促生菌對Cd脅迫下蔞蒿光合特性的影響

周小梅， 董 萌， 余紅兵,， 譚淑端， 楊 楠

(1.湖南城市學(xué)院建筑與城市規(guī)劃學(xué)院， 湖南 益陽 413000； 2. 數(shù)字化城鄉(xiāng)空間規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 益陽 413000； 3. 湖南省城鄉(xiāng)生態(tài)規(guī)劃與修復(fù)工程技術(shù)研究中心， 湖南 益陽 413000； 4.湖南省村鎮(zhèn)飲用水水質(zhì)安全保障工程技術(shù)研究中心， 湖南 益陽 413000)

Cd是一種典型的土壤污染物，環(huán)保部和國土資源部2014年聯(lián)合發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》顯示：我國土壤環(huán)境中Cd點(diǎn)位超標(biāo)率為7.0%[1]。Cd毒性極強(qiáng)，非生物體生命活動的必需元素，由于其極強(qiáng)的移動性，極易通過食物鏈危害人體的健康。相比于傳統(tǒng)的物理與化學(xué)方法，生物修復(fù)技術(shù)由于其經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、無污染等特點(diǎn)，是當(dāng)前公認(rèn)的一種環(huán)境友好型污染治理技術(shù)。

洞庭湖區(qū)是湖南省及至全國比較重要的糧食生產(chǎn)基地，其濕地土壤Cd污染較為嚴(yán)重[2-3]。蔞蒿(Artemisiaselengensis)是洞庭湖濕地優(yōu)勢植物，多年生草本，菊科蒿屬，適合刈割、無性繁殖，對Cd具較強(qiáng)耐性，是洞庭湖濕地土壤實(shí)施Cd污染修復(fù)的理想選擇[4]。

促生菌(Plant growth-promoting bacteria，PGPB)能夠與植物建立良好的協(xié)同互惠關(guān)系，在重金屬污染土壤的修復(fù)過程中可發(fā)揮重要作用[5-7]。近年圍繞促生菌在重金屬污染土壤植物修復(fù)方面的運(yùn)用已作了大量的研究，研究主要集中于對植物生長、解毒、生防、對重金屬的生物有效性及其轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制等方面的探究[8-9]。光合作用是植物生長的物質(zhì)基礎(chǔ)，Cd脅迫影響植物葉綠素合成、光合氣體交換、葉綠素?zé)晒馓匦砸约爸参飳ν寥乐泄夂系V質(zhì)元素的吸收等，從而導(dǎo)致植物代謝紊亂，影響整個生長發(fā)育及生命活動[10-11]。促生菌可提高植物的光合作用，促進(jìn)植物的生長，但由于植物種類和接種菌株的不同，不同植物對促生菌的反映不完全一致。劉美琪等[12研究表明，接種促生菌裸燕麥各時期的凈光合速率(Pn)，蒸騰速率(Tr)，氣孔導(dǎo)度(Gs)，葉片胞間CO2濃度(Ci)均顯著高于對照；袁宗勝等[13]研究顯示，促生菌處理后芳樟葉片光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度均有所提高，但芳樟葉片胞間CO2濃度降低。促生菌的接種方式可分為單接、混合接。一般認(rèn)為，單接優(yōu)于不接，混合接優(yōu)于單接[14-15]。另外，促生菌對Cd脅迫下植物光合作用的影響研究也已不乏報道[16]，但研究多集中于對植物光合色素的探究，缺少對Cd脅迫下植物光合特性的系統(tǒng)性分析，當(dāng)前關(guān)于促生菌對Cd脅迫下植物光合作用的機(jī)理尚不甚清楚。

