黑麥草種子及幼苗對鎘脅迫的生理響應

王建偉 賀曉嵐 王根平 歐倩 肖云娟 楊雪麗

收稿日期：2022-10-09

基金項目：凱里學院博士專項（BS201506；BS201606）；貴州省科技計劃項目（〔2017〕1167）

作者簡介：王建偉（1982-），男，甘肅平涼人，教授，博士，主要從事植物營養(yǎng)與調控研究，（電話）18212333515（電子信箱）agan1982@126.com；通信作者，賀曉嵐（1980-），女，內蒙古烏蘭察布人，副教授，博士，主要從事基因克隆及轉基因研究，（電話）18285549260（電子信箱）helingzhi123@126.com。

王建偉，賀曉嵐，王根平，等. 黑麥草種子及幼苗對鎘脅迫的生理響應［J］. 湖北農業(yè)科學，2024，63（5）：126-135，142．

摘要：為了探明不同黑麥草品種對鎘（Cd）富集能力的差異及其生理機制，以6個黑麥草品種為材料，研究鎘脅迫對其種子萌發(fā)、生物量、鎘吸收、色素含量、光合特性及抗逆特性的影響。結果表明，與正常生長條件相比，鎘脅迫對不同黑麥草品種種子萌發(fā)和根芽生長具有低促高抑作用。鎘脅迫增加了黑麥草光合色素含量；鎘脅迫增加了維納斯、奔馳、維多利亞葉片的氣孔導度、胞間CO2濃度、蒸騰速率；鎘脅迫增加了奔馳、維多利亞、藍標葉片的POD活性；鎘脅迫增加了卡特、維多利亞葉片的SOD活性；鎘脅迫增加了維多利亞、維納斯葉片的CAT活性。奔馳、維多利亞、維納斯可能較其他品種具有更強的耐鎘性，從而減少鎘對自身的危害；鎘脅迫增加了所有品種可溶性糖含量及除卡特外的5個黑麥草品種脯氨酸含量，奔馳、藍標、維多利亞能產生較多的滲透調節(jié)物質來減輕鎘脅迫對其造成的傷害；在正常生長條件下，黑麥草地上部鎘含量和鎘累積量都較低，品種間差異較小。鎘脅迫明顯增加了黑麥草地上部鎘含量和鎘累積量，奔馳地上部鎘含量和鎘累積量最高，顯著高于其他品種。綜上，奔馳、維多利亞抗鎘性及富鎘能力較強，是鎘污染土壤修復的優(yōu)選品種。

關鍵詞：鎘脅迫；黑麥草（Lolium perenne L.）；種子萌發(fā)；幼苗；生理響應

中圖分類號：Q945.78???????? 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2024）05-0126-10

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2024.05.023??????????? 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Physiological response of ryegrass seeds and seedlings to cadmium stress

WANG Jian-wei1a， HE Xiao-lan1b， WANG Gen-ping2， OU Qian1b， XIAO Yun-juan1b， YANG Xue-li1b

（1a. School of Science； 1b. School of Life and Health Science， Kaili University， Kaili? 556011， Guizhou，China；

2. Institute of Millet Crops， Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Shijiazhuang? 050035， China）

Abstract： In order to explore the differences in cadmium （Cd） enrichment ability and physiological mechanisms among different ryegrass varieties， six ryegrass varieties were used as materials to study the effects of cadmium stress on seed germination， biomass， cadmium absorption， pigment content， photosynthetic characteristics， and stress resistance. The results showed that compared with normal growth conditions， cadmium stress had a low promoting and high inhibiting effect on seed germination and root and shoot growth of different ryegrass varieties. Cadmium stress increased the content of photosynthetic pigments in ryegrass；cadmium stress increased the stomatal conductance， intercellular CO2 concentration， and transpiration rate of Venus， Benz， and Victoria leaves；cadmium stress increased the POD activity of Benz， Victoria， and Blue Label leaves；cadmium stress increased the SOD activity of Carter and Victoria leaves； cadmium stress increased CAT activity in Victoria and Venus leaves. Benz， Victoria and Venus might have stronger cadmium tolerance than other varieties， thereby reducing the harm of cadmium to themselves；cadmium stress increased the soluble sugar content of all varieties and the proline content of five ryegrass varieties except Carter. Benz， Blue Label and Victoria could produce more osmotic regulatory substances to alleviate the damage caused by cadmium stress；under normal growth conditions， the cadmium content and accumulation in the upper part of rye grassland were relatively low， and the differences between different varieties were relatively small. Cadmium stress significantly increased the cadmium content and accumulation in the upper part of rye grassland， with Benz having the highest cadmium content and accumulation in the upper part， significantly higher than other varieties.In summary， Benz and Victoria had strong cadmium resistance and cadmium enrichment ability， making them the preferred varieties for cadmium contaminated soil remediation.

