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镉胁迫对蒌蒿生理生化的影响及富集特征研究



全 文 :·园林花卉·植物 北方园艺2012(10):72~76
第一作者简介:李燕子(1985-),女,陕西武功人,在读硕士,研究方
向为环境污染与植物修复。E-mail:liyanzi126@126.com。
责任作者:赵运林(1959-),男,湖南衡阳人,博士,教授,博士生导
师,现主要从事环境生态学与城市生态学的研究工作。E-mail:
zyl8291290@163.com。
基金项目:国家自然科学基金资助项目(30970551);环保部全国公
益性行业科研专项基金资助项目(201009022);湖南省科技计划重
点资助项目(2010SK2004)。
收稿日期:2012-02-17
镉胁迫对蒌蒿生理生化的影响及富集特征研究
李 燕 子1,赵 运 林2,董   萌2,戴 枚 斌3,易 合 成3,胡 治 远4
(1.湖南农业大学 生物科学与技术学院,湖南 长沙410128;2.湖南城市学院 化学与环境工程学院,湖南 益阳413000;
3.南洞庭湖自然保护区管理局,湖南 益阳411000;4.湖南农业大学 食品科学与技术学院,湖南 长沙410128)
  摘 要:采集了南洞庭湖湿地优势植物蒌蒿及其根际土壤,进行了不同浓度的Cd胁迫处理,
研究Cd对蒌蒿部分生理指标的影响及蒌蒿对Cd的富集特性。结果表明:低Cd浓度(<15mg/kg)
胁迫能促进植株的生长,增强其生物活性,高浓度Cd(>50mg/kg)胁迫对蒌蒿生长产生明显的抑
制作用,当Cd浓度达到70mg/kg时,蒌蒿仍能正常完成生长周期。随着Cd处理浓度的增加,蒌
蒿体内叶绿素含量逐渐降低,丙二醛(MDA)含量增加,在70mg/kg处理下达到最大值;可溶性糖
和可溶性蛋白的含量逐渐呈现先上升后下降的趋势。蒌蒿体内各器官对Cd的富集含量随Cd胁
迫浓度的增加而显著增加,在90mg/kg条件下,根的含量为910.66mg/kg,茎和叶分别为375.92
和134.62mg/kg。在Cd胁迫浓度<70mg/kg处理下,蒌蒿各部位对Cd富集量增加迅速,
在>70mg/kg胁迫下则增加缓慢,各处理浓度下,蒌蒿的平均根茎转移系数为0.85。蒌蒿对Cd
具有较高的富集和耐受能力,是Cd污染的理想修复植物。
关键词:蒌蒿;Cd;生理生化;富集特性
中图分类号:X 53;Q 948.116 文献标识码:A 文章编号:1001-0009(2012)10-0072-05
  随着现代工农业的快速发展,重金属污染问题日渐
突出。其中包括工业“三废”的排放、城乡生活垃圾的随
意丢弃、含重金属的农药化肥的不合理使用等,使得土
壤、水体等环境遭受着越来越严重的重金属污染,进而
影响到人类的健康生存问题。目前重金属污染已经成
为最严重的环境污染问题之一[1]。研究表明,重金属进
入土壤后会对植物产生很明显的生理效应,并可导致作
物减产[2-8]。目前关于重金属对植物生长、生理等方面
的影响已有大量报道[9-11],但关于重金属对植物生理生
化和不同部位的富集规律的研究国内鲜有报道。
蒌蒿(Artemisia selengensis Turcz)为多年生草本植
物,可食用,广泛生长于南洞庭洲滩湿地,通过大量的调
查与研究发现[12-13],蒌蒿对重金属Cd具有较强的富集
能力,从已有的观测结果来看,较之于洞庭湖地区的一
般植物具有不可比拟的优势,如生物量大、生长快等特
点。蒌蒿在其根部有更高的Cd富集量和根茎转移系
数。且蒌蒿可长期生长于洲滩浅水环境中,生物量较
大,对土壤和水体都具有一定的修复作用。现以南洞庭
湖地区优势植物蒌蒿为材料,研究了重金属Cd对蒌蒿
部分生理生化指标的影响和Cd在蒌蒿体内不同部位的
富集特性,旨在探明Cd对植物的毒害机理,并为蒌蒿对
Cd的富集机理提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试植物材料为蒌蒿幼苗,取自南洞庭湖湿地(112°
18′45″~112°51′15″E,28°38′15″~29°01′45″N),于湖南城
市学院校内科研基地生长100d后,选择长势良好、生长
一致的蒌蒿幼苗,种植于直径25cm、高30cm的花盆
中,每盆7株,盆下垫托盘,每个花盆装入风干混匀土壤
5kg,常规管理。
1.2 试验方法
试验于2011年3~7月进行。将镉的胁迫浓度设
置为0(CK)、5、15、30、50、70、90mg/kg共7个梯度,其中
