鎘脅迫對不同菊科花卉植物植株生長與根系構(gòu)型的影響

許夢笛 楊詩瑤

摘 ? ?要：為了探究土壤重金屬鎘（Cd）脅迫對菊科花卉植物生長的影響，研究了不同濃度鎘脅迫對百日草（Zinnia elegans Jacp.）、黑心菊（Rudbeckia hirta L.）、藿香薊（Ageratum conyzoides L.）、孔雀草（Tagetes patula L.）、向日葵（Helianthus annuus）植株生長與根系構(gòu)型的影響。結(jié)果表明：在植株生長高度增量方面，黑心菊和藿香薊植株高度增量是隨鎘濃度的增加表現(xiàn)出先增后降的規(guī)律，鎘濃度為50mg/kg時植株的高度增加量達到最大。綜合根系總長、總投影面積、總表面積和根尖數(shù)4個指標，藿香薊在鎘濃度為50mg/kg時表現(xiàn)最好，其中根系總表面積和根尖數(shù)都高于對照，而根系總長和總投影面積也與對照相近。根系構(gòu)型的4個指標中，藿香薊在鎘濃度為50mg/kg表現(xiàn)最好，其中根系總表面積和根尖數(shù)都高于對照，而根系總長和總投影面積也與對照相近;其次為黑心菊。

關(guān)鍵詞：鎘脅迫;菊科花卉;株高;根系

目前，土壤污染問題日漸嚴重，世界各國土壤均有不同程度的重金屬污染，以鉛、鎘為主，其中鎘是生物生長發(fā)育過程當中的非必需元素[1]，是毒性最強的幾種重金屬之一，與其余重金屬元素相比，相對容易被植物吸收。污染來源廣[2]。植物修復(fù)是一種應(yīng)用自然生長植物或遺傳培育植物修復(fù)重金屬污染土壤的技術(shù)總稱，觀賞植物可用于修復(fù)受到一定程度重金屬污染的土壤，可長期、安全、有效地清除重金屬和修復(fù)土壤結(jié)構(gòu)，同時又能滿足城市居民對綠地景觀的審美等要求，彌補了重金屬累積植物在經(jīng)濟價值和美學(xué)上的局限性[3]。劉家女從4種花卉植物中篩選紫茉莉具備鎘超積累植物的特質(zhì)[4];劉周莉等研究結(jié)果表明不同濃度鎘處理對忍冬的生長并未造成毒害癥狀，不論水培還是土培生長條件下，在較高濃度的鎘處理下，忍冬依舊能保持正常生長表現(xiàn)出良好的耐受性[5]。菊科是被子植物中最大的一科，廣泛分布于世界各地，栽培歷史悠久;且大多花期長、觀賞效果好、養(yǎng)護成本低[6-7]。因此，本研究選用5種菊花花卉植物為試材，通過不同濃度的鎘脅迫處理，探討鎘脅迫對不同菊科花卉植物根系構(gòu)型的影響，以期為進一步研究其對鎘的耐性生理機制和土壤修復(fù)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 ? 材料與方法

1.1 ? 試驗材料

供試植物：百日草（Zinnia elegans Jacp.）、黑心菊（Rudbeckia hirta L.）、藿香薊（Ageratum conyzoides L.）、孔雀草（Tagetes patula L.）、向日葵（Helianthus annuus）種子;供試土壤：全植物通用型營養(yǎng)土（靚土）;供試試劑：CdCl2·2.5H2O。

1.2 ?試驗方法

1.2.1 ?播種育種及土壤預(yù)處理。①浸種：選取適當規(guī)格培養(yǎng)皿，放入大小相當?shù)臑V紙，加蒸餾水至濾紙吸水飽和，對供試植物的種子進行浸種處理，時間為24h，間隔時間段進行觀察，保證浸種質(zhì)量。②播種：用牙簽取種，均勻播種，每孔播種數(shù)不超過2粒。③育苗：播種后1周內(nèi)每天澆水1次，之后根據(jù)天氣及土壤狀況決定澆水次數(shù)，并進行防蟲網(wǎng)的搭建。④土壤堆置預(yù)處理：共設(shè)置5個處理（包括1個空白對照）：0mg/kg、10mg/kg、50mg/kg、100mg/kg和200mg/kg，分別加入對應(yīng)質(zhì)量的CdCl2·2.5H2O，少量多次加入混勻，放到藍色塑料框中堆置。

1.2.2 ?盆栽試驗。經(jīng)3周育苗后，選擇生長狀況相似且綜合指標表現(xiàn)良好的植株進行移栽。每個梯度設(shè)置5個重復(fù)處理，每盆放置土壤（壓實）至盆邊緣下方5cm處。第1次澆透水，之后根據(jù)天氣情況澆水，著重注意土壤濕度。將同一植物的不同濃度放置在一起為1組，便于觀察。