鑒于此，本研究以具促生功能的Bacillussp.T3，PantoeaagglomeransJ2，PseudomonasfluorescensY5的混合菌劑為對象，通過盆栽試驗(yàn)，系統(tǒng)分析在促生菌作用下蔞蒿光合氣體交換、光合色素、光合礦質(zhì)元素和葉綠素?zé)晒鈪?shù)等光合指標(biāo)對不同濃度Cd脅迫的響應(yīng)，以揭示促生菌對Cd脅迫下蔞蒿光合特性的作用機(jī)理，欲為洞庭湖濕地土壤Cd污染修復(fù)建構(gòu)有效的生物技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1促生菌由T3，J2和Y5菌株的菌懸液混合而成，T3菌株為芽孢桿菌(Bacillussp.)分離于蔞蒿的根際土壤，能合成鐵載體、產(chǎn)酸，對Cd2+的耐受濃度為50 mg·L-1[17]，J2和Y5菌株分離于蔞蒿的莖葉中，分別為成團(tuán)泛菌(Pantoeaagglomerans)和熒光假單胞菌(Pseudomonasfluorescens)，能分泌吲哚乙酸(IAA)，對Cd2+的耐受濃度為90 mg·L-1[18]。供試菌株分別接種于LB液體培養(yǎng)基中，30℃，150 rpm震蕩培養(yǎng)72 h，菌液4℃，8 000 rpm離心 5 min，無菌生理鹽水潤洗2次。為確保各菌株的試驗(yàn)用量一致，用無菌生理鹽水將各菌液濃度調(diào)節(jié)至1×108cfu·mL-1，各菌液等量混合制成接種菌劑。

1.1.2基質(zhì)購自湖南紅星大市場，由草炭、蛭石和珍珠巖混合而成，經(jīng)測定有機(jī)質(zhì)含量為395 g·kg-1，全P含量為1.15 g·kg-1，全N含量為11.6 g·kg-1，全K含量為10.2 g·kg-1，全Cd含量為0.25 mg·kg-1，pH值為6.85，自然風(fēng)干且高壓蒸汽滅菌2遍后，添加CdCl2溶液，Cd2+濃度為0 mg·kg-1(Cd0)，10 mg·kg-1(Cd10)，20 mg·kg-1(Cd20)，30 mg·kg-1(Cd30)，拌勻平衡備用。

1.1.3蔞蒿取自南洞庭湖管竹山(112°19′33.4″E，28°55′14.9″N)，栽種于湖南城市學(xué)院苗圃大棚，為保證試驗(yàn)用苗的一致性，剪取帶3芽的蔞蒿莖段若干進(jìn)行扦插，正常養(yǎng)護(hù)管理，待成活后選擇長勢基本一致的蔞蒿苗用于試驗(yàn)處理。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2016年3月10日，將平衡了3周的基質(zhì)進(jìn)行裝缽處理。缽大小為：上口徑10.5 cm，底徑7.5 cm，高9.5 cm，稱取基質(zhì)500 g，與菌劑150 mL充分混勻，然后裝缽，以等量無菌生理鹽水為對照(CK)。選取帶3片完全展開葉且長勢基本一致的蔞蒿扦插苗移栽于營養(yǎng)缽，每處理移栽12缽，澆透水。于苗圃大棚[溫度為(28±2)℃，相對濕度(65±5)%]正常養(yǎng)護(hù)管理30天后進(jìn)行各指標(biāo)的測定。

1.3 測定方法

1.3.1光合氣體交換參數(shù)于2016年4月10日上午9∶00-11∶30進(jìn)行測定，采用美國Li-Cor公司的Li-6400型光合儀，選取蔞蒿上部第2片完全展開葉進(jìn)行凈光合速率(Pn)，氣孔導(dǎo)度(Gs)，蒸騰速率(Tr)和胞間CO2濃度(Ci)的測定，每測定重復(fù)3次。測定時光照強(qiáng)度為1 000 μmol·m-2·s-1光量子，氣流速度為50 μmol·s-1，專用內(nèi)置紅光源，葉室溫度28℃左右。

1.3.2光合色素于2016年4月11日上午采摘蔞蒿上部第3葉于冰盒中帶回實(shí)驗(yàn)室，稱取0.5 g，采用80%的丙酮進(jìn)行浸提，參考李合生[19]的方法進(jìn)行葉綠素a，葉綠素b和類胡蘿卜素含量的測定。

