鉬緩解煙草鎘毒害的生理效應(yīng)及其機(jī)制

關(guān)鍵詞：煙草；鎘脅迫；鉬；光合作用；抗氧化系統(tǒng)；酶活性；激素含量；元素積累

重金屬污染是目前世界上污染面積最大、危害最為嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題之一，也是制約植物正常生長(zhǎng)發(fā)育最為嚴(yán)重的非生物脅迫因素之一。近年來(lái)，隨著我國(guó)工業(yè)化快速發(fā)展，工業(yè)廢棄物排放以及垃圾焚燒等造成的重金屬污染狀況愈發(fā)嚴(yán)峻。其中，鎘是廣泛存在于環(huán)境中的毒性最大的重金屬之一，在土壤中具有較強(qiáng)的化學(xué)活性，也是造成土壤污染面積最大、危害最嚴(yán)重的重金屬之一。鎘不是植物生長(zhǎng)的必需元素，且較低含量的鎘即可對(duì)植物產(chǎn)生危害，如改變細(xì)胞膜的通透性、破壞植物保護(hù)酶系統(tǒng)、降低光合強(qiáng)度、造成代謝紊亂、阻礙根系生長(zhǎng)以及抑制水分的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)，最終造成作物產(chǎn)量和品質(zhì)的下降。鎘被植物吸收后會(huì)累積在植物體內(nèi)，隨食物鏈傳遞最終進(jìn)入人體內(nèi)造成嚴(yán)重危害，煙草雖然不是一種可以直接供人類(lèi)食用的植物，但煙草內(nèi)的鎘通過(guò)卷煙制品的抽吸危害人體健康。傳統(tǒng)重金屬污染土壤的修復(fù)手段雖然起到了一定的治理效果，但因存在易造成土體結(jié)構(gòu)破壞，二次污染以及受環(huán)境因素限制等局限導(dǎo)致難以達(dá)到永久修復(fù)的目的。因此，尋找一種安全、生態(tài)、有效的方法降低煙草鎘毒害、提高卷煙安全性顯得格外重要。

鉬元素作為植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的微量元素，是構(gòu)成固氮酶、硝酸還原酶、醛氧化酶、黃嘌呤氧化酶和亞硫酸鹽氧化酶等多種酶的重要組分，參與影響機(jī)體的脂肪、含硫氨基酸、蛋白質(zhì)和核酸的代謝，是人體及動(dòng)植物必需的微量元素，對(duì)機(jī)體的生長(zhǎng)發(fā)育和遺傳起著重要作用。鉬不僅調(diào)節(jié)著植物的生長(zhǎng)發(fā)育和碳氮代謝過(guò)程，還在提高植物的抗逆能力方面發(fā)揮著重要作用。目前已有大量研究表明鎘的毒性作用會(huì)對(duì)作物的生長(zhǎng)性能、理化性質(zhì)和分子過(guò)程造成嚴(yán)重干擾。鉬作為一種植物必需的微量元素，可以調(diào)節(jié)高等植物中氮同化酶的活性和表達(dá)，并且在氮代謝和氧化脅迫耐受性等方面起著關(guān)鍵作用，而鉬調(diào)控的氧化脅迫耐受性在植物抵御重金屬脅迫中可能發(fā)揮著巨大的應(yīng)用潛力。因而，為探究鉬對(duì)煙草鎘毒害的緩解效果及作用機(jī)制，本試驗(yàn)以鉬酸銨作為鉬源，開(kāi)展鉬緩解煙草鎘毒害的生理機(jī)制研究，為利用微量元素降低植物的重金屬毒害以及提高卷煙安全性提供一定的理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)及處理

1.1.1試驗(yàn)材料

供試煙草為全國(guó)廣泛種植的品種K326，煙草種子由河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院育種實(shí)驗(yàn)室提供。試驗(yàn)土壤取自新鄉(xiāng)市鎘污染土壤，全鎘含量為3.80mg·kg-1，土壤基本理化性質(zhì)：堿解氮84.53mg·kg-1，速效鉀183.58mg·kg-1，速效磷168.92mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)16.14g·kg-1，有效鉬0.11mg·kg-1，pH8.23。四水合鉬酸銨固體粉劑購(gòu)置于鄭州艾克姆化工有限公司，含量為99%的分析純?cè)噭?/p>

