鎘脅迫對伴礦景天細(xì)胞壁多糖果膠組分及其果膠甲酯酶的影響

畢莉艷，李元，李博，李明銳，王吉秀，秦麗

（云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，昆明 650201）

工業(yè)三廢的大量排放、大氣沉降、污水灌溉、農(nóng)藥和肥料不合理使用等造成我國農(nóng)田土壤鎘（Cd）點(diǎn)位超標(biāo)率達(dá)7.0%，嚴(yán)重影響土壤安全利用和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[1?3]。Cd 是毒性最強(qiáng)的重金屬之一，在某些植物中過量積累，干擾植物對必需礦質(zhì)元素的吸收、運(yùn)輸和利用，造成根系損傷[4]。超累積植物能吸收利用并積累Cd，將其輸送并貯存在地上部分。

細(xì)胞壁在超累積植物Cd 積累中具有重要作用，細(xì)胞壁是阻止重金屬進(jìn)入細(xì)胞的第一道屏障。植物細(xì)胞壁與Cd2+的結(jié)合作用能夠減少重金屬向細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)移，降低其對植物代謝的影響[5]。細(xì)胞壁與重金屬的結(jié)合能力取決于其中羧基（--COOH）、羥基（--OH）和巰基（--SH）等官能團(tuán)的數(shù)量。果膠（主要由半乳糖醛酸組成的酸性多糖）在細(xì)胞壁中對Al3+、Cu2+、Cd2+以及其他金屬離子的結(jié)合和富集起著關(guān)鍵性作用[6]。果膠主要在植物組織的高爾基體中合成，其在發(fā)生去甲酯化反應(yīng)后，分子中含有大量的羧基，為細(xì)胞壁提供所需的負(fù)電荷，其中果膠甲酯酶（PME）參與了果膠分子的去甲酯化過程[7]，在PME 作用下被去甲基化的羧基能夠與細(xì)胞壁中70%～90%的陽離子結(jié)合，含羧基的果膠酸能夠與重金屬離子牢固結(jié)合，降低細(xì)胞質(zhì)中游離態(tài)重金屬離子濃度[8?9]。

重金屬在細(xì)胞壁中的積累量與細(xì)胞壁果膠含量及其甲基化程度和PME 活性有關(guān)。研究表明，果膠酯化程度越高，PME活性越低，果膠對Cd的累積量越少[7]。植物通過改變細(xì)胞壁的組成和性質(zhì)，如果膠的結(jié)構(gòu)、甲基化程度和PME 活性來響應(yīng)Cd 脅迫[10]。然而，Cd 如何影響超富集植物細(xì)胞壁的組成和PME 活性的變化尚不清楚。

本研究以伴礦景天為材料，研究不同濃度Cd 處理對伴礦景天地上部和根部細(xì)胞壁果膠含量、PME活性和果膠半乳糖醛酸含量的影響，確定果膠在植物細(xì)胞壁Cd2+結(jié)合中的作用，并進(jìn)一步解析伴礦景天地上部和根部Cd 含量與細(xì)胞壁果膠多糖變化的關(guān)系，以揭示細(xì)胞壁果膠多糖組分在伴礦景天Cd累積過程中的作用機(jī)制，旨在為Cd 污染土壤的植物修復(fù)技術(shù)提供科學(xué)思路[11]。

1 材料與方法

1.1 供試材料

在伴礦景天幼苗時(shí)期，從云南蘭坪鉛鋅礦區(qū)采集伴礦景天幼苗，遷移至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行盆栽培養(yǎng)。在遷栽時(shí)，挑選長勢良好、大小均勻的幼苗開展盆栽試驗(yàn)，每盆種植3株。供試土壤采自云南農(nóng)業(yè)大學(xué)后山。土壤類型為山地紅壤，將所取土壤與適量底肥混合均勻，備用。該土壤的理化性質(zhì)如表1所示。