1.3.3光合礦質(zhì)元素每處理隨機(jī)選取蔞蒿植物6缽，剪取葉片，去離子水沖冼干凈，置于烘箱中，105℃殺青15 min，70℃下烘干至恒重，研磨粉碎，稱取0.2 g樣品，參照梁泰帥等[8]方法進(jìn)行消解，用流動注射分析儀測定N，P含量，原子吸收分光光度計(jì)測定K，F(xiàn)e，Zn，Ca，Mg，S，Cd含量。

1.3.4葉綠素?zé)晒鈪?shù)選取蔞蒿上部第2片完全展開葉，采用德國Walz公司的Imaging PAM葉綠素?zé)晒鈨x進(jìn)行測定，測定前暗適應(yīng)20 min，Kinetics窗口檢測各參數(shù)的動力學(xué)變化曲線，PSⅡ最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)，實(shí)際光化學(xué)量子產(chǎn)量(Yield)，相對電子傳遞速率(rETR)，光化學(xué)熒光淬滅系數(shù)(qP)，非光化學(xué)熒光淬滅系數(shù)(NPQ)等數(shù)據(jù)從Report窗口導(dǎo)出。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

所有數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)的平均值，以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理并繪圖，SPSS 26.0進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 促生菌對Cd脅迫下蔞蒿光合氣體交換的影響

Cd脅迫使蔞蒿體內(nèi)的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度以及蒸騰速率均顯著下降(圖1A，1B，1C)，而胞間CO2濃度呈先降后升的趨勢，當(dāng)Cd脅迫濃度為Cd20時降幅顯著(圖1D)。促生菌可緩解Cd脅迫對蔞蒿光合作用的抑制效應(yīng)，促生菌使Cd脅迫下蔞蒿凈光合速率、氣孔導(dǎo)度及蒸騰速率均有不同程度地增加，其中凈光合速率在所有的Cd脅迫水平下均顯著增加，增幅為13.7%～28.6%(圖1A)，氣孔導(dǎo)度在Cd脅迫濃度為Cd30時顯著增加44.1%(圖1B)，蒸騰速率在Cd脅迫濃度為Cd0，Cd10，Cd30時顯著增加14.3%，21.4%，39.7%(圖1C)。促生菌使Cd脅迫下蔞蒿細(xì)胞間CO2濃度下降，在Cd脅迫濃度為Cd0，Cd10，Cd20時顯著下降7.6%，8.3%，10.1%(圖1D)。

圖1 促生菌對Cd脅迫下蔞蒿光合氣體交換的影響Fig.1 Effects of PGPB on photosynthetic gas exchange of Artemisia selengensis under cadmium stress注:不同小寫字母代表不同處理在 0.05 水平差異顯著(P<0.05)。下圖同Note:Different lowercase letters represent significant differences between treatments at 0.05 level (P<0.05). The same as below

2.2促生菌對Cd脅迫下蔞蒿光合色素的影響

Cd脅迫下蔞蒿葉綠素a，葉綠素b，總?cè)~綠素以及類胡蘿卜素含量均呈先升后降的趨勢，在Cd脅迫濃度為Cd10時達(dá)最大值(圖2A，2B，2C，2E)，葉綠素a/b和類胡蘿卜素/總?cè)~綠素隨Cd脅迫濃度的增加而增大，在Cd脅迫濃度為Cd30時顯著增加14.6%和26.9%(圖2D，2F)。促生菌有利于Cd脅迫下蔞蒿葉綠素a，葉綠素b，總?cè)~綠素和類胡蘿卜素含量的增加，葉綠素a含量在Cd脅迫濃度為Cd30時顯著增加23.9%(圖2A)，葉綠素b含量在Cd脅迫濃度為Cd10～ Cd30時顯著增加，增幅為16.2%～24.6%(圖2B)，總?cè)~綠素含量在Cd脅迫濃度為Cd20，Cd30時顯著增加9.6%，23.9%(圖2C)，類胡蘿卜素含量在Cd脅迫濃度為Cd30時顯著增加20.0%(圖2E)。促生菌降低了Cd脅迫下蔞蒿葉綠素a/b的值，并呈先降后升的趨勢，在Cd脅迫濃度為Cd20時顯著降低15.7%(圖2D)。促生菌對Cd脅迫下蔞蒿體內(nèi)類胡蘿卜素/總?cè)~綠素?zé)o顯著影響(圖2F)。

