鈣和鉀對(duì)延胡索幼苗鎘毒害的緩解作用

張靜，余順慧，祁俊生，梁克中，陳書鴻，劉雷，陳華華，陸亞萍

(重慶三峽學(xué)院三峽庫(kù)區(qū)水環(huán)境演變與污染防治重慶高校市級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 404100)

鈣和鉀對(duì)延胡索幼苗鎘毒害的緩解作用

張靜，余順慧，祁俊生*，梁克中，陳書鴻，劉雷，陳華華，陸亞萍

(重慶三峽學(xué)院三峽庫(kù)區(qū)水環(huán)境演變與污染防治重慶高校市級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 404100)

通過探討外源鈣(Ca2+)、鉀(K+)對(duì)重金屬鎘(Cd) (0～25 mg/kg)脅迫下延胡索幼苗的緩解作用，為延胡索經(jīng)濟(jì)高效優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的栽培模式提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。以大葉延胡索為材料，采用土培法，研究外源Ca2+、K+處理對(duì)不同濃度Cd脅迫下延胡索幼苗株高、生物量、生理特征、重金屬含量及藥用品質(zhì)的變化。結(jié)果表明，各濃度Cd脅迫下外源Ca2+、K+處理的最適緩解濃度分別為100和200 mg/kg，在該濃度下Ca2+、K+能明顯緩解Cd對(duì)延胡索幼苗的抑制作用。在低濃度Cd脅迫下，添加最適濃度的外源Ca2+處理后幼苗可溶性糖、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)活性相比未添加外源Ca2+處理的對(duì)照組升高，而丙二醛(MDA)含量低于對(duì)照。添加最適濃度的外源K+處理后幼苗上述各指標(biāo)無明顯變化。高濃度Cd脅迫下，添加最適濃度的外源Ca2+處理后幼苗可溶性糖、SOD、POD和CAT活性顯著高于對(duì)照，MDA含量顯著降低。在各濃度Cd脅迫下，添加最適濃度的外源Ca2+、K+處理后幼苗根部細(xì)胞微核率降低，從而緩解了Cd對(duì)延胡索幼苗的毒害。因此，在Cd脅迫(尤其是25 mg/kg濃度Cd脅迫)下，外源Ca2+、K+通過提高延胡索幼苗的抗氧化能力來緩解Cd對(duì)幼苗毒害和細(xì)胞染色體損傷。此外，外源Ca2+、K+影響Cd脅迫下延胡索幼苗地上及地下部分Cd的積累，其影響機(jī)制比較復(fù)雜。25 mg/kg Cd脅迫下添加Ca2+能夠顯著改善延胡索的藥用品質(zhì)，延胡索乙素比25 mg/kg Cd脅迫下增加了27.52%。在Cd污染的土壤上種植延胡索，可加入適量的外源Ca2+通過改變延胡索幼苗的抗氧化酶活性等方式達(dá)到緩解Cd毒害，降低塊莖中Cd含量，改善藥用品質(zhì)。

鎘污染；延胡索；鈣；鉀；抗氧化酶；細(xì)胞微核率；品質(zhì)

延胡索(Corydalisyanhusuo)為罌粟科紫堇屬植物的干燥塊莖，是常用的大宗藥材之一，延胡索中的生物堿具有活血、鎮(zhèn)痛、鎮(zhèn)靜、催眠、抗心律失常等功效[1]。鎘(cadmium, Cd)主要來源于三廢，是生物非必需金屬元素，許多農(nóng)田受其污染[2]。植物通過土壤吸收后不僅對(duì)植物產(chǎn)生一系列的毒害作用(抑制其他礦質(zhì)元素的吸收、種子萌發(fā)[3]及根系生長(zhǎng)等[4])，導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)下降[5-6]，還會(huì)通過食物鏈對(duì)人體健康造成威脅[7]。近來，“中藥材中重金屬、農(nóng)殘超標(biāo)”屢見不鮮，這不僅影響藥材的品質(zhì)，威脅人類健康，更影響中藥走向世界。

