鋅和鎘脅迫對(duì)蘿卜種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響

鄭 升，向成麗，葉媛麗，吳章橋，陳小軍，張 璐，鄺 曦，龍治堅(jiān)*

（1 西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，四川綿陽(yáng) 621010；2 西南科技大學(xué)竹類(lèi)研究所）

土壤重金屬污染程度的加劇不僅影響土壤肥力與蔬菜作物的產(chǎn)量，還通過(guò)食物鏈而影響人類(lèi)的健康[1]。鎘的富集對(duì)人體健康危害巨大，可引起一系列的疾病[2]。鋅是植物體內(nèi)許多重要酶類(lèi)的組分或輔基，一定鋅濃度可調(diào)節(jié)酶的活性，提高植物的抗逆能力[3]。目前，重金屬脅迫對(duì)蔬菜生長(zhǎng)發(fā)育影響的研究主要集中在小白菜[4-5]，而對(duì)蘿卜的研究較少。鑒于此，研究鎘、鋅脅迫對(duì)蘿卜種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響，以期為鎘、鋅污染地區(qū)的蘿卜種植和生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試的蘿卜品種為“花櫻蘿卜”，購(gòu)于天津市津科力豐種苗有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。Cd設(shè)置了6 個(gè)濃度水平，即0、2、5、10、20 和40mg/kg；Zn設(shè)置了3 個(gè)濃度水平，即0、75 和150mg/kg（見(jiàn)表1）。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)表

1.2.2 種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)。分別選取大小均勻一致、整齊飽滿(mǎn)的蘿卜種子30 粒，置于鋪有雙層濾紙的培養(yǎng)皿，加入10mL 不同組合的處理液。在25℃恒溫環(huán)境、光照/黑暗周期為12h/12h、光照強(qiáng)度為2000Lx 的條件下培養(yǎng)。試驗(yàn)結(jié)束后，統(tǒng)計(jì)相應(yīng)數(shù)據(jù)。

1.2.3 指標(biāo)測(cè)定與數(shù)據(jù)處理。每24h 統(tǒng)計(jì)種子發(fā)芽數(shù)。試驗(yàn)結(jié)束后，測(cè)定種子根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)及鮮重等指標(biāo)。同時(shí)，測(cè)定幼苗的SOD[6]、POD[7]、CAT[8]等抗氧化酶活性和可溶性蛋白活性的含量[9]。利用Microsoft Excel 2010、SPSS24.0 等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，用GraphPad Prism 8.0 作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 鋅和鎘脅迫對(duì)種子萌發(fā)的影響

Zn、Cd 脅迫下，蘿卜種子萌發(fā)受到不同程度的抑制（表2）。Cd 單獨(dú)作用時(shí)，其存在低劑量刺激效應(yīng)；而種子的發(fā)芽率與鎘濃度呈負(fù)相關(guān)趨勢(shì)。Zn 單獨(dú)作用時(shí)，種子的發(fā)芽率和濃度呈正相關(guān)。而Zn、Cd 互作下，Zn 緩解了Cd 的毒害作用，種子的發(fā)芽率較Cd 單獨(dú)作用下提高；隨著Zn、Cd 的濃度達(dá)到150 和40mg/kg 時(shí)，出現(xiàn)了毒害作用。同時(shí)，隨著鎘濃度的逐漸升高，發(fā)芽指數(shù)表現(xiàn)出抑制作用；而隨著鋅濃度的升高,發(fā)芽指數(shù)相比CK 有很大的回升。這說(shuō)明Zn 具有緩解鎘脅迫毒害的作用。