Key words：cadmium stress； ryegrass（Lolium perenne L.）； seed germination； seedlings； physiological response

隨著工農業(yè)和城市化進程的發(fā)展，工業(yè)“三廢”不合理排放以及農藥化肥的過量使用，全球范圍內生態(tài)環(huán)境遭受嚴重破壞，農田土壤持續(xù)惡化，其中受到廣泛關注的是重金屬鎘污染［1］。鎘（Cd）是一種毒性較強的生物非必需重金屬元素，不僅水溶性強而且在生物圈中移動性強，容易從土壤轉移到食物鏈中，最終危害人體健康［2］。植物修復技術具有廉價、清潔、環(huán)境友好、無二次污染等特性，因此，在土壤重金屬污染修復中受到高度重視［3］。

黑麥草（Lolium perenne L.）在中國廣泛種植，對重金屬耐受性強，因其具有生長速度快、生物量大、根系發(fā)達、對重金屬Cd、Cu、Zn等有較強耐受性及吸收積累能力等特點，已被證明是修復土壤重金屬污染的優(yōu)良植物之一［4］。王子萱等［5］的研究結果表明黑麥草具有修復被重金屬Cd污染土壤的潛力。喬云蕾［6］的研究結果表明黑麥草對高濃度鎘的富集作用高于低濃度鎘。眾多研究表明，當植物受到鎘脅迫時，不僅體內生理生化代謝發(fā)生改變，而且其形態(tài)表征、光合和呼吸特性、生物量等也會受到抑制，導致植物抗逆性降低，嚴重時造成植株死亡［7，8］。已有研究表明鎘對植物生長的影響表現為低促高抑［9］。而鎘對植物生長毒害的臨界濃度受土壤中有效鎘含量及植物類型影響［10，11］。王子萱等［5］認為黑麥草地上部對土壤鎘的富集程度與土壤pH呈極顯著負相關。大量研究表明，在鎘脅迫條件下植物各部位鎘積累量均有所增加［5，12，13］。前人研究表明過量的鎘抑制黑麥草幼苗生長和降低光合色素含量［14］，也有研究表明在一定范圍的鎘脅迫下，植物通過增加滲透調節(jié)物質和抗氧化酶活性來減小對植物的危害［15］。劉俊祥等［13］的研究表明，隨著鎘濃度的增加，黑麥草丙二醛含量和細胞膜透性增加。方志剛等［14］認為影響黑麥草品種間耐鎘差異的主要因素為鎘吸收和轉運效率。

目前相關工作集中在特定品種對鎘的響應特征，而對不同品種鎘響應差異篩選的研究較少。本研究以中國廣泛種植的6個多年生黑麥草品種為參試材料，通過分析不同濃度的鎘脅迫對不同黑麥草品種種子萌發(fā)和幼苗生長的影響，以及鎘脅迫下黑麥草幼苗生理生化響應、光合特性、抗逆性及不同品種鎘含量、鎘積累特性差異，篩選出鎘脅迫耐受性強的參試材料，以期為土壤鎘污染治理、生態(tài)環(huán)境保護提供有效措施及理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試黑麥草材料6份（表1），其中藍標、維多利亞、雅晴的種子購于河南省商丘陽光花卉公司，卡特、維納斯的種子購于江蘇鑫瑞種業(yè)公司，奔馳的種子購于沐陽縣鐘穎花木圓領有限公司。

試驗試劑：氯化鎘（CdCl2·2.5H2O）為國產分析純。試驗于2020年3—10月在凱里學院進行。

1.2 試驗設計和處理

1.2.1 鎘脅迫對黑麥草發(fā)芽特性的影響 在5%的NaClO溶液中浸泡種子10 min，無菌去離子水沖洗5～6次，然后將滅菌種子放入鋪有2層滅菌濾紙的培養(yǎng)皿中（直徑9 cm，使用前均已滅菌），每皿50粒種子，加入不同濃度的鎘溶液后將培養(yǎng)皿置于恒溫光照培養(yǎng)箱中，在25 ℃，12 h光照/12 h黑暗的條件下進行萌發(fā)。設置0（CK）、25、50、100、150、200 mg/L? 6個濃度，每個處理4次重復。為保持溶液濃度恒定，每隔24 h更換濾紙并補充1次對應濃度的鎘溶液。

1.2.2 鎘脅迫對黑麥草光合特性、抗逆性及生長的影響 通過盆栽試驗，采用隨機區(qū)組法設計，研究鎘脅迫對黑麥草光合特性、抗逆性及生長的影響。設置正常生長條件組為對照，處理組鎘濃度為10 mg/kg（以純鎘計算，下同），每個處理4次重復，共48盆，隨機排列。盆栽容器為直徑20 cm、高35 cm塑料桶，每桶裝質量20 kg干土，土壤的理化性狀如表2所示。

于2020年3月將外源鎘（CdCl2·2.5H2O）配成濃度為200 mg/L的溶液，施入20 kg土壤中，外源鎘濃度達10 mg/kg，空白組施加等量水。鎘處理后用黑色遮陽網覆蓋并置于通風干燥處，穩(wěn)定5周（保證鎘被土壤充分吸附）后播種。播種方式為撒播，出苗1周后間苗，每盆留苗50株。常規(guī)管理，及時澆水。