Ca2+、K+是植物必需的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素，也是生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)控者[8]。研究表明，施加外源Ca2+可以有效減少植物體內(nèi)Cd的含量，緩解Cd對(duì)植物幼苗的傷害[9-12]。同時(shí)，施用鉀肥明顯降低了Cd的生物有效性，緩解Cd對(duì)植物幼苗的毒害作用[13-14]。藥用植物受到Cd毒害后，是否可以通過施加外源物質(zhì)來降低其重金屬含量，提高藥用安全性是值得研究的課題。本研究通過土培實(shí)驗(yàn)，以延胡索為材料，探討了Ca2+、K+對(duì)Cd脅迫下延胡索幼苗生長(zhǎng)、生理特性、藥用品質(zhì)及安全性的影響，以期通過人為調(diào)控方式科學(xué)施肥，為延胡索經(jīng)濟(jì)高效優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的栽培模式提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2014年11月1日至2016年3月30日在重慶三峽學(xué)院野外科研基地進(jìn)行?；氐靥帠|經(jīng)108°27′06″，北緯30°45′26″，屬亞熱帶濕潤(rùn)型季風(fēng)氣候, 年均溫13.8～18.8 ℃，年平均降雨量1000～1300 mm。供試土壤理化特性為pH值：6.30；有機(jī)質(zhì)：18.35 g/kg；全氮：1.23 g/kg；水解氮：12.58 mg/kg；速效鉀：50.34 mg/kg；速效磷：11.34 mg/kg；鉛13.4 mg/kg；鎘0.48 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

供試植物：大葉延胡索塊莖于2014年10月購(gòu)于浙江省東陽(yáng)市農(nóng)業(yè)局。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

外源Ca2+和K+對(duì)不同濃度Cd脅迫下延胡索幼苗生長(zhǎng)的影響試驗(yàn)，Cd [Cd(NO3)2形式]設(shè)6個(gè)處理濃度，分別為：0、1、3、10、20、25 mg/kg，每個(gè)處理5盆。在上述Cd處理中分別加入外源Ca2+(CaCl2形式)，處理濃度為：0、50、100、200、400 mg/kg；外源K+(K2SO4形式)處理濃度為：0、100、200、400、800 mg/kg。從2014年11月1日起，持續(xù)處理150 d。通過不同濃度外源Ca2+、K+對(duì)不同濃度Cd脅迫下延胡索幼苗生長(zhǎng)的影響得到不同濃度Cd脅迫下的最適外源Ca2+、K+濃度，然后用最適的外源Ca2+、K+濃度進(jìn)行緩解實(shí)驗(yàn)。

緩解試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理：1)對(duì)照：Cd處理濃度為：0、1、3、10、20、25 mg/kg；2)系列 Cd處理+最適外源Ca2+處理；3)系列Cd處理+最適外源K+處理。試驗(yàn)采用內(nèi)徑30 cm、深25 cm的花盆，土樣過5 mm篩后，每盆裝拌有對(duì)應(yīng)Cd和鈣、鉀肥的土壤9 kg，放置半個(gè)月后再次混勻。將消毒處理的延胡索塊莖播種于上述對(duì)應(yīng)花盆中，每盆5粒，同時(shí)施加適量的基肥(尿素濃度為N 300 mg/kg)。試驗(yàn)所用的肥料、藥品均為分析純。定期檢查生長(zhǎng)情況，用蒸餾水澆灌，常規(guī)人工管理，避免其余干擾，環(huán)境條件完全一致。從2015年11月1日起，持續(xù)處理150 d。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