1.1.2培育方法

煙草種子培育：試驗(yàn)地點(diǎn)為河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院煙草品質(zhì)生態(tài)實(shí)驗(yàn)室，選用飽滿(mǎn)均勻的煙草種子先用10%的次氯酸鈉溶液消毒，室溫浸泡3～5min，倒去次氯酸鈉溶液后，再用70%的無(wú)水乙醇于室溫浸泡30s，用無(wú)菌水沖洗3～4次，隨后超純水沖洗5～6遍并浸泡種子8h，以育苗盤(pán)和工字格海綿為介質(zhì)，將種子均勻點(diǎn)在海綿中，放入人工氣候培養(yǎng)箱中進(jìn)行催芽。

煙草幼苗培育：采用土培法育苗，待煙草種子在人工氣候培養(yǎng)箱中發(fā)芽至三葉后選取長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗用鑷子移至蛭石中生長(zhǎng)。煙草幼苗長(zhǎng)至四葉期時(shí)移至加入外源四水合鉬酸銨的花盆中生長(zhǎng)。

整個(gè)培養(yǎng)期在人工培養(yǎng)箱中進(jìn)行，維持培養(yǎng)箱環(huán)境為：晝夜28℃+2℃／18℃+2℃；光周期14h/10h循環(huán)；相對(duì)濕度70%；光照強(qiáng)度440umol·m-2·s-1。

1.1.3試驗(yàn)處理

土壤樣品置于陰涼通風(fēng)處自然風(fēng)干后用非金屬磨土盤(pán)研磨，過(guò)60目篩，儲(chǔ)存?zhèn)溆?。以四水合鉬酸銨為鉬源，兌水配制成鉬酸銨溶液施加到試驗(yàn)土壤中，攪拌混勻后靜置一周，待鉬酸銨充分與土壤混合后移栽煙草幼苗。待煙株出現(xiàn)明顯脅迫表征時(shí)（移栽后30d）取樣并進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)測(cè)定。鉬濃度設(shè)置參考Muhammad等的方法分為四個(gè)不同處理：0（對(duì)照）、0.25、0.5、1mg·kg-1。每個(gè)處理作4次重復(fù)，每盆栽煙1株，共有16盆。每盆裝土800g。

1.2測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1表觀情況調(diào)查

待煙苗出現(xiàn)明顯脅迫表征時(shí)（移栽后30d），對(duì)各處理煙苗長(zhǎng)勢(shì)情況進(jìn)行拍照記錄，而后將煙苗整株挖出，洗刷干凈根部泥土，將根系切掉置人掃描儀中對(duì)根系發(fā)育情況進(jìn)行掃描拍照記錄。

1.2.2鎘、鉬含量

鎘的測(cè)定：將采摘下的煙苗葉片和根系于105℃下殺青15min，再于65℃烘干至質(zhì)量恒定后將干樣磨碎混勻，稱(chēng)取0.05g于試管中，加5mL消解液（HN03：HC104=9：1），待完全消解后，蒸發(fā)去酸，用蒸餾水定容至50mL，0.45um膜過(guò)濾，利用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定重金屬鎘的含量。

鉬的測(cè)定：將煙苗干樣磨碎混勻，稱(chēng)取0.3g于瓷坩堝中，在電爐上碳化，待煙氣散盡后，移入高溫電爐中，于525℃灰化8h。加入2mL 2.5mol·L-1硫酸，1mL0.5mol·L-1苯羥乙酸，5mL飽和氯酸鈉溶液，搖勻，靜置0.5h后于示波極譜儀上進(jìn)行測(cè)定。

1.2.3酶活性

土壤樣品和煙株樣品于移栽后30d采集，將煙草整株挖出，輕輕抖落根部表層泥土，用滅菌消毒處理過(guò)的刷子將煙苗根際約1～10mm的土壤刷下來(lái)放人離心管中，用自來(lái)水清洗煙株并用超純水潤(rùn)洗，分為葉片和根部，根際土和煙草組織經(jīng)液氮速凍后保存在-80℃的超低溫冰箱中備用。

