镉对蕹菜影响的研究

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本文作者：黄白飞辛俊亮贺惠周雯婧作者单位：湖南工学院

镉(Cd)对植物而言是非必需元素。虽然植物能从土壤中吸收必需元素如Fe、Cu、Ni和Zn，但是植物也会从土壤中吸收非必需元素如Cd、Hg、Pb和As等。镉对植物的毒性很大，在低浓度时即可产生毒害。镉能直接或间接地抑制植物的生理过程如光合作用、水分吸收和气体交换，破坏植物离子平衡和水分平衡。Cd能使植物生长受到阻碍，光合作用减少，水分和营养元素的吸收减少。典型的损害症状有生长受抑制、萎黄病、根尖褐变等。不同种植物对镉的耐性相差很大，同一种植物的不同品种对镉的耐性也不一样。笔者以积累镉程度不同的两蕹菜品种为研究对象，研究了镉胁迫对2个品种的株高、根长及叶绿素含量的影响。

1材料与方法

1．1植物材料的制备

供试蕹菜品种为镉低积累蕹菜品种强坤柳叶青骨(QLQ)和镉高积累蕹菜品种台湾308纯白柳叶(T308)。采用水培方法，制备植物材料。培养液采用Ho-agland全营养液配方，即5mmol/LCa(NO3)2•2H2O、5mmol/LKNO3、2mmol/LMgSO4•7H2O、1mmol/LKH2PO4、0．1mmol/LEDTA-Fe、47μmol/LH3BO3、1μmol/LMnCl2•4H2O、1μmol/LZnSO4•7H2O、0．01μmol/LH2MoO4、0．25μmol/LCuSO4•5H2O。将精选的蕹菜种子用浓度2%NaClO消毒20min，去离子水冲洗，于培养皿中铺纱布浸种发芽。发芽后，将幼苗转移到含有Hoagland全营养液中进行培养，每3d换一次培养液。

1．2试验处理

设置了对照和镉胁迫。对照(CK)为无镉处理，镉胁迫(G)采用梯度镉胁迫方式。在1～7d用1mg/L镉处理，以后每隔3d镉浓度按1mg/L的梯度增加，直到6mg/L。每个试验设3个重复。用200ml组培瓶培养，每瓶3株。培养21d后，收获样品，分成地上部和根2个部分。

1．3指标测定与方法

叶绿素含量的测定依据《植物生理学实验指导》［1］。取新鲜植物叶片，擦净组织表面污物，剪碎，混匀。称取剪碎的新鲜样品0．125g放入研钵中，加少量石英砂及2～3ml浓度80%丙酮。研磨匀浆，再加浓度80%丙酮5ml，继续研磨，转移到25ml棕色容量瓶中，用少量浓度80%丙酮冲洗研钵、研棒及残渣数次，最后，连同残渣一起倒入容量瓶中。最后，用浓度80%丙酮定容至25ml，摇匀，过滤。以浓度80%丙酮为空白，分别在波长663、645nm下测定吸光值。株高和根长用直尺测定。

计算公式为:叶绿素a=12．7×A663－2．69×A645

叶绿素b=22．9×A645－4．68×A663

总叶绿素=叶绿素a+叶绿素b

式中，A645和A663分别为在波长663、645nm下测定的吸光值。

2结果与分析

2．1镉处理对蕹菜株高的影响

由图1可知，对照条件下，T308株高在0.05水平显著高于QLQ，说明两品种株高特性有较大差别。镉处理后，2个蕹菜品种的株高与对照相比都在0.05水平显著降低，说明镉处理对2个蕹菜品种都有较强的毒性作用。另外，镉处理后，T308的株高仍高于QLQ，品种间存在0.05水平显著差异。

2．2镉处理对蕹菜根长的影响

由图2可知，镉处理后QLQ根长在0.05水平显著增加，而T308根长在0.05水平显著降低。这说明2个蕹菜品种根对镉处理的响应不一致。QLQ的根可能具有更强的镉耐性，而T308的根更易受到镉的毒害。

2．3镉处理对蕹菜叶绿素含量的影响

由图3可知，受镉处理后，QLQ中的叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量在0.05水平显著降低，T308中只有叶绿素b含量在0.05水平显著降低。这说明QLQ叶绿素对镉处理比T308更为敏感。但是，在无镉条件下QLQ的叶绿素含量高于T308，镉处理后2个蕹菜品种叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量均无显著差异。植物体内叶绿素含量与光合作用水平密切相关。镉能引起植物失绿和叶绿素总量下降。

3结论与讨论

镉对植物毒性最常见的症状是生长受到抑制、失绿、呼吸和氮代谢改变等［2－3］。同一物种的不同品种对重金属的积累和耐性不一致。该试验选取2个蕹菜品种QLQ和T308，其中QLQ地上部积累的镉少，而根中积累的镉较多，T308地上部积累的镉较多，而根中积累的镉较少［4］。在镉处理下，2个品种的株高均降低，T308的根长降低，但是QLQ的根长增加，说明QLQ的根可能对镉具有更强的耐性。Wang等研究表明，QLQ的根能将更多的镉限制在细胞壁中［4］。这可能是QLQ具有更强耐性的原因之一。光合作用是作物生长的基础。叶绿素是植物进行光合作用的主要色素。叶绿素含量也是影响植物光合作用的因素之一。石贵玉等研究表明，镉毒害使水稻叶片叶绿素含量下降，导致植株鲜重、干重下降［5］。陈平等认为，镉毒害使水稻吸收的元素减少，阻碍叶绿素形成及其含量增加，导致叶绿素含量下降，最终严重影响水稻光合作用的正常进行［6］。江海东等研究表明，镉能降低油菜叶绿素a、b含量，还可引起气孔开度减少甚至关闭，CO2不能进入叶片，从而降低植物的光合速率;再加上叶片数和叶面积的减少，使得油菜幼苗光合产物减少，干物质积累减少，最终导致油菜生物量下降［7］。试验中，镉处理后QLQ中叶绿素a和叶绿素b含量均在0.05水平显著下降，而T308中叶绿素a含量变化不大，叶绿素b含量在0.05水平显著下降，说明Cd-PSC品种QLQ中叶绿素对镉更为敏感。Huang等研究表明，T308文库中11个与能量相关的基因中有多个基因(1，5-二磷酸核酮糖羧化/加氧酶小亚基基因、1，5-二磷酸核酮糖羧化/加氧酶大亚基基因、叶绿体铁氧还蛋白-NADP+氧化还原酶基因、二磷酸核酮糖羧化酶活化酶基因、类CAB蛋白基因、铁氧还蛋白－1基因是与光合作用相关的［8］。T308对镉胁迫的早期响应可能是为了保护光合作用系统。另外，镉对蕹菜光合作用的影响可能是导致蕹菜株高降低的主要原因之一。