鎘脅迫對煙草生物量及葉片礦質元素含量的影響

蘇丹等

摘要：

對煙草材料K326進行不同濃度Cd處理，分別測定其團棵期、旺長期、打頂期、成熟期的生物量及團棵期葉片礦質元素含量。結果表明：高濃度Cd脅迫對煙草生長產生抑制效果，低濃度Cd脅迫對煙草生長有促進作用。煙草葉片對Cd的吸收與Mn、Zn、Cu的積累量相關性較好，而與Ca、Mg、Fe的積累量相關性較弱。

關鍵詞：煙草；鎘脅迫；礦質元素；生物量

中圖分類號：S572文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2015）05-0065-04

Effects of Cadmium Stress on Biomass

and Content of Mineral Elements in Tobacco Leaves

Su Dan， Yang Youcai*， Yue Hao， Yin Yufen， Zhou Fangru

（College of Bioscience and Biotechnology， Hunan Agricultural University， Changsha 410128， China）

AbstractThe tobacco cultivar K326 was used as material for this test. After treated with different concentrations of Cd， its biomass at rosette stage， vigorous growing stage， topping stage， mature stage were determined and also the mineral element contents in leaves. The results showed that the tobacco growth was inhibited by higher concentrations of Cd but promoted by lower concentrations of Cd. The Cd absorption had better correlation with the accumulation of Mn， Zn and Cu in tobacco leaves， but had lower correlation with the accumulation of Ca， Mg and Fe.

Key wordsTobacco； Cd stress； Mineral elements； Biomass

重金屬通常是指密度大于5.0的元素，元素周期表中共有45種。砷（As）、硒（Se）是非金屬，但其毒性及某些性質與重金屬相似，故亦列為重金屬污染物。目前環境污染研究方面的重金屬主要是一些生物毒性較大元素，如鎘（Cd）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、汞（Hg）和類金屬As，此外還包括鋅（Zn）、銅（Cu）、鈷（Co）、鎳（Ni）等微量元素，因為這些元素在高濃度下也具有較大的生物毒性。

煙草是我國重要的經濟作物，而重金屬毒害是影響煙草產量和質量的重要因素。部分重金屬是植物營養生長必需元素，但是在較高濃度下將會對植株產生嚴重的毒害效應。重金屬毒害會造成氧化脅迫、糖和葉綠素及蛋白質合成受阻，進而引起光合強度和呼吸強度下降、碳水化合物代謝失調及其他一系列生理代謝紊亂，阻礙植物根系生長，影響種子萌發以及植物生長，最終導致生長量和產量的下降。部分重金屬還可能通過影響細胞質膜的透性從而影響一些營養元素的吸收和積累，導致植株和籽粒中營養元素和成分的改變。

本研究以烤煙品種K326為材料，在不同Cd濃度脅迫下，分別測定各時期煙草單株鮮重、干重、葉片數以及團棵期葉片礦質元素含量，進而研究重金屬鎘對煙草植株生物量及葉片礦質元素含量的影響。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗于2012～2013年在湖南農業大學進行。選用煙草品種K326作為材料，于2013年3月19日播種，4月12日移栽。

1.2試驗處理

苗期采取水培，選用無污染基質。23天后將煙苗移栽到盆，盆內徑32 cm，高30 cm，每盆裝風干土10 kg。處理土壤分別添加Cd濃度為20、40、60、80、100 mg/kg，以Cd（NO3）2的形式加入，以不加Cd處理為對照，每盆1株，重復12次。

1.3樣品的采集與分析

1.3.1煙草生物量的測定分別在煙草團棵期、旺長期、打頂期和成熟期選取生長基本一致的植株各3株，測定植株鮮重、干重及葉片數并記錄數據。

1.3.2Cd、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn測定于團棵期取煙草植株樣品3株，先用自來水小心洗凈根系泥土，然后用去離子水清洗整個植株，取葉片用牛皮紙包好放入烘箱90℃殺青，隨后70℃烘至恒重，用不銹鋼粉碎機將樣品磨碎并稱重，HNO3消化后，用ICP原子吸收光譜儀測定Cd、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn含量。

