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    鎘對蕹菜影響的研究

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    鎘對蕹菜影響的研究

    本文作者:黃白飛辛俊亮賀惠周雯婧作者單位:湖南工學院

    鎘(Cd)對植物而言是非必需元素。雖然植物能從土壤中吸收必需元素如Fe、Cu、Ni和Zn,但是植物也會從土壤中吸收非必需元素如Cd、Hg、Pb和As等。鎘對植物的毒性很大,在低濃度時即可產生毒害。鎘能直接或間接地抑制植物的生理過程如光合作用、水分吸收和氣體交換,破壞植物離子平衡和水分平衡。Cd能使植物生長受到阻礙,光合作用減少,水分和營養元素的吸收減少。典型的損害癥狀有生長受抑制、萎黃病、根尖褐變等。不同種植物對鎘的耐性相差很大,同一種植物的不同品種對鎘的耐性也不一樣。筆者以積累鎘程度不同的兩蕹菜品種為研究對象,研究了鎘脅迫對2個品種的株高、根長及葉綠素含量的影響。

    1材料與方法

    1.1植物材料的制備

    供試蕹菜品種為鎘低積累蕹菜品種強坤柳葉青骨(QLQ)和鎘高積累蕹菜品種臺灣308純白柳葉(T308)。采用水培方法,制備植物材料。培養液采用Ho-agland全營養液配方,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。將精選的蕹菜種子用濃度2%NaClO消毒20min,去離子水沖洗,于培養皿中鋪紗布浸種發芽。發芽后,將幼苗轉移到含有Hoagland全營養液中進行培養,每3d換一次培養液。

    1.2試驗處理

    設置了對照和鎘脅迫。對照(CK)為無鎘處理,鎘脅迫(G)采用梯度鎘脅迫方式。在1~7d用1mg/L鎘處理,以后每隔3d鎘濃度按1mg/L的梯度增加,直到6mg/L。每個試驗設3個重復。用200ml組培瓶培養,每瓶3株。培養21d后,收獲樣品,分成地上部和根2個部分。

    1.3指標測定與方法

    葉綠素含量的測定依據《植物生理學實驗指導》[1]。取新鮮植物葉片,擦凈組織表面污物,剪碎,混勻。稱取剪碎的新鮮樣品0.125g放入研缽中,加少量石英砂及2~3ml濃度80%丙酮。研磨勻漿,再加濃度80%丙酮5ml,繼續研磨,轉移到25ml棕色容量瓶中,用少量濃度80%丙酮沖洗研缽、研棒及殘渣數次,最后,連同殘渣一起倒入容量瓶中。最后,用濃度80%丙酮定容至25ml,搖勻,過濾。以濃度80%丙酮為空白,分別在波長663、645nm下測定吸光值。株高和根長用直尺測定。

    計算公式為:葉綠素a=12.7×A663-2.69×A645

    葉綠素b=22.9×A645-4.68×A663

    總葉綠素=葉綠素a+葉綠素b

    式中,A645和A663分別為在波長663、645nm下測定的吸光值。

    2結果與分析

    2.1鎘處理對蕹菜株高的影響

    由圖1可知,對照條件下,T308株高在0.05水平顯著高于QLQ,說明兩品種株高特性有較大差別。鎘處理后,2個蕹菜品種的株高與對照相比都在0.05水平顯著降低,說明鎘處理對2個蕹菜品種都有較強的毒性作用。另外,鎘處理后,T308的株高仍高于QLQ,品種間存在0.05水平顯著差異。

    2.2鎘處理對蕹菜根長的影響

    由圖2可知,鎘處理后QLQ根長在0.05水平顯著增加,而T308根長在0.05水平顯著降低。這說明2個蕹菜品種根對鎘處理的響應不一致。QLQ的根可能具有更強的鎘耐性,而T308的根更易受到鎘的毒害。

    2.3鎘處理對蕹菜葉綠素含量的影響

    由圖3可知,受鎘處理后,QLQ中的葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素含量在0.05水平顯著降低,T308中只有葉綠素b含量在0.05水平顯著降低。這說明QLQ葉綠素對鎘處理比T308更為敏感。但是,在無鎘條件下QLQ的葉綠素含量高于T308,鎘處理后2個蕹菜品種葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素含量均無顯著差異。植物體內葉綠素含量與光合作用水平密切相關。鎘能引起植物失綠和葉綠素總量下降。

    3結論與討論

    鎘對植物毒性最常見的癥狀是生長受到抑制、失綠、呼吸和氮代謝改變等[2-3]。同一物種的不同品種對重金屬的積累和耐性不一致。該試驗選取2個蕹菜品種QLQ和T308,其中QLQ地上部積累的鎘少,而根中積累的鎘較多,T308地上部積累的鎘較多,而根中積累的鎘較少[4]。在鎘處理下,2個品種的株高均降低,T308的根長降低,但是QLQ的根長增加,說明QLQ的根可能對鎘具有更強的耐性。Wang等研究表明,QLQ的根能將更多的鎘限制在細胞壁中[4]。這可能是QLQ具有更強耐性的原因之一。光合作用是作物生長的基礎。葉綠素是植物進行光合作用的主要色素。葉綠素含量也是影響植物光合作用的因素之一。石貴玉等研究表明,鎘毒害使水稻葉片葉綠素含量下降,導致植株鮮重、干重下降[5]。陳平等認為,鎘毒害使水稻吸收的元素減少,阻礙葉綠素形成及其含量增加,導致葉綠素含量下降,最終嚴重影響水稻光合作用的正常進行[6]。江海東等研究表明,鎘能降低油菜葉綠素a、b含量,還可引起氣孔開度減少甚至關閉,CO2不能進入葉片,從而降低植物的光合速率;再加上葉片數和葉面積的減少,使得油菜幼苗光合產物減少,干物質積累減少,最終導致油菜生物量下降[7]。試驗中,鎘處理后QLQ中葉綠素a和葉綠素b含量均在0.05水平顯著下降,而T308中葉綠素a含量變化不大,葉綠素b含量在0.05水平顯著下降,說明Cd-PSC品種QLQ中葉綠素對鎘更為敏感。Huang等研究表明,T308文庫中11個與能量相關的基因中有多個基因(1,5-二磷酸核酮糖羧化/加氧酶小亞基基因、1,5-二磷酸核酮糖羧化/加氧酶大亞基基因、葉綠體鐵氧還蛋白-NADP+氧化還原酶基因、二磷酸核酮糖羧化酶活化酶基因、類CAB蛋白基因、鐵氧還蛋白-1基因是與光合作用相關的[8]。T308對鎘脅迫的早期響應可能是為了保護光合作用系統。另外,鎘對蕹菜光合作用的影響可能是導致蕹菜株高降低的主要原因之一。

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