1.3 測定方法

1.3.1 發(fā)芽指標測定 按國家種子質量檢驗標準（GB/T 3543.1—1995），黑麥草的發(fā)芽勢、發(fā)芽率分別于處理后第4天、第7天統(tǒng)計。

發(fā)芽勢=（4 d內正常發(fā)芽種子數/供試種子數）×100%?? ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? ??（1）

發(fā)芽率=（7 d內正常發(fā)芽種子數/供試種子數）×100%? ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? ??（2）

平均發(fā)芽天數=［∑（浸種至當日發(fā)芽所需的天數×當日發(fā)芽粒數）］/7 d內總發(fā)芽粒數?????????? ? （3）

發(fā)芽指數（GI） = Σ（Gt /Dt）???????????????????????? ?????? ??（4）

活力指數（VI） = GI×S???????????????????????????? ???? ??（5）

式中，Gt為t時間內的發(fā)芽種子數；Dt為相應的發(fā)芽天數；S為一定時期內幼苗長度；相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽指數等指標均為某一濃度鎘處理下該指標與無鎘處理條件下該指標的比值。

1.3.2 幼苗生長指標、鎘含量測定 隨機選取10株黑麥草，每隔15 d取樣一次，沿地表剪下，稱鮮重后用自來水沖洗干凈，再用去離子水清洗，晾干，90 ℃烘箱烘干至恒重，再稱干重，計算生物量，然后粉碎。取0.5 g粉碎樣品，用濃硝酸-ddH2O消解，采用TAS-990AFG型石墨爐原子吸收光譜儀（北京普析通用儀器有限責任公司）測定鎘含量。

1.3.3 光合特性測定 用Li-6400型便攜式光合儀（美國）測定光合指標。黑麥草播種60 d后，于晴天上午9：00—11：00，選取健康葉（從分蘗處向里數第2或第3片展開葉，取中部健康、無折痕部位）為測定對象，測凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）及葉綠素含量。丙酮提取法測定葉綠素含量［16］。以上測定均重復3次。

1.3.4 生理指標測定 待黑麥草長至90 d左右，測定相關生理指標。過氧化物酶活性采用愈創(chuàng)木酚法測定［17］，超氧化物歧化酶活性采用氮藍四唑法測定［18］，過氧化氫酶活性采用紫外吸收法測定［19］，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定［20］，脯氨酸含量采用酸性茚三酮比色法測定［21］，丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法測定［18］。所有含量均以鮮重計算，每個處理的每個生理指標均重復測定4次。

1.4 數據處理與分析

用Excel軟件計算4次重復的平均值和標準差，采用SAS軟件進行單因素方差分析和多重比較（Duncan法），用Origin 2019軟件做圖，標有相同字母的代表差異不顯著（P>0.05）。

2 結果與分析

2.1 鎘脅迫下不同黑麥草品種生長特性

隨鎘濃度的增加，奔馳種子的發(fā)芽勢呈下降趨勢，黑麥草其他品種種子發(fā)芽勢均呈先增加后降低的趨勢（圖1a）；卡特種子的發(fā)芽勢從鎘濃度150 mg/L起低于對照，維多利亞、維納斯、藍標種子的發(fā)芽勢從鎘濃度200 mg/L起低于對照，其中藍標種子發(fā)芽勢降低的最多；在不同濃度鎘脅迫下，雅晴種子的發(fā)芽勢均高于對照。鎘脅迫對黑麥草種子發(fā)芽率的影響因品種和鎘濃度而異（圖1b），隨著鎘脅迫濃度的增加，奔馳、卡特種子的發(fā)芽率呈下降趨勢，且均低于對照，其中奔馳種子的降低幅度較大；鎘濃度低于150 mg/L時藍標、維多利亞、雅晴種子的發(fā)芽率均高于對照；鎘濃度為200 mg/L時奔馳、卡特、藍標、維多利亞、維納斯、雅晴種子的發(fā)芽率均低于對照。鎘脅迫對黑麥草種子發(fā)芽指數的影響因品種而異（圖1c），在不同濃度鎘脅迫下，維納斯種子的發(fā)芽指數均高于對照，隨著鎘濃度的增加，奔馳種子的發(fā)芽指數呈下降趨勢，且發(fā)芽指數均低于對照；鎘濃度低于150 mg/L時雅晴、藍標、維納斯、維多利亞種子的發(fā)芽指數均高于對照；鎘濃度為200 mg/L時奔馳、卡特、藍標、維多利亞、雅晴種子發(fā)芽指數均低于對照。鎘脅迫對黑麥草種子的活力指數隨濃度的增加而減少（圖1d），卡特、奔馳種子活力指數降低幅度較大，而雅晴、維納斯種子的活力指數降低幅度較??；鎘濃度為200 mg/L時雅晴種子活力指數較高。不同濃度鎘脅迫對黑麥草種子發(fā)芽日數影響較?。▓D1e）。鎘脅迫對黑麥草種子平均發(fā)芽天數的影響因品種而異（圖1f），隨著鎘濃度的增加，奔馳種子的平均發(fā)芽天數呈增加趨勢，且均高于對照；維多利亞種子受鎘脅迫影響最小，平均發(fā)芽天數波動幅度最小。

