鈣對鎘污染花生苗期生理特性及鎘吸收的影響

摘要：采用水培試驗，對不同鈣處理下鎘污染花生幼苗的生理特性和鎘吸收情況進行了研究。結果表明，花生幼苗的株高和鮮重均隨鈣濃度的增加而增加，而且較高濃度的鈣提高了鎘脅迫下花生幼苗葉綠素的含量，提高了葉片SOD、POD、CAT活性和根系活力，降低了MDA積累，說明一定范圍內高濃度的鈣可以緩解鎘脅迫對花生生理特性的影響。此外，受鎘脅迫的花生幼苗中鎘的含量為根部>地上部，且隨著鈣濃度的增加，花生根部和地上部鎘的含量均顯著降低，說明在鈣與鎘進入花生體內時具有一定程度的拮抗作用。

關鍵詞：鈣；鎘污染；花生苗期；生理特性；鎘吸收

中圖分類號：X592文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2013）01-0091-05

花生是我國四大油料作物之一。目前，我國花生生產面臨的主要挑戰是黃曲霉毒素污染、農藥殘留（主要是丁酰肼污染）和籽粒鎘含量偏高等問題。鎘以其高毒性、高生物遷移性而備受關注[1～3]。有研究表明，與其它作物相比，花生籽粒對環境中的鎘有較強的富集能力[4]。

鈣是植物生長發育必需的營養元素，具有極其特殊的作用，它不僅作為細胞的結構物質，而且作為第二信使，調節植物對環境變化的響應過程[5]。此外，鈣在植物抗逆境過程中具有重要作用，外源鈣可增強植物對許多非生物逆境的適應性，減輕逆境對植物所造成的傷害[6，7]。有研究表明，鈣能降低作物如小白菜[8]、玉米[9]、小麥[10]、油菜[11]等的鎘吸收，因為鈣與鎘具有相似的化學性質，是土壤中鎘吸附位點的主要競爭者，當吸附體系中鈣、鎘共存時，鈣可降低土壤對鎘的吸附，從而減少鎘對植物的毒害作用[12]。

水培條件下有關鈣降低花生苗期鎘含量的研究鮮有報道。水溶態鈣和鎘是植物吸收的主要形態，所以本試驗選擇在水培條件下進行，旨在說明不同用量的鈣對花生苗期生理特性和鎘吸收的影響，為降低花生鎘積累和鈣肥的合理使用提供理論依據。

1材料與方法

11試驗材料

試驗于2011年11月在山東省農業科學院溫室中進行，供試品種為花育31。精選的花生種先用1%次氯酸鈉溶液處理20 min，再用蒸餾水沖洗3次，于黑暗處用蒸餾水催芽3天。選取發芽良好的花生種若干，在基質中播種并于20℃下培養，約10天后幼苗子葉展開、下胚軸長約4 cm、主莖高7～8 cm時改為水培。水培容器容積約為7 L，裝入Hoagland營養液約65 L，每個容器有一個人工制作的泡沫蓋，每個蓋子上均勻地打上直徑約1 cm的孔，每個小孔移入一株花生幼苗。移栽時，將萌發程度一致的上述花生幼苗用脫脂棉在根頸部繞兩圈，安放在泡沫蓋小孔中，使幼根伸入到培養液中2～3 cm。花生移栽后，用通氣泵連續24小時通氣，保證花生根系有足夠的氧氣供應，光周期為白天16 h、25 ℃/黑夜8 h、22 ℃。

12試驗設計

以Hoagland營養液中規定的Ca2+濃度5 mmol/L為100%，分別設定Ca2+50%、75%、100%（對照）、125%、150%共5個處理，以NH4NO3補充各處理間氮元素的差異。

本試驗設置5 μmol/L Cd為處理濃度（約相當于土壤Cd 1 mg/kg），以CdCl2配制。為使幼苗在移栽后有一個短的恢復期，鎘在花生幼苗移栽7天后加入，并且把Hoagland營養液中的Fe-EDTA用FeSO4代替。鎘加入后，所有處理每隔1天用NaOH或HCl調整1次，保持pH值在65～68之間。采用隨機設計，重復3次。鎘處理10天后收獲植株并測定相關生理指標和鎘含量。

13測定項目與方法

131 主莖高的測量主莖高用直尺直接測量，取平均值。

132葉綠素含量的測定葉綠素含量采用80%丙酮浸提法。

133SOD、POD、CAT活性和MDA含量測定將葉片鮮樣去主脈，剪碎，稱取05 g放入研缽中，加5 ml pH 78的磷酸緩沖液，冰浴研磨至勻漿，倒入離心管，20 000×g、冷凍離心20 min，取上清液（酶液）用于測定保護酶的活性。SOD活性的測定采用NBT光還原法[13]；POD活性的測定采用愈創木酚法[14]；參照Chance[15]的方法測定CAT活性；采用林植芳等[16]的方法測定MDA含量。

134根系活力的測定根系活力的測定采用TTC法[17]。

135地上部及根部鎘含量測定測定參照GB/T500915-2003，將試樣經硝酸、高氯酸消解后用石墨爐原子吸收光譜儀測定，分析結果的準確性采用國家標準物質小麥粉（GBW 08503b）進行質量控制。鈣的測定參照GB/T500992-2003，將試樣經硝酸、高氯酸消化后，用等離子光譜儀測定。