取處理150 d后5盆延胡索植株，用尺子測(cè)量每株幼苗的株高。用烘干稱重法測(cè)定生物量，具體如下：取5盆延胡索清除根系周圍的泥土，自來水洗凈，再用去離子水沖洗，用吸水紙吸干水分后105 ℃殺青20 min，45 ℃烘干至恒重。選取延胡索幼苗成熟功能葉片5片，SOD、POD和CAT活性采用試劑盒測(cè)定(南京建成生物工程研究所)；MDA、可溶性糖測(cè)定分別采用硫代巴比妥酸比色法和蒽酮法[15]；微核率測(cè)定采用修正的吳若菁等[16]的方法，具體如下：分別于Cd脅迫以及加入外源Ca2+、K+緩解處理150 d后，取5盆延胡索清除根系周圍的泥土，去離子水洗凈，吸去多余水分后，切取長(zhǎng)度為5 mm根尖制片鏡檢，根尖用改良Carnoy固定液固定20～24 h，轉(zhuǎn)移至70%乙醇中于0～4 ℃下保存，加入1 mol/L鹽酸在60 ℃水浴下離解8～10 min直至根尖軟化，避光條件用改性石碳酸品紅浸泡染色2～3 h，用乙醇和蒸餾水漂洗后制片鏡檢觀察微核，計(jì)算微核率。

微波消解測(cè)定Cd含量，具體如下：精確稱取延胡索粉末(過0.355 mm篩)0.2000 g，加入酸液(濃HNO3∶濃H2SO4=4∶1)，同時(shí)做空白；經(jīng)MARS240微波消解后，冷卻、過濾、定容，用原子吸收分光光度計(jì)(AA-6300，日本島津集團(tuán))[17]測(cè)定。延胡索塊莖生物堿類含量的測(cè)定采用張靜等[18]的方法，具體如下：精確稱取延胡索粉末(過0.355 mm篩)0.5000 g，置于50 mL具塞錐形瓶中，精密加70%甲醇溶液10 mL，混勻，浸泡1 h，30 ℃下超聲(300 W，40 kHz)提取40 min，放至室溫，過濾，用70%甲醇定容至25 mL量瓶中，搖勻后0.45 μm微孔濾膜過濾，即得，用LC-20A型高效液相色譜儀(日本島津集團(tuán))在文獻(xiàn)[18]色譜條件下測(cè)定其生物堿類含量，5次重復(fù)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

各指標(biāo)均重復(fù)3次所得。用Microsoft Excel 2007、IBM SPSS Statistic 20軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。采用單因素方差分析方法(One-way ANOVA)檢驗(yàn)各處理間的差異顯著性(其中P<0.01表示差異極顯著,P<0.05表示差異顯著)。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源Ca2+和K+對(duì)不同濃度Cd脅迫下延胡索幼苗生長(zhǎng)的影響

由圖1可見，在不同濃度Cd處理下，延胡索株高及生物量均隨外源Ca2+和K+含量增加而先增高后降低，且在Ca2+濃度為100 mg/kg和K+濃度為200 mg/kg時(shí)株高和生物量最大，因此，將該濃度確定為Ca2+、K+對(duì)延胡索Cd脅迫的最佳緩解濃度，表現(xiàn)為外源Ca2+、K+對(duì)延胡索生長(zhǎng)有一定促進(jìn)作用。

2.2 外源Ca2+和K+對(duì)不同濃度Cd脅迫下延胡索幼苗可溶性糖、丙二醛和抗氧化酶活性的影響

由圖2可見，在未添加Ca2+、K+時(shí)，隨著Cd濃度的增加，延胡索葉片可溶性糖含量、CAT活性及POD活性出現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)(Cd濃度為10 mg/kg時(shí)最大)，MDA含量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，而SOD活性呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。添加Ca2+和K+時(shí)在濃度25 mg/kg Cd處理下，外源Ca2+使葉片可溶性糖含量、SOD活性、CAT活性及POD活性顯著增加(P<0.05)，MDA含量顯著降低(P<0.05)，較同濃度Cd脅迫下降低了56.17%， 外源K+對(duì)上述指標(biāo)影響差異不顯著。這表明在濃度25 mg/kg Cd處理時(shí)，外源Ca2+緩解延胡索受Cd脅迫造成氧化傷害是通過提高SOD、POD及CAT 活性來實(shí)現(xiàn)的。其他各濃度Cd處理下，外源Ca2+、K+對(duì)延胡索葉片內(nèi)可溶性糖含量、MDA含量、CAT活性、SOD活性及POD活性均無顯著影響。

