不同質(zhì)量分數(shù)生長素對Cd脅迫的香樟幼苗生理生化特性的影響1)

張澤錕 張辰陽 汪洋 艾艷梅 徐曉陽 馮今萍 洪婉悅 宋蘭萍

(皖江流域退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心(安徽師范大學(xué)),蕪湖,241002)

李小平 周際海

(南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心(南京林業(yè)大學(xué))(皖江流域退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心(安徽師范大學(xué)))

隨著工農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展,重金屬污染日趨嚴重[1]。2014年《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》指出,我國耕地土壤環(huán)境質(zhì)量較差,部分地區(qū)已存在嚴重的重金屬污染問題,全國土壤重金屬總超標(biāo)率為16.1%[2]。農(nóng)業(yè)部門針對全國農(nóng)田土壤重金屬污染狀況進行了調(diào)查,印發(fā)了《農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地重金屬污染防治實施方案》。但截至目前,農(nóng)田土壤重金屬污染防治工作仍未取得實質(zhì)性進展[3]。有研究表明,重金屬元素進入土壤后,會產(chǎn)生明顯的生物效應(yīng),土壤被重金屬污染后,通過土壤-農(nóng)作物-人、土壤-植物-動物-人、土壤-水-人等食物鏈形式影響人體健康,引發(fā)疾病甚至導(dǎo)致死亡[4-5]。因此,對重金屬污染土壤進行修復(fù)十分必要。

重金屬污染土壤修復(fù)包括植物修復(fù)、工程治理、化學(xué)修復(fù)。其中,工程修復(fù)工程量大、成本高,不適用于大面積污染的土壤改良,且對污染土壤處理不當(dāng)又會造成新的污染;化學(xué)修復(fù)主要包括化學(xué)固定、螯合萃取、氧化還原等方法[6-7],大量使用會限制植物生長;植物修復(fù)技術(shù)作為迅速成長的綠色生態(tài)技術(shù),修復(fù)效果好且易操作,適用于各種土壤類型。植物修復(fù)技術(shù)不僅具有投入費用較低、治理效果顯著的優(yōu)點,同時兼具較高的研究和應(yīng)用價值,甚至可以利用修復(fù)土壤的植物創(chuàng)造一定的經(jīng)濟效益,是重金屬土壤污染修復(fù)的重要手段[8]。目前,植物修復(fù)材料大多為草本植物,而采用生物量較大的木本植物作為植物修復(fù)材料的相關(guān)研究較少。

香樟(CinnamomumcamphoraL.)是中國亞熱帶闊葉林中的重要樹種,為常綠喬木,主要分布于我國長江流域以南各省。目前,對香樟的研究和開發(fā)應(yīng)用涵蓋植物學(xué)、生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、水土保持學(xué)、農(nóng)學(xué)、林學(xué)、藥學(xué)等眾多學(xué)科,并將成為21世紀較有價值的生態(tài)工程技術(shù)之一?，F(xiàn)階段,關(guān)于香樟對礦區(qū)污染土壤中污染物富集的影響已有初步研究[9-12],如周際海等[13]發(fā)現(xiàn),香樟葉片的凈光合速率、葉綠素、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、抗氧化酶系統(tǒng)、丙二醛(MDA)等生理生化特征變化均反映出其具有一定的耐鎘性。因此,運用香樟來修復(fù)Cd2+污染的土壤有較強的應(yīng)用潛力[14]。