136數據處理采用DPS705軟件對數據進行分析；采用Excel軟件作圖。

2結果與分析

21鈣對鎘污染花生苗期營養生長的影響

由表1可以看出，鎘污染下花生植株的主莖高隨鈣的施加量增加而增加，其中施鈣50%比對照株高降低了200%，施鈣150%的株高比對照增加了194%，但施鈣100%和125%之間并無顯著性差異。地上部鮮重和地下部鮮重也隨鈣的施加量增加而增加，其中施鈣50%比對照地上部和地下部鮮重分別降低了400%和232%，施鈣150%比對照地上部和地下部鮮重分別增加了294%和167%，說明施鈣量在一定程度上的增加可緩解鎘對花生營養生長的抑制作用。

22鈣對鎘污染花生苗期葉綠素含量的影響

葉綠素含量的高低可在一定程度上反映光合作用的水平，較高的光合作用是花生高產和品質改善的基礎。從圖1看出施加不同量的鈣對花生苗期葉片葉綠素含量影響不同，其中施加125%和150%鈣的花生葉片葉綠素含量最高，均為061 mg/kg，比施加50%鈣提高了196%，施鈣75%的葉片葉綠素含量比施鈣100%高，但二者差異不顯著。

23鈣對鎘污染花生苗期葉片SOD、POD、CAT和MDA的影響

由表2看出，SOD活性隨施鈣量的增加呈“M”型變化，其中125%鈣處理SOD活性最高，清除過氧化物的能力最強，過高或過低的鈣對花生SOD活性均有負面影響；POD活性基本隨鈣的增加而提高，而75%鈣處理是例外，其原因可能是

24鈣對鎘污染花生苗期根系活力的影響

植物根系是活躍的吸收器官和合成器官，其活力大小與植物自身營養物質的積累和抗脅迫的能力有著緊密的關系。

本研究表明，鈣對花生苗期根系活力的影響為先升高后降低，其中125%鈣處理下花生根系活力顯著提高，是對照的14415%，50%鈣處理下根系活力最低，僅為對照的8833%（圖2）。這與梁立等[18]的研究相似，他認為添加 4、8 mmol/L鈣處理提高了低溫下山定子根系呼吸速率，且高于常溫，但添加12、16 mmol/L鈣處理卻降低了低溫下根系呼吸速率。原因可能是鈣離子作為滲透調節物質對根系起保護作用，而高濃度鈣可能導致膜脂過氧化而引起氮代謝紊亂。

25鈣對鎘污染花生植株鎘積累的影響

鈣是植物生長必需的元素，而鎘則是非必需元素。圖3顯示，花生植株受鎘影響的程度為根部大于地上部。由于施鈣量的不同，各處理植株鎘含量不同。根部鎘的含量隨鈣含量的增加逐漸降低，150%鈣處理顯著降低了根部鎘積累，鎘含量僅為50%該處理的249%，是100%鈣處理的260%，而50%與75%鈣處理之間差異不顯著。地上部與根部情況大致相同，150%鈣處理明顯降低了其地上部鎘含量，分別為50%和100%處理的294%和405%。以上結果說明鈣在一定程度上的增加可以降低花生苗期根部和地上部鎘的吸收量，二者之間在某種程度上存在拮抗關系。

3結論與討論

鎘的生物遷移性很強，極易被植物吸收和積累，嚴重影響作物的產量和品質，而且鎘通過土壤-植物-（動物）-人類的食物鏈進入人體，可以引發人體的一系列疾病[19]。與其它作物相比，花生對鎘的積累較強，雖有約11%左右的鎘通過莢果直接吸收，但絕大部分鎘是通過根系直接吸收的[20]，所以降低根系鎘吸收可以從根本上降低花生籽粒鎘含量。

鈣參與植物從種子萌發、生長分化、形態建成到開花結果的全過程，是構成細胞壁的重要元素和果膠酸鈣的組成部分，能與蛋白質分子相結合，是組成質膜的成分，且有降低細胞壁滲透性、限制細胞液外滲的作用。另外，鈣對碳水化合物轉化和氮素代謝有良好作用，且對多種離子有解毒作用[21]。

鎘的存在對花生苗期植株的生理特性產生了不利影響，降低了植物生物量，嚴重影響花生葉綠素含量[22]。本研究中花生植株鮮重與葉片葉綠素含量基本隨施鈣的增加而增加。

植物受到逆境脅迫時，體內防御系統受到影響而無法消除這種危害，會產生大量活性氧，導致膜脂過氧化作用和膜脂脫脂作用，從而破壞膜結構[23]。本研究中隨著鈣的增加，SOD變化呈“M”型，125%和150%的高鈣處理能明顯提高SOD含量，POD含量基本隨施鈣量增加而增加，但CAT的含量卻隨鈣的增加先升高后降低。MDA是生物膜脂過氧化的產物之一，其濃度的高低可以表示膜脂過氧化程度和膜系統損傷程度，整個試驗中，MDA隨施鈣量的增加而降低，說明在一定程度上施鈣可以緩解鎘對花生葉片造成的傷害。

作物最先感受逆境脅迫的器官是根系，已有研究表明，鎘可通過抑制細胞分裂、養分吸收等對根系生長表現出抑制作用[24]，降低根系活力。本研究顯示，根系活力隨鈣的增加呈現先增加后降低的規律，可能與高濃度鈣導致膜脂過氧化而引起氮代謝紊亂有關。

花生苗期體內鎘的積累全部來源于根部吸收，進而通過遷移作用往地上部轉移積累，一般而言，花生植株鎘含量為根部>莖葉>莢果>籽粒[25～27]，本試驗也表明苗期花生植株鎘含量為根部>地上部。由于Ca2+與Cd2+的離子半徑接近且電荷相同，二者進入花生根細胞時可能發生拮抗作用，高鈣的存在可能導致鎘離子吸收受抑，在一定范圍內花生植株體內鎘積累量隨施鈣量的增加而降低，并且根部鎘含量的降低是導致地上部鎘含量降低的直接原因。參考文獻：

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