脫落酸對鎘脅迫下茴香植株生長及鎘累積的影響

陳明威,賴 蓓,肖艷輝*,何金明

（1.韶關市友豐生態(tài)園林開發(fā)有限公司，廣東 韶關 512000；2.韶關學院 英東農(nóng)業(yè)科學與工程學院，廣東 韶關 512005）

近些年來，土壤重金屬污染日益嚴重，鎘（Cd）作為環(huán)境中廣泛存在的重金屬元素之一，嚴重影響植物生長發(fā)育和生理代謝活動，Cd還具有累積效應，能進一步通過食物鏈對人類健康造成威脅［1］.

脫落酸（ABA）作為植物應答逆境脅迫的重要激素，在植物生長和發(fā)育過程中發(fā)揮著重要調(diào)控作用.當植物受到環(huán)境脅迫時，植物體內(nèi)脫落酸含量會明顯增加以提高對逆境的抗性和適應能力［2］.Cd脅迫后下施用外源ABA可抑制小麥植株生長，降低葉片中丙二醛（MDA）含量和促進脯氨酸的積累［3］；外源ABA還可減輕Cd對菹草的毒害，增強菹草對Cd的抵抗能力［4］.茴香（Foeniculum vulgare Mill.）為傘形科茴香屬的多用途芳香植物，對Cd具有較強的吸收累積能力，營養(yǎng)液培養(yǎng)條件下，5 mg/L Cd濃度時，茴香植株對Cd的吸收累積達到364.20 mg/kg［5］.因此，本實驗采用營養(yǎng)液培養(yǎng)方式，研究了外施ABA對Cd脅迫下茴香植株生長、生理指標及Cd吸收累積的影響，以期為提高茴香乃至其它芳香植物對Cd的耐受性，利用芳香植物修復Cd污染農(nóng)田土壤提供理論參考.

1 材料和方法

1.1 試驗材料

以內(nèi)蒙古小茴香（Foeniculum vulgare Mill.）為試驗材料.茴香種子來源為中國茴香產(chǎn)區(qū)之一的內(nèi)蒙古托克托縣.

1.2 試驗方法

韶關學院塑料大棚中播種育苗.選取大小均勻、飽滿的茴香種子播于裝有河沙的育苗盤中.待茴香長至兩葉一心時，選擇生長健壯、大小一致、無病蟲害的植株移栽于水培箱（霍格蘭培養(yǎng)液，30 L）的定植板上，每個水培箱培養(yǎng)24株，確保茴香根系完全浸沒于營養(yǎng)液中.培養(yǎng)期間，不間斷供氧.緩苗前使用1/2劑量營養(yǎng)液培養(yǎng).培養(yǎng)17 d植株緩苗后，更換為全劑量營養(yǎng)液培養(yǎng)，并加入2 mg/L Cd濃度處理8 d后，進行 ABA 處理.ABA 濃度分別為 0 （對照），1，5，10，15，20 μmol/L，Cd 處理時間為 15 d，ABA 處理時間為 7 d.各處理組 ABA 添加量分別為 2 mg/L Cd（CK）；2 mg/L Cd+1 μmol/L ABA（代號為 T1）；2 mg/L Cd+5 μmol/L ABA（代號為 T5）；2 mg/L Cd+10 μmol/L ABA（代號為 T10）；2 mg/L Cd+15 μmol/L ABA（代號為 T15）；2 mg/L Cd+20 μmol/L ABA（代號為T20）.處理15 d后開始取樣測定各項指標.