生長素是第一個被發(fā)現(xiàn)的植物生長激素[15]。吲哚乙酸(IAA)屬于生長素中的一類,能夠促進植物細胞伸長、分裂、分化,提高植物抗逆性,促進植物根系發(fā)育,增加葉片生物量,對植物的生長發(fā)育和生理生化有著重要影響[16]。有研究顯示,生長素等植物激素可以利用特殊的生理性能刺激植物對環(huán)境養(yǎng)分的吸收,激發(fā)植物在逆境環(huán)境中的耐性潛力[17]。生長素能通過細胞膜質(zhì)子泵三磷酸腺苷(ATP)酶激活質(zhì)外體酸化,進而刺激相關(guān)蛋白酶修飾細胞壁,提升細胞壁的延展能力,促進植物細胞伸長,增大根系表面積[18]。李文靜等[19]研究發(fā)現(xiàn),噴施吲哚乙酸后,鋁脅迫下栝樓(TrichosantheskirilowiiMaxim.)的光合參數(shù)得以改善,葉綠素質(zhì)量分數(shù)升高,植物抗氧化酶活性增強,丙二醛積累量減少,Al毒害程度得以減輕。也有研究表明,施用生長素后土壤酶活性恢復(fù)穩(wěn)定,能夠緩解逆境對土壤微環(huán)境的破壞[20],這一現(xiàn)象說明,生長素的施加能夠增強植物在逆境中的抗氧化酶活性及細胞膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,從而穩(wěn)定土壤微生態(tài)環(huán)境,提高重金屬污染土壤的修復(fù)效率?，F(xiàn)有研究認為,生長調(diào)節(jié)劑的主要作用機制是當(dāng)其作用于植物細胞后,會激發(fā)細胞膜上激素分子受體的感知,進而激活下游信號傳導(dǎo)途徑,并通過上調(diào)相關(guān)傳導(dǎo)基因,促進植物產(chǎn)生螯合肽以螯合或緩解鎘毒性[21]。有研究發(fā)現(xiàn),噴施不同質(zhì)量分數(shù)的吲哚乙酸對Al脅迫下紫花苜蓿(Medicagosativa)幼苗的生長具有不同程度的促進效果[22]。Pan et al.[23]指出,Cd脅迫下施加吲哚乙酸可激活谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶活性,使植物更好地應(yīng)對應(yīng)激反應(yīng)。低質(zhì)量分數(shù)的吲哚乙酸可以促進植物生長,而高質(zhì)量分數(shù)的吲哚乙酸則會抑制植物生長,甚至導(dǎo)致死亡。目前,關(guān)于吲哚乙酸聯(lián)合植物進行重金屬污染修復(fù)方面的研究較少,尤其是外源添加吲哚乙酸對香樟修復(fù)Cd污染土壤的應(yīng)用研究涉及不多。本研究通過盆栽試驗,對香樟施加不同質(zhì)量分數(shù)吲哚乙酸,探討Cd脅迫下1年生香樟幼苗生理特性變化,為香樟和添加外源激素對重金屬污染土壤的聯(lián)合修復(fù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試植物為從浙江省嘉興市海寧市鹽官鎮(zhèn)香樟苗圃園購買的長勢均勻、高度為1 m的同批1年生香樟實生苗。栽種前將香樟側(cè)枝、葉片及根系進行修剪,保留3條側(cè)枝,由幼苗莖基部向上截取高約50 cm的主干莖。于2021年4月種植幼苗。

供試土壤采集于安徽省馬鞍山市和縣農(nóng)田,剔除石塊、大中型土壤動物及根茬等殘體后,風(fēng)干過2 mm篩待用。土壤pH為5.21,全氮質(zhì)量分數(shù)為0.81 g·kg-1,全磷質(zhì)量分數(shù)為0.48 g·kg-1,全鉀質(zhì)量分數(shù)為1.63 g·kg-1,未檢出Cd。在幼苗度過50 d緩苗生長期后,對盆栽土壤進行污染處理。精確配制質(zhì)量濃度為2 g·L-1的CdCl2·2.5H2O(分析純)溶液作為母液(溶液質(zhì)量濃度以Cd2+量計算),按照試驗設(shè)計,均勻澆灌于香樟盆栽土壤中,使土壤Cd污染質(zhì)量分數(shù)為20 mg·kg-1(以Cd2+量計算),達到土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準篩選限值(GB3660-2018)。

