NaAlg 與CaCl2 對Cd 脅迫下黃瓜幼苗生長的影響

石延昭 陳碧華

（1.新鄉(xiāng)市鳳泉區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局 河南新鄉(xiāng) 453000；2.河南科技學院園藝園林學院 河南新鄉(xiāng) 453003）

近年來， 由于農(nóng)藥化肥的大規(guī)模和不合理的使用、大量的工業(yè)廢水和廢氣排放及大氣沉降等原因[1]，被重金屬污染的耕地逐年增加[2-3]。 宋進勇等的研究發(fā)現(xiàn)多數(shù)省會城市的蔬菜鎘含量超出平均值[4]。 根據(jù)近年來的統(tǒng)計顯示，我國耕地面積已有1/6 的土地被重金屬污染，解決重金屬污染問題迫在眉睫[5]。

鎘是一種化學性質比較活潑、 易移動、 易被植物吸收的具有毒性的微量元素， 且具有富集作用，富集到一定程度會影響植物和人體的正常生長[6-7]。 鎘抑制植物光合作用，影響植物的質量和產(chǎn)量[8]。 隨著人們環(huán)境保護意識的提高， 為了確保我國農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[9]，鎘污染問題得到了重視。

面對我國土壤重金屬鎘污染問題， 治理方法呈現(xiàn)多樣化[10]。 黃瓜對鎘離子較為敏感，易受毒害，目前的研究主要集中于黃瓜對鎘的吸收、 轉運能力及鎘脅迫對黃瓜幼苗的影響方面， 通過添加外源物質減少鎘對黃瓜幼苗生長的影響方面的研究較少。 本試驗采用在土壤中施用海藻酸鈉和氯化鈣的方法，通過測量黃瓜幼苗的株高、 莖粗等生長指標及鎘離子含量，以證明海藻酸鈉可以抑制鎘進入黃瓜幼苗，減少對黃瓜幼苗的影響和對人體的危害。

1 材料與方法

1.1 供試材料

參試黃瓜品種為津春4 號， 來源于寧陽縣魯明種子有限公司。

試劑：海藻酸鈉（NaAlg），由山東西亞化學股份有限公司生產(chǎn)；無水氯化鈣（CaCl2），由天津市凱通化學試劑有限公司提供；氯化鎘（CdCl2·2.5H2O），由國藥集團化學試劑有限公司提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 試劑處理NaAlg 和CaCl2按不同比例添加量設置CK、50 膠、100 膠、200 膠、300 膠、400 膠、50SA、100SA、 200SA、 300SA、 400SA、50SA+CaCl2、100SA+CaCl2、 200SA+CaCl2、 300SA+CaCl2、 400SA+CaCl2等16 個處理，每個處理6 盆，3 次重復，共288 盆（附表）。

附表 各處理CdCl2·2.5H2O、NaAlg 和CaCl2 添加量

1.2.2 試驗方法育苗基質按蛭石∶珍珠巖∶草炭為1∶1∶3 的 體 積 比 配 制。 基 質 中 鎘 脅 迫 采 用CdCl2·2.5H2O，鎘脅迫質量分數(shù)為20 mg/kg。 將基質攪拌均勻使含水量達到60%～70%，將基質裝入規(guī)格為6.0 cm×6.0 cm×7.5 cm 的營養(yǎng)缽中。

黃瓜種子先進行溫湯浸種， 放入培養(yǎng)基中在25℃恒溫箱中進行催芽，60%種子露白后， 將種子播種到營養(yǎng)缽中。 播種覆膜， 當有80%的苗露出時揭膜，以后按常規(guī)方法管理。

1.3 測定項目

1.3.1 生長指標的測定當黃瓜幼苗長出2 片真葉時，分別用卷尺、游標卡尺測定每一株黃瓜幼苗的株高、莖粗和葉片數(shù)。

1.3.2 黃瓜幼苗不同器官鎘含量的測定從每個處理每個重復中取一株黃瓜幼苗， 植株帶根與基質分離，將其清洗干凈，放在烘箱中烘干，再磨碎，根和莖各稱取0.03 g、葉片稱取0.20 g，分別放入消解罐中，并加入8 mL 濃硝酸、2 mL 雙氧水、2 mL 高氯酸，置于消解儀中進行消解（165℃，機器運行功率5W），后將溶液轉移到50 mL 的聚四氯乙烯燒杯中， 在電熱板上于（170℃）趕酸至近干。將溶液轉移至容量瓶中，用0.5%的稀硝酸定容至25 mL。 用Optima 2100DV電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測定樣品溶液中的鎘含量。