1.4數據處理

本試驗數據、圖表采用Microsoft Office 2003軟件處理，其中部分數據用SPSS進行統計分析。

2結果與分析

2.1Cd脅迫對煙草植株生物量的影響

由表1可知，不同Cd濃度處理下的煙草團棵期平均鮮重與對照組相比較呈普遍降低趨勢，且因Cd處理濃度不同，對煙草鮮重的影響程度不同。Cd處理下的煙草團棵期植株干重與對照組相比明顯降低，且隨著處理濃度的增高對植株干重的影響加大。

由表2可知，不同濃度Cd處理下的煙草旺長期平均鮮重與對照組相比降低，且因Cd處理濃度的不同，對煙草鮮重的影響程度不同。但較團棵期而言，旺長期不同濃度Cd處理下的煙草植株鮮重與對照組相比降低不明顯。可以看出隨著時間的推移，低濃度的Cd處理可以促進煙草植株的干物質積累，而高濃度的Cd處理對煙草植株的干物質積累起明顯的抑制作用。endprint

由表3可知，打頂期20 mg/kg Cd處理下的煙草植株鮮重較對照組明顯上升，其他濃度處理下的煙草植株鮮重與對照組相比降低，且因Cd處理濃度的不同，對煙草鮮重的影響程度不同。可以看出低濃度Cd處理明顯促進煙草植株物質積累，而隨著Cd處理濃度的增加，煙草植株受到抑制的程度不同。

由表4可知，低濃度Cd處理下的煙草植株物質積累量較對照組明顯增加，而高濃度Cd處理下的煙草植株物質積累量與對照組差異不大。在相同處理濃度下，成熟期與打頂期相比，低濃度Cd處理下煙草干物質積累量下降，而高濃度Cd處理下干物質積累量上升，這可能是由于高濃度的Cd隨著時間的推移逐漸流失，濃度下降，從而促進了煙草植株干物質的積累。

2.2Cd脅迫對煙草葉片礦質元素含量的影響

由圖1可知，隨著Cd處理濃度的增加，植物葉片Cd含量明顯增加，60 mg/kg時葉片Cd濃度達到最大值，隨后遞減。其中Ca、Mg、Fe、Mn和Zn與Cd的趨勢基本相同，Cu一直呈遞減趨勢。

由表5可知，煙草葉片對Cd的吸收與對Mn、Cu、Zn的吸收相關性較強，與Ca、Mg、Fe的吸收相關性較弱。

3結論與討論

3.1試驗結果表明，煙草在Cd脅迫下受到一定影響，且不同濃度Cd脅迫下煙草所受影響不同。在團棵期和旺長期，煙草在Cd脅迫下的生長受到了抑制，且隨著Cd濃度的升高抑制效果更加明顯。這是因為Cd進入煙草體內，引起煙草體內營養元素不平衡，干擾煙草對營養礦質元素的吸收、轉移，造成代謝失調，抑制煙草生長，從而減少葉的同化面積，縮短葉的壽命，造成光合速率下降。在打頂期和生理成熟期，煙草在20 mg/kg Cd處理下的鮮重高于對照組，其它濃度下（除成熟期80 mg/kg Cd濃度處理外）的煙草鮮重均低于對照組。這說明低濃度Cd脅迫下對煙草打頂期和成熟期的生長有促進作用。

3.2煙草葉片對Cd的吸收與對Mn、Cu、Zn的吸收相關性較強，與Ca、Mg、Fe的吸收相關性較弱。Cd、Fe、Zn、Mn都屬于重金屬元素，Cd、Fe、Mn主要以不溶性氧化物或硫化物存在于土壤中，Zn、Cu被土壤顆粒及有機物牢固吸附，溶解性也很低，Mg不是重金屬元素，在土壤中易以離子或弱結合態進入土壤溶液，在由根系向地上部運輸方面，Cd、Fe、Zn、Cu主要以復合物或螯合物形態運輸，而Mg主要以離子形態運輸。所以在葉片中，Cd的積累量與Zn、Cu的積累量相關性較好，而與Mg的積累量相關性較差。

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