圖2 促生菌對Cd脅迫下蔞蒿光合色素的影響Fig.2 Effects of PGPB on photosynthetic pigments of Artemisia selengensis under cadmium stress

2.3 促生菌對Cd脅迫下蔞蒿葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

Cd脅迫使蔞蒿體內(nèi)的最大光化學(xué)效率、實(shí)際光化學(xué)量子產(chǎn)量、相對電子傳遞速率、光化學(xué)淬滅系數(shù)均呈下降趨勢(圖3A，3B，3C，3D)，非光化學(xué)淬滅系數(shù)隨Cd脅迫濃度的增加而上升(圖3E)。促生菌使Cd脅迫下蔞蒿體內(nèi)的最大光化學(xué)效率、實(shí)際光化學(xué)量子產(chǎn)量、相對電子傳遞速率、光化學(xué)淬滅系系數(shù)均顯著增加，非光化學(xué)淬滅系數(shù)顯著降低，最大光化學(xué)效率在Cd脅迫濃度為Cd20，Cd30時顯著增加12.9%，18.0%(圖3A)，實(shí)際光化學(xué)量子產(chǎn)量在Cd脅迫濃度為Cd0，Cd10，Cd30時顯著增加12.5%，18.4%，25.8%(圖3B)，相對電子傳遞速率在Cd脅迫濃度為Cd10～ Cd30時顯著增加8.4%～14.6%(圖3C)，光化學(xué)淬滅系系數(shù)在Cd脅迫濃度為Cd10～ Cd30時顯著增加14.3%～20.0%(圖3D)，非光化學(xué)淬滅系數(shù)在在Cd脅迫濃度為Cd10～ Cd30時顯著減少11.1%～53.8%(圖3E)。

圖3 促生菌對Cd脅迫下蔞蒿葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響Fig.3 Effects of PGPB on chlorophyll fluorescence parameters of Artemisia selengensis under cadmium stress

2.4 促生菌對Cd脅迫下蔞蒿光合礦質(zhì)元素的影響

Cd脅迫對蔞蒿N，K的吸收無明顯影響，對S，Cd的影響隨Cd脅迫濃度的增加而增加，對蔞蒿P，F(xiàn)e，Zn，Ca，Mg的影響隨Cd脅迫濃度的增加呈下降趨勢(表1)。促生菌對Cd脅迫下蔞蒿N，Zn的吸收無顯著影響，促生菌有利于Cd脅迫下蔞蒿對Cd，P，K，F(xiàn)e，Ca，Mg，S的吸收，P，K分別顯著增加2.2%～4.1%，0.5%～0.7%，Cd在脅迫濃度為Cd10，Cd20，Cd30時顯著增加21.0%，99.3%，79.7%，F(xiàn)e在Cd脅迫濃度為Cd0，Cd10，Cd20時顯著增加2.8%，3.7%，2.7%，Ca在Cd脅迫濃度為Cd30時顯著增加11.9%，Mg在Cd脅迫濃度為Cd20，Cd30時顯著增加2.7%，5.2%，S在Cd脅迫濃度為Cd30時顯著增加2.5%(表1)。

表1 促生菌對Cd脅迫下蔞蒿光合礦質(zhì)元素的影響Table1 Effects of PGPB on photosynthetic mineral elements of Artemisia selengensis under cadmium stress 單位：mg·kg-1DW