1.3.3 黃瓜幼苗亞細胞鎘含量的測定從每個處理每個重復中取一株黃瓜幼苗，清洗干凈，將根剪下，放冰箱冷凍待用。 準確稱取冷凍鮮樣0.3 g，加8 mL提取液［0.25 M 蔗糖+50 mMTris-HCI 緩沖液（pH 7.5）+1 mMDTT］，冰浴研磨成勻漿，勻漿用80 mm 尼龍紗布過濾，濾渣為細胞壁組分,濾液裝入離心管，然后采用差速離心法在2 500×g 下離心20 min，沉淀為質體組分，上清液在5 000×g 下離心20 min，沉淀為細胞核組分，上清液在15 000×g 下離心30 min，沉淀為線粒體組分；上清液為含核糖體的可溶性組分。 每組離心2 次，所有操作均在4℃下進行。將細胞壁、質體(包括葉綠體、白質體等)、細胞核、線粒體和可溶部分等組分各放入消解罐中， 并加入8 mL 濃硝酸、2 mL 雙氧水、2 mL 高氯酸，置于消解儀中進行消解（165℃，機器運行功率5 W），后將溶液轉移到50 mL 的聚四氯乙烯燒杯中，在電熱板上（170℃）趕酸至近干。溶液轉移至容量瓶中，用0.5%的稀硝酸定容至25 mL，用Optima 2100DV 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測定樣品溶液中的鎘含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Microsoft Office Excel 2010和SPSS 21.0統(tǒng)計軟件分析。

2 結果與分析

2.1 添加NaAlg 與CaCl2 對鎘脅迫下黃瓜幼苗生長的影響

2.1.1 添加NaAlg 與CaCl2 對鎘脅迫下黃瓜幼苗莖粗的影響由圖1 可知， 添加氯化鈣和海藻酸鈉制成的膠處理中，100 膠、200 膠處理黃瓜幼苗莖粗較CK 分別降低12.41%、9.73%，均達到顯著水平（P＜0.05），50 膠、300 膠、400 膠處理較CK 均無顯著差異（P＞0.05）； 不同體積海藻酸鈉溶液處理中，100SA 處理效果最佳，50SA 處理較CK 降低2.04%, 均無顯著差異（P＞0.05），100SA 、200SA、300SA、400SA 處理較CK 分別增加7.97%、0.55%、1.44%、4.12%，均無顯著差異（P＞0.05）；不同體積氯化鈣和海藻酸鈉混合溶液處理中，400SA+CaCl2處理達到了最大值，50SA+CaCl2、100SA+CaCl2、200SA+CaCl2處 理、300SA+CaCl2處 理較CK 均無顯著差異（P＞0.05），400SA+CaCl2處理較CK 有顯著差異（P＜0.05）。

圖1 添加NaAlg 與CaCl2 對鎘脅迫下黃瓜幼苗莖粗的影響

2.1.2 添加NaAlg 與CaCl2 對鎘脅迫下黃瓜幼苗株高的影響由圖2 可知， 添加氯化鈣和海藻酸鈉制成的膠處理中，300 膠處理效果最佳，50 膠、100 膠、200 膠、300 膠處理較CK 無顯著差異（P＞0.05）；不同體積海藻酸鈉溶液處理中，100SA、200SA、300SA、400SA 處理的黃瓜幼苗株高較CK 分別增加10.28%、13.01%、12.91%、12.07%， 均達到顯著水平（P＜0.05），50SA 處理較CK 增加了6.19%， 無顯著差異（P＞0.05）；不同體積氯化鈣和海藻酸鈉混合溶液處理中，50SA+CaCl2、100SA+CaCl2處理較CK 分別增加16.27%、20.36%，差異較顯著（P＜0.05），200SA+CaCl2、300SA+CaCl2、400SA+CaCl2處理較CK 均無顯著差異。

圖2 添加NaAlg 與CaCl2 對鎘脅迫下黃瓜幼苗株高的影響

2.1.3 添加NaAlg 與CaCl2 對鎘脅迫下黃瓜幼苗葉片數(shù)的影響由圖3 可知， 不同體積氯化鈣和海藻酸鈉制成的膠對黃瓜幼苗葉片數(shù)影響的處理較CK均無顯著差異（P＞0.05）；不同體積海藻酸鈉溶液處理中， 各處理較CK 分別增加9.09%、9.09%、7.27%、7.27%、9.09%，差異均顯著（P＜0.05）；不同體積氯化鈣和海藻酸鈉混合溶液處理中，200SA+CaCl2處理較CK 增加12.73%，達到顯著水平（P＜0.05），50SA+CaCl2、100SA+CaCl2、300SA+CaCl2、400SA+CaCl2處理 較CK無顯著差異。