水溶性肥料購于中國史丹利農(nóng)業(yè)集團股份有限公司,主要成分為w(N+P2O5+K2O)>60%,w(N)∶w(P)∶w(K)=1∶1∶1,w(Zn+Fe+Mn+B)為0.2%～3.0%。

生長調(diào)節(jié)劑(IAA)購于上海阿拉丁生化科技股份有限公司。在光照條件較差的傍晚,準確稱量吲哚乙酸并用超純水配置出相應(yīng)質(zhì)量分數(shù)的吲哚乙酸溶液并將其施加到Cd污染土壤中。

1.2 試驗設(shè)計

本試驗用18 cm(徑)×19 cm(高)花盆裝土2 kg(干質(zhì)量)栽種幼苗。于2021年6月1日—2021年7月15日進行為期45 d的培養(yǎng)試驗,測定香樟生長、生理生化相關(guān)指標(biāo)。試驗共設(shè)有5個處理,分別為:CK(未污染土壤)、C0(添加Cd 20 mg·kg-1+未添加吲哚乙酸)、C1(添加Cd 20 mg·kg-1+添加吲哚乙酸5 mg·kg-1)、C2(添加Cd 20 mg·kg-1+添加吲哚乙酸10 mg·kg-1)、C3(添加Cd 20 mg·kg-1+添加吲哚乙酸40 mg·kg-1)。

每個處理分別設(shè)置5個重復(fù),按農(nóng)田常規(guī)施肥量(添加N 300 kg·hm-2,添加P 150 kg·hm-2)計算,將水溶性肥料稀釋后作基肥施用。香樟生長期間通過稱量澆水的方式澆灌去離子水,保持土壤持水量約為最大含水量的60%,夜晚一次性在土壤中施加吲哚乙酸溶液。

1.3 指標(biāo)測定方法

丙二醛質(zhì)量摩爾濃度采用硫代巴比妥酸顯色法測定[24];葉綠素質(zhì)量分數(shù)采用95%乙醇浸提法測定;超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍四唑比色法測定[25];過氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚比色法進行測定[26];可溶性蛋白質(zhì)量分數(shù)采用考馬斯亮藍G-250比色法測定;可溶性糖質(zhì)量分數(shù)采用蒽酮比色法測定[27];抗壞血酸(ASA)采用分光光度計法測定[28];谷胱甘肽(GSH)使用DTNB比色法測定[29]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Microsoft Excel 2010對試驗數(shù)據(jù)進行整理;IBM SPSS Statistics 26.0軟件進行相關(guān)分析和單因素方差分析;采用鄧肯多重比較分析不同處理間的差異,差異顯著水平為5%。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同質(zhì)量分數(shù)吲哚乙酸對Cd脅迫下香樟葉片可溶性蛋白和可溶性糖質(zhì)量分數(shù)的影響

由表1可知,單Cd污染土壤處理(C0)的香樟葉片可溶性蛋白質(zhì)量分數(shù)比CK顯著增加了117.99%;C1、C2處理的葉片可溶性蛋白質(zhì)量分數(shù)與C0相比分別顯著下降了34.39%、57.70%;C3與C0處理間可溶性蛋白質(zhì)量分數(shù)無顯著性差異;C1、C2處理與CK間無顯著性差異。C0處理與CK相比,可溶性糖質(zhì)量分數(shù)顯著增加了17.44%;而C1、C2、C3處理與C0相比,可溶性糖質(zhì)量分數(shù)顯著下降,分別下降了10.30%、34.89%、29.72%;C1處理與CK相比,可溶性糖質(zhì)量分數(shù)無顯著性差異;C2、C3處理與CK相比分別顯著降低了23.54%、17.45%。

表1 不同處理時香樟葉片中可溶性蛋白質(zhì)量分數(shù)和可溶性糖質(zhì)量分數(shù)