3 討論

3.1 促生菌對Cd脅迫下蔞蒿光合氣體交換的影響

光合作用是綠色植物最重要的生理活動，為地球上生命的生存和繁衍提供物質(zhì)和能量[20]。Cd是一種光合抑制劑，Cd脅迫會影響植物體內(nèi)水分平衡，阻礙氣孔的打開，導(dǎo)致黃瓜凈光合速率和蒸騰速率的下降[21]。無論接菌與否，Cd脅迫下蔞蒿的凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度均顯著低于非Cd脅迫，由此可見，Cd脅迫對蔞蒿光合產(chǎn)生抑制。相關(guān)研究表明，接種促生菌可明顯改善裸燕麥的氣孔限制，促進(jìn)其凈光合速率和蒸騰速率的增加[12]。本研究發(fā)現(xiàn)，接種促生菌，蔞蒿的凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度明顯高于單一Cd脅迫，證明接種促生菌緩解了Cd脅迫對蔞蒿光合的限制，這與文獻(xiàn)報道結(jié)果一致。但也有不同的報道，Arkhipova等[22]發(fā)現(xiàn)接種能分泌細(xì)胞分裂素的Bacillussp．IB-22，萵苣的氣孔導(dǎo)度并沒有提高。產(chǎn)生差異的原因可能是促生菌的生理特性不一樣，也可能是試驗(yàn)材料的不同而異。Cd脅迫導(dǎo)致植物光合傷害的機(jī)理可分為氣孔因子和非氣孔因子，非氣孔因子主要表現(xiàn)為葉肉細(xì)胞光合活性的降低，胞間CO2濃度的變化可作為氣孔因子和非氣孔因子的評判依據(jù)[23]。一般認(rèn)為，植物凈光合速率、氣孔導(dǎo)度與胞間CO2濃度均下降，則為氣孔因子的限制，如果植物凈光合速率和氣孔導(dǎo)度的下降伴隨胞間CO2濃度的上升，則表現(xiàn)為非氣孔因子的傷害。本研究結(jié)果顯示，蔞蒿凈光合速率和氣孔導(dǎo)度隨Cd脅迫濃度的增加而下降，而胞間CO2濃度表現(xiàn)為先降后升，表明Cd脅迫對蔞蒿氣孔的傷害與Cd脅迫濃度有關(guān)，濃度較低時主要表現(xiàn)為氣孔限制，而濃度較高時則主要表現(xiàn)為非氣孔限制，這與Cd脅迫龍葵的結(jié)果相似[24]。Cd脅迫下蔞蒿葉綠素含量的變化趨勢也證明了這一點(diǎn)(圖2A，2B，2C)。接種促生菌明顯增加蔞蒿凈光合速率和氣孔導(dǎo)度，顯著降低胞間CO2濃度，分析原因可能是由于促生菌的運(yùn)用增強(qiáng)了蔞蒿葉肉細(xì)胞的光合活性，進(jìn)一步調(diào)節(jié)了Cd脅迫對蔞蒿氣孔因子與非氣孔因子的影響。