表1 供試土壤理化性質(zhì)Table 1 Physical and chemical properties of the test soil

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

盆栽試驗(yàn)在云南農(nóng)業(yè)大學(xué)東校區(qū)實(shí)驗(yàn)棚進(jìn)行。每盆裝土3 kg，進(jìn)行土壤Cd 處理，將不同濃度的CdCl2（CdCl2?2.5 H2O 分析純）溶液噴灑到盆栽試驗(yàn)土中，使土壤與溶液混合均勻，穩(wěn)定1 周。挑選長勢良好、大小均勻的幼苗開展盆栽試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)置6 個(gè)不同的Cd 處理濃度：0、25、50、75、100 mg?kg?1和200 mg?kg?1，每個(gè)處理設(shè)5 個(gè)重復(fù)，共30 盆。在植物種植期間，每兩日澆一次水，根據(jù)植物的生長和需水狀況，適當(dāng)為其提供充足的水分。120 d 后收獲，首先將伴礦景天帶回實(shí)驗(yàn)室，先用自來水清洗干凈，再放入去離子水中浸泡15 min，然后取出晾干，將其分成地上部和根部，分別稱量其鮮質(zhì)量，部分用于提取細(xì)胞壁，其余的伴礦景天樣品在105 ℃時(shí)殺青30 min，然后放入烘箱于75 ℃烘至恒質(zhì)量。將烘干后的樣品取出并用研缽研磨至粉末狀，密封保存，裝袋備用，用抖土法收集植物根際土樣，并帶回實(shí)驗(yàn)室分析。

1.3 指標(biāo)測定

1.3.1 Cd含量的測定

植物Cd含量的測定采用HNO3消解?火焰原子吸收分光光度法[12]。

1.3.2 細(xì)胞壁的提取

細(xì)胞壁的提取參考Zhong等[13]的方法進(jìn)行。將收獲后的伴礦景天用液氮進(jìn)行冷凍處理，放置在?80 ℃冰箱中保存。將冷凍保存的伴礦景天的根系和地上部分取出，放入研缽加液氮進(jìn)行研磨，轉(zhuǎn)移至離心管中，加入75%的冰乙醇浸沒混勻，浸提3次，每次冰乙醇的用量為10 mL?g?1。混合物靜置20 min 后于4 ℃下5 000×g離心10 min，去上清液后沉淀物再依次用鮮質(zhì)量與體積比為1∶7（g?mL?1）的冰丙酮、甲醇/氯仿（1∶1）混合液和甲醇溶液洗滌。每次洗滌后懸浮靜置10 min，于4 ℃下5 000×g離心10 min，將得到的沉淀物進(jìn)行冷凍干燥處理，即可得到細(xì)胞壁，放置4 ℃冰箱中備用。

1.3.3 細(xì)胞壁果膠甲酯酶提取和活性測定

PME 的提取參照Bordenave 等[14]的方法。樣品加提取緩沖液（0.1 mol?L?1檸檬酸，0.2 mol?L?1Na2HPO4，1 mol?L?1NaCI，pH 值為5.0）在研缽中充分研磨并置于離心管中充分振蕩，勻漿被轉(zhuǎn)移到離心管放于冰上1 h，振蕩3次，間隔20 min 后,于4 ℃15 000×g離心10 min，收集上清液待測。

PME 活性的測定參考Richard 等[15]的方法進(jìn)行。取上述樣品液200μL 加入到10 mL PME 分析緩沖液[0.5%（m/V）柑橘果膠，0.2 mol?L?1NaCl，0.015%（m/V）甲基紅，pH 值為6.8]中，37 ℃溫水浴1.5 h，果膠pH 值降低發(fā)生脫脂，顏色由黃色變成紅色。分別將0、100、150、200、250、290μL 的0.01 mol?L?1HCl 加入到10 mL PME 分析緩沖液中，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。由樣品在525 nm 波長處測得的吸光值得到相應(yīng)的H+濃度，由此可以算出果膠甲酯酶活性。