鎘脅迫對黑麥草芽長的影響因鎘濃度和品種而異（圖2a），鎘濃度為25 mg/L時，奔馳、卡特、藍標、維納斯的芽長均高于對照，其他濃度鎘脅迫降低了卡特、藍標、維納斯的芽長，而且降低幅度隨鎘濃度的增加而增加；維多利亞、藍標的芽長對鎘脅迫比較敏感，當鎘濃度為200 mg/L時維多利亞、藍標的芽長較低，雅晴的芽長對鎘脅迫最不敏感。鎘脅迫對黑麥草芽鮮重的影響因鎘濃度和品種而異（圖2b），鎘濃度為25 mg/L時卡特、維納斯、雅晴的芽鮮重均高于對照；鎘濃度為50 mg/L時卡特、維多利亞的芽鮮重均高于對照；奔馳芽鮮重對鎘脅迫最敏感，雅晴芽鮮重對鎘脅迫最不敏感。鎘脅迫對黑麥草芽干重的影響因鎘濃度和品種而異（圖2c），不同濃度鎘脅迫下，雅晴的芽干重均高于對照，而藍標的芽干重均低于對照，鎘脅迫對其他4個品種芽干重的影響表現為低濃度促進、高濃度抑制；維納斯、雅晴的芽干重降低幅度較小。鎘脅迫對黑麥草根長的影響因鎘濃度和品種而異（圖2d），鎘濃度為25 mg/L時奔馳的根長高于對照，隨著鎘濃度增加奔馳的根長降低且低于對照，而且降低幅度隨鎘濃度的增加而增加；卡特的根長對鎘脅迫最敏感，奔馳的根長對鎘脅迫最不敏感。鎘脅迫對黑麥草根鮮重的影響因鎘濃度和品種而異（圖2e），各濃度鎘脅迫均增加了雅晴的根鮮重，鎘脅迫對其他5個品種根鮮重的影響表現為低濃度促進、高濃度抑制；維納斯根鮮重降低幅度最大，其次為卡特。鎘脅迫對黑麥草根干重的影響因鎘濃度和品種而異（圖2f），各濃度鎘脅迫均降低了奔馳的根干重，鎘脅迫對其他5個品種根鮮重的影響表現為低濃度促進、高濃度抑制，雅晴根干重降低幅度最小。綜上所述，隨著鎘濃度增加，大部分黑麥草品種的芽長、芽鮮重、芽干重、根長、根鮮重、根干重總體呈下降趨勢。

2.2 鎘脅迫對不同黑麥草品種色素含量、光合及抗逆特性的影響

2.2.1 鎘脅迫對不同黑麥草品種色素含量的影響 在正常生長條件下，維納斯葉綠素a含量最高（6.34 mg/g），其次為卡特（圖3a），均顯著高于其他品種，其中葉綠素a含量由高到低依次為雅晴、奔馳、藍標、維多利亞，且兩兩差異顯著；在鎘脅迫條件下，維納斯葉綠素a含量最高（11.76 mg/g），其次為奔馳（10.33 mg/g），其他4個品種的葉綠素a含量由高到低依次為維多利亞、藍標、雅晴、卡特，6個黑麥草品種的葉綠素a含量兩兩差異顯著；與正常生長條件相比，鎘脅迫增加了黑麥草葉綠素a含量，維多利亞的增加幅度最大，其次為奔馳，卡特的增加幅度最小。

在正常生長條件下，葉綠素b含量由高到低依次為維納斯、卡特、雅晴、奔馳、藍標、維多利亞，且品種間差異顯著（圖3b）；在鎘脅迫條件下，葉綠素b含量由高到低依次為維納斯、奔馳、維多利亞、藍標、雅晴、卡特，除雅晴與卡特差異不顯著外，其他品種間差異顯著。與正常生長條件相比，鎘脅迫增加了黑麥草葉綠素b含量，維多利亞的增加幅度最大，其次為奔馳，卡特的增加幅度最小。

在正常生長條件下，類胡蘿卜素含量由高到低依次為卡特、維納斯、雅晴、藍標、奔馳、維多利亞，且品種間差異顯著（圖3c）；在鎘脅迫條件下，類胡蘿卜素含量由高到低依次為維納斯、奔馳、維多利亞、藍標、雅晴、卡特，除奔馳與維多利亞差異不顯著外，其他品種間差異顯著。與正常生長條件相比，鎘脅迫增加了黑麥草類胡蘿卜素含量，維多利亞的增加幅度最大，其次為奔馳，卡特的增加幅度最小。

不同黑麥草品種葉綠素含量存在差異（圖3d）。在正常生長條件下，黑麥草葉綠素含量由高到低依次為維納斯、卡特、雅晴、奔馳、藍標、維多利亞，除維納斯與卡特差異不顯著外，其他品種間差異顯著；在鎘脅迫條件下，葉綠素含量由高到低依次為維納斯、奔馳、維多利亞、藍標、雅晴、卡特，且品種間差異顯著。與正常生長條件相比，鎘脅迫提高了黑麥草葉綠素含量，維多利亞的增加幅度最大，其次為奔馳，卡特的增加幅度最小。