3.2 促生菌對Cd脅迫下蔞蒿光合色素的影響

光合色素可分為葉綠素和類胡蘿卜素，葉綠素是植物光合光能捕獲的關(guān)鍵物質(zhì)，其含量高低在某種程度上可體現(xiàn)植物光合及抗逆性的強(qiáng)弱[25-26]。Cd脅迫通常會導(dǎo)致葉綠素含量的下降，與Cd影響氨基-γ-戊酮酸的合成和抑制原葉綠素酯氧還酶的活性有關(guān)，也與Cd破壞葉綠體的結(jié)構(gòu)有關(guān)[27]。而本研究中，葉綠素a，葉綠素b，總?cè)~綠素含量呈先升后降的趨勢，表明Cd脅迫對蔞蒿葉綠素含量的影響存在劑量效應(yīng)，低濃度Cd具有一定的毒物興奮作用。相關(guān)研究表明，接種促生菌可提高甘藍(lán)型油菜和番茄的抗逆性，保障其葉綠素酶的催化能力，提高其葉綠素含量[28-29]。本研究結(jié)果顯示，蔞蒿葉綠素a，葉綠素b和總?cè)~綠素含量在促生菌的作用下明顯增加，表明接種促生菌提高了蔞蒿的抗逆性并改善Cd脅迫對蔞蒿葉綠素酶活性和葉綠體結(jié)構(gòu)的影響，這與文獻(xiàn)報道結(jié)果相似；蔞蒿葉綠素a/b值顯著降低，說明葉綠素b比葉綠素a增加得更多，葉綠素b主要存在于光系統(tǒng)的天線組分中，表明接種促生菌蔞蒿葉片吸收和傳遞到光系統(tǒng)反應(yīng)中心的光能增多；類胡蘿卜素屬于天線色素兼具光保護(hù)的功能，可吸收多余光能并以熱能的形式釋放，促生菌作用下蔞蒿類胡蘿卜素含量增加，說明接種促生菌后蔞蒿葉片在吸收較多光能的同時開啟了自保護(hù)機(jī)制，避免其葉綠體在強(qiáng)光下受到傷害，這與前人的相關(guān)研究結(jié)論一致[25]；但蔞蒿葉綠素a/b值在Cd脅迫濃度為Cd20時顯著減少，而類胡蘿卜素含量是在Cd脅迫濃度為Cd30時顯著增加，兩者變化不完全同步，究其原因可能與促生菌對光能的利用有關(guān)，也可能是蔞蒿適應(yīng)Cd脅迫的一種自我保護(hù)。

3.3 促生菌對Cd脅迫下蔞蒿葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

葉綠素?zé)晒鈪?shù)反映植物光合過程中光能的吸收、傳遞、耗散和分配情況[21]。最大光化學(xué)效率對環(huán)境脅迫比較敏感，可作為植物PSⅡ受傷害程度的判斷指標(biāo)[27]。正常情況下植物葉片最大光化學(xué)效率為0.75～0.85[30]。單一Cd脅迫蔞蒿最大光化學(xué)效率均低于0.75，接菌后蔞蒿最大光化學(xué)效率有所提高，表明促生菌降低了Cd脅迫對蔞蒿PSⅡ的傷害程度。實(shí)際光化學(xué)量子產(chǎn)量和相對電子傳遞速率用于反映環(huán)境脅迫下植物PSⅡ的光化學(xué)活性[31-32]。Cd脅迫下蔞蒿的實(shí)際光化學(xué)量子產(chǎn)量和相對電子傳遞速率均下降，Cd2+一旦進(jìn)入葉綠體便會與類囊體膜上的巰基結(jié)合導(dǎo)致蛋白變性，會替代放氧復(fù)合體中Ca/Mn聚集體上的Ca2+[23]，從而降低蔞蒿的PSⅡ的光化學(xué)活性。促生菌顯著提高Cd脅迫下蔞蒿的實(shí)際光化學(xué)量子產(chǎn)量和相對電子傳遞速率，緩解Cd脅迫對蔞蒿PSⅡ光化學(xué)的抑制。光化學(xué)淬滅系數(shù)表示天線色素所吸收光能的光合電子傳遞的情況而非光化學(xué)淬滅系數(shù)表示光能的熱耗散部分[23,33]。Cd脅迫下蔞蒿光化學(xué)淬滅系數(shù)下降而非光化學(xué)淬滅系數(shù)隨Cd脅迫濃度的增加而增加，說明蔞蒿在Cd脅迫下啟動了光保護(hù)機(jī)制，減少光化學(xué)途徑能量的傳遞，避免光氧化脅迫對光合機(jī)制的進(jìn)一步傷害，這與Cd脅迫結(jié)縷草的結(jié)論相似[27]。接種促生菌，蔞蒿的光化學(xué)淬滅系數(shù)增加，非光化學(xué)淬滅系數(shù)減少，表明促生菌提高了蔞蒿對所吸收光能的轉(zhuǎn)化，更多用于驅(qū)動光化學(xué)反應(yīng)，提高蔞蒿對光能的利用效率。

