不同菊科花卉對(duì)土壤鎘脅迫的耐性生理機(jī)制①

胡 昱 王欣蕊

（蘇州大學(xué) 江蘇蘇州215123）

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技進(jìn)步，環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，其中土壤污染具有長期性及潛伏性，因此土壤污染越來越受重視。在我國，土壤鎘污染問題已經(jīng)嚴(yán)重威脅到我國食品安全。土壤重金屬污染具有不可逆性、富集性和累積性等特點(diǎn)，重金屬鎘毒性強(qiáng)、污染面積大、易遷移［1-2］，因此，本文主要針對(duì)鎘開展研究。

近年來，不少學(xué)者開展了菊科植物的生態(tài)修復(fù)功能以及植物對(duì)土壤重金屬污染修復(fù)某方面的研究，發(fā)現(xiàn)一些菊科花卉植物具有修復(fù)土壤重金屬污染的良好效果［3-4］。因此，本研究擬采用不同的菊科花卉植物為材料，選擇5種菊科草本植物藿香薊、金雞菊、松果菊、百日草、萬壽菊進(jìn)行鎘脅迫的盆栽試驗(yàn)，通過測(cè)定其生理生化指標(biāo)，探索供試植物對(duì)土壤鎘脅迫的生理響應(yīng)，為篩選出對(duì)鎘脅迫具有較高耐性的觀賞菊科花卉植物種類，同時(shí)也為土壤鎘污染的生態(tài)修復(fù)的植物種類選擇提供試驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 植物試材

菊科草本花卉藿香薊、松果菊、金雞菊、百日草、萬壽菊種子。

1.1.2 盆栽試驗(yàn)土壤和化學(xué)試劑

⑴盆栽試驗(yàn)土壤：育苗土與栽培土。

⑵化學(xué)試劑：鎘試劑，磷酸二氫鈉，磷酸氫二鈉，蔗糖標(biāo)準(zhǔn)液，濃硫酸，乙酸乙酯，磺基水楊酸，醋酸等試劑。

1.2 方法

1.2.1 供試植物種苗的培育

采用穴盤育苗的方法對(duì)供試5種菊科花卉種子進(jìn)行播種育苗，待幼苗生長到3～5 片真葉進(jìn)行移栽處理。

1.2.2 鎘脅迫處理

將土壤分為6 份，每份重20 kg。分別準(zhǔn)確稱取0、0.508、1.016、2.031、4.062、8.124 g 氯化鎘對(duì)應(yīng)濃度為0、10、50、100、200、300 mg/kg。將不同濃度的鎘與6 份土壤混合，將混合鎘試劑的土壤攪拌均勻后，靜置15～20 d 后裝盆（內(nèi)徑15 cm，盆高20 cm），每種植物的每個(gè)濃度的處理盆數(shù)為8 盆。將育好的供試菊科種苗移栽至不同鎘濃度處理土壤中，進(jìn)行常規(guī)統(tǒng)一管理。

1.2.3 試驗(yàn)指標(biāo)的測(cè)定

每周測(cè)定菊科植物的株高，并記錄植物的生長形態(tài)特征。鎘脅迫處理5 周后，利用LA-S 根系分析儀，分別測(cè)定5 種菊科植物的根系構(gòu)型（根系體積）；采用GXH-3051C 光合測(cè)定儀測(cè)定光合特征（胞間CO2濃度）；過氧化物酶活性的測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法，可溶性糖含量的測(cè)定采用苯酚法測(cè)定法［5-6］。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鎘濃度對(duì)菊科花卉株高的影響

從圖1 可看出，金雞菊在含鎘的土壤環(huán)境中，除300 mg/kg 處理外，其余組處理的株高均達(dá)到或者超過了空白對(duì)照組的高度，說明金雞菊對(duì)鎘有一定耐性。松果菊在鎘濃度為10、50 mg/kg 的土壤環(huán)境中株高超過了空白對(duì)照組的，而在鎘濃度超過50 mg/kg 的環(huán)境下株高低于空白對(duì)照組，說明在低劑量的鎘濃度下松果菊有耐受性并且長得更好，但是當(dāng)濃度超過一定劑量的時(shí)候生長則受到了抑制［7-8］。本試驗(yàn)中同樣存在著這樣的情況。百日草在鎘濃度為10、50、200 mg/kg 的土壤環(huán)境下株高都不及空白對(duì)照組，在鎘濃度為100 mg/kg 的土壤中株高和空白對(duì)照組的相似，在鎘濃度為300 mg/kg 的土壤中株高超過了空白對(duì)照組。萬壽菊在鎘濃度為10、50、100、200 mg/kg 的土壤環(huán)境中株高均超過了空白對(duì)照組，而在鎘濃度為300 mg/kg 的土壤中生長受到了抑制，株高未能達(dá)到空白對(duì)照組。藿香薊在5 種不同鎘濃度的土壤中株高都超過了空白對(duì)照組，說明藿香薊對(duì)鎘有著很好的耐性，不過在鎘濃度超過100 mg/kg 后耐性有所降低?？傮w來說，藿香薊、金雞菊對(duì)鎘的耐性閾值大一些，其次是松果菊、萬壽菊。百日草的數(shù)據(jù)波動(dòng)比較大，不排除其他因素的影響。