2.2.2 鎘脅迫對不同黑麥草品種光合特性的影響 不同黑麥草品種葉片氣孔導度存在差異。在正常生長條件下，葉片氣孔導度由高到低依次為藍標、雅晴、維多利亞、卡特、奔馳、維納斯，且品種間差異顯著（圖4a）。在鎘脅迫條件下，葉片氣孔導度由高到低依次為奔馳、維納斯、雅晴、維多利亞、藍標、卡特，除奔馳與維納斯差異不顯著外，其他品種間差異顯著。與正常生長條件相比，鎘脅迫增加了維納斯、奔馳、維多利亞、雅晴葉片的氣孔導度，鎘脅迫降低了藍標葉片的氣孔導度，卡特葉片的氣孔導度基本不變。

不同黑麥草品種葉片胞間CO2濃度存在差異。在正常生長條件下，黑麥草葉片胞間CO2濃度由高到低依次為雅晴、藍標、卡特、維多利亞、維納斯、奔馳，除藍標與卡特、維多利亞與維納斯差異不顯著外，其他品種間差異顯著（圖4b）。在鎘脅迫條件下，黑麥草葉片胞間CO2濃度由高到低依次為維納斯、奔馳、雅晴、卡特、維多利亞、藍標，除奔馳與雅晴差異不顯著外，其他品種間差異顯著。與正常生長條件相比，鎘脅迫增加了奔馳、維納斯、維多利亞葉片的胞間CO2濃度，鎘脅迫降低了藍標、雅晴葉片的胞間CO2濃度，卡特的胞間CO2濃度基本不變。

在正常生長條件下，黑麥草葉片的光合速率由高到低依次為維多利亞、藍標、卡特、雅晴、奔馳、維納斯，除維多利亞與藍標、雅晴與奔馳差異不顯著外，其他品種間差異顯著（圖4c）；在鎘脅迫條件下，光合速率由高到低依次為藍標、維多利亞、雅晴、卡特、奔馳、維納斯，除卡特與奔馳差異不顯著外，其他品種間差異顯著。與正常生長條件相比，鎘脅迫降低了卡特葉片的光合速率，增加了維納斯、雅晴、藍標、維多利亞、奔馳葉片的光合速率。

在正常生長條件下，黑麥草葉片的蒸騰速率由高到低依次為雅晴、維多利亞、藍標、卡特、維納斯、奔馳，除奔馳與維納斯差異不顯著外，其他品種間差異顯著（圖4d）；在鎘脅迫條件下，黑麥草葉片的蒸騰速率由高到低依次為維納斯、雅晴、維多利亞、奔馳、藍標、卡特，除奔馳與藍標差異不顯著外，其他品種間差異顯著。與正常生長條件相比，鎘脅迫增加了維納斯、奔馳、維多利亞的蒸騰速率，降低了藍標、卡特、雅晴葉片的蒸騰速率。

2.2.3 鎘脅迫對不同黑麥草品種抗逆特性的影響 由圖5a可知，在正常生長條件下，維納斯葉片POD活性最大（278 U/g），其次為雅晴（210 U/g），再次為卡特，均顯著高于維多利亞、藍標和奔馳；在鎘脅迫條件下，奔馳葉片的POD活性最高（202 U/g），其次為維納斯（156 U/g），藍標最?。?5 U/g）。與正常生長條件相比，鎘脅迫增加了奔馳、維多利亞、藍標葉片的POD活性，其中奔馳增加幅度最大，藍標增加幅度最小，鎘脅迫降低了雅晴、維納斯、卡特葉片的POD活性。

由圖5b可知，在正常生長條件下，奔馳葉片的SOD活性最大（13.86 U/g），其次為雅晴（9.92 U/g），維納斯最小（6.52 U/g）；在鎘脅迫條件下，奔馳葉片的SOD活性最高（11.27 U/g），其次為卡特（9.50 U/g），維納斯最小（5.09 U/g）。與正常生長條件相比，鎘脅迫增加了卡特、維多利亞葉片的SOD活性，鎘脅迫降低了雅晴、維納斯、藍標、奔馳葉片的SOD活性，其中維納斯降低幅度最大，藍標降低幅度最小。

由圖5c可知，在正常生長條件下，奔馳葉片的CAT活性最大（28.7 U/g），顯著高于雅晴、維多利亞、維納斯；其次為卡特（20.3 U/g），維納斯最?。?.2 U/g）；在鎘脅迫條件下，奔馳葉片的CAT活性仍然最高（28.3 U/g），顯著高于藍標和雅晴；其次為卡特（20.3 U/g），雅晴最小（5.7 U/g）。與正常生長條件相比，鎘脅迫增加了維多利亞、維納斯葉片的CAT活性，鎘脅迫降低了其他4個品種葉片的CAT活性，雅晴降低幅度最大，奔馳降低幅度最小。

