AM真菌對鎘脅迫下韭菜幼苗生理抗性的影響

彭昌琴 徐玲玲 劉鑫 韓淑梅 關萍

摘 要：采用土培法，研究AM真菌對不同鎘濃度脅迫下韭菜幼苗生理抗性的影響。結果表明：無菌處理時，不同濃度（50、100、150、200、250、300 mg/kg）鎘脅迫下過氧化氫酶（CAT）活性、過氧化物酶（POD）活性、超氧化物歧化酶（SOD）活性及游離脯氨酸（Pro）的含量呈現(xiàn)上升的規(guī)律，但丙二醛（MDA）的含量呈先升后降的規(guī)律；當接AM真菌處理時，不同濃度鎘脅迫SOD活性、POD活性和CAT活性總體高于無菌處理時的活性，但Pro含量和MDA含量低于無菌處理時的活性。就供試材料而言，AM真菌能緩解一定范圍內的鎘脅迫對韭菜幼苗的傷害作用，可以為重金屬污染植物復合修復提供一定的依據(jù)。

關鍵詞：韭菜；鎘；AM真菌

中圖分類號：Q945.78

文獻標識碼：A

文章編號：1008-0457（2018）03-0090-05 國際DOI編碼：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2018.03.016

Effect of AM Fungi on the Physiological Resistant Characters of Allium Tuberosum Rottler. under Cadmium Stress

PENG Changqin，XU Lingling，LIU Xin，HUAN Shumei，GUAN Ping*

（College of life Sciences， Guizhou University， Guiyang， Guizhou 550025 China）

Abstract：Effect of AM fungi Arbuscular mycorrhizal， on the physiological resistant characters of Allium tuberosum seedlings under different cadmium concentrations was studied using soil culture method. The results showed that， without AM fungi， the activity of CAT， POD， SOD and the content of Pro increased following the increasing concentrations （50， 50， 100， 150， 200， 250， 200 mg/kg） of cadmium stresses， but the MDA content increased first and then decreased. When treated with AM fungi and also under different concentrations of cadmium stress， the total activity of SOD， POD and CAT was higher than that of without AM fungi， however， Pro content and MDA content are lower than that of without AM fungi. To the germplasms， AM fungi can alleviate Allium tuberosum seedlings damage by cadmium stress， which can provide a certain theoretical basis for repairing plant under heavy metal pollution.

Key words：Allium tuberosum； Cadmium； AM fungi

近幾年來我國工農業(yè)的快速發(fā)展，促進我國的經(jīng)濟極速發(fā)展，同時加劇了環(huán)境污染，其中重金屬造成的土壤污染和水污染已經(jīng)成為全球重點關注的問題[1]。在這些污染中，鎘重金屬污染不容小視，鎘是具有強毒性的重金屬，生物遷移性極強，土壤中的鎘容易被植物吸收，最終通過食物鏈對動植物的生長和人類的健康造成了很大威脅[2]。目前，對于重金屬污染修復大部分選擇植物修復技術，因為植物修復成本比較低、對環(huán)境不造成二次污染和可持續(xù)發(fā)展等優(yōu)點，成為國際土壤修復研究的熱點[3]。

叢枝菌根（Arbuscular mycorrhizal，AM）真菌分布比較廣泛，主要在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，能與大部分高等植物形成共生關系[4]，促進宿主植物根系對土壤的礦質營養(yǎng)物質和水分的吸收和利用，提高植物對逆境的抗性，促進植物生長[5-8]。本試驗材料為韭菜，韭菜（Allium tuberosum）是百合科（Liliaceae）蔥屬（Allium）多年生草本植物，它的優(yōu)點是適應性強、抗寒耐熱和中國各地到處都有栽培。惠霖等[9]發(fā)現(xiàn)韭菜對鹽堿具有一定耐受性；付國森[10]發(fā)現(xiàn)韭菜植物對重金屬鉛具有較強的耐受性和富集作用，但關于AM真菌對鎘脅迫下韭菜生理抗性的相關研究至今未見報道，以期為重金屬污染區(qū)的土壤修復提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