多酚氧化酶（PPO）活性采用鄰苯二酚比色法測(cè)定；苯丙氨酸解氨酶（PAI）活性采用苯丙氨酸比色法測(cè)定；超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍(lán)四唑光還原法測(cè)定；過(guò)氧化氫酶（CAT）活性采用紫外吸收法測(cè)定；硝酸還原酶（NR）、黃嘌呤脫氫酶（XDH）、亞硫酸鹽氧化酶（SUOX）和醛氧化酶（AO）活性采用ELISA檢測(cè)試劑盒（上海酶聯(lián)生物）檢測(cè)；土壤硝酸還原酶（S-NR）、亞硝酸還原酶（S-NIR）、過(guò)氧化氫酶（S-CAT）、脲酶（S-UE）、酸性磷酸酶（S-ACP）和蔗糖酶（S-SC）的活性采用微量法試劑盒（北京索萊寶）檢測(cè)。

1.2.4光合作用

待煙株移栽30d時(shí)，選取各處理長(zhǎng)勢(shì)一致的煙株選擇晴天上午的9：00-11：00，利用杭州LS-1020（杭州綠博儀器有限公司）光合儀對(duì)葉片的光合指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，包括凈光合速率（Pn，以C02計(jì)）、氣孔導(dǎo)度（Gs，以H20計(jì)）、蒸騰速率（Tr2以H20計(jì)）和胞間C02濃度（Ci）。每張葉片測(cè)定4次，取其平均值。

1.2.5活性氧代謝和抗氧化能力

鮮煙葉的過(guò)氧化氫（H202）含量采用紫外吸收法測(cè)定；丙二（MDA）含量采用硫代巴比妥反應(yīng)法測(cè)定；超氧陰離子（02）含量參照王愛(ài)國(guó)等的方法測(cè)定；總抗氧化能力（T-AOC）采用Fe3+還原試劑盒法測(cè)定。

1.2.6激素含量

使用ELISA檢測(cè)試劑盒（上海酶聯(lián)生物）檢測(cè)鮮煙葉茉莉酸（GA）和水楊酸（SA）含量。

1.3數(shù)據(jù)分析

所有相關(guān)數(shù)據(jù)采用Excel 2010軟件進(jìn)行基本處理，SPSS 26軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，再采用Origin2021軟件繪圖。

2結(jié)果與分析

2.1鉬對(duì)鎘脅迫下煙草表觀的影響

圖1是土壤施鉬對(duì)鎘脅迫下煙草幼苗地上部和地下部表觀的影響狀況，由圖1可知，各處理表觀相比對(duì)照煙苗的長(zhǎng)勢(shì)矮小且葉片失綠現(xiàn)象最嚴(yán)重，根系發(fā)育稍弱。地上部表觀中，施鉬處理煙苗生長(zhǎng)被抑制的狀況得到明顯緩解，但1mg·kg-1處理煙苗的葉片仍有較嚴(yán)重的失綠現(xiàn)象，可能是過(guò)量鉬的施用對(duì)煙草幼苗造成了毒害作用。地下部表觀中，施鉬處理明顯促進(jìn)了煙苗根系生長(zhǎng)，煙苗根系體積更大且根毛更加密集?？梢钥闯?，0.5mg.kg-1的施鉬處理對(duì)緩解鎘毒害，促進(jìn)煙草生長(zhǎng)發(fā)育的作用最明顯。

2.2鉬對(duì)鎘脅迫下煙草元素含量的影響

表1展示了施鉬對(duì)鎘脅迫下煙草鉬和鎘含量的影響，可見(jiàn)4個(gè)處理煙草植株鎘累積量差異不顯著，但施鉬條件下的煙草植株鎘累積量均表現(xiàn)出降低的趨勢(shì)，尤其在0.5mg·kg-1處理下，無(wú)論是葉片還是根系的鎘含量積累量最少。以上結(jié)果表明，土壤施鉬可有效抑制煙草對(duì)有害金屬鎘的吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)。此外，隨著土壤施鉬量的提高，煙株葉片和根系的鉬含量均有不同程度的提高，且在1mg·kg-1處理下的積累量最高，與其他處理差異顯著。

2.3鉬對(duì)鎘脅迫下煙草土壤酶活性的影響

施鉬對(duì)鎘脅迫下煙草土壤酶活性的影響如圖2所示。隨著施鉬量的增加，S-NR、S-NIR、S-CAT、S-UE、S-ACP和S-SC的活性均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，3組施鉬處理均在一定程度上促進(jìn)了土壤酶活性的升高，其中0.5mg·kg-1組的結(jié)果最顯著，相較于對(duì)照分別增加了上述6種酶55.84%、38.76%、4.07%、140.80%、259.08%和55.10%的生物活性。