1.3 測定指標和方法

不同處理組隨機取茴香10株，測定株高；不同處理組隨機取5株，用去離子水洗凈，用于測定生物量；根冠比為地下部干重與地上部干重的比值；比色法測定葉綠素含量［6］；蒽酮比色法測定可溶性糖含量［7］；考馬斯亮藍G-250法測定可溶性蛋白質(zhì)含量［7］；酸性茚三酮法測定脯氨酸含量［8］；硫代巴比妥法測定MDA［8］；取茴香植株地上部粉碎干樣用HNO3與HClO4混合液（體積比為4∶1）前處理成無色透明液體后定容，用原子吸收分光光度計（型號：AA7000，島津）測定鎘含量.測定Cd的儀器參數(shù)為：波長228.8 nm；狹縫寬為0.7 nm；燈電流為8 mA；燃氣流量為1.8 L/min；助燃氣流量為15.0 L/min.

所得數(shù)據(jù)采用SPSS軟件包進行方差分析，用Duncan’s新復極差法進行平均數(shù)的顯著檢驗.

2 結果與分析

2.1 ABA對Cd脅迫下茴香植株株高和生物量的影響

表1可以看出，Cd脅迫下，茴香植株株高隨ABA濃度增加呈先升高再降低趨勢，T10組最高，T10除與T5差異不顯著外，顯著高于對照和其它處理；以T15組最小，T15除與T20差異不顯著外，顯著低于對照和其它處理，說明低濃度ABA處理能促進茴香植株株高的生長，高濃度ABA處理抑制茴香植株株高的生長.

Cd脅迫下，不同濃度ABA處理影響茴香植株地上部生物量累積.地上部鮮重以T1為最高，T1除與對照和T10差異不顯著外，均顯著高于其它處理，以T15最低，但僅顯著低于對照、T1和T10；地上部干重以T1為最大，T1除顯著高于T5和T15外，與對照和其它處理差異均不顯著.各處理地下部鮮重和干重、根冠比差異均不顯著.

表1 ABA對Cd脅迫下茴香植株生長和生物量的影響

2.2 ABA對Cd脅迫下茴香葉綠素含量的影響

葉綠體色素參與光合作用過程中光能的吸收、傳遞和轉化，葉綠體色素的含量直接影響植物的光合能力.由表2可以看出，Cd脅迫下，不同濃度ABA處理影響茴香植株后，葉綠素a含量以T1組最高，顯著高于T10和T20組；以T20組最小，顯著低于對照和其它處理；葉綠素b含量以T1和T15組最高，二者顯著高于T10和T20組，但與對照和T5組差異不顯著，以T20組最低，但T20僅與T10級差異不顯著；葉綠素a+b含量以T1級最高，顯著高于T10和T20組，但與對照和其它處理差異不顯著；各處理葉綠素a/葉綠素b差異均不顯著.總的來說，Cd脅迫下，低濃度ABA處理有利于葉綠素合成，高濃度ABA處理不利于葉綠素合成.

表2 ABA對Cd脅迫下茴香葉綠素含量的影響

2.3 ABA對Cd處理下茴香生理指標的影響

由表3可以看出，Cd脅迫下，隨ABA濃度增加，可溶性糖含量呈下降趨勢，以T1組最高，顯著高于對照和其它處理，T20組最低，顯著低于對照和其它處理.可溶性蛋白質(zhì)含量大致呈先增加再降低趨勢，并在T15組達最高，T15除與T10組差異不顯著外，均顯著高于對照和其它處理；可溶性蛋白質(zhì)含量以對照最低，對照除與T1組差異不顯著外，均顯著低于其它處理.脯氨酸含量也大致呈先增加再降低趨勢，并在T15組達最高，T15組顯著高于對照和其它處理.丙二醛含量隨ABA濃度增加大致呈降低趨勢，ABA處理后的各處理均顯著低于對照，T20組的丙二醛含量顯著低于對照和其它處理.