1.3.4 伴礦景天細(xì)胞壁果膠的提取和含量的測定

細(xì)胞壁果膠的提取參考Zhang 等[16]的方法進(jìn)行。將20 mL 0.5%草酸銨緩沖液（內(nèi)含0.1%NaHB4）加入至0.000 5 g 細(xì)胞壁樣品中，沸水中煮沸1 h，10 000×g離心5 min，取上清液，重復(fù)一次，將兩次的上清液混合，測量體積，上清液即為總果膠。

A：細(xì)胞壁在70 ℃烘干，用研缽研碎，稱取0.01 g的細(xì)胞壁樣品于50 mL離心管中，加入10 mL 0.5 mol?L?1咪唑溶液（pH 7.0）常溫振蕩24 h，5 000×g離心后取上清液。再用提取液離心洗滌2～3 次后合并上清液，測量體積，可計(jì)算出鰲合態(tài)果膠含量[17]。

B：將A步取上清液所留沉淀用超純水離心沖洗2次，然后加入10 mL 50 mmol?L?1Na2CO3（內(nèi)含20 mmol?L?1CDTA）提取堿性果膠，方法同螯合態(tài)果膠提取。

1.3.5 伴礦景天細(xì)胞壁果膠半乳糖醛酸測定

果膠中糖醛酸含量參考Willats 等[18]、賓文等[19]的方法測定。稱取0.1 g 干燥的半乳糖醛酸，在100 mL容量瓶中加水定容，混勻，制成1 mg?mL?1標(biāo)準(zhǔn)溶液。比色管中倒入0、0.05、0.15、0.30、0.45、0.60 mL 和0.75 mL 標(biāo)準(zhǔn)溶液，用水稀釋至10 mL，取上述標(biāo)準(zhǔn)溶液各1 mL 冰浴10 min，加入硫酸?硼酸鹽溶液振蕩30 s，樣品煮沸5 min，冷卻后加入0.1 mL 0.15%間二苯酚顯色，充分振蕩。靜置20 min 后在525 nm 測量吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。取果膠樣品進(jìn)行上述操作，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算其細(xì)胞壁果膠半乳糖醛酸含量。

1.4 數(shù)據(jù)計(jì)算與處理

富集系數(shù)=植物體內(nèi)Cd含量/土壤Cd含量

轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)=植物地上部Cd含量/地下部Cd含量

有效轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)=（植物地上部Cd 含量×植物地上部生物量）/（地下部Cd含量×植物地下部生物量）

數(shù)據(jù)采用Excel 計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，用Origin制圖，并利用SPSS 17.0 進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 伴礦景天細(xì)胞壁果膠含量的變化

2.1.1 伴礦景天細(xì)胞壁中鰲合態(tài)果膠含量

如圖1 所示，伴礦景天地上部的螯合態(tài)果膠含量在不同Cd 處理濃度下均大于根部。隨著Cd 處理濃度的升高，伴礦景天植物地上部和地下部的螯合態(tài)果膠含量總體表現(xiàn)出先增加后減少的趨勢，在Cd 處理濃度為0～100 mg?kg?1范圍內(nèi)呈現(xiàn)增長趨勢，地上部和地下部的螯合態(tài)果膠含量在100 mg?kg?1Cd處理濃度時(shí)同時(shí)達(dá)到最高，與對照相比分別顯著增加了32.7%和34.6%，且各Cd 濃度處理與對照均差異顯著（P<0.05）；在100～200 mg?kg?1Cd 處理濃度范圍內(nèi)呈現(xiàn)遞減趨勢。總的來說，不同Cd處理濃度下，伴礦景天地上部和根部細(xì)胞壁螯合態(tài)果膠含量均顯著高于對照。

圖1 不同濃度Cd處理對伴礦景天細(xì)胞壁螯合態(tài)果膠含量的影響Figure 1 Effects of different concentrations of Cd on the content of chelated pectin in the cell wall of S.plumbizincicola