由圖5d可知，在正常生長條件下，黑麥草葉片可溶性糖含量由高到低依次為奔馳、維多利亞、維納斯、藍標、雅晴、卡特，各品種間差異顯著；在鎘脅迫條件下，黑麥草葉片可溶性糖含量由高到低依次為維多利亞、奔馳、維納斯、藍標、雅晴、卡特，除奔馳與維多利亞差異不顯著外，其他品種間可溶性糖含量差異顯著。與正常生長條件相比，鎘脅迫增加了所有品種葉片的可溶性糖含量，雅晴增加幅度最大，卡特增加幅度最小。

由圖5e可知，在正常生長條件下，藍標葉片的脯氨酸含量最高（291 μg/g），顯著高于其他品種；其次為卡特，奔馳最低，奔馳顯著低于除維多利亞外其他品種；在鎘脅迫條件下，藍標葉片的脯氨酸含量最高（368 μg/g），顯著高于其他品種；其次為維納斯和維多利亞；奔馳最低，顯著低于除卡特外其他品種。與正常生長條件相比，鎘脅迫降低了卡特葉片的脯氨酸含量，增加了其他5個品種葉片的脯氨酸含量，其中維多利亞增加幅度最大，雅晴增加幅度最小。

由圖5f可知，在正常生長條件下，維納斯葉片的MDA含量最高（1.63 μmol/kg），顯著高于其他品種，其次為奔馳，藍標最?。?.57 μmol/kg）；在鎘脅迫條件下，雅晴葉片的MDA含量最高（1.19 μmol/kg），其次為藍標、維納斯，維多利亞最低（0.46 μmol/kg）。與正常生長條件相比，鎘脅迫增加了藍標、雅晴、卡特葉片的MDA含量，藍標增加幅度最大，卡特增加幅度最小，鎘脅迫降低了維多利亞、維納斯、奔馳葉片的MDA含量，其中維多利亞降低幅度最大，奔馳降低幅度最小。

2.3 鎘脅迫對不同黑麥草品種生長及鎘吸收的影響

2.3.1 鎘脅迫對不同黑麥草品種生長的影響 黑麥草對鎘脅迫的反應因品種、生育期的不同而異（圖6）。鎘脅迫抑制奔馳前期生長，促進后期生長；鎘脅迫抑制卡特、維納斯、雅晴的全生育期生長；鎘脅迫促進藍標前期生長，抑制后期生長；鎘脅迫對維多利亞全生育期生長均起促進作用。鎘脅迫對奔馳、藍標、維多利亞的生物量影響較大。

2.3.2 鎘脅迫對不同黑麥草品種鎘含量、累積量的影響 不同黑麥草品種地上部鎘含量存在差異（圖7a、7c）。第一次采樣數據顯示，在正常生長條件下，維納斯地上部鎘含量最高（1.96 mg/kg），顯著高于卡特，與雅晴、維多利亞、藍標、奔馳差異不顯著。在鎘脅迫條件下，奔馳地上部鎘含量最高（23.84 mg/kg），顯著高于其他4個品種（雅晴數據缺失），其次為維多利亞，維納斯、維多利亞、藍標、卡特間鎘含量差異不顯著。在正常生長條件下，黑麥草地上部鎘含量都較低，鎘脅迫明顯增加了黑麥草地上部鎘含量，奔馳地上部鎘含量增加幅度最大，維納斯增加幅度最小。第二次采樣數據顯示，在正常生長條件下，卡特地上部鎘含量最高（4.80 mg/kg），顯著高于維納斯，其次為奔馳，雅晴、維多利亞、藍標、卡特、奔馳間鎘含量差異不顯著。在鎘脅迫條件下，奔馳地上部鎘含量最高（25.88 mg/kg），顯著高于其他5個品種，其次為雅晴。在正常生長條件下，黑麥草地上部鎘含量都較低，鎘脅迫明顯增加了黑麥草地上部鎘含量，奔馳地上部鎘含量增加幅度最大，其次為雅晴，藍標增加幅度最小。

不同黑麥草品種地上部鎘累積量存在差異（圖7b、7d）。第一次采樣數據顯示，在正常生長條件下，雅晴地上部鎘累積量最高（0.116 μg/株），顯著高于卡特，雅晴、維納斯、維多利亞、藍標、奔馳的鎘累積量差異不顯著；在鎘脅迫條件下，奔馳地上部鎘累積量最高（1.856 μg/株），其他品種鎘累積量由大到小依次為維多利亞、藍標、維納斯、卡特，除維納斯與卡特差異不顯著外（雅晴數據缺失），其他品種的鎘累積量差異顯著；在正常生長條件下，黑麥草地上部鎘累積量都較低，鎘脅迫顯著增加了黑麥草地上部鎘累積量，奔馳地上部鎘累積量增加幅度最大，其次為維多利亞，維納斯增加幅度最小。第二次采樣數據顯示，在正常生長條件下，奔馳地上部鎘累積量最高（0.883 μg/株），明顯高于其他4個品種，其次為藍標，顯著高于雅晴、維納斯、卡特。在鎘脅迫條件下，奔馳地上部鎘累積量最高（5.808 μg/株），顯著高于其他5個品種，其次為維多利亞和藍標，顯著高于維納斯和卡特，再次為雅晴，顯著高于卡特。在正常生長條件下，黑麥草地上部鎘累積量都較低，鎘脅迫顯著增加了黑麥草地上部鎘累積量，奔馳地上部鎘累積量增加幅度最大，其次為維多利亞，藍標增加幅度最小。

