鎘脅迫對(duì)烤煙抗氧化酶系統(tǒng)的影響

秦仕華　宋曉慧　陸引罡

摘要 通過(guò)盆栽試驗(yàn)，研究不同濃度Cd脅迫（濃度0、1、3、5 mg/kg）對(duì)烤煙葉片抗氧化系統(tǒng)的影響。結(jié)果表明，隨著Cd濃度的增加，葉綠素含量逐漸減??；丙二醛（MDA）含量隨鎘濃度增大而逐漸增加；3 mg/kg Cd脅迫下，葉片過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）、根部過(guò)氧化氫酶（CAT）活性最大。隨著Cd濃度增大，烤煙葉片和根的抗氧化酶活性逐漸降低。從而提出降低煙株體內(nèi)Cd含量的營(yíng)養(yǎng)調(diào)控方法，為進(jìn)一步了解植物對(duì)Cd的抗性機(jī)理提供科學(xué)數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞 烤煙；鎘脅迫；抗氧化酶系統(tǒng)；影響

中圖分類號(hào) S572 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2017）16-0025-02

Abstract Through pot experiment，the effects of different concentrations of cadmium（0，1，3，5 concentration mg/kg）on flue-cured tobacco antioxidant system were studied.The results showed that with the increase of cadmium concentration，chlorophyll decreased gradually；malonaldehyde（MDA）content increased gradually with increase of cadmium concentration；under 3 mg/kg concentration of cadmium stress，leaf peroxidase（POD），catalase（CAT），catalase（CAT）activity maximum.Along with the Cd concentration increased，leaf and root antioxidant enzymes activity gradually reduced，thus proposed reduces the nutritional regulation method of tobacco plant cadmium content，so as to provide scientific data for further understanding the mechanism of resistance of plants to Cd.

Key words flue-cured tobacco；cadmium stress；antioxidant enzyme system；effect

重金屬中除了汞以外，鎘（Cd）是土壤中豐度最小的元素之一（一般土壤中Cd的含量為0.01～0.07 mg/kg，平均為0.06 mg/kg，總的來(lái)說(shuō)不超過(guò)0.1 mg/kg）[1-4]，同時(shí)它也是環(huán)境中的劇毒重金屬元素之一。早在1984年聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃部署提出12種危害物質(zhì)中就包括重金屬Cd，土壤中Cd污染的主要來(lái)源是大氣中重金屬沉降、污水灌溉、施用重金屬污染的有機(jī)肥料以及施用重金屬含量較高的農(nóng)藥以及冶金、采礦等。其中，冶金和采礦是向環(huán)境中釋放重金屬的主要污染源。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，排到環(huán)境中的Cd有82%～94%進(jìn)入土壤，其中大部分為農(nóng)業(yè)土壤。目前，中國(guó)僅因污水灌溉受重金屬污染的耕地面積近2 000萬(wàn)hm2，其中Cd污染耕地1.33萬(wàn)hm2。因此，重金屬Cd污染已經(jīng)成為一個(gè)重要的環(huán)境問(wèn)題[5]。不適當(dāng)?shù)墓I(yè)排污使得大量Cd進(jìn)入土壤-植物生態(tài)系統(tǒng)，并通過(guò)食物鏈危及人類健康[6]。當(dāng)Cd在植物體內(nèi)積累達(dá)到一定濃度時(shí)，就會(huì)干擾離子間原有的平衡系統(tǒng)，阻礙正常離子的吸收、運(yùn)輸、滲透和調(diào)節(jié)等過(guò)程，影響植物的正常生理代謝活動(dòng)[7-8]。Cd能夠影響植物的光合系統(tǒng)，抑制植物的光合作用，引起植物氧化脅迫和膜的損傷[9]，改變活性氧代謝的有關(guān)酶系如抗氧化酶系的活性[10]。煙草是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，同時(shí)也是一種鎘的超富集植物[11]。迄今為止，關(guān)于Cd脅迫下煙草耐受性和生理生化指標(biāo)的研究較多，如嚴(yán)重玲等[12]利用紅花大金元為材料，研究鎘和鉛脅迫對(duì)煙草葉片中葉綠素含量、CAT（過(guò)氧化氫酶）、SOD（超氧化物歧化酶）和POD（過(guò)氧化酶）活性等影響，結(jié)果表明，鎘和鉛脅迫破壞煙草活性氧系統(tǒng)，加速葉片的衰落；MDA（丙二醛）已被廣泛用作衡量脂膜過(guò)氧化損傷的指標(biāo)[13-14]，MDA的積累在一定程度上反應(yīng)了體內(nèi)自由基活動(dòng)的動(dòng)態(tài)，大量的研究證明，重金屬離子濃度越高，MDA積累越多[15-16]。在重金屬脅迫下，細(xì)胞膜受到傷害，結(jié)果導(dǎo)致植物體內(nèi)一系列生理生化過(guò)程失調(diào)，重金屬離子均可使高等植物的葉綠素含量明顯降低。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)在貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院盆栽場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行，供試土壤為酸性黃砂泥，土壤肥力中等。試驗(yàn)材料取自開(kāi)陽(yáng)縣的烤煙品種南江3號(hào)幼苗。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用盆栽試驗(yàn)，試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)鎘濃度處理，分別為0、1、3、5 mg/kg。