圖3 添加NaAlg 與CaCl2 對鎘脅迫下黃瓜幼苗葉片數(shù)的影響

2.2 添加NaAlg 與CaCl2 對鎘脅迫下黃瓜幼苗不同器官鎘含量的影響

2.2.1 添加NaAlg 與CaCl2 對鎘脅迫下黃瓜幼苗根鎘含量的影響由圖4 可知， 不同體積氯化鈣和海藻酸鈉制成的膠對黃瓜幼苗根鎘含量影響的處理較CK 無顯著差異（P＞0.05）；不同體積海藻酸鈉溶液處理中，50SA、100SA、300SA 處理較CK 均無顯著差異（P ＞0.05），200SA、400SA 處 理 較CK 分 別 增 加0.44%、33.46%，均無顯著差異（P＞0.05）；不同體積氯化鈣和海藻酸鈉混合溶液處理中，50SA +CaCl2、100SA+CaCl2處理較CK 分別降低22.06%、27.37%，差異較顯著（P＜0.05），200SA+CaCl2、300SA+CaCl2、400SA+CaCl2處理較CK 均無顯著差異（P＞0.05）。

圖4 添加NaAlg 與CaCl2 對鎘脅迫下黃瓜幼苗根鎘含量的影響

2.2.2 添加NaAlg 與CaCl2 對鎘脅迫下黃瓜幼苗莖鎘含量的影響由圖5 可知， 不同體積氯化鈣和海藻酸鈉制成的膠對黃瓜幼苗莖鎘含量的影響處理中，200 膠、300 膠、400 膠 處 理 較CK 分 別 降 低5.94%、41.37%、15.93%，50 膠、300 膠、400 膠處理均達到顯著水平，100 膠、200 膠處理較CK 無顯著差異（P＞0.05）； 不同體積海藻酸鈉溶液處理中，100SA、200SA 處理 較CK 分別降低5.77%、3.41%，50SA、300SA、400SA 處理較CK 分別增加9.48%、24.74%、19.31%，50SA、100SA、200SA 處理均無顯著差異（P ＞0.05），300SA、400SA 處理均達到顯著水平；不同體積氯化鈣和海藻酸鈉混合溶液處理中，50SA+CaCl2、100SA+CaCl2、 200SA+CaCl2、 300SA+CaCl2、 400SA+CaCl2處理較CK 分別降低12.55%、26.78%、22.04%、9.16%、3.39%，50SA+CaCl2、100SA+CaCl2、200SA+CaCl2處理均較CK 有顯著差異，300SA+CaCl2、400SA+CaCl2處理較CK 無顯著差異（P＞0.05）。

圖5 添加NaAlg 與CaCl2 對鎘脅迫下黃瓜幼苗莖鎘含量的影響

2.2.3 添加NaAlg 與CaCl2 對鎘脅迫下黃瓜幼苗葉鎘含量的影響由圖6 可知， 不同體積氯化鈣和海藻酸鈉制成的膠對黃瓜幼苗葉鎘含量影響的處理中，50 膠、100 膠處理較CK 分別增加9.35%、3.80%，200 膠、300 膠、400 膠處理較CK 分別降低18.98%、42.78%、22.87%，50 膠、200 膠、300 膠、400 膠處理較CK 差異較顯著（P＜0.05）；不同體積海藻酸鈉溶液處理 中，50SA、300SA 處 理 較CK 分 別 增 加2.50% 、23.70%，100SA、200SA、400SA 處理較CK 分別降低17.78%、16.94%、16.57%，100SA、200SA、300SA、400SA較CK 差異均達到顯著水平（P＜0.05）；不同體積氯化鈣和海藻酸鈉混合溶液處理中，50SA+CaCl2處理效果最佳，50SA+CaCl2、100SA+CaCl2處 理 較CK 分 別 降 低21.67%、10.74%，200SA +CaCl2、300SA +CaCl2、400SA +CaCl2處理較CK 分別增加11.20%、11.02%、65.74%，50SA+CaCl2、100SA+CaCl2、200SA+CaCl2、300SA+CaCl2較CK 均無顯著差異（P＞0.05）。