Cd以Cd(NO3)2·4H2O(分析纯)的形式配成相应浓度
的水溶液,均匀喷洒到土壤中,每处理重复3盆。使盆
中湿度保持在70%左右(以 W.E.T温湿度测定仪控
制)。胁迫处理80d后,分别剪去用不同浓度Cd胁迫的
蒌蒿第2、3对成熟叶片进行各项生理指标的测定,测定
方法参考郝建军等[14]的方法,其中叶绿素含量的测定采
27
北方园艺2012(10):72~76 植物·园林花卉·
用80%丙酮比色法,丙二醛含量的测定采用硫代巴比妥
法,可溶性糖含量的测定采用蒽酮比色法,可溶性蛋白
含量的测定用考马斯亮蓝法,3次重复。处理90d后,
将植株分为根、茎、叶三部分,105℃杀青1h,烘干至恒
重,分别打磨成精细粉末,各称取0.100g加入4∶1的硝
酸和过氧化氢的混合液10mL,微波消解系统进行密闭
消解,过滤定容后测定Cd的含量,并同时测定完整植株
混合样品的Cd含量。
1.3 数据处理
试验所得数据,均采用Excel 2003和DPS软件进行
统计分析。
2 结果与分析
2.1 不同浓度Cd胁迫对蒌蒿生长状况及叶绿素含量
的影响
由表1和图1可知,低Cd(<15mg/kg)浓度下,植
株生长旺盛,叶片数量较对照增多,在Cd胁迫浓度小于
50mg/kg时,蒌蒿的生长状况良好,植株叶片未出现任
何的受害症状;但当Cd胁迫浓度超过50mg/kg时,少
部分叶片出现叶片边缘和叶尖枯黄的症状,而胁迫浓度
达到70mg/kg时大部分叶片出现枯萎等中毒症状,长
势差,在90mg/kg条件下Cd胁迫已严重影响植物的正
常生长,叶色枯黄、枯萎、凋落严重。
不同浓度的Cd胁迫对蒌蒿叶绿素含量的影响较大,
呈显著性差异。由图2可知,随着土壤中Cd浓度从
5mg/kg增加到50mg/kg时,叶绿素的含量表现为下降
趋势,并在0~30mg/kg胁迫间和50~90mg/kg胁迫
间差异不显著。说明Cd胁迫超过50mg/kg后开始引
起叶绿素含量的下降,但中毒现象不是很明显,由此可
见,叶绿素含量的下降可能是引起植株叶片黄化的原
因,与杜晓等[15]的研究结果一致。Cd胁迫对叶绿素a/b
的影响与叶绿素基本一致,在0~90mg/kg胁迫范围
内,其叶绿素a/b的含量基本呈现出中、低浓度
(0~30mg/kg)显著大于高浓度(50~90mg/kg)的趋
势,在0~30mg/kg胁迫间和50~90mg/kg胁迫间差
异不显著。表明Cd显著降低蒌蒿叶绿素a/b的浓度为
30mg/kg。
表1 不同浓度Cd胁迫对蒌蒿植株生长状况影响
  Table 1 Efects of diferent Cd concentrations stress on
the growth of Artemisia selengensis plants
Cd处理浓度
Cd concentrations stress
/mg·kg-1
植株生长状况
Growth of plant
0 长势良好
5 生长旺盛、叶片茂密
15 生长旺盛、叶片茂密
30 长势良好
50 叶量减少、叶尖少量枯黄
70 叶量减少、少部分叶片边缘、叶尖枯黄
90 叶片枯黄面积增加、大部分叶片出现枯萎等中毒症状,长势差
37
·园林花卉·植物 北方园艺2012(10):72~76
2.2 不同浓度Cd胁迫对蒌蒿叶片丙二醛(MDA)含量
的影响
丙二醛(MDA)是膜脂过氧化主要的产物之一[16-19],
植物在逆境下遭受伤害与活性氧积累诱发的膜脂过氧
化作用密切相关。通过测定MDA了解质膜过氧化的程
图3 Cd对蒌蒿叶片MDA的影响
Fig.3 Efect of Cd concentration on MDA of
Artemisia selengensis leaves
度,以间接测定膜系统受损程度以及植物的抗逆性。从
Cd胁迫浓度梯度来看(图3),MDA显著增大是在
70mg/kg以上,小于70mg/kg时 MDA增加得比较缓
慢,由此可以看出,Cd对蒌蒿膜系统在浓度较低时影响
不大,其对蒌蒿的毒害作用需要较长一段时间才能表现
出来,也表明蒌蒿对重金属Cd具有较强的耐受性。
2.3 不同浓度Cd胁迫对蒌蒿体内可溶性糖和可溶性
蛋白含量的影响
由图4可知,随着Cd胁迫浓度的不断增大,蒌蒿叶
片可溶性糖的浓度不断升高,其值均高于对照,由此可
见,蒌蒿叶片可溶性糖含量的升高可能是蒌蒿降低细胞
渗透势,从而避免Cd伤害的机理之一。
蒌蒿叶片中可溶性蛋白含量随着Cd胁迫浓度的增
加而呈现先上升后下降的趋势,其在70mg/kg处理下
达到最大值,高于此浓度则引起蛋白质量的下降,可能
是过高的Cd胁迫对蒌蒿可溶性蛋白造成了破坏。