圖1 Cd脅迫下外源Ca2+和K+對(duì)延胡索幼苗株高、生物量的影響Fig.1 Effect of exogenous Ca2+ and K+ on the plant height and biomass of the C. yanhusuo seedlings under Cd stress

圖2 Cd脅迫下外源Ca2+和K+對(duì)延胡索幼苗可溶性糖、MDA、SOD活性、CAT活性、POD活性的影響Fig.2 Effect of exogenous Ca2+ and K+ on the soluble sugar, MDA content, SOD activity, CAT activity and POD activity of the C. yanhusuo seedlings under Cd stress 不同小寫字母表示在同一鎘脅迫濃度不同處理間存在P<0.05水平的顯著差異，下同。Vertical bars followed by the different small letters are significantly different at P<0.05 among different treatments at the same Cd stress concentration. The same below.

圖3 Cd脅迫下外源Ca2+和K+處理對(duì)延胡索幼苗微核率的影響Fig.3 Effect of exogenous Ca2+ and K+ on the micronucleus rate of the C. yanhusuo seedlings under Cd stress

2.3 外源Ca2+和K+對(duì)同濃度Cd脅迫下延胡索幼苗根部細(xì)胞微核率的影響

由圖3可見，在不用外源Ca2+和K+處理時(shí)，隨著Cd脅迫濃度的增大，幼苗根部細(xì)胞微核率逐漸增加。這說明在重金屬Cd脅迫作用下，隨Cd濃度的升高，延胡索幼苗根部細(xì)胞產(chǎn)生的染色體斷裂增多，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)微核率大幅度增加。在各濃度Cd脅迫下，添加外源Ca2+和K+處理可使幼苗根部細(xì)胞微核率顯著降低(P<0.05)。在同一濃度Cd脅迫下，添加外源 Ca2+比添加外源K+處理使得延胡索幼苗根部細(xì)胞中微核率降低得更多，緩解作用更強(qiáng)。

2.4 外源Ca2+和K+對(duì)不同濃度Cd脅迫下延胡索鎘積累的影響

圖4表明，在Cd處理下延胡索幼苗地上及地下部分Cd含量顯著增加，添加最適濃度外源Ca2+和K+后，延胡索幼苗地上部分及地下部分Cd含量的差異較大。其中在Cd處理下施加最適濃度外源Ca2+后延胡索地上部分Cd含量顯著增加(P<0.05)，施加K+后延胡索地上部分Cd含量顯著降低(P<0.05)；地下部分情況相反，外源Ca2+處理使得延胡索Cd含量顯著降低(P<0.05)，外源K+處理使得延胡索Cd含量顯著增加(P<0.05)。

圖4 Cd脅迫下外源Ca2+和K+處理對(duì)延胡索幼苗地上、地下部分Cd積累的影響Fig.4 Effect of exogenous Ca2+ and K+ on the Cd content of the C. yanhusuo seedlings under Cd stress

表1 Cd脅迫下外源Ca2+和K+對(duì)延胡索6種生物堿的影響

不同小寫字母表示各處理間差異顯著(P<0.05)。Different letters indicate significant differences (P<0.05) among different treatments.