圖6 添加NaAlg 與CaCl2 對鎘脅迫下黃瓜幼苗葉鎘含量的影響

2.3 添加NaAlg 與CaCl2 對鎘脅迫下黃瓜幼苗鎘亞細胞分布的影響

2.3.1 添加NaAlg 與CaCl2 對鎘脅迫下黃瓜幼苗根中亞細胞壁組分鎘含量的影響由圖7 可知， 氯化鈣和海藻酸鈉制成的膠對黃瓜幼苗根中亞細胞壁組分鎘含量影響的處理中，300 膠處理效果最佳，300 膠處理較CK 降低11.16%，50 膠、100 膠、200 膠、400 膠處 理較CK 分 別 增 加40.24% 、28.84% 、22.10% 、16.98% ，50 膠、100 膠、200 膠、300 膠、400 膠處理較CK 均無顯著差異（P＞0.05）；海藻酸鈉溶液處理中，100SA 處理效果最佳，100 膠處理較CK 降低0.70%，50SA、200SA、300SA、400SA 處理較CK 分別增加19.77%、55.82%、1.17%、47.21%，50SA、100SA、200SA、300SA、400SA 較CK 均無顯著差異（P＞0.05）；氯化鈣和海藻酸鈉混合溶液處理中，100SA+CaCl2處理效果最佳，100SA+CaCl2處理較CK 降低28.84%，50SA+CaCl2、200SA+CaCl2、300SA+CaCl2、400SA+CaCl2處理較CK分別增加50.47%、77.68%、124.19%、171.17%，50SA+CaCl2、100SA +CaCl2處 理 較CK 均 無 顯 著 差 異，200SA+CaCl2、300SA+CaCl2、400SA+CaCl2處 理較CK有顯著差異（P＜0.05）。

圖7 添加NaAlg 與CaCl2 對鎘脅迫下黃瓜幼苗根中亞細胞壁組分鎘含量的影響

2.3.2 添加NaAlg 與CaCl2 對鎘脅迫下黃瓜幼苗根中亞細胞質體鎘含量的影響由圖8 可知， 氯化鈣和海藻酸鈉制成的膠對黃瓜幼苗根中亞細胞質體鎘含量影響 的處 理中，50 膠、100 膠、200 膠、300 膠、400 膠 處 理 較CK 分 別 增 加90.68% 、71.46% 、243.98%、141.07%、131.07%， 較CK 均有顯著差異（P ＜0.05）； 海 藻 酸 鈉 溶 液 處 理 中，50SA、100SA、200SA、300SA、400SA 處理較CK 分別增加112.62%、140.10% 、143.11% 、72.82% 、126.22% ，50SA、100SA、200SA、400SA 較CK 均有顯著差異，300SA 較CK 無顯著差異（P＞0.05）；氯化鈣和海藻酸鈉混合溶液處理組 中，50SA +CaCl2、100SA +CaCl2、200SA +CaCl2、300SA +CaCl2、400SA +CaCl2處 理 較CK 分 別 增 加108.16%、123.60%、53.11%、188.84%、138.84%，50SA+CaCl2、 100SA +CaCl2、 200SA +CaCl2、 300SA +CaCl2、400SA+CaCl2處理較CK 均有顯著差異（P＜0.05）。

圖8 添加NaAlg 與CaCl2 對鎘脅迫下黃瓜幼苗根中亞細胞質體鎘含量的影響

2.3.3 添加NaAlg 與CaCl2 對鎘脅迫下黃瓜幼苗根中亞細胞核鎘含量的影響由圖9 可知， 氯化鈣和海藻酸鈉制成的膠對黃瓜幼苗根中亞細胞核鎘含量影響的處理中， 50 膠、100 膠、200 膠、300 膠、400 膠處 理 較CK 分 別 增 加28.07% 、74.85% 、81.68% 、46.20%、122.22%，50 膠、300 膠處理較CK 差異不顯著，100 膠、200 膠、400 膠較CK 均有顯著差異（P＜0.05）； 海藻酸鈉溶液處理中，50SA、100SA、200SA、300SA、400SA 處理較CK 分別增加150.10%、111.11%、163.94%、 109.94%、 73.68%， 50SA、 100SA、 200SA、300SA、400SA 處理差異均達到顯著水平（P＜0.05）；氯化鈣和海藻酸鈉混合溶液處理中，50SA +CaCl2、100SA +CaCl2、200SA +CaCl2、300SA +CaCl2、400SA +CaCl2處理較CK 分別增加211.89%、37.82%、179.53%、109.16%、114.43%，50SA+CaCl2、200SA+CaCl2、300SA+CaCl2、400SA+CaCl2處理較CK 均差異顯著，100SA+CaCl2處理較CK 差異不顯著（P＞0.05）。