图4 不同浓度Cd胁迫对蒌蒿叶片中可溶性糖和可溶性蛋白含量的影响
Fig.4 Efect of diferent Cd concentration on contents of soluble sugars and proteins of Artemisia selengensis leaves
2.4 蒌蒿不同器官对Cd的富集作用
由表2可知,随着Cd胁迫浓度的不断增加,蒌蒿
根、茎、叶中Cd的富集量均呈现上升的趋势,根部的分
配率显著大于茎和叶,呈现出根>茎>叶的分配差异。
从70mg/kg浓度胁迫开始,根部的富集浓度显著增加,
但茎、叶中的富集浓度增加较小,90mg/kg处理蒌蒿根
部Cd含量达到最大值910.66mg/kg,但是蒌蒿长势变
弱,植株表现出了比较明显的中毒现象,表明根部是蒌
蒿对Cd的主要富集部位。
  表2 蒌蒿根、茎、叶对Cd的富集作用
  Table 2 Cd accumulation of leaves stems and roots under the diferent Cd concentration stresses  mg/kg
Cd胁迫浓度
Cd concnetrations
stress/mg·kg-1
根Root 茎Stem 叶Leaf
Cd含量
Cd content
分配率
Distribution rate/%
Cd含量
Cd content
分配率
Distribution rate/%
Cd含量
Cd content
分配率
Distribution rate/%
根茎转移系数
Coeficient of
rootstalk transfer
CK  8.44±0.08gG  51.24  4.80±0.07fE  29.14  3.23±0.07gG  19.66  0.95
5  79.05±0.89fF  53.04  43.60±0.39eD  29.25  26.40±0.47fF  17.71  0.89
15  120.89±0.59eE  49.33  75.66±3.34dC  30.87  48.53±0.39eE  19.80  1.03
30  422.48±3.08dD  49.97  298.76±0.53cB  35.34  124.15±0.41dD  14.69  1.00
50  598.68±0.29cC  52.96  381.46±6.68abA  33.75  150.27±0.71aA  13.29  0.89
70  836.12±5.72bB  61.33  384.58±6.61aA  28.21  142.52±0.71bB  10.46  0.63
90  910.66±1.98aA  64.08  375.92±4.99bA  26.45  134.62±0.39cC  8.75  0.57
3 讨论与结论
低浓度Cd胁迫初期(5~15mg/kg),促进了植株的
生长。蒌蒿植株在受到一定程度的Cd胁迫后,叶片中
叶绿素含量会降低[20],该试验也证实了这一点。随着处
理浓度的增加,蒌蒿叶片中叶绿素含量减少,50mg/kg
条件下开始出现叶量减少、叶尖枯萎的现象,至90mg/kg
浓度胁迫时,叶片乃至植株基本枯萎。
植物体内丙二醛(MDA)的含量可以反映出细胞膜
系统的受害程度[21],该试验中,随着Cd胁迫浓度的增
加,蒌蒿体内MDA的含量均高于对照,并呈现出“高-低-
高-低”缓慢上升的趋势,其 MDA含量显著上升是在
70mg/kg以上,可见Cd对蒌蒿膜系统的损害作用不是
47
北方园艺2012(10):72~76 植物·园林花卉·
很大,表明蒌蒿对重金属Cd具有较高的耐受性。
可溶性糖是植物体内一种重要的渗透调节物质[22],
水分胁迫、重金属胁迫等外界不良环境都会导致植物体
内可溶性糖的含量发生显著变化。蒌蒿在重金属Cd胁
迫下其体内可溶性糖含量均明显高于对照,可溶性糖可
以降低植物细胞渗透压,提高其吸收和蓄水能力,维持
植株正常生理活动,这也是蒌蒿富集重金属Cd的机理
之一。
可溶性蛋白含量的增加,可能是植物防御重金属侵
害的一种解毒机理,Cd能够诱导植物产生Cd结合蛋
白,从而降低Cd在植物体内的毒性[23]。该试验中,蒌蒿
叶片中可溶性蛋白的含量呈现先上升后下降的趋势,在
70mg/kg胁迫下达到最大值。表明蒌蒿对进入其细胞
内的Cd离子具有一定的抗性,随着Cd胁迫浓度的增加
这种抗性随之增加,并在植株体内生成Cd结合蛋白,用
于抵抗重金属Cd的毒害。
蒌蒿在Cd胁迫下,其根、茎、叶的富集量均呈现上