2.4鉬對(duì)鎘脅迫下煙葉光合作用的影響

不同施鉬處理對(duì)鎘脅迫下煙草光合作用的影響結(jié)果如表2所示，0.5mg·kg-1處理的凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度最高，較其他處理高出20.86%～78.71%、46.67%～60%和78.57%～85.74%，且凈光合速率和蒸騰速率與其他處理均有顯著性差異，而對(duì)照處理的此三項(xiàng)指標(biāo)在所有處理中最低，0.5mg·kg-1處理對(duì)煙草的光合性能有較好的促進(jìn)作用，煙葉吸收和運(yùn)輸水分的動(dòng)力更強(qiáng)。4組處理胞間C02濃度表現(xiàn)為0mg·kg-1處理gt;0.5mg·kg-1處理gt;1mg·kg-1處理gt;0.25mg·kg-1處理，施用外源鉬后，煙草葉片的Ci呈下降趨勢(shì)。對(duì)水分利用效率的結(jié)果分析可以發(fā)現(xiàn)0mg·kg-1處理gt;0.5mg·kg-1處理gt;0.25mg·kg-1處理gt;1mg·kg-1處理，各處理間差異不顯著。

2.5鉬對(duì)鎘脅迫下煙葉抗逆能力的影響

2.5.1鉬對(duì)鎘脅迫下煙葉活性氧代謝和抗氧化能力的影響

圖3展示了施鉬對(duì)鎘脅迫下煙葉活性氧代謝和抗氧化能力的影響。四個(gè)處理中H202、MDA和02．的含量都表現(xiàn)為0.5mg·kg-1組最低，且隨著施鉬量的增加呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，除1mg·kg-1組MDA含量顯著高于對(duì)照組以外，其他施鉬組均顯著降低了煙草葉片中H202、MDA和O2的含量。圖3D的結(jié)果表明，隨著施鉬量的增加，煙葉T-AOC呈先升高后降低的趨勢(shì)。與對(duì)照相比，施鉬組均顯著提高了煙葉的總抗氧化能力，分別提高了17.00%、19.85%和9.43%。整體看來(lái)，土壤施鉬能顯著提高鎘脅迫下煙草的抗氧化能力，清除活性氧等物質(zhì)，以0.5mg·kg-1的鉬素效果最為明顯，但是過(guò)量鉬可能會(huì)產(chǎn)生毒性，加劇煙草脅迫程度。

2.5.2鉬對(duì)鎘脅迫下煙草葉片防御酶活性的影響

施鉬對(duì)鎘脅迫下煙草葉片防御酶活性的影響如圖4所示。結(jié)果表明，隨著施鉬量的增加，煙草葉片中的PPO和PAL活性均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，其中0.5mg.kg-1處理下兩種酶活性最高且與其他處理呈顯著性差異（圖4A、B）。隨著施鉬量的增加，煙株的CAT活性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，其中0.5mg·kg-1組活性最高，且顯著高于對(duì)照組（圖4C）。而SOD活性隨著施鉬量增加呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，四個(gè)處理中1mg·kg-1組活性最高，且顯著高于其他兩個(gè)施鉬處理（圖4D），這可能是由于適量鉬的施入降低了鎘對(duì)煙草的毒害，而當(dāng)鉬施入過(guò)多時(shí)反而與鎘一起對(duì)煙草造成脅迫，破壞了細(xì)胞內(nèi)氧化還原的平衡狀態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致SOD活性升高。綜合以上結(jié)果，可以認(rèn)為0.5mg·kg-1的鉬提高煙草防御酶活性的效果最明顯。

2.5.3鉬對(duì)鎘脅迫下煙葉激素含量的影響

施鉬對(duì)鎘脅迫下煙葉激素含量的影響結(jié)果見(jiàn)圖5。隨著施鉬量的增加，JA和SA兩種激素含量均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，分別在0.25mg·kg-1和0.5mg·kg-1處理?xiàng)l件下達(dá)到最大值。相較于對(duì)照，0.25mg·kg-1和0.5mg·kg-1處理分別增加了36.73%、15.33%的JA含量以及33.12%、94.84%的SA含量。但是在1mg·kg-1處理下，煙葉中的JA和SA的含量顯著降低。以上結(jié)果表明，適宜鉬濃度能夠調(diào)節(jié)鎘污染條件下煙葉的激素含量，提高煙草應(yīng)對(duì)逆境脅迫的能力，而過(guò)量的鉬可能加劇煙葉的脅迫程度。

