鎘脅迫下硅肥對鹽地堿蓬幼苗生理特性的影響

李麗，張銘璇，楊舒涵，侯杰，羅志文

(佳木斯大學生命科學學院，黑龍江 佳木斯 154007)

鹽地堿蓬(Suaedasalsa)為一年生草本植物[1]，是鹽堿地典型的指示植物，主要分布于我國東北大慶等地。研究表明，堿蓬對重金屬鎘污染具有一定的耐受性。鎘(Cadmium，Cd)是環(huán)境中常見的重金屬元素，被植物吸收后在植物的體內聚集，對植物的生長和發(fā)育有抑制[2]，而且通過食物進入到人體，從而產生毒害。硅肥(Silicon，Si)是一種具備著良好的品質肥料、保健肥料和植物調節(jié)性肥料，是一種新型的多功能的肥料[3]。硅肥既可以作為肥料，來提供植物生長和發(fā)育所需的營養(yǎng)，又可以用作為土壤中的調節(jié)劑，用來改善土壤。硅肥還憑借著它的沒有毒性、沒有味道味、無公無害、不容易變質、不容易流失等許多較為且突出的優(yōu)勢，即將要成為開展和完成綠色生態(tài)農業(yè)的高效優(yōu)質的肥料。

本研究以鹽地堿蓬作為測試材料，測定鹽地堿蓬在重金屬鎘的脅迫下硅肥對幼苗生理特性的影響。

1 材料與方法

1.1 材料來源

供試材料鹽地堿蓬采自黑龍江省大慶市荒地草甸環(huán)境中，經佳木斯大學生命科學學院羅志文副教授鑒定為鹽地堿蓬(Suaedasalsa)[4-5]。

研究中使用了電子天平、分光光度計、離心機等設備。試劑包括：氯化鎘、速溶硅肥、三氯乙酸、愈創(chuàng)木酚、硫代巴比妥酸、考馬斯亮藍法G250、過氧化氫(H2O2)等。

1.2 測定方法

1.2.1 株高與根長測量。用游標卡尺測量幼苗株高和根長(主根長)。

1.2.2 鮮重和與干重測定。用電子天平直接測量幼苗鮮重，干重需要在105 ℃的干燥箱中處理后再稱重。

1.2.3 葉綠素含量的測定。采用分光光度計測量吸光度值，根據(jù)Lambert Bill定律來計算提取物中色素的含量[6-8]。

1.2.4 蛋白質含量的測定。采用考馬斯亮藍法測量吸光度值，采用比色法計算提取物中色素的含量。

1.2.5 丙二醛含量的測定。采用硫代巴比妥酸法，根據(jù)朗伯-比爾定律：D=k·CL，可測定丙二醛的含量[9-12]。

1.2.6 過氧化物酶活性的測定。采用H2O2和愈創(chuàng)木酚進行處理，采用分光光度法來測定過氧化物酶活性。

2 結果與分析

2.1 堿蓬幼苗的株高及根長

鎘脅迫下不同硅肥濃度下堿蓬幼苗的高度及根系長度，如圖1所示，隨著土壤中硅肥濃度的增加，堿蓬幼苗的株高和根長均略呈降低趨勢。當硅肥濃度在0.975 g/m2時，株高及根長達最大值，再次升高硅肥濃度后數(shù)據(jù)有所下降，說明高濃度的硅肥對堿蓬幼苗的株高及根系生長均具有抑制作用[13]。

表1 鎘脅迫下不同硅肥含量下堿蓬幼苗的株高及根長

2.2 堿蓬幼苗的鮮重和干重

鎘脅迫下不同硅肥濃度下堿蓬幼苗的鮮重，烘干后測定其干重，如圖2。堿蓬幼苗的鮮重和干重均低于對照組(CK)，兩者均呈現(xiàn)先升高后下降趨勢，當硅肥濃度在0.975 g/m2時，鮮重達到最大值，干重也達到最大值，說明鎘脅迫下硅肥對堿蓬幼苗的鮮重和干重均有較大影響。

表2 鎘脅迫下不同硅肥含量下堿蓬幼苗的鮮重和干重

2.3 堿蓬幼苗的葉綠素含量

測定鎘脅迫下不同硅肥濃度下堿蓬幼苗的葉綠素含量，結果如表3。在不同硅肥濃度下，堿蓬幼苗葉綠素含量呈現(xiàn)先升后降，在硅肥濃度在0.975 g/m2時，幼苗葉綠素含量達到0.537 mg/g，與對照組CK相比，葉綠素含量有明顯增加，但整體變化不大。

表3 鎘脅迫下不同硅肥含量下堿蓬幼苗葉綠素含量

2.4 堿蓬幼苗的蛋白質含量

測定鎘脅迫下不同硅肥含量下堿蓬幼苗的蛋白質含量，結果如表4。隨著土壤中硅肥濃度的不斷增加，堿蓬幼苗的蛋白質含量也同樣表現(xiàn)出先增后減的趨勢，當硅肥濃度0.975 g/m2時，蛋白質含量最高，達到8 472 μg/g。硅肥濃度再次上升后，蛋白質含量逐漸下降，且趨勢顯著。

表4 鎘脅迫下不同硅肥含量下堿蓬幼苗蛋白質含量

2.5 堿蓬幼苗的丙二醛含量

測定鎘脅迫下不同硅肥濃度下堿蓬幼苗的丙二醛含量，結果如表5。在不同濃度的硅肥含量下，隨著硅肥濃度的增加，堿蓬幼苗的丙二醛含量先降低后升高。當硅肥濃度在0.975 g/m2時，MDA含量最低，達到0.00092 μmol/L。再增加硅肥濃度后，丙二醛含量增加。