升的趋势,根部的分配率显著大于茎叶。其对Cd的富
集量在90mg/kg条件下达到最大值,说明土壤中Cd浓
度的高低是影响蒌蒿体内Cd含量的重要因素。可见,
蒌蒿对重金属Cd具有一定的耐受性,其根部耐受性最
强,耐受浓度大约在90mg/kg范围,是重金属Cd的高
富集植物,其对Cd污染的修复潜力值得进行深入研究。
蒌蒿在重金属Cd的胁迫下,低浓度Cd(5~15mg/kg)
促进蒌蒿的生长,叶片茂盛;高浓度Cd(70mg/kg)对蒌
蒿生长有明显抑制作用,叶片发黄、枯萎等症状。随着
Cd胁迫浓度的增加,呈现出叶绿素含量降低,均低于对
照;MDA、可溶性糖、可溶性蛋白的含量普遍高于对照,
且都随着Cd胁迫浓度的增加而增加,并在90mg/kg左
右均达到最大值,可见蒌蒿对Cd具有较高的富集和耐
受能力,是一种Cd的高富集植物。
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Effect of Cadmium Stress on Physiological and Biochemical and Enrichment Characteristics
LI Yan-zi 1,ZHAO Yun-lin2,DONG Meng2,DAI Mei-bin3,YI He-cheng3,HU Zhi-yuan4
(1.Colege of Biology and Technology,Hunan Agricultural University,Changsha,Hunan 410128;2.Department of Chemistry and Environment
Engineering,Hunan City University,Yiyang,Hunan 413000;3.Administration Bureau of South Dongting Lake Nature Reserve,Yiyang,Hunan
411000;4.Colege of Food and Technology,Hunan Agricultural University,Changsha,Hunan 410128)
Abstract:Acquisition of the South Dongting Lake and the dominant plant(Artemisia selengensis Turcz)and rhizosphere
soil,for diferent concentrations of Cd stress treatment,Cd on some physiological indices of Artemisia selengensis and Cd
accumulation of the Artemisia selengensis were studied.The results showed that low Cd concentrations(<15mg/kg)
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·园林花卉·植物 北方园艺2012(10):76~77
    
作者简介:孙静清(1973-),女,江苏人,园林工程师,现主要从事花
卉繁育技术研究工作。E-mail:maji19811013@163.com。
收稿日期:2012-01-29
野生花卉歪头菜播种繁育技术研究
孙 静 清
(西宁市人民公园,青海 西宁810000)
  摘 要:采集野生花卉歪头菜种子,进行不同种子发芽处理及播种育苗基质对比试验。结果
表明:野生花卉歪头菜种子播种育苗时采用初始温度为50℃的温水浸泡24h,用流水冲洗干净后
晾干,播种在进口基质中发芽率最高,可达到83.37%。
关键词:野生花卉;歪头菜;播种育苗
中图分类号:S 681.9 文献标识码:A 文章编号:1001-0009(2012)10-0076-02
  近年来,我国在引种驯化、栽培繁殖、培育新品种方
面已经取得了可喜的成绩。如由云南省农业科学院园
艺作物研究所、高山作物研究所和以色列农业研究署
Volcani中心共同合作研究,驯化筛选出可直接开发利用
的商业品种10个,具有商业利用前景的5个,可供遗传
改良利用的中间材料种类4个。青海省野生观赏植物
品种很多,其开发和利用前景十分广阔,但植物资源开
发和利用工作起步晚、起点低,虽有不少植物栽培学方
面的专家在考察、研究,但因技术落后,投入不足,已经
开发出来的品种太少,有生产技术、景观示范的品种存