韭菜（Allium tuberosum）種子購買于廣東廣州幸福種子百匯公司，營養(yǎng)土購買于江蘇徐州江園園藝綠植之家，脅迫試劑氯化鎘（CdCl2·2.5H2O）為分析純購買于貴陽市賽蘭博生物試劑公司。菌種為AM真菌，來源于貴州大學生理實驗室，該試驗在貴州大學生物技術實驗室進行。

1.2 試驗方法

1.2.1 培養(yǎng)方法

采用盆栽的方法，挑選大小均一的韭菜種子，用0.5%高錳酸鉀消毒3～5 min后用蒸餾水反復沖洗干凈，取口徑為21 cm的塑料盆，盆中鋪上一層濾紙，盆底放置托盤（防止盆中鎘溶液滲出），分別向每個盆中放入等量的營養(yǎng)土。所用營養(yǎng)土需先高溫滅菌，經(jīng)尼龍篩備用，分別接菌和無菌處理，接菌處理指的是將滅菌后的營養(yǎng)土與菌劑土混勻，無菌處理則是將滅菌后的營養(yǎng)土與滅菌后菌劑土混勻，營養(yǎng)土和菌劑土的比例為10∶1，二者混勻后稱取500 g置于花盆中。等量的Cd2+溶液（濃度分別為50、100、150、200、250、300 mg/kg）（按氯化鎘中Cd2+計算）依編號加入對應編號的塑料盆中，用蒸餾水作空白對照，每個處理設置五個重復。將處理后的種子播種在土壤里，每盆放入20粒種子。播種后用少許土將籽掩蓋，這樣更有利于種子發(fā)芽，每隔1～2 d澆一次等量的蒸餾水。材料培養(yǎng)三個月后進行試驗。

1.2.2 韭菜根部侵染檢測

材料培養(yǎng)三個月后，采其根來做菌根侵染。用蒸餾水將韭菜根部清洗干凈后放于離心管中，向離心管中加入10% NaOH溶液放于90℃水浴鍋水浴中加熱6～10 min，棄去離心管中的NaOH溶液后用蒸餾水清洗5～6次，棄去蒸餾水，再向離心管中加熱30% H2O2溶液，水浴加熱直至根部完全漂白，蒸餾水沖洗干凈后用寶品紅染色5 min再清洗干凈，制作成臨時玻片，在顯微鏡下觀察并拍照。

1.2.3 生理指標測定

SOD活性采用氮藍四唑法測定[11]；CAT活性采用紫外吸收法測定[12]；POD活性采用愈創(chuàng)木酚法測定[13]；MDA含量采用硫代巴比妥酸法測定[14]。游離脯氨酸含量采用磺基水楊酸法測定[13]。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010進行處理，通過SPSS 21.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行分析，并采用Adobe Photoshop進行圖片的裁剪及編號，用OLYPUS光學顯微鏡進行照片處理。

2 結果與分析

2.1 AM真菌在韭菜根中的形態(tài)

由圖1可見，AM真菌侵染后韭菜根部有囊泡結構和從枝結構，表明真菌已入侵到植物的根部內。在沒有接種AM真菌時韭菜植物根部的細胞排列緊密，且細胞內沒有囊泡和從枝結構等其他物質存在（圖1A），接種AM真菌后，真菌在韭菜植物根部開始萌發(fā)形成泡囊結構（圖1B），然后繼續(xù)萌發(fā)成菌絲最后形成從枝結構（圖1C）。

2.2 AM真菌對鎘脅迫下韭菜SOD活性的影響

由圖2可知，無AM真菌和接AM真菌處理下，韭菜SOD活性隨著鎘濃度的增加而增大。無AM真菌處理時，韭菜SOD活性在0～50 mg/kg范圍內下降，50 mg/kg時韭菜SOD活性最低，為35.21 U/g·FW，在100～300 mg/kg鎘脅迫下，韭菜SOD活性緩慢上升，鎘濃度為300 mg/kg時，SOD活性到達最高為88.92 U/g·FW，比最低活性高60.40%，差異極顯著；接菌處理時，在0～300 mg/kg鎘脅迫下，韭菜SOD活性分別為：42.20、48.41、47.35、70.60、89.18、90.02、113.30 U/g·FW，比無菌處理時增加了13.39%、27.27%、9.88%、15.16%、32.61%、5.14%、20.64%，試驗結果表明，接AM真菌能提高韭菜SOD活性。

