANG Shu-guang.Effect of Arbuscular mycorrhiza（AM）on tolerance of cattail to Cd stress in aquatic environ-ment[J].Environmental Science,2016,37（2）：750-755.

[12]張曉松,孟祥英,王 薇,等.叢枝菌根真菌對(duì)鎘污染土壤中黑麥草幼苗生長的影響[J].中國土壤與肥料,2015（6）：122-127.

ZHANG Xiao-song,MENG Xiang-ying,WANG Wei,et al.Effects of Arbuscular mycorrhiza fungi on growth of ryegrass seedling in cadmium contaminated soils[J].Soil and Fertilizer Sciences in China,2015（6）：122-127.

[13]張金彪,黃維南.鎘脅迫對(duì)草莓光合的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2007,18（7）：1673-1676.

ZHANG Jin-biao,HUANG Wei-nan.Effects of cadmium stress on photosynthetic functions of strawberry[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2007,18（7）：1673-1676.

[14]Liu J G,Liang J S,Li K Q,et al.Correlations between cadmium and mineral nutrients in absorption and accumulation in various genotypes of rice under cadmium stress[J].Chemosphere,2003,52（9）：1467-1473.

[15]孫建云,沈振國.鎘脅迫對(duì)不同甘藍(lán)基因型光合特性和養(yǎng)分吸收的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2007,18（11）：2605-2610.

SUN Jian-yun,SHEN Zhen-guo.Effects of Cd stress on photosynthetic characteristics and nutrient uptake of cabbages with different Cd-tolerance[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2007,18（11）：2605-2610.

[16]朱 芳,方 煒,楊中藝.番茄吸收和積累Cd能力的品種間差異[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2006,26（12）：4071-4081.

ZHU Fang,FANG Wei,YANG Zhong-yi.Variations of Cd absorption and accumulation of 36 Lycopersicon esculentum cultivars[J].Acta Ecologica Sinica,2006,26（12）：4071-4081.

[17]魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M].北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社, 2000.

LU Ru-kun.Methods of soil agricultural chemistry analysis method[M]. Beijing：Chinese Agricultural Science and Technology Press,2000.

[18]Tessier A W,Campbell P G C,Bisson M.Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals[J].Analytical Chemistry,1979,51（7）：844-851.

[19]許光輝,鄭洪元.土壤微生物分析方法手冊(cè)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社,1986.

XU Guang-hui,ZHENG Hong-yuan.Handbook of analytical methods for soil microbiology[M].Beijing：China Agriculture Press,1986.

[20]Grant C A,Clarke J M,Duguid S,et al.Selection and breeding of plant cultivars to minimize cadmium accumulation[J].Science of the Total Environment,2008,390（2/3）：301-310.

[21]徐勤松,施國新,王 學(xué),等.鉛（Pb）在鳳眼蓮（Eichhornia crassipes Solms）體細(xì)胞中分布的電鏡觀察[J].南京師大學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）, 2006,29（3）：81-85.

XU Qin-song,SHI Guo-xin,WANG Xue,et al.Subcellular localization of Pb in cells of Eichhornia crassipes Solms by electron microscopy[J]. Journal of Nanjing Normal University（Natural Science Edition）,2006, 29（3）：81-85.

[22]周 坤.外源鋅、鐵對(duì)番茄鎘積累的影響研究[D].重慶：西南大學(xué), 2014.

ZHOU Kun.Study on effects of exogenous zinc and iron on cadmium accumulation in tomato[D].Chongqing：Southwest University,2014.

[23]田 野,張會(huì)慧,孟祥英,等.鎘（Cd）污染土壤接種叢枝菌根真菌（Glomus mosseae）對(duì)黑麥草生長和光合的影響[J].草地學(xué)報(bào),2013, 21（1）：135-141.

TIAN Ye,ZHANG Hui-hui,Meng Xiang-ying,et al.Effects of Arbuscular mycorrhizal fungi（Glomus mosseae）on growth and photosynthesis characteristics of Lolium perenne L.under Cd contaminated soil[J]. Acta Agrestia Sinica,2013,21（1）：135-141.

[24]肖家欣,安 靜,楊安娜,等.五種從枝菌根真菌對(duì)白三葉耐銅污染的影響[J].中國草地學(xué)報(bào),2011,33（6）：57-63.

XIAO Jia-xin,AN Jing,YANG An-na,et al.Effects of five Arbuscular mycorrhiza fungi on the tolerance of white clover（Trifolium repens）to copper contamination[J].Chinese Journal of Grassland,2011,33（6）：57-63.

[25]張 薇,呂金印,柳 玲.不同基因型番茄幼苗對(duì)鎘脅迫的生理響應(yīng)及鎘吸收差異[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2010,29（6）：1065-1071.