3.4 促生菌對Cd脅迫下蔞蒿光合礦質(zhì)元素的影響

礦質(zhì)元素直接或間接影響光合作用，Cd脅迫影響植物對礦質(zhì)元素的吸收和改變植物體內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)，致使光合的下降。研究表明Cd2+通過取代1,5-二磷酸核酮糖羧化酶(Rubisco)活性中心的Mg2+，改變Rubisco結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其活性的下降，影響CO2的固定[34]。植物體內(nèi)聚集的Cd2+會替代葉綠素卟啉環(huán)中的Mg2+，形成了“Cd替代葉綠素”，影響電子釋放[35]。Cd2+和Ca2+的化學(xué)性質(zhì)極其相似，Cd2+會與Ca2+競爭離子通道和載體蛋白，阻礙Ca2+信號傳遞，影響葉綠素的合成[36]。Cd2+會替代PSII放氧復(fù)合體中Ca/Mn聚集體上的Ca2+，影響水的光解和電子釋放[37-38]。Cd2+和Zn2+是一對競爭性陽離子，會競爭相似的活性位點(diǎn)，引起植物的Cd中毒[39]。本研究發(fā)現(xiàn)，Cd脅迫下蔞蒿體內(nèi)Cd含量顯著增加，并且Cd脅迫對蔞蒿Zn，Ca，Mg的吸收產(chǎn)生拮抗作用，這與Cd脅迫黑麥草的試驗(yàn)結(jié)果一致[40]。Cd脅迫與Zn，Ca，Mg產(chǎn)生競爭，可能會形成“Cd替代葉綠素”，可能會影響Rubisco活性，也可能會取代Ca/Mn聚集體上的Ca2+，影響水的光解或與Zn競爭活性位點(diǎn)等，導(dǎo)致蔞蒿光合的下降，但下降的具體原因有待進(jìn)一步的驗(yàn)證。Fe參與光合電子傳遞，Cd脅迫導(dǎo)致蔞蒿Fe含量下降，缺Fe會影響光合電子傳遞。但Root等[41]認(rèn)為，Cd脅迫引起Fe含量上升，且Fe/Zn值增加是Cd脅迫下玉米葉片黃化的主要原因。缺P會影響植物光合同化力和中間磷酸化合物的形成，缺K影響植物光合產(chǎn)物的運(yùn)輸，S是植物葉綠體的重要組成成分[42]。接種促生菌后蔞蒿體內(nèi)Ca，Mg，F(xiàn)e，S，P，K的含量顯著增加，促生菌改善了Cd脅迫下蔞蒿對礦質(zhì)元素的吸收，緩解了Cd脅迫對蔞蒿光合的抑制，這與促生菌對Cd脅迫下鷹嘴豆礦質(zhì)元素吸收的影響相似[43]。促生菌之所以能促進(jìn)Cd脅迫下蔞蒿對礦質(zhì)元素的吸收，可能是因?yàn)棰俅偕械腏2，Y5菌株能分泌IAA，促進(jìn)蔞蒿根系對土壤中礦質(zhì)元素的吸收；②促生菌中的T3菌株能產(chǎn)生鐵載體且能分泌有機(jī)酸，促進(jìn)蔞蒿對鐵的吸收并降低土壤pH值，改善根際礦質(zhì)元素的生物有效性。

4 結(jié)論

相比單一Cd脅迫，接種促生菌能緩解Cd脅迫對蔞蒿氣孔和非氣孔因子的限制，緩解高濃度Cd脅迫對蔞蒿光合色素的破壞，促進(jìn)蔞蒿對土壤中光合礦質(zhì)元素的吸收，減輕Cd脅迫對蔞蒿PSⅡ的傷害，提高蔞蒿對所吸收光能的轉(zhuǎn)化和利用，保障其光合作用。