2.2 外源施加吲哚乙酸對Cd脅迫下香樟葉片光合作用的影響

由表2可知,在單Cd污染的條件下(C0)香樟葉片的葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素質(zhì)量分數(shù)與CK相比,分別顯著降低了27.71%、27.15%、27.57%。C1、C0處理的葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素質(zhì)量分數(shù)無顯著性差異。C2處理與C0處理相比,葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素質(zhì)量分數(shù),分別顯著增加了60.67%、60.13%、32.85%;C3處理與C0處理相比,葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素質(zhì)量分數(shù),分別顯著增加了58.58%、30.93%、31.33%。C3處理與CK相比,葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素質(zhì)量分數(shù)無顯著性差異。C1、C2、C3處理,與CK間的葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素質(zhì)量分數(shù)、w(葉綠素a)∶w(葉綠素b)無顯著性差異。

另外,w(可溶性糖)∶w(可溶性蛋白)變化趨勢,與葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素變化趨勢一致,呈現(xiàn)先下降后上升再下降的趨勢。其中,在Cd污染條件下,C2處理的比值最高,且在該處理時葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素質(zhì)量分數(shù)最高。

2.3 施用不同質(zhì)量分數(shù)吲哚乙酸對Cd脅迫下香樟葉片丙二醛質(zhì)量摩爾濃度的影響

由表3可以看出,單Cd污染土壤(C0)香樟葉片的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度與CK相比顯著增加了31.04%。處理C2、C3與C0處理相比,丙二醛質(zhì)量摩爾濃度分別顯著降低了22.22%、25.91%,與CK相比則無顯著性差異。隨著施加吲哚乙酸質(zhì)量分數(shù)的升高,丙二醛質(zhì)量摩爾濃度逐漸降低,但無顯著性差異。C1、C2、C3處理與CK相比,丙二醛質(zhì)量摩爾濃度無顯著性差異。

表2 不同處理時香樟葉片色素質(zhì)量分數(shù)及w(可溶性糖)∶w(可溶性蛋白)

表3 不同處理時香樟葉片丙二醛質(zhì)量摩爾濃度

2.4 施用不同質(zhì)量分數(shù)吲哚乙酸對Cd脅迫下香樟葉片超氧化物歧化酶和過氧化物酶活性的影響

由表4可知,單Cd污染土壤處理(C0)時,香樟葉片的超氧化物歧化酶活性與CK相比顯著增加了19.54%;添加吲哚乙酸的3個處理與C0相比,超氧化物歧化酶活性略有降低但無顯著性差異。C0處理的香樟葉片過氧化物酶活性與CK相比,顯著增加了107.49%;C1與C0處理相比,過氧化物酶活性略有升高的趨勢,但二者間無顯著性差異;C2、C3與C1處理相比,過氧化物酶活性分別顯著降低了37.79%、53.70%,且與CK無顯著差異。

表4 不同處理時香樟葉片超氧化物歧化酶和過氧化物酶活性

2.5 施用不同質(zhì)量分數(shù)吲哚乙酸對Cd脅迫下香樟葉片抗壞血酸和谷胱甘肽質(zhì)量摩爾濃度的影響

由表5可知,C0處理與CK相比,抗壞血酸質(zhì)量摩爾濃度顯著增加了50.24%;C1、C2與C0處理相比,抗壞血酸質(zhì)量摩爾濃度分別顯著降低了63.49%、28.55%,C3與C0處理相比則無顯著性差異。C1、C2、C3處理的抗壞血酸質(zhì)量摩爾濃度存在顯著性差異,隨著施加的吲哚乙酸質(zhì)量分數(shù)增加,抗壞血酸質(zhì)量摩爾濃度顯著升高。C0處理與CK相比,谷胱甘肽質(zhì)量摩爾濃度顯著增加了50.24%;C1、C2、C3與C0處理相比,谷胱甘肽質(zhì)量摩爾濃度分別顯著下降了56.42%、66.03%、63.14%,C1、C2、C3處理間無顯著性差異。