2.3 AM真菌對鎘脅迫下韭菜POD活性的影響

根據(jù)圖3可知，鎘濃度為0、100 mg/kg處理時，POD活性接菌處理低于無菌處理，但在50、150、200、250、300 mg/kg鎘脅迫處理時，接菌處理均高于無菌處理，說明在鎘脅迫下，接AM真菌后韭菜植物POD活性大體比無菌植物的高，抗性更好，在鎘濃度為250 mg/kg時，接菌和無菌處理的韭菜POD活性都達到最大值。無菌處理下，韭菜POD活性隨著鎘濃度的升高呈現(xiàn)降—升—降—升的規(guī)律，鎘濃度為50 mg/kg時，韭菜POD活性最低為34.60 U/g·FW，在250 mg/kg鎘濃度處理達到最大值為75.07 U/g·FW，比最低值高出53.91%，差異顯著；接菌處理下，韭菜POD活性隨著鎘濃度的增加呈上升的規(guī)律，無鎘處理（對照組）時韭菜POD活性最低為31.20 U/gFW，比無菌處理低17.18%，但韭菜POD活性在250 mg/kg鎘脅迫下達到最大值為77.80 U/g·FW，比最低值高60%，差異顯著。試驗結果表明，AM真菌和鎘脅迫共同作用可能使植物抗性增強。

2.4 AM真菌對鎘脅迫下韭菜CAT活性的影響

無菌和接菌處理下，在無鎘處理（對照組）時韭菜CAT活性最低，而在300 mg/kg鎘脅迫時CAT活性達到最大值（圖4）。無菌處理時，隨著鎘濃度的升高韭菜CAT活性呈升-降-升的規(guī)律，在鎘濃度為0 mg/kg時韭菜CAT活性最低，為8.33 U/g·FW，鎘濃度在50～150 mg/kg范圍內，韭菜CAT活性分別為11.87、13.13、12.94 U/g·FW，變化不穩(wěn)定，差異并不顯著（P>0.05），但鎘濃度在150～300 mg/kg內CAT活性上升明顯，在300 mg/kg時CAT活性達到最大值為36.22 U/g·FW。接菌處理下，隨著鎘濃度升高韭菜CAT活性呈上升的規(guī)律，在鎘濃度0 mg/kg時韭菜CAT活性最低為6.03 U/g·FW，但在300 mg/kg鎘脅迫下達到最大值為39.91 U/gFW，比最低值高了84.89%，差異極顯著。試驗結果表明，韭菜植物在高濃度鎘脅迫下會通過增強自身CAT活性來抵抗不良環(huán)境。

2.5 AM真菌對鎘脅迫下韭菜MDA活性的影響

由圖5可知，無菌和接AM真菌處理下，韭菜MDA含量在250 mg/kg鎘脅迫下達到最大值，并且隨著鎘濃度升高韭菜MDA含量大體呈先增加后降低的規(guī)律。無菌處理下，在鎘濃度0 mg/kg時韭菜MDA含量最低，為5.22 μmol/g·FW，但在鎘濃度250 mg/kg時韭菜MDA含量達到最大值，為12.49 μmol/g·FW，說明高濃度鎘脅迫下加劇了對韭菜植物的傷害。接菌處理時，在50 mg/kg鎘脅迫時韭菜MDA含量最低，為3.99 μmol/g·FW，但在鎘濃度為250 mg/kg處理下達到最大值為10.20 μmol/g·FW，比最低值高出60.88%，差異顯著，除鎘濃度0、50 mg/kg處理外，接AM真菌處理的韭菜MDA含量均低于無菌處理的。試驗結果表明，AM真菌能在一定程度上減輕鎘脅迫對韭菜植物的傷害。