3 小結與討論

土壤中鎘含量超標不僅抑制土壤微生物的生長，而且會造成土壤肥力下降，影響植物生長，并通過食物鏈影響人類健康［6］。植物修復是解決土壤鎘污染問題的有效手段［22］。黑麥草具有生長速度快，分蘗能力強，抗逆性強等特征，在一定程度上耐受并富集土壤中的鎘元素，但當鎘含量過高時會破壞黑麥草體內細胞膜滲透性，影響其種子萌發(fā)和幼苗生長［23］，并且黑麥草對鎘吸收存在基因型差異［14］，因此研究不同黑麥草品種對鎘耐受和富集差異，篩選高富集和耐受鎘的品種對鎘污染土壤修復具有重要意義。

3.1 鎘對多年生黑麥草種子萌發(fā)的影響

研究鎘脅迫下植物種子萌發(fā)及幼苗生長發(fā)育情況，在一定程度上可為植物對環(huán)境中鎘的適應性提供理論依據［24］。本研究中，隨著鎘濃度的增加，奔馳種子的發(fā)芽勢逐漸降低，黑麥草其他品種種子發(fā)芽勢均呈先增加后降低趨勢。鎘脅迫對黑麥草種子發(fā)芽率的影響因品種而異，鎘濃度低于150 mg/L時藍標、維多利亞、雅晴種子的發(fā)芽率均高于對照；鎘濃度為200 mg/L時奔馳、卡特、藍標、維多利亞、維納斯、雅晴種子的發(fā)芽率均低于對照。鎘脅迫對黑麥草的活力指數隨濃度的增加而減少，卡特、奔馳的活力指數降低幅度較大，而雅睛、維納斯種子的活力指數降低幅度較??；鎘濃度為200 mg/L時雅晴種子的活力指數較高。這與張楊楊等［25］的鎘脅迫6種草本植物種子研究結果一致。鎘濃度低于150 mg/L時雅晴、藍標、維納斯、維多利亞種子的發(fā)芽指數均高于對照；鎘濃度為200 mg/L時奔馳、卡特、藍標、維多利亞、雅睛種子的發(fā)芽指數均低于對照。

隨著鎘濃度的增加，大部分黑麥草品種的芽長、芽鮮重、芽干重、根長、根鮮重、根干重總體呈下降趨勢，符合一般抗性植物響應逆境脅迫的規(guī)律。維多利亞、藍標的芽長對鎘脅迫比較敏感，當鎘濃度為200 mg/L時維多利亞、藍標的芽長較低，雅晴的芽長對鎘脅迫最不敏感。當鎘濃度增加至200 mg/L時，抑制了黑麥草種子的萌發(fā)，不同品種受抑制程度不同，這與前人的研究結果一致［5，23，26，27］。李慧芳等［28］的研究表明低濃度的鎘脅迫（≤50 mg/kg）可促進部分多年生黑麥草的生長，其存活率、株高、分蘗數和地上部生物量顯著高于對照，而高濃度鎘脅迫則對黑麥草的生長產生抑制作用。

3.2 鎘對多年生黑麥草光合色素含量及光合特性的影響

本研究結果顯示，與正常生長條件相比，鎘脅迫增加了黑麥草葉片葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素和葉綠素含量，不同品種增加幅度存在差異。這與方志剛等［14］、Anjum等［29］、魏倩等［30］ 認為鎘脅迫降低了黑麥草葉片色素含量的研究結果存在差異。魏倩等［30］的研究中鎘脅迫濃度為50 mg/kg，方志剛等［14］培養(yǎng)方式為水培且僅脅迫11 d，推測鎘脅迫濃度、周期或培養(yǎng)方式不同是造成其與本研究結果存在差異的主要原因。低濃度鎘脅迫對黑麥草葉片色素的合成起促進作用，高濃度鎘脅迫抑制色素的合成或者加速降解。

若植物光合細胞器被嚴重破壞，將影響其光合速率。鎘脅迫對植物的光反應、暗反應和光化學效率均有影響，從而降低植物的光合效率［8］。本研究結果表明，與正常生長條件相比，鎘脅迫增加了維納斯、奔馳、維多利亞、雅晴葉片的氣孔導度，降低了藍標葉片的氣孔導度，卡特葉片的氣孔導度無變化；鎘脅迫增加了奔馳、維納斯、維多利亞葉片的胞間CO2濃度，降低了藍標、雅晴葉片的胞間CO2濃度，卡特葉片的胞間CO2濃度無變化；鎘脅迫降低了卡特葉片的光合速率，增加了維納斯、雅晴、藍標、維多利亞、奔馳葉片的光合速率；鎘脅迫提高了維納斯、奔馳、維多利亞葉片的蒸騰速率，降低了藍標、卡特、雅晴葉片的蒸騰速率。這與Guo等［31］的研究結果存在差異，推測可能是由于本研究的鎘脅迫濃度較低，色素含量反而增加，因而導致光合速率增加。