表5 不同處理時香樟葉片抗壞血酸和谷胱甘肽質(zhì)量摩爾濃度變化

2.6 香樟生理生化指標(biāo)相關(guān)性

香樟葉片的過氧化物酶活性,與超氧化物歧化酶活性、可溶性糖質(zhì)量分數(shù)呈顯著正相關(guān)(P<0.05),與可溶性糖質(zhì)量分數(shù)呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。超氧化物歧化酶活性,與可溶性蛋白質(zhì)量分數(shù)呈顯著正相關(guān)(P<0.05),與w(可溶性糖)∶w(可溶性蛋白)呈極顯著負相關(guān)(P<0.01)。丙二醛質(zhì)量摩爾濃度,與可溶性糖質(zhì)量分數(shù)、谷胱甘肽質(zhì)量摩爾濃度呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),與總?cè)~綠素質(zhì)量分數(shù)呈極顯著負相關(guān)(P<0.01)?？扇苄蕴琴|(zhì)量分數(shù),與谷胱甘肽質(zhì)量摩爾濃度呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),與總?cè)~綠素質(zhì)量分數(shù)呈極顯著負相關(guān)(P<0.01)?？扇苄缘鞍踪|(zhì)量分數(shù),與w(可溶性糖)∶w(可溶性蛋白)呈極顯著負相關(guān)(P<0.01),與抗壞血酸質(zhì)量摩爾濃度呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),與總?cè)~綠素質(zhì)量分數(shù)呈顯著負相關(guān)(P<0.05)。w(可溶性糖)∶w(可溶性蛋白)與抗壞血酸質(zhì)量摩爾濃度呈極顯著負相關(guān)(P<0.01)。谷胱甘肽質(zhì)量摩爾濃度與總?cè)~綠素質(zhì)量分數(shù)呈極顯著負相關(guān)(P<0.01)。

表6 香樟葉片生理生化指標(biāo)的相關(guān)性

3 討論

植物葉片中葉綠素質(zhì)量分數(shù)在一定程度能夠反映植物進行光合作用的強度,與植物的生長發(fā)育有著密切的關(guān)系[30]。本研究發(fā)現(xiàn),受到Cd污染后,1年生香樟葉片的葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素質(zhì)量分數(shù)均顯著下降,這是因為重金屬被植物吸收后,會抑制葉綠素合成酶的活性,同時促進葉綠素分解酶活性的提高,從而導(dǎo)致葉綠素質(zhì)量分數(shù)下降[31]。3種不同質(zhì)量分數(shù)的生長素均使香樟葉片的葉綠素質(zhì)量分數(shù)顯著增加,其中C2處理時增加最為顯著,原因是施加外源生長素有利于促進植物光合色素的合成[32],較高質(zhì)量分數(shù)的生長素與Cd產(chǎn)生協(xié)同,對植物葉綠素的合成產(chǎn)生了抑制[33]。通過觀察ω(可溶性糖)∶ω(可溶性蛋白)變化情況可以發(fā)現(xiàn),C2處理的香樟生長狀況最好,原因是加入10 mg·kg-1生長素后促進了香樟葉片細胞的分裂分化,其葉片所需蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)增加,同時,該處理增強了葉片的光合作用,提高了糖類積累量[34]。C3處理的ω(可溶性糖)∶ω(可溶性蛋白)與C2相比有所下降,說明添加高質(zhì)量分數(shù)的生長素對Cd脅迫的緩解作用不明顯。

