鎘脅迫下生物炭和AM真菌對(duì)桑苗光合色素含量的影響

王鐵森，陳政旭，2，郭雄飛，3

(1.西華師范大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，四川 南充 637009；2.云南省云天化中學(xué)，云南 水富 657800；3.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，廣東 廣州 510642)

1 引言

鎘作為重金屬元素，對(duì)植物具有很強(qiáng)的毒害作用[1]。土壤中一旦滲透過(guò)量的鎘，就很難排除。因此，當(dāng)鎘在土壤中被植物根系細(xì)胞吸收進(jìn)入到植物體后，會(huì)損壞葉綠體的結(jié)構(gòu)，最終抑制植物光合作用強(qiáng)度，影響植物生理生長(zhǎng)[2]。目前工業(yè)“三廢”的排放，不規(guī)范的化工和農(nóng)業(yè)管理，鎘污染的危害已日趨嚴(yán)重。

生物炭結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能有效吸附和固定各種重金屬元素，可以有效地改善土壤質(zhì)量及降低對(duì)植物的重金屬脅迫[3]；多孔且表面積大，孔隙可以儲(chǔ)藏土壤水分，為土壤微生物群落提供較好的生存環(huán)境，可以有效改良群落結(jié)構(gòu)[4]。AM真菌是一種能為宿主植物提供更多養(yǎng)分以及增強(qiáng)宿主植物對(duì)重金屬耐性的根系微生物[5]，可使重金屬在土壤-植物系統(tǒng)中遷移轉(zhuǎn)化，從而改變植物對(duì)重金屬的吸收積累[6]。本課題選擇桑苗為宿主植物，在鎘的脅迫作用下，對(duì)桑苗B、M和BM處理，研究桑苗葉綠素含量的變化，進(jìn)而探究其對(duì)桑苗光合色素含量的影響。

2 材料與方法

2.1 供試材料

土壤取自西華師范大學(xué)(N 30°81′99″, E 106°07′71″)所在的周山0～20 cm耕層，質(zhì)地屬于粘壤土；將土壤濾清過(guò)2 mm篩后進(jìn)行風(fēng)干。土壤pH值為7.5，有機(jī)質(zhì)13.24 g/kg，N、P、K、Cd含量分別0.27 g/kg、0.26 g/kg、14.92 g/kg、0.069 mg/kg，堿解氮含量50.23 mg/kg，有效磷含量15.69 mg/kg。

供試桑苗品種為“川桑98-1號(hào)”。

菌劑由中科院南京土壤所提供的AM真菌(Glomus intraradices BEG 168)。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試土壤先經(jīng)滅菌處理，再根據(jù)表1進(jìn)行處理(添加量均為20 g/kg)，充分混合后移入栽培盆中(盆口直徑32 cm，高44 cm)，每盆凈重7 kg。平均8次重復(fù)，共64 盆。

表1 試驗(yàn)土壤處理結(jié)果

將CdSO4溶液與土壤混合均勻，沉淀2個(gè)月，平均每盆移栽2株長(zhǎng)勢(shì)相近的桑苗(株高10 cm)，待桑苗生長(zhǎng)出新芽后，每盆只定苗1株，保持各組桑苗水分均勻，期間不進(jìn)行肥料投入。移栽后3個(gè)月后，測(cè)定桑苗葉片的葉綠素含量(4個(gè)重復(fù))。

2.3 測(cè)定項(xiàng)目和方法

桑苗葉片中光合色素含量的測(cè)定[9]。

3 結(jié)果與分析

桑苗葉片中光合色素含量如圖1所示，在4 mg/kg Cd脅迫下，桑苗葉片中光合色素含量均下降，在未進(jìn)行B、M、BM處理下，桑苗葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素分別降低25.68%、40.28%和20.41%，說(shuō)明在Cd的脅迫下，桑苗葉片葉綠素含量的確會(huì)大幅度下降。

在0 mg/kg Cd脅迫下，B、M、BM處理下，桑苗葉綠素a含量分別高于對(duì)照組3.38%、7.43%和9.46%(圖1a)，葉綠素b含量分別高于對(duì)照組16.36%、21.82%和25.45%(圖1b)，類胡蘿卜素含量分別高于對(duì)照組8.33%、12.50%和20.83%(圖1c)。因此，在未進(jìn)行Cd的脅迫下，B、M、BM處理均能提高桑苗葉片葉綠素a、葉綠素 b和類胡蘿卜素含量。在4 mg/kg Cd脅迫下，B、M、BM處理下，桑苗葉綠素a含量分別高于對(duì)照組16.28%、25.58%和41.86%(圖1a)，葉綠素b含量分別高于對(duì)照組8.16%、4.08%和6.12%(圖1b)，類胡蘿卜素含量分別高于對(duì)照組7.69%、7.69%和12.82%(圖1c)。因此，在進(jìn)行Cd的脅迫下，B、M、BM處理能有效提高桑苗葉片中各光合色素含量。

在4 mg/kg Cd脅迫下，M處理對(duì)增加葉綠素a和葉綠素b含量的效果優(yōu)于B處理；M處理和B處理對(duì)胡蘿卜素含量的影響無(wú)顯著差異(P>0.05)； BM處理對(duì)桑苗葉片葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量的增加均具有顯著性差異(P<0.05)。因此，B處理、M處理均能不同程度促進(jìn)Cd脅迫下桑苗葉片光合色素的合成， BM處理對(duì)Cd脅迫下桑苗葉片光合色素的合成效果最佳。

圖1 B、M和BM處理對(duì)桑苗光合色素含量的影響

4 結(jié)果與討論

生物炭有助于提供桑苗良好的土壤環(huán)境、利于AM 真菌的繁殖，可抑制植物光合色素的分解[7]。在鎘脅迫下，桑苗光合色素含量下降明顯，表明鎘可干擾桑苗的光合作用。施用生物炭和AM真菌均能有益于桑苗的光合色素含量的增加，進(jìn)而促進(jìn)桑苗光合作用，并且生物炭與AM真菌的復(fù)合施用比單獨(dú)施用的效果更好。這一結(jié)果與課題組研究望江南植物結(jié)果相一致[8]，同時(shí)與劉先良[9]，Hu[10]，李繼偉[11]的研究結(jié)果一致。因此，復(fù)合施用生物炭和AM真菌對(duì)桑苗鎘脅迫下的葉綠素含量的提高效應(yīng)最佳。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中具有一定的指導(dǎo)意義，但對(duì)于其機(jī)理與生產(chǎn)修復(fù)效應(yīng)，還需進(jìn)一步的探究。