ZHANG Wei,Lü Jin-yin,LIU Ling.Difference in cadmium absorption and physiological responses of different varieties of tomatoes to cadmium stress[J].Journal of Agro-Environment Science,2010,29（6）：1065-1071.

[26]肖 昕.重金屬復(fù)合污染對(duì)小麥的毒理效應(yīng)及其微觀機(jī)制[D].北京：中國礦業(yè)大學(xué),2009.

XIAO Xin.Toxicological effects and micromechanism of heavy metals pollution on wheat[D].Beijing：China University of Mining and Technology,2009.

[27]Cai Y,Cao F B,Wei K,et al.Genotypic dependent effect of exogenous glutathione on Cd-induced changes in proteins,ultrastructure and antioxidant defense enzymes in rice seedlings[J].Journal of Hazardous Materials,2011,192（3）：1056-1066.

[28]關(guān) 偉,張金珠,王占全,等.鎘脅迫對(duì)桃樹根尖細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的影響[J].北京農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào),2010,25（3）：18-20.

GUAN Wei,ZHANG Jin-zhu,WANG Zhan-quan,et al.Effect of cadmium stress on the ultrastructure of cell in peach root apex[J].Journal of Beijing University of Agriculture,2010,25（3）：18-20.

Effect of ryegrass and Arbuscular Mycorrhiza on tomato resistance and Cd absorption in the field

QIN Yu-li1,JIANG Ling1,XU Wei-hong1*,LI Tao1,ZHANG Chun-lai1,LI Yan-hua1,WANG Wei-zhong1,CHI Sun-lin1,CHEN Xu-gen1, CHEN Yong-qin1,ZHAO Wan-yi1,ZHANG Jin-zhong1,XIONG Zhi-ting2
（1.College of Resources and Environment,Southwest University,Chongqing 400715,China;2.School of Resources and Environmental Science,Wuhan University,Wuhan 430079,China）

A field experiment was carried out to investigate the effect of ryegrass and Arbuscular Mycorrhiza on the growth,resistance,and Cd concentration of two tomato varieties（"Defu mm-8"and"Luobeiqi"）exposed to Cd-polluted soil（5.943 mg·kg-1Cd）.The results showed that the dry weights of the leaf,stem,root,and fruit and the total dry weight of the plant increased by 2.7%～16.8%,3.0%～16.8%, 8.4%～31.5%,4.2%～38.4%,and 4.5%～36.6%,respectively,in the single or compound remediation using ryegrass and Arbuscular Mycorrhiza.The malonyldialdehyde（MDA）contents and activities of antioxidant enzymes in leaf and root were reduced by the single or compound remediation of ryegrass and Arbuscular Mycorrhiza（except for the activities of superoxide dismutase in the leaves）.In the plants exposed to Cd-polluted soil,the cell ultrastructure was restored to normal;the cell wall thickened;and obvious vacuoles,nucleus,and other organelles in the root tip cells were observed upon single or compound remediation with ryegrass and Arbuscular Mycorrhiza.Compared to the control, Cd concentrations in the root,leaf,stem,and fruit of the two varieties decreased by 6.9%～40.9%,5.7%～40.1%,4.6%～34.7%,and 9.8%～42.4%,respectively,from the single or compound remediation via ryegrass and Arbuscular Mycorrhiza.The accumulation of Cd in the fruit of the tomato plant was less than that in the root,stem,and leaf.Comparing the two tomato varieties,Cd concentrations and Cd accumulations in the fruit and the total accumulation of Cd in the plant were in the order of Luobeiqi＜Defu mm-8.

Cd;soil;ryegrass;Arbuscular mycorrhiza;tomato;resistance;absorption

X171.5

A

1672-2043（2017）06-1053-09

10.11654/jaes.2016-1515

2016-11-28

秦余麗（1992—），女，貴州三穗人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)橥寥乐亟饘傥廴局参镄迯?fù)技術(shù)。E-mail：18202306447@163.com

*通信作者：徐衛(wèi)紅 E-mail：xuwei_hong@163.com

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（Nycytx-25）；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（20477032）；國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2007BAD87B10）

Project supported：Construction of modern agricultural technology system（Nycytx-25）；The National Natural Science Foundation of China（20477032）；The National Key Technology Research and Development Program of the Ministry of Science and Technology of China（2007BAD87B10）

秦余麗，江 玲，徐衛(wèi)紅，等.黑麥草與叢枝菌根對(duì)大田番茄抗性及Cd吸收的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2017,36（6）：1053-1061.

QIN Yu-li,JIANG Ling,XU Wei-hong,et al.Effect of ryegrass and Arbuscular Mycorrhiza on tomato resistance and Cd absorption in the field[J].Journal of Agro-Environment Science,2017,36（6）:1053-1061.