2.6鉬對(duì)鎘脅迫下煙株鉬酶活性的影響

為探討施鉬對(duì)煙株體內(nèi)含鉬酶活性的影響，測(cè)定了煙株葉片和根系的硝酸還原酶（NR）、黃嘌呤脫氫酶（XDH）、亞硫酸鹽氧化酶（SUOX）和醛氧化酶（AO）4種關(guān)鍵含鉬酶活性。鉬酶活性的結(jié)果如圖6所示，隨著施鉬量的增加，四個(gè)含鉬酶活性均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，三個(gè)施鉬處理均在一定程度上增加了煙草鉬酶的活性，這可能是因?yàn)殂f直接參與含鉬酶的鉬輔因子合成，其中0.25mg·kg-1和0.5mg·kg-1的效果最為顯著。而高濃度處理下（1mg·kg-1）含鉬酶活性的下降可能是過(guò)量鉬造成植株的氧化應(yīng)激反應(yīng)，產(chǎn)生過(guò)多的活性氧自由基影響含鉬酶的結(jié)構(gòu)和功能，進(jìn)而導(dǎo)致酶活性降低。

3討論

3.1鉬緩解鎘污染對(duì)煙株外觀表征的損傷

重金屬脅迫會(huì)對(duì)植物造成不可逆的損傷，植物受鎘毒害的影響后表型的變化是最直觀的體現(xiàn)。本研究發(fā)現(xiàn)，土壤施鉬能夠有效改善鎘毒害導(dǎo)致的煙草長(zhǎng)勢(shì)緩慢、葉片失綠的情況，并明顯促進(jìn)根系體積的增大和根毛密度的增加。Imran等研究發(fā)現(xiàn)鉬減輕了鎘誘導(dǎo)對(duì)香稻苗期生長(zhǎng)性能的抑制作用，此外Han等也發(fā)現(xiàn)外源鉬的施入能顯著減輕鎘對(duì)油菜植物枝和根的長(zhǎng)度和質(zhì)量，與本研究的結(jié)果一致。

3.2鉬通過(guò)影響土壤酶活調(diào)控?zé)熤陮?duì)鎘的吸收

本研究發(fā)現(xiàn)施鉬促進(jìn)了煙草對(duì)微量元素鉬的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)，并降低了重金屬鎘的積累，對(duì)煙草的生長(zhǎng)發(fā)育起到一定的促進(jìn)作用，且不同器官中鉬和鎘的積累表現(xiàn)為葉片高于根系。目前已有很多研究得出了相同的結(jié)論，如Moussa等研究發(fā)現(xiàn)相較于缺鉬處理，施鉬增加了小麥器官對(duì)鉬的吸收，且旗葉和莖稈中的鉬含量比其他器官中高。劉智琛等研究表明增施鉬肥顯著提高了小白菜菜心的鉬含量，與不施鉬處理相比，施鉬后小白菜地上部鉬含量增幅顯著。此外，在煙草、油菜等作物中增施鉬肥也被發(fā)現(xiàn)植株鉬含量的增加，這與本研究的結(jié)果是一致的。