2.1.2 伴礦景天細(xì)胞壁堿性果膠含量

如圖2 所示，除25 mg?kg?1Cd 處理濃度外，伴礦景天地上部和根部細(xì)胞壁堿性果膠含量均顯著高于對照。與對照相比，4個(gè)Cd處理濃度下地上部堿性果膠含量分別增加了27.9%、30.4%、30.9%、25.0%；根部堿性果膠含量分別增加了15.0%、16.7%、17.6%、13.0%。隨著Cd濃度的上升，伴礦景天地上部和根部的堿性果膠含量總體呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，在Cd 處理濃度為0～100 mg?kg?1范圍內(nèi)呈現(xiàn)增長趨勢，并在100 mg?kg?1Cd處理濃度時(shí)地上部和根部的堿性果膠含量均達(dá)到最大值，分別為0.026 mg?kg?1和0.028 mg?kg?1；在100～200 mg?kg?1Cd 處理濃度范圍內(nèi)呈現(xiàn)遞減趨勢。總的來說，伴礦景天地上部細(xì)胞壁堿性果膠含量在不同Cd處理濃度下均小于根部。

圖2 不同濃度Cd處理對伴礦景天細(xì)胞壁堿性果膠含量的影響Figure 2 Effects of different concentrations of Cd on alkaline pectin content in the cell wall of S.plumbizincicola

2.2 伴礦景天細(xì)胞壁果膠甲酯酶活性的變化

伴礦景天細(xì)胞壁果膠甲酯酶活性的變化如圖3所示，從地上部果膠甲酯酶活性來看，在Cd處理濃度為25 mg?kg?1和75 mg?kg?1時(shí)，PME 活性與對照相比分別顯著增加了40.4%和27.6%。在Cd 處理濃度為25 mg?kg?1時(shí)，PME 活性最大；在200 mg?kg?1Cd 濃度下，PME 活性最小。由圖3 可以看出，除了Cd 處理濃度為50 mg?kg?1外，其他Cd處理伴礦景天細(xì)胞壁PME活性與對照差異顯著（P<0.05）；從根部果膠PME 活性來看，隨著Cd 處理濃度的增加，PME 活性逐漸降低，與對照相比，分別減少了11.6%、11.0%、17.6%、22.3%和59.2%，且在Cd 處理濃度為75、100 mg?kg?1和200 mg?kg?1時(shí)，PME 活性與對照組間差異顯著（P<0.05）。

圖3 不同Cd濃度處理下伴礦景天細(xì)胞壁PME活性的變化Figure 3 Changes in cell wall PME activity of S.plumbizincicola under different concentrations of Cd stress

2.3 伴礦景天細(xì)胞壁果膠半乳糖醛酸含量變化

由圖4 可知，相同Cd 濃度下伴礦景天地上部半乳糖醛酸含量比根部低。隨著Cd 處理濃度的增加，地上部細(xì)胞壁果膠半乳糖醛酸含量先增加后降低，且細(xì)胞壁果膠半乳糖醛酸含量在Cd 濃度25 mg?kg?1時(shí)達(dá)到最大值，與對照相比增加了39.2%；根部細(xì)胞壁果膠半乳糖醛酸含量呈現(xiàn)相同趨勢，同樣在Cd 濃度25 mg?kg?1時(shí)達(dá)到最大值，與對照相比增加了1.1%。這可能是由于植物在受到高濃度Cd 脅迫時(shí)，植株內(nèi)的Cd結(jié)合所需要的半乳糖醛酸更多。

圖4 不同Cd濃度處理下伴礦景天體內(nèi)半乳糖醛酸含量Figure 4 Contents of galacturonic acid in S.plumbizincicola under different Cd concentrations