丙二醛是植物細胞膜脂過氧化的產(chǎn)物,其質(zhì)量摩爾濃度的高低反映了植物細胞受氧化損害程度的大小[35]。本研究中,在添加了Cd污染后,香樟葉片的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度顯著上升,說明Cd脅迫使香樟受到了明顯的氧化損傷;施加了低質(zhì)量分數(shù)的生長素后略微緩解了重金屬Cd對香樟的毒害作用,但作用并不明顯;添加了較高及高質(zhì)量分數(shù)的生長素后明顯緩解了重金屬Cd對香樟的毒害作用,且添加的吲哚乙酸質(zhì)量分數(shù)越高,對重金屬Cd毒害的緩解效果越明顯。

超氧化物歧化酶是植物體內(nèi)酶促防御體系中的膜保護酶之一[36],其可以將植物體中的氧自由基轉(zhuǎn)化為H2O2和O2,從而減輕環(huán)境脅迫對植物細胞組織的毒害[37]。在Cd污染的脅迫下,香樟葉片的超氧化物歧化酶活性顯著上升,說明Cd脅迫促進了香樟的酶促防御體系的啟動,使其更好地適應(yīng)脅迫環(huán)境。但是,施加不同質(zhì)量分數(shù)的生長素后未對香樟葉片超氧化物歧化酶活性產(chǎn)生影響,而是使其活性維持在了一定水平,這是因為香樟的抗脅迫能力較強,已經(jīng)適應(yīng)脅迫環(huán)境,或者是香樟通過其他途徑緩解了重金屬Cd對自身的毒害作用。過氧化物歧化酶是植物體內(nèi)的一種氧化還原酶,其作用是催化有毒物質(zhì)氧化分解。過氧化物歧化酶活性在植物受到Cd脅迫時會升高,這是因為Cd進入植物后產(chǎn)生了對自身有害的過氧化物,而過氧化物歧化酶則可以利用H2O2來催化過氧化物的氧化分解。因此,隨著植物體內(nèi)過氧化物質(zhì)量分數(shù)的增加,過氧化物歧化酶活性也隨之增加[38]。在本研究中,Cd脅迫時香樟葉片的過氧化物歧化酶活性顯著增加,而隨著添加的生長素質(zhì)量分數(shù)增加,香樟葉片的過氧化物歧化酶活性顯著下降,說明外源施加生長素在香樟的抗氧化過程中起到了重要的作用。

可溶性糖在植物體內(nèi)具有滲透保護、碳儲存、清除自由基的作用?？扇苄缘鞍鬃鳛榧毎闹匾M成部分,可以對外界脅迫產(chǎn)生響應(yīng),且可溶性蛋白與植物細胞的滲透調(diào)節(jié)機制有關(guān)[39]。本研究中,Cd脅迫時香樟葉片的可溶性糖和可溶性蛋白質(zhì)量分數(shù)顯著增加,說明在Cd脅迫下,香樟可通過可溶性糖和可溶性蛋白等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來降低細胞滲透勢以緩解Cd對植物造成的傷害[40]。在施加了不同質(zhì)量分數(shù)的生長素后,香樟葉片的可溶性蛋白和可溶性糖質(zhì)量分數(shù)呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢。C2處理的香樟葉片可溶性蛋白和可溶性糖質(zhì)量分數(shù)最低,對重金屬毒害緩解效果最為明顯;C3處理的香樟葉片可溶性蛋白質(zhì)量分數(shù)顯著上升,可溶性糖質(zhì)量分數(shù)略有上升。綜上,與Cd污染處理相比,施加不同質(zhì)量分數(shù)的生長素對Cd脅迫有不同程度的緩解。在添加低質(zhì)量分數(shù)和較高質(zhì)量分數(shù)的生長素后,可有效緩解重金屬Cd對香樟的脅迫,而添加高質(zhì)量分數(shù)的生長素對Cd脅迫的緩解作用不明顯。