土壤酶作為土壤的重要組成部分，在外來(lái)有機(jī)質(zhì)的降解以及土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能力代謝等方面發(fā)揮了重要的作用，其活性可以作為土壤生化反應(yīng)方向和物質(zhì)代謝旺盛程度的表征，是反映土壤肥力狀況和環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)。鉬是植物體內(nèi)固氮酶和硝酸還原酶的重要組分，直接參與硝態(tài)氮還原為銨的化學(xué)反應(yīng)，對(duì)促進(jìn)植物體內(nèi)氮代謝有重要作用。本研究發(fā)現(xiàn)，不施鉬條件下，受鎘脅迫的影響土壤中碳氮磷循環(huán)相關(guān)的酶以及抗氧化酶的活性都較低；在施鉬后，這些酶的活性都有不同程度的提高，說(shuō)明四水合鉬酸銨能夠改善鎘污染下的土壤環(huán)境，促進(jìn)土壤中碳素營(yíng)養(yǎng)、磷素營(yíng)養(yǎng)和氮素形態(tài)間的相互轉(zhuǎn)化，提高土壤的抗氧化能力。Moussa等研究發(fā)現(xiàn)，施鉬影響了冬小麥一土壤系統(tǒng)的生物固氮過(guò)程，能夠提高S-NR的活性，這與本研究的結(jié)果一致。本研究還發(fā)現(xiàn)，施鉬提高了鎘污染土壤中S-NIR的活性，說(shuō)明鉬的施用促進(jìn)了土壤硝酸鹽還原為亞硝酸鹽，并進(jìn)一步還原成銨為煙草吸收利用的過(guò)程，維持了煙草正常的氮素營(yíng)養(yǎng)和代謝。本研究發(fā)現(xiàn)未施鉬處理的土壤酶活性均受到鎘脅迫的抑制。與此結(jié)果相一致，程通等認(rèn)為，重金屬鎘對(duì)S-SC、S-UE和S-CAT的活性有明顯的抑制作用；周兵爽等發(fā)現(xiàn)，隨著鎘處理濃度的增加，S-ACP的活性逐漸降低。外源添加鉬后，鎘污染植煙土壤酶（S-NR、S-NIR、S-CAT、S-UE、S-ACP和S-SC）活性均有一定程度的升高。申洪濤等也認(rèn)為，鉬酸銨的施用提高了植煙土壤中S-SC、S-UE和S-CAT的活性。因此，可以認(rèn)為，土壤施鉬能夠有效改善土壤環(huán)境，降低鎘的毒害效應(yīng)，促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化并保持土壤養(yǎng)分的有效性。

3.3鉬增強(qiáng)鎘污染煙株的光合作用

重金屬鎘具有很強(qiáng)的生物毒性，且在土壤中有很強(qiáng)的化學(xué)活性，植物吸收鎘以后便會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的毒害癥狀。Tan等研究發(fā)現(xiàn)4個(gè)耐鎘性較強(qiáng)的向日葵品種暴露于鎘脅迫環(huán)境中后，葉片的凈光合速率、蒸騰速率以及氣孔導(dǎo)度均受到顯著抑制，且高濃度鎘的抑制作用更明顯，光合能力明顯降低。鉬作為植物必需的微量元素之一，可以促進(jìn)植物光合作用，有利于糖類(lèi)物質(zhì)的形成、積累和轉(zhuǎn)化。在本研究中，鎘使煙葉凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度顯著下降，而經(jīng)鉬處理后則明顯升高，且施鉬還顯著降低了胞間C02濃度，這與郭美俊等的研究發(fā)現(xiàn)鉬能有效提高谷子的凈光合速率和氣孔導(dǎo)度，減少胞內(nèi)C02濃度的結(jié)果相一致。說(shuō)明施鉬可以有效緩解煙草葉片在鎘脅迫下的非氣孔限制，增強(qiáng)細(xì)胞呼吸能力，提高葉片的光合作用。此外目前也有較多文獻(xiàn)報(bào)道，施鉬可以提高油菜、谷子和水稻等作物的光合速率。

3.4鉬提高鎘脅迫煙株抗氧化能力和激素表達(dá)

在正常情況下，植物體內(nèi)的活性氧（ROS）產(chǎn)生與清除保持平衡，當(dāng)環(huán)境脅迫長(zhǎng)期作用于植物體，ROS的產(chǎn)生大于清除系統(tǒng)的清除能力時(shí)，這種平衡便會(huì)被打破．ROS大量積累產(chǎn)生氧化傷害，對(duì)細(xì)胞功能造成破壞，機(jī)體出現(xiàn)各種自由基綜合征。H202是植物光呼吸過(guò)程的代謝產(chǎn)物，作為ROS的重要代表之一，可以作用于質(zhì)膜使其過(guò)氧化受損。MDA的含量作為反映膜質(zhì)過(guò)氧化作用強(qiáng)弱的一個(gè)指標(biāo)，可通過(guò)產(chǎn)生共價(jià)結(jié)合物對(duì)蛋白質(zhì)造成損害，這些共價(jià)結(jié)合物可能在老化的過(guò)程中參與了對(duì)組織的破壞。在本研究中，鎘脅迫下施鉬后，煙草幼苗MDA、H202和02的含量整體上均有所降低，煙苗的總抗氧化能力整體上均有所升高，可見(jiàn)施鉬降低了煙草的氧化脅迫，這與前人的研究結(jié)果是一致的。李瑩瑩等研究發(fā)現(xiàn)，鎘脅迫可以增加廣藿香幼苗中H202和MDA的積累，加劇細(xì)胞膜質(zhì)過(guò)氧化程度，降低小麥幼苗的抗氧化能力。Wu等研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)在干旱脅迫下的小麥中加鉬可以明顯減少植株MDA的積累，增加抗氧化物含量，清除活性氧，增強(qiáng)抗氧化防御，提高小麥對(duì)脅迫環(huán)境的耐受能力。