2.4 伴礦景天Cd累積特征

從圖5 可知，隨著Cd 處理濃度的增加，伴礦景天地上部和根部Cd 含量均呈先增加后減少的趨勢，而且地上部Cd含量明顯高于根部。從伴礦景天地上部Cd 含量來看，各處理Cd 含量與對照相比均顯著增加，分別增加了17.2、40.0、58.4、49.1倍和47.4倍，且植物地上部Cd含量除在100 mg?kg?1和200 mg?kg?1處理間無顯著差異外，其他Cd濃度處理間均存在顯著差異（P<0.05）。從伴礦景天根部Cd 含量來看，各處理Cd含量與對照相比均顯著增加，分別增加了36.4、41.7、70.1、21.5倍和39.3倍。在75 mg?kg?1Cd處理濃度時(shí)，地上部和地下部的Cd含量都達(dá)到最大值。由此可見，伴礦景天是一種Cd積累能力較強(qiáng)的植物，能夠較好地吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)土壤中的Cd，但Cd主要積累在地上部，根部累積量較少。

圖5 不同Cd濃度處理下伴礦景天體內(nèi)Cd含量Figure 5 Cd content in S.plumbizincicola under different Cd concentrations

由表2 可知，伴礦景天地上部生物量隨Cd 處理濃度的增加呈先增加后減少的趨勢。與對照相比，50、75 mg?kg?1Cd 處理地上部生物量分別增加了4.9%、22.5%，Cd 處理濃度為100、200 mg?kg?1時(shí)地上部生物量分別降低了6.9%、58.9%。Cd 處理濃度為75 mg?kg?1時(shí)地上部生物量達(dá)到最大值，濃度為200 mg?kg?1時(shí)降至最小值，且在Cd 處理濃度為25、75、200 mg?kg?1時(shí)與對照之間存在顯著差異（P<0.05）。伴礦景天根部生物量隨Cd 處理濃度的增加逐漸降低，與對照相比，分別顯著降低了52.9%、49.6%、43.8%、63.6%、78.5%（P<0.05）。由此可見，中低濃度的Cd 可以促進(jìn)伴礦景天植株生長，中高濃度的Cd 對其生長有一定的抑制作用。

表2 不同Cd濃度處理下伴礦景天生物量（g·株?1）Table 2 Biomass of S.plumbizincicola under different Cd concentrations（g·plant?1）

由表3 可知，伴礦景天富集系數(shù)在Cd 處理濃度為50、75、100 mg?kg?1時(shí)，分別為對照的2.1、1.4、3.0倍。而在Cd 處理濃度為25、200 mg?kg?1時(shí)與對照相比降低了23.0%、58.1%，表明在中高Cd 濃度處理時(shí)，伴礦景天對Cd具有較強(qiáng)的富集能力。伴礦景天轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)在Cd 處理濃度為100、200 mg?kg?1時(shí)，分別為對照的2.3、1.2 倍，在Cd 處理濃度為25、50、75 mg?kg?1時(shí)與對照相比分別降低了54.5%、4.5%、18.2%，表明高濃度Cd處理能夠提高伴礦景天從根部向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)Cd 的能力，中低濃度Cd 處理減少了Cd 向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)。伴礦景天有效轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)除在Cd處理濃度為25 mg?kg?1時(shí)與對照相比是降低的，其余Cd濃度處理下與對照相比均是增加的。

表3 不同Cd濃度處理下伴礦景天Cd累積特征Table 3 Cd accumulation characteristics of S.plumbizincicola under different Cd concentrations

2.5 相關(guān)性分析

由表4 可知，伴礦景天植株Cd 含量與細(xì)胞壁螯合態(tài)果膠含量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.903和0.881（P<0.05），伴礦景天地上部Cd 含量與細(xì)胞壁堿性果膠含量呈極顯著正相關(guān)（r=0.919，P<0.01）；細(xì)胞壁堿性果膠含量與螯合態(tài)果膠含量之間呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.909（P<0.05）和0.952（P<0.01），表明在細(xì)胞壁對Cd 的累積過程中，果膠含量越高，伴礦景天對Cd 的累積量越大。伴礦景天根部細(xì)胞壁螯合態(tài)果膠含量與細(xì)胞壁果膠半乳糖醛酸含量呈顯著負(fù)相關(guān)（r=?0.880，P<0.05），表明隨著螯合態(tài)果膠含量的增加，細(xì)胞壁果膠半乳糖醛酸含量會降低。