圖9 添加NaAlg 與CaCl2 對鎘脅迫下黃瓜幼苗根中亞細胞質體鎘含量的影響

2.3.4 添加NaAlg 與CaCl2 對鎘脅迫下黃瓜幼苗根中亞細胞線粒體鎘含量的影響由圖10 可知，氯化鈣和海藻酸鈉制得的膠對黃瓜幼苗根中亞細胞線粒體鎘含量影響的處理中，50 膠處理效果最佳，50 膠、100 膠、200 膠、300 膠處理較CK 分別降低47.03%、28.14%、12.59%、27.78%，較CK 均無顯著差異（P＞0.05）， 400 膠處理較CK 增加170.37%， 較CK 差異較顯著；海藻酸鈉溶液處理中，50SA、100SA、200SA、300SA、400SA 處理較CK 分別增加71.48%、7.41%、151.86%、128.52%、76.30%，50SA、100SA、400SA， 較CK 均無顯著差異，200SA、300SA 處理較CK 差異達到顯著水平（P＜0.05）；氯化鈣和海藻酸鈉混合溶液處理 中，200SA+CaCl2處 理效果 最佳，200SA+CaCl2處理 較CK 降 低34.81%， 50SA+CaCl2、 100SA+CaCl2、300SA +CaCl2、400SA +CaCl2處 理 較CK 分 別 增 加10.00% 、238.89% 、135.56% 、210.74% ，50SA +CaCl2、200SA+CaCl2處理較CK 均無顯著差異，100SA+CaCl2、300SA+CaCl2、400SA+CaCl2處理較CK 均有顯著差異（P＜0.05）。

圖10 添加NaAlg 與CaCl2 對鎘脅迫下黃瓜幼苗根中亞細胞線粒體鎘含量的影響

2.3.5 添加NaAlg 與CaCl2 對鎘脅迫下黃瓜幼苗根中亞細胞的核糖體可溶性組分鎘含量的影響由圖11 可知，氯化鈣和海藻酸鈉制成的膠對黃瓜幼苗根中亞細胞的核糖體可溶性組分鎘含量影響的處理中，200 膠處理效果最佳，200 膠處理較CK 降低19.39%，較CK 差異顯著（P＜0.05）；海藻酸鈉溶液處理中，300SA 處理效果最佳，50SA、200SA 處理較CK分別增加19.02%、16.54%，100SA、300SA、400SA 處理較CK 分別降低12.55%、39.16%、14.83%，50SA、100SA、 200SA、 300SA、 400SA 處理較CK 均差異不顯著（P＞0.05）；氯化鈣和海藻酸鈉混合溶液處理中，50SA+CaCl2、100SA+CaCl2、200SA+CaCl2、300SA+CaCl2、400SA+CaCl2處 理 較CK 分 別 增 加10.46%、27.95%、 29.28%、 104.37%、 85.36%， 50SA+CaCl2、100SA+CaCl2、200SA+CaCl2處理較CK 差異不顯著，300SA+CaCl2、400SA+CaCl2處 理 較CK 均 差 異 顯 著（P＜0.05）。

圖11 添加NaAlg 與CaCl2 對鎘脅迫下黃瓜幼苗根中亞細胞的核糖體可溶性組分鎘含量的影響

3 結論

研究結果表明， 由海藻酸鈉和氯化鈣制成的水凝膠處理、海藻酸鈉溶液處理、海藻酸鈉和氯化鈣混合溶液處理均可以緩解鎘對黃瓜幼苗的脅迫作用。氯化鈣和海藻酸鈉制成的膠處理較明顯的抑制了鎘離子從根向地上部的轉運， 使根中鎘含量遠遠大于莖和葉，莖中的鎘含量大于葉中的鎘含量，減少了鎘離子對黃瓜幼苗生長的毒性作用。 在3 種不同的試劑處理方法中， 黃瓜幼苗的鎘含量在根中亞細胞中的分布規(guī)律表現(xiàn)為質體＞細胞核＞核糖體可溶性組分＞細胞壁＞線粒體。