2.6 AM真菌對鎘脅迫下韭菜游離脯氨酸含量的影響

接AM真菌和無菌處理下，韭菜Pro含量在50 mg/kg鎘脅迫下最低，而在鎘濃度為300 mg/kg時達到最大值（圖6）。無菌處理時，隨著鎘濃度升高韭菜游離脯氨酸含量變化不穩(wěn)定，在50 mg/kg鎘脅迫下韭菜Pro含量最低，為25.28 μg/g·FW，但在鎘濃度為300 mg/kg時Pro含量達到最大值，為40.30 μg/g·FW，比最低值高出37.27%。接菌處理下，在鎘濃度0～300 mg/kg范圍內，韭菜游離脯氨酸含量分別為20.22、16.32、20.56、20.85、24.68、28.22、33.91 μg/g·FW，比無菌處理低了8.11、8.96、5.05、11.68、6.31、7.04、6.39 μg/g·FW，接菌處理后的韭菜Pro含量均低于無菌處理的，說明接AM真菌處理能減少游離脯氨酸的含量。

3 結論與討論

3.1 AM真菌對鎘脅迫下韭菜抗氧化酶系統(tǒng)的影響

植物體內的生理指標反映植物的生存情況，通過對這些指標的探討，能更好地推測植物體內多種生理反應的機制[15]。SOD、POD、CAT酶活性的變化可以反映植物在生長過程中抗逆境的能力[16]。植物體內存在著超氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶等活性氧自由基清除系統(tǒng)，對維持膜結構的防御性和完整性有重要作用[17]。本試驗結果表明，在鎘脅迫下，韭菜植物體內超氧化物歧化酶（SOD）活性、過氧化物酶（POD）活性、過氧化氫酶（CAT）的活性會增加，其中SOD催化超氧陰離子自由基的歧化反應形成過氧化氫和氧分子，在進一步分解過氧化氫形成水的過程中CAT和POD發(fā)揮重要作用。不同濃度的鎘處理與接種AM真菌同時進行時，明顯提高了酶的活性，增強宿主植物體內氧自由基的清除能力，減輕了對幼苗的傷害，從而提高韭菜植物對鎘脅迫的抵御能力。韭菜丙二醛（MDA）含量在鎘濃度250 mg/kg時達到最大值，說明高濃度鎘脅迫下加劇了對韭菜植物的傷害，與郭智等[18]人研究的鎘對龍葵幼苗生長和生理指標的影響結果相符合。接AM真菌處理的韭菜MDA含量均低于無菌處理的，可能是AM真菌能減少鎘重金屬在韭菜植物地上部分積累，從而減輕了對植物的傷害[19]。

3.2 AM真菌對鎘脅迫下韭菜滲透調節(jié)物質的影響

植物能夠合成各種滲透調節(jié)物質進行滲透調節(jié)以增加自身的耐性，積累脯氨酸等滲透調節(jié)物質是在滲透脅迫下植物體維持滲透平衡的一種保護機制[20]。各鎘濃度脅迫下，韭菜在AM真菌處理下的游離脯氨酸含量均低于無菌處理時的脯氨酸含量，可能是重金屬脅迫破壞了植物體內的滲透平衡，導致游離脯氨酸積累增多，而AM真菌萌發(fā)的菌絲具有調節(jié)細胞滲透平衡的功能，從而減少了脯氨酸的積累[21]。在本試驗中發(fā)現(xiàn)在不同濃度鎘脅迫下接種AM真菌后，韭菜植物體內的脯氨酸含量并沒有明顯的積累現(xiàn)象，與未接種AM真菌處理相比下降顯著，該研究結論與Rabie等[22]對蠶豆（Vicia faba）的研究結果和王英男等研究結果[17]相一致。AM真菌對鎘脅迫下韭菜幼苗的生理影響是有差異的，但對于造成這種差異的原因還需要做進一步的研究。

參 考 文 獻：

[1] 徐玲玲，李巧玉，張紅蓮，等.3種草本植物種子萌發(fā)及幼苗初期對鎘脅迫的生理響應[J]. 種子，2016，35（03）：37-41.