重金屬脅迫會(huì)導(dǎo)致植物體內(nèi)發(fā)生一系列的生理生化反應(yīng)，影響植物體內(nèi)活性氧代謝系統(tǒng)的平衡，破壞活性氧清除系統(tǒng)的酶系統(tǒng)，導(dǎo)致自由基積累，這是植物面臨重金屬脅迫時(shí)不能正常生長(zhǎng)的原因。此外，植物在鎘脅迫的影響下會(huì)產(chǎn)生過(guò)量的ROS，破壞細(xì)胞質(zhì)膜并阻礙正常生長(zhǎng)發(fā)育，此時(shí)植株體內(nèi)防御酶的活性會(huì)發(fā)生變化，通過(guò)各種生理生化反應(yīng)提高植物應(yīng)對(duì)逆境脅迫的能力。其中SOD和CAT是組成植物體內(nèi)清除ROS的有效酶系統(tǒng)。劉金釗等研究發(fā)現(xiàn)鎘脅迫顯著提高了豌豆幼苗CAT和SOD的活性。而張浩等發(fā)現(xiàn)隨著鎘濃度的增加煙草CAT的活性逐漸下降，SOD的活性先上升后下降。此外，李朝陽(yáng)等發(fā)現(xiàn)施鉬條件下煙草CAT和SOD的活性較缺鉬條件下顯著增強(qiáng)。在本研究中隨著施鉬濃度的增加，CAT的活性呈先升高后降低的趨勢(shì)，而SOD的活性變化與之相反，這可能是CAT和SOD對(duì)于鎘和鉬的濃度感受程度不同，適量鉬的施人增加了CAT的活性，以抵御鎘脅迫的影響，同時(shí)施鉬降低了膜脂過(guò)氧化程度，降低了SOD的活性，而過(guò)量鉬的施入可能與鎘一起對(duì)煙草造成脅迫，破壞了細(xì)胞內(nèi)氧化還原的平衡狀態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致SOD活性的升高。

PPO是植物提高自身抗病性的物質(zhì)代謝基礎(chǔ)，它能夠催化細(xì)胞壁酚類(lèi)化合物氧化形成更疏水的聚合物，加固細(xì)胞壁并減少植物被病原菌侵染的可能性。PAL是催化苯丙烷代謝途徑第一步反應(yīng)的酶，其活性與植物抗逆性密切相關(guān)，可作為衡量植物抗逆能力的生化指標(biāo)之一。本研究結(jié)果表明，鎘污染土壤中煙葉PPO和PAL的活性均受到抑制，經(jīng)施鉬處理后其活性得到提高，這與崔宏莉等研究中在污灌與鎘脅迫的復(fù)合處理下菠菜的PPO和PAL的活性均受到抑制的結(jié)果一致。此外，鄭世燕等研究表明，經(jīng)施鉬處理后感染青枯病煙株體內(nèi)PPO和PAL的活性均得到了提高，施鉬增強(qiáng)了煙株的抗病能力，有效延緩了病害的發(fā)生。說(shuō)明鎘污染可以破壞煙草的自我保護(hù)系統(tǒng)，降低煙草抵抗逆境的能力，而施鉬則可以緩解這一過(guò)程。

研究發(fā)現(xiàn)，鎘脅迫下植物激素分泌明顯增加，并認(rèn)為激素作為植物信號(hào)傳導(dǎo)物質(zhì)，也是植物耐鎘脅迫的重要機(jī)制之一。JA和SA等植物激素都參與了植物對(duì)鎘的抗性。Awad等研究發(fā)現(xiàn)將外源SA施加在鎘脅迫下芥菜葉片的表面可以顯著提高芥菜的光合作用率、生長(zhǎng)和生產(chǎn)力，有效緩解芥菜受到的毒害作用。陳錦平等研究發(fā)現(xiàn)，JA和SA可有效減少小白菜地上部鎘含量和鎘積累量，且JA的抑制效果更為顯著。在本研究中，施鉬提高了鎘污染土壤中煙草JA和SA的含量，增加了煙苗抵御鎘毒害的能力，這與前人研究的結(jié)論一致。