2.5 外源Ca2+和K+對(duì)Cd脅迫下延胡索藥用品質(zhì)的影響

由表1可見，與CK (無Cd、Ca2+和K+處理)相比，在Cd濃度25 mg/kg脅迫下，可顯著降低延胡索乙素的含量(P<0.05)。添加Ca2+和K+后與單一Cd脅迫(濃度25 mg/kg)相比，延胡索乙素顯著增加(P<0.05)，且添加Ca2+，6種生物堿增加量整體上大于添加K+。

3 討論

本研究中，在各濃度Cd脅迫時(shí)，添加外源Ca2+和K+在一定程度上都能促進(jìn)延胡索幼苗生長(zhǎng)，但外源Ca2+和K+處理對(duì)Cd脅迫的緩解作用存在最適濃度效應(yīng)。添加了最適濃度的外源Ca2+和K+后與受到單一Cd脅迫的對(duì)照相比，能明顯緩解Cd脅迫對(duì)幼苗生長(zhǎng)的抑制作用，增加幼苗的耐Cd性。這與汪驄躍等[14]的研究結(jié)果一致。

SOD酶通過清除細(xì)胞中的O2-·防止生物膜脂質(zhì)過氧化，對(duì)生物膜起保護(hù)作用[19]。本研究中，外源Ca2+與25 mg/kg Cd組合與只添加25 mg/kg Cd相比顯著提高延胡索幼苗的SOD活性，表明在此濃度Cd脅迫時(shí)，Ca2+處理使延胡索幼苗減輕Cd脅迫造成的氧化損傷可能通過提高SOD活性來完成。外源K+與此濃度Cd組合導(dǎo)致幼苗可溶性糖含量及SOD活性與只添加25 mg/kg Cd相比無顯著變化，表明K+處理對(duì)延胡索SOD活性無顯著影響。POD酶同樣是植物體內(nèi)的抗氧化酶。本研究中，在低濃度Cd(<25 mg/kg)脅迫下外源Ca2+和K+使得延胡索幼苗POD活性略微增加(與只添加對(duì)應(yīng)濃度Cd處理相比),無顯著變化，外源Ca2+與25 mg/kg Cd組合與單一添加25 mg/kg Cd相比顯著提高延胡索幼苗的POD活性，這表明在濃度25 mg/kg Cd脅迫下，外源Ca2+處理使延胡索幼苗通過提高POD活性來完成減輕Cd脅迫造成的氧化損傷。CAT酶也具有防止膜氧傷害的作用，其可以與SOD酶共同作用將H2O2分解為O2和H2O。本研究發(fā)現(xiàn)CAT活性也與SOD、POD酶一樣，在Cd濃度25 mg/kg脅迫下，延胡索幼苗通過外源Ca2+提高CAT活性以降低Cd脅迫引起的氧傷害。MDA是植物膜脂過氧化作用的最終產(chǎn)物之一，作為植物膜系統(tǒng)受傷害的重要指標(biāo)。其含量越高，植物細(xì)胞膜受傷害程度越大；反之亦然[20]。本研究中，延胡索幼苗在25 mg/kg Cd處理下添加外源Ca2+后的MDA含量與對(duì)照相比顯著下降, 膜脂過氧化得到緩解。而在低濃度Cd(<25 mg/kg)脅迫添加Ca2+和各濃度Cd脅迫下添加外源K+后的MDA含量變化不顯著，不能緩解膜脂過氧化。這與朱涵毅等[21]的研究結(jié)果一致，可能是由于Cd直接取代了抗氧化酶活性中心的金屬元素，導(dǎo)致酶活性受到抑制，進(jìn)一步造成延胡索抗氧化系統(tǒng)損傷，自由基的清除能力降低[22]。

Cd脅迫能夠誘發(fā)植物根尖細(xì)胞加速老化，使核仁受損，從而破壞基因組模板的穩(wěn)定性，并使DNA合成受阻[23]。研究表明，Cd脅迫誘導(dǎo)蠶豆(Viciafaba)葉片細(xì)胞產(chǎn)生染色體端部斷裂，進(jìn)而形成后期橋和斷片，有的則產(chǎn)生落后染色體，染色體斷片和落后染色體進(jìn)一步形成微核[24]。本研究中，在各濃度Cd脅迫下，添加外源Ca2+、K+后延胡索幼苗微核率與對(duì)應(yīng)各濃度Cd脅迫相比顯著降低，對(duì)Cd脅迫引起的染色體結(jié)構(gòu)損傷起緩解作用。