1.3 試驗(yàn)實(shí)施

供試土壤去除表面10 cm土層，再取土。自然風(fēng)干，過(guò)1 cm篩，把不同濃度的鎘溶液均勻地噴灑于土壤表面，封閉平衡1個(gè)月，備用。采用盆栽，烤煙移栽密度為16 500株/hm2。純N、P2O5、K2O的總施用量分別為93.75、75.00、280.5 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O約為1.00∶0.80∶2.99?；适┯昧繛?50 kg/hm2，追肥施用量為300 kg/hm2。折合施用量為基肥45 g/株、追肥18 g/株。

1.4 測(cè)定內(nèi)容與方法

分光光度法測(cè)定葉綠素含量、過(guò)氧化氫酶（CAT）；顯色反應(yīng)法測(cè)定丙二醛含量；比色法測(cè)定過(guò)氧化物酶（POD）；氮藍(lán)四唑法測(cè)定抗氧化酶系統(tǒng)活性、超氧化物歧化酶（SOD）[17-18]。endprint

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析用Microsoft Excel和SPSS17.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 鎘脅迫下不同生長(zhǎng)期烤煙葉綠素和丙二醛含量的變化

由圖1～3可知，煙株體內(nèi)的葉綠素含量隨著Cd濃度的增加呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì)，成熟期葉綠素含量最低，各時(shí)期的鎘含量在不同時(shí)期差異極顯著（P<0.01）。煙株葉部丙二醛的含量隨著Cd濃度的增加呈現(xiàn)出先升后降再升的趨勢(shì)，現(xiàn)蕾期丙二醛含量最低，旺長(zhǎng)期丙二醛含量最高，各時(shí)期的丙二醛含量在不同時(shí)期差異極顯著（P<0.01）。煙株體內(nèi)根部丙二醛含量隨著Cd濃度的升高呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì)，成熟期含量升高，現(xiàn)蕾期含量最低，成熟期含量最高，各時(shí)期的丙二醛含量在根部不同時(shí)期和濃度間差異均不顯著（P>0.05）。

2.2 鎘脅迫下不同生長(zhǎng)期烤煙葉部抗氧化酶活性的變化

由圖4～6可知，隨著Cd濃度的增加，CAT的活性呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，現(xiàn)蕾期達(dá)到最高，成熟期達(dá)到最低，各時(shí)期的CAT活性在不同時(shí)期和濃度間均差異極顯著（P<0.01）。POD的活性呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，現(xiàn)蕾期達(dá)到最高，各時(shí)期的POD活性在不同時(shí)期差異極顯著（P<0.01）。SOD的活性呈現(xiàn)先上升后下降再上升的趨勢(shì)，成熟期達(dá)到最高，各時(shí)期的SOD活性在不同時(shí)期差異極顯著（P<0.01）。

2.3 鎘脅迫下不同生長(zhǎng)期烤煙根部抗氧化酶活性的變化

由圖7～9可知，隨著Cd濃度的增加，根部CAT的活性呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，現(xiàn)蕾期CAT活性達(dá)到最高，團(tuán)棵期和成熟期CAT活性相差不大，各時(shí)期的CAT活性在不同時(shí)期差異極顯著（P<0.01）。隨著Cd濃度的增加，根部POD的活性呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，成熟期POD活性最低，各時(shí)期的根部POD活性在不同時(shí)期和濃度間均差異不顯著（P>0.05）。隨著Cd濃度的增加，根部SOD的活性呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，旺長(zhǎng)期達(dá)到最高，成熟期達(dá)到最低，各時(shí)期的SOD活性在不同時(shí)期差異極顯著（P<0.01）。

3 結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著Cd脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)和處理濃度的升高，烤煙的SOD、POD、CAT 等呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，MDA含量逐漸增加。在3 mg/kg Cd脅迫下，葉片過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）、根部過(guò)氧化氫酶（CAT）活性最大，表明Cd脅迫使植物體內(nèi)活性氧積累，從而破壞膜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。隨著Cd濃度增大，烤煙葉片和根的抗氧化酶活性逐漸降低，葉綠素含量也逐漸減少，因而可以通過(guò)提高保護(hù)酶活性來(lái)清除Cd 脅迫產(chǎn)生的活性氧。

4 參考文獻(xiàn)

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