1.2.3 ?測定方法。各處理植株的株高每10d測定1次。處理40d后，取整個植株，選取3～5株并切取根系部分洗凈進行根部掃描測定，使用的儀器為Epson Perfection V700 Photo根系掃描分析儀（愛普生（中國）有限公司），WinRHIZO根系分析軟件進行根系構(gòu)型分析。

1.3 ? 統(tǒng)計分析

采用Microsoft Excel2017進行數(shù)據(jù)處理。

2 ? 結(jié)果與分析

2.1 ?鎘脅迫對不同菊科花卉植物植株生長的影響

隨著鎘濃度的增加，不同花卉植物植株的增量的變化趨勢有所差異（表1）。黑心菊和藿香薊植株高度的增量是隨鎘濃度的增加表現(xiàn)出先增后降的規(guī)律，鎘濃度為50mg/kg時植株的高度增加量達到最大，即該濃度處理的植株高度生長最快。孔雀草植株高度的增長量是隨著鎘濃度的增加而逐漸下降的趨勢。百日草和向日葵的植株高度增加量的變化規(guī)律表現(xiàn)相似，表現(xiàn)為先增加再下降，后又上升的變化規(guī)律。

2.2 ?鎘脅迫對不同菊科花卉植物植株根系構(gòu)型的影響

鎘脅迫處理40d后測定各植株根系指標，結(jié)果見表2。百日草的根系總長隨鎘濃度的增加而逐漸降低，這表明鎘脅迫對其根系生長具有一定的抑制作用。50mg/kg鎘處理條件下黑心菊、藿香薊和向日葵根系總長達到最大值（對照除外），分別為366.43mm、389.51mm和60.68mm。鎘濃度為10mg/kg處理下的孔雀草根系總長為最高值，其值為331.58mm，且高于對照根系總長。以上結(jié)果表明，鎘濃度的增加對不同植物根系總長的抑制強弱存在較大的差異，其中根系總長變化最明顯的是百日草，200mg/kg處理的植株根系總長比對照植株根系總長減少了87.47%;黑心菊、藿香薊、孔雀草和向日葵與其對照相比分別減少了16.25%、22.45%、22.34%和10.27%。

從表3可知，百日草、黑心菊、藿香薊和孔雀草根系的總投影面積總體上都是隨鎘的增加而降低;降幅最大的是百日草，200mg/kg鎘濃度處理的根系總投影面積比對照下降了59.04%，其余3種植物的降幅較小。向日葵根系總投影面積最大的為10 mg/kg處理植株根系，達到8.53cm2。

從表4可知，與對照相比，百日草和黑心菊植株根系總表面積隨鎘濃度的增大而下降，其中黑心菊的下降幅度較小，200mg/kg鎘處理下的總表面積僅降低了10.42%;百日草的根系表面積變化比較明顯，藿香薊200mg/kg鎘處理下的總表面積為5.56cm2，比對照減少了69.61%。藿香薊和向日葵根系最大值為50mg/kg鎘處理的植株，其都比對照略有增加;孔雀草根系總表面積最大出現(xiàn)在10mg/kg鎘處理植株。

鎘脅迫處理對植物根系的根尖數(shù)存在影響（表5）。百日草植株根系根尖數(shù)最大的為對照，各濃度鎘處理都降低其植株根尖數(shù)，根尖數(shù)最低值為90，此時鎘處理濃度為100mg/kg。黑心菊根尖數(shù)最大值為115，該植株處理鎘濃度為100mg/kg;藿香薊根尖數(shù)最大值為113，該植株處理鎘濃度為50mg/kg;孔雀草和向日葵的根尖數(shù)最大值分別為90和96，該植株處理鎘濃度都為10mg/kg;各處理植株的根尖數(shù)隨鎘濃度的變化而有所增加，但總體上變化幅度不大。

3 ? 結(jié)論與討論

Cd2+脅迫處理對5種菊科花卉植物的生長和根系構(gòu)型都存在不同的影響差異。在植株生長高度方面，藿香薊表現(xiàn)最好，即其植株在100mg/kg鎘脅迫條件下也比對照的植株高度增加量大，50mg/kg鎘處理下的植株高度增量約為對照的的1.5倍。物質(zhì)和能量被植物獲取和利用均是通過根系得以實現(xiàn)的。因此，根系的分布特征反映了物質(zhì)和能量被植物利用的可能性以及生產(chǎn)力[8]。綜合根系總長、總投影面積、總表面積和根尖數(shù)4個指標，藿香薊在鎘濃度為50mg/kg表現(xiàn)最好，其中根系總表面積和根尖數(shù)都高于對照，而根系總長和總投影面積也與對照相近。綜合本研究結(jié)果可以得出，菊科花卉植物藿香薊在鎘脅迫條件下生長狀況良好，具有抗鎘脅迫的耐性，因此，可進一步研究其對鎘富集特性，為其能在土壤鎘污染的植物修復(fù)應(yīng)用提供更深入的論證依據(jù)。

（收稿：2019-09-21）

參考文獻：

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