表5 鎘脅迫下不同硅肥含量下堿蓬幼苗丙二醛含量

2.6 堿蓬幼苗的過氧化物酶活性

測定鎘脅迫下不同硅肥含量下堿蓬幼苗的過氧化物酶活性，結果如表6。隨著土壤中硅肥濃度的增加，過氧化物酶活性呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。當硅肥濃度在0.975 g/m2時，過氧化物酶活性最高，達到5522 u/g·min。當硅肥含量再次升高，過氧化物酶活性呈急劇下降的趨勢。當硅肥濃度在1.424 g/m2時，嚴重的影響了堿蓬的生長。

表6 鎘脅迫下不同硅肥含量下堿蓬過氧化物酶活性

3 討論與結論

3.1 鎘脅迫下不同硅肥濃度對堿蓬幼苗株高及根長的影響

植物的根系作為一種非常重要的吸收和代謝的器官，其生長情況的好與壞不僅直接影響著植物對水分和無機鹽的吸收，同時還制約了植物土壤根上部分的生長。當硅肥濃度在0.975 g/m2時，堿蓬幼苗株高與根長最長，表明了施加硅肥可以減輕鎘對堿蓬幼苗的脅迫作用，當超過堿蓬幼苗耐受范圍的硅肥濃度是濃度，株高及根長均低于對照組，明顯受到抑制。

3.2 鎘脅迫下不同硅肥濃度對堿蓬幼苗鮮重及干重的影響

研究表明，鎘脅迫下植物生長緩慢與根系滲透壓有關，導致葉面積生長緩慢，鮮重和干重顯著下降，施加一定量的硅肥后，堿蓬幼苗的鮮重及干重均表現(xiàn)增加的效果。當硅肥濃度在0.975 g/m2時，鹽地堿蓬幼苗的鮮重及干重均是最大值，表明了硅肥可以有效地改善被重金屬鎘污染過的土壤環(huán)境，是堿蓬幼苗在重金屬鎘的脅迫下，仍然可以更好地生長。試驗證明，施加適量的硅肥可以使水稻增產顯著，體現(xiàn)了施加一定量的硅肥后可以使作物達到增產的效果。

3.3 鎘脅迫下不同硅肥濃度對堿蓬幼苗葉綠素含量的影響

在植物的光合作用中，葉綠素能夠對光有接收作用，并且可以將光能進行轉換，對綠色植物的光合能力有影響。本次研究中，施加一定量的硅肥，可以使葉綠素的含量高于對照組。當硅肥濃度在0.975 g/m2時，葉綠素含量最高，但是，當硅肥濃度高于0.975 g/m2時，葉綠素含量降低，說明了施加過高濃度的硅肥也會影響堿蓬幼苗葉綠素的含量。

3.4 鎘脅迫下不同硅肥濃度對堿蓬幼苗蛋白質含量的影響

本次研究表明，在重金屬鎘的脅迫下，施加一定量的硅肥可以使堿蓬幼苗的蛋白質含量增加，在硅肥濃度為0.975 g/m2時，蛋白質含量最高，隨著硅肥的繼續(xù)升高，蛋白質含量相應減少，說明硅肥對重金屬鎘有一定的消除，然而過高的硅肥濃度也將會抑制蛋白質的合成，影響植物正常生長。

3.5 鎘脅迫下不同硅肥濃度對堿蓬幼苗丙二醛含量的影響

研究結果表明，堿蓬幼苗在受鎘脅迫影響后，施加硅肥會使堿蓬幼苗丙二醛的含量隨著硅肥濃度的增加呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢。在0.975 g/m2的硅肥濃度下丙二醛的含量最低，抵消重金屬脅迫的效果也最明顯。當硅肥濃度繼續(xù)升高后，丙二醛的含量相應地增加，堿蓬幼苗受到的毒性效應也增加。但整體上丙二醛的含量變化較小。

3.6 鎘脅迫下不同硅肥濃度對堿蓬幼苗過氧化物酶活性的影響

過氧化物酶(POD)是植物中一種重要的保護酶，它能有效地去除植物代謝過程中產生的活性氧，保護植物免受其他損傷。在本次研究中，施加一定量的硅肥會使植物體內過氧化物酶活性顯著增加，當硅肥濃度為0.975 g/m2時，酶活性達到峰值，表明堿蓬幼苗通過施加適量的硅肥來提高過氧化物酶活性，進而來抵御重金屬鎘的污染，提高堿蓬幼苗的耐重金屬性。但是，數(shù)據(jù)表明，施加過量的硅肥也會抑制植物的生長和發(fā)育。

4 研究展望

試驗結果，可以得出堿蓬對重金屬鎘的脅迫下，加入范圍在0.975 g/m2濃度以內的硅肥，植物表現(xiàn)出適應這種重金屬鎘脅迫的狀態(tài)，及相應的生理反應。當超過0.975 g/m2的硅肥濃度時，堿蓬將表現(xiàn)出無法繼續(xù)適應狀態(tài)，嚴重的影響了植物的生長和發(fā)育，對植物造成傷害。本研究將為鹽生植物修復和監(jiān)測重金屬污染提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)參考，具有一定的經濟價值和社會效益。