研究表明，降低作物對(duì)Cd吸收與積累主要途經(jīng)是利用化學(xué)調(diào)控手段緩解Cd毒害[21]。Ca2+與Cd的化學(xué)性質(zhì)相近，是土壤中Cd吸附位點(diǎn)的主要競(jìng)爭(zhēng)者，因此Ca2+能夠顯著減弱土壤對(duì)Cd的吸附[25]。同時(shí)Ca2+還參與植物蛋白質(zhì)的合成，維持細(xì)胞滲透壓，也是植物必須營(yíng)養(yǎng)元素。Ca2+通過降低動(dòng)植物對(duì)鎘的吸收，以達(dá)到緩解毒害的效果[26]。其中，施加Ca2+處理能夠緩解Cd脅迫下花生對(duì)重金屬的吸收與轉(zhuǎn)移，緩解Cd的毒害，同時(shí)Ca2+處理也使得花生中Cd的積累變化較大[27]。本研究中，添加外源Ca2+對(duì)延胡索影響與前人[27]的研究一致，降低了地下部分Cd的積累，這有利于控制延胡索塊莖中Cd的含量。鉀肥伴隨陰離子影響重金屬形態(tài)、吸附解吸過程及生物有效性等，完成對(duì)土壤中重金屬的影響，從而減少植物對(duì)Cd的吸收。K+處理后，使植物地下部對(duì)Cd的吸收量隨著K+施加量的增加而減少，鉀濃度為100 mg/kg 時(shí)，Cd含量最小，而地上部分，Cd含量隨著K+施加量的增加而增大[4]。本研究施加外源K+后，地上部分Cd含量降低，地下部分的Cd含量增加，K+緩解了地上部分的Cd毒害，這可能是由于延胡索根系吸收鉀、鎘的方式不同，K+相比二價(jià)離子競(jìng)爭(zhēng)植物根系的吸收位點(diǎn)的能力較弱[28]。另一方面，土壤中的鉀促進(jìn)鎘的解吸，增加了土壤溶液中Cd的含量[29]。因此，施用鉀肥明顯提高延胡索根際對(duì)鎘的吸收，與前人的研究結(jié)果一致[30]。

本研究中，Cd脅迫能明顯抑制延胡索生物堿類化合物的合成。其中延胡索乙素的含量是反映延胡索藥用品質(zhì)的主要指標(biāo)，也是中國(guó)藥典控制的指標(biāo)之一[31-32]。25 mg/kg Cd脅迫下導(dǎo)致延胡索幼苗中可溶性糖含量、抗氧化酶活性等降低，這可能進(jìn)一步影響延胡索芐基異喹啉型生物堿的合成。另外，在Cd脅迫基礎(chǔ)上增施Ca2+、K+后顯著提高了延胡索生物堿類化合物特別是延胡索乙素的合成，改善了品質(zhì)。這可能是由于Ca2+、K+可以改善光合作用、促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)吸收[33]。但Cd脅迫下添加Ca2+、K+后Cd在延胡索中的轉(zhuǎn)移機(jī)制尚不清楚，還有待于進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

1)添加外源Ca2+、K+能夠在一定程度上有效緩解Cd對(duì)延胡索幼苗的毒害效應(yīng)，且外源Ca2+比K+處理效果更好。2)外源Ca2+處理可提高葉片中可溶性糖含量及降低MDA含量來緩解Cd對(duì)延胡索幼苗的毒害效應(yīng)。此外外源Ca2+可提高幼苗SOD、CAT、POD活性，使Cd處理所造成的氧化脅迫降低，膜脂過氧化傷害得到緩解。3)添加外源Ca2+、K+處理均能使延胡索幼苗根部細(xì)胞微核率顯著降低。相同濃度Cd脅迫下，添加外源Ca2+比外源K+處理使得延胡索幼苗根部細(xì)胞中微核率降低得更多。4)Ca2+、K+的施加改變了延胡索幼苗地上地下部分Cd的含量，這對(duì)延胡索安全性的控制有一定的指導(dǎo)意義，而且Ca2+、K+在一定程度上都能改善延胡索的藥用品質(zhì)，且Ca2+處理的效果更好。