表4 伴礦景天植株Cd含量、PME活性、螯合態(tài)果膠含量、堿性果膠含量和半乳糖醛酸含量間的相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis of Cd content，PME activity，chelated pectin content，alkaline pectin content and galacturonic acid content of Sedum plumbizincicola

3 討論

細(xì)胞壁是響應(yīng)重金屬脅迫的功能信號分子和代謝所在的位點(diǎn)，參與植物對重金屬脅迫的響應(yīng)過程[20?21]。植物通過改變細(xì)胞壁中各種化學(xué)成分的含量來提高細(xì)胞壁對金屬離子的結(jié)合量，這是植物細(xì)胞壁耐Cd脅迫的一種機(jī)制。細(xì)胞壁的多糖組分尤其是果膠在固定Cd 方面發(fā)揮重要作用，果膠含量的變化可能是植物重金屬耐性機(jī)理的表征[22]。果膠作為細(xì)胞壁的主要成分之一，其含量變化是植物對重金屬脅迫的一種響應(yīng)機(jī)制。Cd 脅迫下植物可通過調(diào)整果膠含量來增加或減少對重金屬的積累。Konno等[23]研究發(fā)現(xiàn)，劍葉舌葉蘚原絲體細(xì)胞壁上的果膠結(jié)合了43%的Cu。袁翠紅[24]研究發(fā)現(xiàn)，果膠的去除使得細(xì)胞壁負(fù)電荷顯著減少，降低了其與陽離子的結(jié)合能力，減弱其對重金屬離子的抗性；Yu 等[25]的研究表明，果膠的去除使水稻根系吸附Cd 的能力下降了50%。徐劼等[26]研究發(fā)現(xiàn)，對芹菜細(xì)胞壁進(jìn)行果膠酶改性處理，可去除根細(xì)胞中的部分果膠質(zhì)，果膠含量降低后，其對Cd 的吸附能力降低了40.5%。在細(xì)胞壁果膠組分中，螯合態(tài)果膠的含量顯著高于堿性果膠，螯合態(tài)果膠占果膠組分的絕大部分[27]。在本研究中，隨著Cd脅迫濃度的增加，細(xì)胞壁螯合態(tài)果膠含量和堿性果膠含量增加（圖1、圖2），植物對Cd 的累積量也增加（圖5），且細(xì)胞壁螯合態(tài)果膠含量高于堿性果膠含量，表明在植物對Cd 的累積過程中，螯合態(tài)果膠具有重要作用。

在細(xì)胞壁果膠組成中最基本的三種結(jié)構(gòu)是同聚半乳糖醛酸（Homogalacuraonic acid，HG）、聚鼠李糖半乳糖醛酸Ⅰ（RhomnogalacturonanⅠ，RGⅠ）和聚鼠李糖半乳糖醛酸Ⅱ（RhomnogalacturonanⅡ，RGⅡ）[28]，其中同聚半乳糖醛酸和聚鼠李糖半乳糖醛酸含有很多負(fù)電基團(tuán)，可以與多種重金屬螯合[29]。但在三種果膠結(jié)構(gòu)域中，HG約占果膠多糖的70%，在細(xì)胞壁果膠結(jié)合重金屬過程中發(fā)揮重要作用[27]。另外，半乳糖醛酸羧基在甲基轉(zhuǎn)移酶的催化下形成甲基或者甲酯化。高度甲酯化的果膠分泌到細(xì)胞壁中，酯基就會被細(xì)胞壁內(nèi)的果膠甲酯酶進(jìn)行不同程度的去甲酯化，產(chǎn)生游離的羧基，與細(xì)胞壁中70%～90%的陽離子結(jié)合[30]。在本研究中，低濃度Cd脅迫下伴礦景天細(xì)胞壁果膠半乳糖醛酸含量增加，植物Cd含量也隨之增加，這是因?yàn)榧?xì)胞壁果膠半乳糖醛酸在PME 的作用下發(fā)生酯化反應(yīng)，產(chǎn)生更多游離的羧基與Cd2+結(jié)合。有研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞壁果膠中結(jié)合銅離子的主要組分為HG，HG可與約40%的銅離子緊密結(jié)合，且在低濃度銅處理下，HG含量會增加[23]。這表明細(xì)胞壁果膠半乳糖醛酸含量的變化是響應(yīng)細(xì)胞壁對Cd累積的一種機(jī)制。