[2] 易澤夫，余 杏，吳 景.鎘污染土壤修復技術研究進展[J]. 現(xiàn)代農業(yè)科技，2014（9）：251-253.

[3] 韓淑梅，簡 麗，董 旋，等.不同濃度及不同時間鎘脅迫對超富集植物孔雀草滲透調節(jié)物質的影響[J]. 山地農業(yè)生物學報，2017，36（03）：44-48.

[4] Smith S E，Rend D J.Myconhizal Symbiosis.2nd ed[M]. London：Academic Press，1977：11-32.

[5] 陳良華，賴 娟，胡相偉，等.接種叢枝菌根真菌對受鎘脅迫美洲黑楊雌、雄株光合生理的影響[J]. 植物生態(tài)學報，2017，41（4）：97-105.

[6] 陳笑瑩，宋鳳斌，朱先燦，等.低溫脅迫下叢枝菌根真菌對玉米幼苗形態(tài)、生長和光合的影響[J]. 華北農學報，2014，29（S1）：155-161.

[7] Zhu X C，Song F B，Liu S Q，et al.Effects of arbuscular mycorrhizal fungus on photosynthesis and water status of maize under high temperature stress[J]. Plant Soil，2011，346（1-2）：189-199.

[8] 耿春女，李培軍，陳素華，等.不同AM真菌對三葉草耐油性的影響[J]. 應用與環(huán)境生物學報，2002，8（6）：648-652.

[9] 惠 霖，黃修梅，袁春愛，等.復合鹽堿脅迫對韭菜種子萌發(fā)的影響[J]. 中國農學通報，2016，32（4）：53-57.

[10] 付國森.韭菜重金屬污染的來源與防治對策[J]. 現(xiàn)代農業(yè)科技，2009（19）：271，275.

[11] 張立軍，宋廣周，白 霜，等.H2O2對不同大豆品種低溫萌發(fā)及主要抗氧化酶活性的影響[J]. 大豆科學，2008（01）：97-100，105.

[12] 李仕飛，劉世同，周建平，等.分光光度法測定植物過氧化氫酶活性的研究[J]. 安徽農學通報，2007（02）：72-73.

[13] 張志良，翟偉菁.植物生理學實驗指導[M]. 北京：高等教育出版社，2003：123-274.

[14] 李合生.植物生理生化實驗原理和技術[M]. 北京：高等教育出版社，2000.

[15] 吳能表，王圖錦.蘿卜種子萌發(fā)過程中部分生理指標的動態(tài)變化[J]. 西南師范大學學報（自然科學版），2006，31（6）：117-120.

[16] 林 瓊，黃 華，李 輝，等.韭菜種子萌發(fā)過程中的生理生化變化[J]. 貴州農業(yè)科學，2009，37（06）：48-50.

[17] 王英男，陶 爽，華曉雨，等.鹽堿脅迫下AM真菌對羊草生長及生理代謝的影響[J]. 生態(tài)學報，2018，36（06）：1-7.

[18] 郭 智，王 濤，奧巖松.鎘對龍葵幼苗生長和生理指標的影響[J]. 農業(yè)環(huán)境科學學報，2009，28（04）：755-760.

[19] 楊 慧，肖家欣，楊安娜，等.五種叢枝菌根真菌對枳實生苗耐鋅污染的影響[J]. 生態(tài)學雜志，2011，30（01）：93-97.

[20] 邵 晶，鄭青松，劉兆普，等.磷對海水脅迫下蘆薈幼苗離子分布的影響.生態(tài)學報，2005，25（12）：3167-3171.

[21] 王寶增.脯氨酸與植物的抗逆性[J]. 生物學教學，2011，36（11）：4-5.

[22] Peng Y L，Gao Z W，Gao Y，et al.Eco-physiological characteristics of alfalfa seedlings in response to various mixed salt-alkaline stresses[J]. Joumal of Integrative Plant Biology，2008，50（1）：29-39.