3.3 鎘脅迫激活抗氧化酶活性

SOD、CAT、POD等抗氧化劑在植物體內產生，可有效增強植物對多種逆境脅迫的抵抗力［8］。本研究結果表明，與正常生長條件相比，鎘脅迫增加了奔馳、維多利亞、藍標的POD活性，奔馳增加幅度最大；鎘脅迫增加了卡特、維多利亞的SOD活性，降低了其他4個品種的SOD活性，其中維納斯降低幅度最大，藍標降低幅度最??；鎘脅迫增加了維多利亞、維納斯的CAT活性，降低了其他4個品種的CAT活性，其中雅晴降低幅度最大，奔馳降低幅度最小?？傮w上看，在脅迫條件下，奔馳的SOD、CAT、POD活性均最高，維多利亞的3種酶活性也較高，說明奔馳、維多利亞、維納斯對鎘的抗性較強。鎘誘導作物氧化應激產生ROS，提高SOD、CAT和POD等抗氧化酶活性，從而減輕ROS對細胞的損害［8］。李慧芳等［28］的研究表明，在鎘脅迫下CAT活性變化因品種而異，POD活性隨鎘脅迫濃度的增加先上升后下降，同樣不同品種的POD活性存在差異。說明不同基因型黑麥草對鎘脅迫的反應及耐受濃度均存在差異。本研究的供試材料奔馳、維多利亞、維納斯可能較其他品種具有更強的耐鎘性，從而減少鎘對自身的危害。

3.4 鎘脅迫引起滲透調節(jié)物質的積累

與正常生長條件相比，鎘脅迫增加了所有品種可溶性糖含量及除卡特外5個品種葉片的脯氨酸含量?？扇苄蕴亲鳛橐号莸臐B透緩沖劑和逆境保護劑，在植物滲透調節(jié)中發(fā)揮關鍵作用。脯氨酸是植物在重金屬等逆境脅迫條件下累積的重要氨基酸，參與滲透調節(jié)。在正常及脅迫條件下，奔馳葉片的可溶性糖含量最高，其次為維多利亞。在正常和脅迫條件下，藍標葉片脯氨酸含量均最高。說明奔馳、藍標、維多利亞能產生較多的滲透調節(jié)物質來減輕鎘脅迫對其造成的傷害。

MDA含量越高，說明細胞處于高氧化應激狀態(tài)，細胞膜脂過氧化程度就越高［27］。在正常生長條件下，維納斯葉片MDA含量最高，顯著高于其他品種，藍標葉片的MDA含量最小；在鎘脅迫條件下，雅晴葉片的MDA含量最高，奔馳葉片的MDA含量較低，維多利亞葉片的MDA含量最低。說明維多利亞、奔馳對鎘脅迫的抗性較強，膜系統(tǒng)受損害程度較輕。鎘脅迫降低了維納斯、維多利亞、奔馳葉片的MDA含量，但卻增加了藍標、雅晴、卡特葉片的MDA含量，藍標增加幅度最大，這源于藍標的抗氧化酶活性比較低。由此可見，抗氧化酶活性是植物抗逆性的重要指標。李慧芳等［28］的研究表明隨著鎘濃度增加脯氨酸和MDA含量呈上升趨勢，品種間存在差異。這說明植物為了抵御鎘脅迫，需產生更多的滲透調節(jié)物質來增加其抗性；此外，鎘脅迫濃度越高，植物的膜系統(tǒng)受害程度越大。本研究的供試材料維納斯、維多利亞、奔馳可能較其他品種具有更強的耐鎘性。

3.5 不同黑麥草品種鎘含量和鎘累積量及對土壤有效鎘含量的影響

不同黑麥草品種地上部鎘含量和鎘累積量存在差異。在正常生長條件下，黑麥草地上部鎘含量和鎘累積量都較低，品種間差異較小。鎘脅迫明顯增加了黑麥草地上部鎘含量和鎘累積量，奔馳地上部鎘含量和鎘累積量最高，顯著高于其他5個品種，與金卓君等［32］的研究結果基本一致，表明黑麥草對鎘的耐受性和吸收累積存在基因型差異。在黑麥草的生育期，通過多次刈割及鎘富集作用可以不斷將鎘從污染土壤中移除。本研究的供試材料奔馳、維多利亞可能較其他品種具有更強的耐鎘性及鎘吸收累積能力，更適合作為鎘污染土壤的植物修復品種。

綜上所述，奔馳、維多利亞抗鎘性及富鎘能力都較強，是鎘污染土壤修復的優(yōu)選品種。本研究為鎘污染地區(qū)土壤修復及種植結構調整提供備選品種。

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