表3 ABA對Cd脅迫下茴香生理指標的影響

2.4 ABA對Cd脅迫下茴香植株Cd含量和Cd累積量的影響

表4可以看出，鎘脅迫下，隨ABA濃度增加，地上部Cd含量大致呈先增加再降低趨勢，地上部Cd含量以T1處理最高，顯著高于其余處理，以T10處理組最低，顯著低于對照和其余處理.Cd累積量大小是由重量和該部位的濃度所決定，可作為評價植物修復效果的指標［9］.茴香植株各部位Cd累積量=濃度×相應器官的重量.各處理茴香植株從土壤中富集的Cd越多，修復效率越高.地上部Cd含量以對照最高，但與T1和T2處理組差異均不顯著，但顯著高于T10、T15和T20處理組；以T10處理組最低，但僅顯著低于對照和T1處理組.總的來看，鎘脅迫下，10～20 μmol/L ABA處理范圍會顯著降低茴香地上部Cd含量和累積量.

表4 ABA對Cd脅迫下茴香地上部Cd含量與Cd累積量的影響

3 討論與結論

Cd脅迫下植物最先表現(xiàn)為生物量減少，植物根系受到毒害，影響根系對水分和礦質(zhì)元素的吸收，從而抑制植株生長［10］.而外源ABA能作用多種植物并通過不同方面增強植株Cd的耐受性［11］.孫仲秧研究認為，在0.25 mmol/L濃度Cd脅迫下，1 mg/L ABA處理能緩解Cd脅迫下水稻地上和地下部分鮮重下降［12］；外源 ABA預處理能緩解綠豆中重金屬 Cd對根的抑制作用，顯著增強根鮮重［13］.本實驗結果表明，Cd脅迫下，低濃度ABA處理對茴香地上部無顯著影響，但高濃度ABA處理顯著降低茴香地上部鮮重，但對茴香根系鮮重和干重均無顯著影響，這與前人的研究結果［12-13］不一致，這可能與植物對Cd的耐受性不同及Cd脅迫下，ABA處理后葉綠素含量降低有關.

Cd脅迫下，高濃度ABA處理茴香植株葉片葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素含量都會降低，不利于葉綠素的合成，這與張慧等［4］認為的Cd脅迫下外源ABA處理植物后葉綠素含量增加的研究結果不一致，這可能與ABA處理濃度有關，本實驗ABA處理濃度高于張慧等［4］人實驗中ABA的濃度.

可溶性糖是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，其含量與植物抗逆性之間存在相關性，常作為衡量植物抗逆性的生理指標.鎘脅迫下，隨ABA濃度增加，茴香植株可溶性糖含量降低，這可能與Cd和ABA共同作用下，茴香植株葉綠素含量降低，影響光合作用有關；可溶性蛋白質(zhì)含量則呈上升趨勢，這與張慧［4］等人的研究結果一致.ABA能有效緩解Cd對茴香處理下可溶性蛋白質(zhì)的減少，這可能與ABA可以從轉錄水平上激活一些逆境基因的表達、促進逆境蛋白的合成有關［14］；脯氨酸是一種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，可維持原生質(zhì)和環(huán)境的滲透平衡［4］.Cd脅迫下，一定濃度ABA處理下，能促進植株體內(nèi)脯氨酸積累，表明ABA能緩解Cd對茴香植株的毒害作用.MDA是植物細胞膜在逆境下產(chǎn)生的過氧化產(chǎn)物，當植物受到逆境脅迫時，MDA含量顯著增加.本實驗研究結果表明，Cd脅迫下，外源ABA能顯著降低MDA含量，研究結果也與前人［4］［15］的研究結果一致.

研究表明，不同水稻品種耐鎘性與內(nèi)源ABA增加有關，ABA預處理能降低植物地上部Cd的積累，并在一定程度上緩解Cd對水稻幼苗的毒害作用［16-17］.本實驗中，Cd脅迫下，高濃度ABA處理能顯著降低茴香植株地上部Cd累積量，這與前人的研究結果［16-17］基本一致.植物蒸騰作用是植物吸收Cd的主要動力過程，蒸騰作用越強植物吸收Cd就越多，Cd脅迫下，ABA處理能降低茴香植株地上部Cd累積量，這可能與ABA降低葉片氣孔導度、抑制蒸騰速率有關［18］.