目前，在鎘毒害影響植物抗氧化能力、防御酶以及激素含量等指標(biāo)方面已有大量的研究，而對(duì)于施用鉬素對(duì)于降鎘毒害方面的研究仍然較少，本試驗(yàn)在前人研究的基礎(chǔ)，通過(guò)添加鉬素的方法研究對(duì)鎘脅迫的緩解效果，最終發(fā)現(xiàn)，鉬素的施用能夠顯著提高鎘脅迫下煙草的抗氧化能力、抗逆激素的含量以及抗逆酶的活性等，其中以施用0.5mg·kg-1鉬素的緩解效果最為明顯。

3.5鉬上調(diào)鎘污染煙株的含鉬酶活性

NR、XDH、SUOX和AO是植物中4種重要的含鉬酶，鉬是其鉬輔因子的金屬組分，施鉬能合成有活性的鉬輔因子，其活性均受鉬濃度的影響。武麗等研究發(fā)現(xiàn)，缺鉬會(huì)顯著降低煙草中鉬酶的活性，而在施鉬處理中穩(wěn)中有升。秦世玉等研究發(fā)現(xiàn)施鉬可以提高甘藍(lán)型油菜薹期含鉬酶活性。本研究發(fā)現(xiàn)，鉬酶活性的變化隨施鉬量的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，適量施用鉬素促進(jìn)了與鉬酶的輔酶因子合成，0.25mg·kg-1和0.5mg·kg-1的施鉬量對(duì)鎘脅迫下鉬酶的活性提高最為顯著，這與前人的研究結(jié)果一致。在此基礎(chǔ)上繼續(xù)施鉬反而導(dǎo)致鉬酶活性的降低，可能是過(guò)量的鉬對(duì)煙草的生長(zhǎng)造成了脅迫，抑制了鉬酶的活性以及碳氮代謝的過(guò)程，進(jìn)而導(dǎo)致了蛋白質(zhì)和亞硝酸鹽等次生代謝物質(zhì)合成與積累的變化，由此可見(jiàn)土壤施鉬可以降低鎘的毒性作用，適量鉬素營(yíng)養(yǎng)對(duì)煙草關(guān)鍵酶的活性以及生理代謝過(guò)程起著重要的調(diào)節(jié)作用。

綜上所述，外源鉬能有效降低鎘對(duì)煙草的毒害作用。就本研究結(jié)論看來(lái)，在全鎘含量為3.8mg·kg-1的土壤中施加鉬濃度0.5mg·kg-1時(shí)，對(duì)于煙草的各項(xiàng)生理指標(biāo)調(diào)控效果最好，而0.25mg·kg-1的處理可能由于施鉬量少而對(duì)鎘脅迫的緩解效果不明顯，1mg·kg-1的處理可能由于施鉬過(guò)多產(chǎn)生毒性加劇了脅迫過(guò)程。這為探究土壤鎘污染、作用植物（煙草）和鉬元素三者間的關(guān)系和從營(yíng)養(yǎng)調(diào)控方面應(yīng)對(duì)植物重金屬脅迫有一定的參考價(jià)值。

4結(jié)論

（1）在土壤中施用0.5mg·kg-1的鉬能顯著降低鎘毒害對(duì)煙草表觀的損傷，改善煙草長(zhǎng)勢(shì)矮小、葉片失綠的情況，促進(jìn)了煙草根系體積的增大和根毛密度的增加。

（2）與對(duì)照相比，土壤施鉬提高了土壤酶的活性，抑制煙草根系中的鎘積累和鎘向葉片的轉(zhuǎn)運(yùn)，并促進(jìn)了煙株對(duì)鉬元素的吸收。

（3）土壤施鉬提高煙草在鎘脅迫下的防御能力，其中以0.5mg·kg-1鉬濃度效果最好，具體表現(xiàn)為抑制活性氧和丙二醛積累，降低細(xì)胞遭受氧化脅迫的程度；增加煙草防御酶和鉬酶活性，提高煙葉光合速率，誘導(dǎo)激素表達(dá)。