在植物的抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)中,抗壞血酸是重要的抗氧化物質(zhì),其能與谷胱甘肽進行偶聯(lián)以增強植物對活性氧的清除能力。本研究中,香樟在Cd污染條件下抗壞血酸質(zhì)量摩爾濃度顯著上升,而添加了低質(zhì)量分數(shù)和較高質(zhì)量分數(shù)的生長素后,香樟的抗壞血酸質(zhì)量摩爾濃度出現(xiàn)不同程度的下降,說明了添加低質(zhì)量分數(shù)和較高質(zhì)量分數(shù)的生長素可以有效緩解香樟的重金屬脅迫。而添加了高質(zhì)量分數(shù)的生長素對香樟所受脅迫的緩解不顯著,出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因是高質(zhì)量分數(shù)的生長素對香樟產(chǎn)生了脅迫,再次破壞了香樟中活性氧自由基產(chǎn)生與清除之間的平衡關(guān)系[41]。谷胱甘肽也是抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)中的一種重要的抗氧化劑,主要功能是參與H2O2的清除。谷胱甘肽是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸組成的巰基三肽[42-43],是植物螯合肽合成的底物,在植物Cd解毒中起著重要作用。有研究表明,往往在谷胱甘肽減少的同時伴隨著植物螯合肽的生成[44]。植物螯合肽的主要功能是絡(luò)合金屬元素[45],植物可以通過絡(luò)合作用來消除過量重金屬離子對本體的傷害。不同分子質(zhì)量的多肽對重金屬的絡(luò)合能力有所不同,單肽不具有絡(luò)合重金屬的能力或作用很小[46]。有研究認為Cd2+在植物體內(nèi)能夠直接與產(chǎn)生的植物螯合肽相結(jié)合[47]。本研究中,添加了Cd污染后,香樟的谷胱甘肽質(zhì)量摩爾濃度顯著上升,說明香樟一方面可以通過抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)系統(tǒng)清除活性氧物質(zhì),另一方面通過螯合Cd2+,將其運輸隔離至細胞液泡中,形成耐Cd、避Cd的雙途徑。在施加了3種不同質(zhì)量分數(shù)的生長素溶液后,香樟葉片的谷胱甘肽質(zhì)量摩爾濃度均顯著下降,這是因為進入細胞的Cd激活了植物螯合肽合成酶[48],進而促進了植物螯合肽的合成,導(dǎo)致谷胱甘肽質(zhì)量摩爾濃度減少[49]。谷胱甘肽質(zhì)量摩爾濃度的降低有助于減少膜脂氧化產(chǎn)物如丙二醛等的積累,進而提高植物抗氧化脅迫能力以抵御鎘毒害[50]。也有研究表明,添加外源物能夠定向調(diào)控植物谷胱甘肽的分配與利用,使其更好、更高效地促進植物生長[51]。因此,在施加生長素后改變了谷胱甘肽的作用途徑,使得香樟葉片谷胱甘肽質(zhì)量摩爾濃度下降。

4 結(jié)論

Cd脅迫明顯抑制了香樟的生長和光合作用。隨著添加外源生長素質(zhì)量分數(shù)的增加,香樟的可溶性蛋白質(zhì)量分數(shù)、可溶性糖質(zhì)量分數(shù)、超氧化物歧化酶活性、葉綠素質(zhì)量分數(shù)、抗壞血酸質(zhì)量摩爾濃度、谷胱甘肽質(zhì)量摩爾濃度呈現(xiàn)先降低后升高趨勢。施加了10 mg·kg-1的吲哚乙酸對Cd脅迫的緩解效果最為明顯,該處理顯著提高了香樟葉片的葉綠素質(zhì)量分數(shù),有利于促進香樟的光合作用,顯著降低香樟葉片的可溶性蛋白質(zhì)量分數(shù)、可溶性糖質(zhì)量分數(shù)、谷胱甘肽質(zhì)量摩爾濃度。而施加質(zhì)量分數(shù)較高的吲哚乙酸溶液(40 mg·kg-1)對香樟Cd脅迫的緩解效果不明顯。