圖1 不同鎘濃度對(duì)菊科花卉植物株高的影響

2.2 不同鎘濃度對(duì)菊科花卉生物量的影響

就地上部分生物量而言，松果菊生物量含量遠(yuǎn)高于其它5種植物，并且松果菊的地上部分的生物量隨著鎘濃度的增加而增加；其它種類菊科花卉的地上部分生物量沒有明顯變化。對(duì)地下部分生物量而言，松果菊和藿香薊的地下部分生物量比其它3種都要大；藿香薊和萬壽菊的變化趨勢(shì)相似，在土壤受到鎘污染的情況下，均沒有達(dá)到空白組地下部分的生物量大?。?］。松果菊和百日草的試驗(yàn)組均超過空白對(duì)照組；金雞菊的地下部分生物量均超過了空白對(duì)照組，并且隨著鎘濃度的增加呈先增高后降低的趨勢(shì)。

2.3 不同鎘濃度對(duì)菊科花卉根系體積的影響

由圖2 可以看出，不同鎘濃度對(duì)白日草、松果菊和萬壽菊的根系體積影響不大，對(duì)藿香薊和金雞菊影響較大。

圖2 不同鎘濃度對(duì)菊科花卉植物根系體積的影響

2.4 不同鎘濃度對(duì)菊科花卉植物光合特征的影響

由圖3 可知， 不同鎘濃度對(duì)菊科花卉各品種花苞間CO2濃度的影響各不相同， 其中松果菊花苞間CO2濃度受鎘濃度影響最小， 各濃度間基本保持不變；萬壽菊和百日草花苞間CO2的濃度均隨著鎘濃度的增加呈上升趨勢(shì)， 萬壽菊趨勢(shì)較為明顯； 藿香薊和金雞菊在不同濃度鎘處理下， 花苞間CO2濃度的總體趨勢(shì)表現(xiàn)為， 低劑量鎘濃度導(dǎo)致CO2濃度上升， 高劑量鎘濃度則導(dǎo)致 CO2濃度下降。

圖3 不同鎘濃度對(duì)菊科花卉植物胞間CO2濃度的影響

2.5 不同鎘濃度對(duì)菊科花卉植物抗氧化酶系統(tǒng)的影響

從圖4 可看出，藿香薊葉片中POD 活性隨著鎘濃度從0～100 mg/kg 的增加而增加，從100～300 mg/kg 的增加而下降。松果菊葉片POD 活性在鎘濃度為0～200 mg/kg，隨著鎘濃度的增加而增加，在鎘濃度為200～300 mg/kg，隨著鎘濃度的增加而降低。而金雞菊葉片POD活性在鎘濃度從0～50 mg/kg 區(qū)間內(nèi)呈上升趨勢(shì)，在50～300 mg/kg 時(shí)呈下降趨勢(shì)。鎘濃度對(duì)百日草、萬壽菊葉片POD 活性變化影響不明顯。

圖4 不同鎘濃度對(duì)菊科花卉植物POD的影響

2.6 不同鎘濃度對(duì)菊科花卉植物可溶性糖的影響

從圖5可看出，隨著鎘濃度的增加，藿香薊和金雞菊可溶性糖的含量均表現(xiàn)為先降低后升高，而百日草、松果菊和萬壽菊則呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢(shì)，且在鎘濃度為10～50 mg/kg時(shí)，可溶性糖的含量出現(xiàn)了最高點(diǎn)，即鎘濃度為10～50 mg/kg時(shí)，百日草、松果菊、萬壽菊的植物生長發(fā)育最好，但該濃度區(qū)間，藿香薊和金雞菊生長發(fā)育較差。

圖5 不同鎘濃度對(duì)菊科花卉植物可溶性糖的影響

3 討論與結(jié)論

⑴重金屬Cd 對(duì)植物的影響存在劑量效應(yīng)。低劑量的重金屬會(huì)使植物產(chǎn)生保護(hù)反應(yīng)，能夠促進(jìn)植物生長。隨著濃度在植物體內(nèi)的富集，會(huì)對(duì)植物生長造成抑制作用［9］。從本試驗(yàn)的生物量數(shù)據(jù)來看，低劑量的重金屬確實(shí)可以促進(jìn)植物的生長。

⑵重金屬鎘對(duì)這5 種植物的光合作用影響不是十分明顯，但是總體上，低劑量的重金屬一定程度上促進(jìn)了植物的光合作用，高劑量的重金屬會(huì)抑制植物的光合作用。

⑶在鎘脅迫下，5種菊科花卉植物中對(duì)重金屬鎘的脅迫的耐性較強(qiáng)的2種菊科植物為百日草和藿香薊。隨著鎘濃度的升高，百日草、藿香薊植物體內(nèi)過氧化氫酶、過氧化物酶、超氧化物歧化酶、丙二醛的含量總體變化趨勢(shì)為先上升后下降。