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Alleviation of cadmium toxicity inCorydalisyanhusuoseedlings by exogenous calcium or potassium

ZHANG Jing, YU Shun-Hui, QI Jun-Sheng*, LIANG Ke-Zhong, CHEN Shu-Hong, LIU Lei, CHEN Hua-Hua, LU Ya-Ping

KeyLaboratoryofWaterEnvironmentEvolutionandPollutionControlinThreeGorgesReservoir,ChongqingThreeGorgesUniversity,Chongqing404100,China

In this study, we explored the alleviating effects of exogenous calcium (Ca2+) and potassium (K+) onCorydalisyanhusuoseedlings under cadmium (Cd) stress. Seedlings ofC.yanhusuowere grown in soil containing Cd (0-25 mg/kg) and their plant height, biomass and physiological characteristics, heavy metal content, and medicinal quality were determined. At all levels of Cd stress, the optimal concentrations of exogenous Ca2+and K+to alleviate Cd stress were 100 and 200 mg/kg, respectively. Under low-Cd and high-Cd stress, the addition of 100 mg/kg Ca2+increased the soluble sugars content in seedlings, increased the activities of superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD) and catalase (CAT), and decreased the malondialdehyde (MDA) content, compared with those in plants without exogenous Ca2+treatment. There were no changes in these parameters in plants under low-Cd stress treated with K+at 200 mg/kg. Under all levels of Cd stress, the addition exogenous Ca2+and K+at the optimal concentrations decreased the rate of micronucleus formation in the roots, indicating that there was a significant alleviation of Cd poisoning. Under Cd stress (especially high-Cd stress at 25 mg/kg), exogenous Ca2+and K+alleviated Cd poisoning of seedlings and relieved chromosomal damage by increasing the antioxidant capacity ofC.yanhusuoseedlings. Exogenous Ca2+and K+also affected Cd accumulation in above-ground and below-ground parts of the plant, but the effects were complex. Under 25 mg/kg Cd stress, the tetrahydropalmatine content increased by 27.52% after adding exogenous Ca2+, indicating a significant increase in the medicinal quality ofC.yanhusuo. Therefore, when growingC.yanhusuoin soil contaminated with Cd, the addition of an appropriate amount of Ca2+can alleviate Cd poisoning via its effects on the activity of antioxidant enzymes. This leads to a decrease in the Cd content in tubers, thereby improving their medicinal quality. These results provide a theoretical basis for the safe and efficient cultivation of high-qualityC.yanhusuoin Cd-contaminated soil.

Cd contamination;Corydalisyanhusuo; calcium (Ca); potassium (K); antioxidant enzymes; micronucleus frequency; quality

10.11686/cyxb2016386

http://cyxb.lzu.edu.cn

2016-10-13；改回日期：2016-12-26

重慶市應(yīng)用開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(cstc2014yykfA110024)和三峽庫(kù)區(qū)水環(huán)境演變與污染防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目(WEPKL2012MS-01)資助。

張靜(1992-)，男，重慶萬州人，在讀碩士。E-mail: 435280513@qq.com*通信作者Corresponding author. E-mail: 1208986565@qq.com

張靜, 余順慧, 祁俊生, 梁克中, 陳書鴻, 劉雷, 陳華華, 陸亞萍. 鈣和鉀對(duì)延胡索幼苗鎘毒害的緩解作用. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2017, 26(8): 123-130.

ZHANG Jing, YU Shun-Hui, QI Jun-Sheng, LIANG Ke-Zhong, CHEN Shu-Hong, LIU Lei, CHEN Hua-Hua, LU Ya-Ping. Alleviation of cadmium toxicity inCorydalisyanhusuoseedlings by exogenous calcium or potassium. Acta Prataculturae Sinica, 2017, 26(8): 123-130.