在没有苗木、无法应用等原因,开发和利用野生植物资
源的发展步伐仍然十分缓慢。歪头菜播种繁育技术的
研究,为拓宽野生植物资源开发和利用的思路,突出地
方特色,丰富植物品种提供了理论依据。
歪头菜(Vivia unijugaA)为豆科野豌豆属多年生
   
草本,高0.15~1m。根茎粗壮,通常数茎丛生,具棱,疏
被柔毛(老时渐脱落),基部红褐色或紫褐色。偶数羽状
复叶;叶轴顶端为细刺尖头,稀为卷须;托叶戟形或近披
针形,长0.8~2cm,宽3~5mm,边缘不规则回蚀状;小
叶1对,卵状披针形或近菱形,长3.7~7(11)cm,宽
1.5~5cm,先端渐尖,边缘小齿状,两面疏被微柔毛。总
状花序,稀圆锥花序,明显长于叶,密生8~20花;花萼紫
色,斜钟状或钟状,长约4mm,无毛或近无毛,萼齿明显
短于萼筒;花冠蓝紫色、紫红色或淡蓝色,长1~1.6cm;
旗瓣倒提琴形,中部缢缩,先端钝圆,微凹;翼瓣略短于
旗瓣,长于龙骨瓣;子房线形,无毛,具柄;花柱上部四周
被毛。荚果扁,长圆形,长2~3.5cm,宽5~7mm,无
毛,果皮棕黄色,近革质,具喙,含种子3~7枚;种子扁圆
球形,直径2~3mm,种皮黑褐色,种脐长相当于种子圆
周长的1/4。花果期6~9月。边缘不规则。产于班玛、
尖扎、同仁、泽库、河南、西宁、大通、湟源、湟中、平安、化
隆、循化、乐都、民和、刚察、海晏、祁连、门源等地。生于
林缘草甸、河谷灌丛、河边、山坡湿地、林下,海拔1 800~
3 000m


stress could promote plant growth and enhance its biological activities,high concentrations of Cd(>50mg/kg)stress on
Artemisia selengensisinlaibited the produce obviously,when the Cd concentration reached 70mg/kg,the Artemisia
selengensis could stil complete the normal growth cycle.With the increasing concentration of Cd treatment,the body of
Artemisia selengensis chlorophyl content gradualy decreased,malondialdehyde(MDA)content increased,increased in 70
mg/kg with the maximum.Soluble sugar and soluble protein content gradualy increased and then showed a downward
trend.Artemisia selengensis body each organ of Cd accumulation levels of stress with increasing concentration of Cd
increased significantly,in the 90mg/kg conditions,the root of the content was 910.66mg/kg,stems and leaves were
375.92and 134.62mg/kg.Stress concentration in the Cd<70mg/kg treatment,the various parts of Artemisia
selengensis increase of Cd concentration rapidly,Cd>70mg/kg increased slowly.Each treatment concentration,the
average Artemisia selengensis roots transfer codficient was 0.85.Artemisia selengensis had a high concentration of Cd
and tolerance,was the ideal plant for repairing Cd-contaminated plants.
Key words:Artemisia selengensis;Cd;physiological and biochemical;enrichment characteristics
67