表2 Zn、Cd 脅迫對(duì)蘿卜種子發(fā)芽率、活力指數(shù)的影響

2.2 鋅和鎘脅迫對(duì)幼苗抗氧化酶活性的影響

超氧化物歧化酶（SOD）作為植物體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)的重要酶類(lèi)，能夠催化傷害極強(qiáng)的氧自由基離子歧化H2O2，從而降低自由基對(duì)細(xì)胞的傷害升高。由圖1 可以得出，幼苗SOD 的活性總體表現(xiàn)出降低的趨勢(shì)。在Zn、Cd 互作，或Cd 單獨(dú)作用下，隨著Cd 濃度的升高，SOD 的活性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。當(dāng)Zn 為75mg/kg 不變情況下，Cd 濃度為2mg/kg 時(shí)（即T8 處理），SOD 的活性最高；而當(dāng)Cd 濃度大于2mg/kg 時(shí)，SOD 的活性便開(kāi)始降低。

圖1 Zn 和Cd 脅迫對(duì)幼苗SOD 活性的影響

過(guò)氧化氫酶（CAT）是植物體內(nèi)的抗氧化物酶類(lèi)，具有清除植物體內(nèi)活性氧自由基及維持細(xì)胞膜穩(wěn)定性的功能。單因素作用下，CAT 的活性均先升高后降低。在Zn 單獨(dú)作用下，T7處理（Zn 為75mg/kg）的CAT 活性達(dá)到最高，是CK 的1.57 倍。在Cd 單獨(dú)作用下，T2處理（Cd 為2mg/kg）的CAT 的活性達(dá)到最高，是CK 的1.82 倍。Zn、Cd 互作下，幼苗的CAT 活性受到不同程度的影響，且T12 處理的CAT 活性最高（見(jiàn)圖2）。

圖2 Zn 和Cd 脅迫對(duì)幼苗CAT 活性的影響

圖3 Zn 和Cd 脅迫對(duì)幼苗可溶性蛋白含量的影響

2.3 鋅和鎘脅迫對(duì)幼苗可溶性蛋白含量的影響

在Zn、Cd 單獨(dú)作用下，隨重金屬濃度的升高，可溶性蛋白的含量大體呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)（圖3）。Cd 的單獨(dú)脅迫下，T3 處理（5mg/kg）的可溶性蛋白含量高于T2 處理（2mg/kg），但低于CK。Zn、Cd 互作下，T8處理（Zn 濃度為75mg/kg、Cd 為2mg/kg）時(shí)，幼苗可溶性蛋白含量最高，比CK 增長(zhǎng)了17.16%。T15 處理（Zn濃度為150mg/kg）的可溶性蛋白含量最低，比CK 降低了44.17%。這說(shuō)明重金屬脅迫，影響了幼苗的生長(zhǎng)和發(fā)育。

3 討論和結(jié)論

Cd 是植物體內(nèi)的非必需元素，低濃度的Cd 對(duì)植物的影響不明顯，而濃度過(guò)高會(huì)對(duì)植物體產(chǎn)生一定的損傷[10]。Zn 是植物體內(nèi)的必需元素，但也存在著低促高抑的現(xiàn)象[11]。在本試驗(yàn)中，隨著Zn 濃度的升高，Cd的脅迫作用減弱。這表明Zn 具有緩解Cd 脅迫毒害的作用。這和汪鵬合[12]，郭曉音[13]的研究結(jié)果相類(lèi)似。

通過(guò)研究Zn、Cd 單獨(dú)作用及二者互作下，蘿卜種子的萌發(fā)及幼苗的生長(zhǎng)發(fā)現(xiàn)。重金屬的作用存在低劑量刺激效應(yīng)，但隨著濃度的升高則產(chǎn)生抑制作用。而Cd 對(duì)蘿卜的毒害作用較大，Zn 作為各類(lèi)酶的輔基或者活性中心，可以有效地緩解Cd 的毒害作用。這表明施用適量的鋅肥，可以促進(jìn)蘿卜對(duì)逆境的抵抗，促進(jìn)其生長(zhǎng)發(fā)育。試驗(yàn)為進(jìn)一步研究蔬菜對(duì)重金屬的耐受性提供借鑒。