有研究發(fā)現(xiàn)，植物細(xì)胞壁重金屬積累量與果膠的甲酯化程度有關(guān)，低酯化的果膠含有較多游離的羧基，可以提供更多重金屬離子結(jié)合位點(diǎn)，而果膠甲酯化程度與細(xì)胞壁果膠甲酯酶活性之間存在密切關(guān)系[31?32]。在植物生長過程中，PME 會促使甲酯化果膠上的甲醇基從同聚半乳糖醛酸上脫離，降低果膠甲酯化程度，產(chǎn)生游離的羧基，增加與重金屬離子的結(jié)合位點(diǎn)[33]。本研究發(fā)現(xiàn)，在Cd脅迫下PME 活性降低，果膠含量增加，伴礦景天對Cd的累積量增加，這是因?yàn)镻ME 可以通過影響果膠酯化程度為細(xì)胞壁結(jié)合重金屬離子提供更多的帶負(fù)電基團(tuán)來響應(yīng)Cd 的脅迫。Szerement 等[10]研究發(fā)現(xiàn)，Cd 脅迫使蘿卜根中果膠甲基酯酶活性降低，果膠含量和果膠甲基化程度增加，植物Cd累積量增加。郭軍康等[34]研究發(fā)現(xiàn)PME 活性會影響細(xì)胞壁果膠的含量，果膠含量增加，PME 活性會降低，植物對Cd的累積量會增加。本研究發(fā)現(xiàn)，不同濃度Cd 脅迫下，伴礦景天細(xì)胞壁果膠半乳糖醛酸含量先增加后降低，螯合態(tài)果膠含量和堿性果膠含量隨Cd 處理濃度的增加而增加，根部細(xì)胞壁果膠甲酯酶活性逐漸降低。但在低濃度Cd 處理下，伴礦景天細(xì)胞壁螯合態(tài)果膠含量、堿性果膠含量和細(xì)胞壁果膠半乳糖醛酸含量顯著增加，其結(jié)果與Cd 脅迫下非超積累生態(tài)型東南景天和番茄細(xì)胞壁果膠含量、褐藻細(xì)胞壁中的甘露糖和半乳糖醛酸含量變化一致[22，28，35]。

綜上所述，在伴礦景天細(xì)胞壁果膠對Cd 的累積過程中，螯合態(tài)果膠含量和堿性果膠含量顯著增加，而PME 則通過影響果膠發(fā)生甲酯化反應(yīng)，導(dǎo)致半乳糖醛酸結(jié)構(gòu)改變，產(chǎn)生大量游離的羧基，為果膠結(jié)合重金屬離子提供更多的結(jié)合位點(diǎn)，進(jìn)而增加細(xì)胞壁果膠對Cd2+的吸附。

4 結(jié)論

（1）伴礦景天地上部和根部細(xì)胞壁螯合態(tài)果膠、堿性果膠含量以及地上部果膠甲酯酶活性、果膠半乳醛酸含量和根部果膠半乳糖醛酸含量均隨著Cd濃度的升高先增加后減少，根部果膠甲酯酶活性與對照相比逐漸降低。

（2）隨著Cd 處理濃度的增加，伴礦景天體內(nèi)Cd累積量先增加后減少，在75 mg·kg?1Cd濃度時(shí)累積量達(dá)到最高，且地上部Cd累積量高于地下部。

（3）伴礦景天細(xì)胞壁螯合態(tài)果膠與植物Cd 含量顯著正相關(guān)，堿性果膠含量與植物地上部Cd 含量呈極顯著正相關(guān)，伴礦景天根部螯合態(tài)果膠含量與果膠半乳糖醛酸含量呈顯著負(fù)相關(guān)。