中國(guó)水仙鎘累積特性研究

張瓊，陸鑾眉，戴清霞，朱麗霞，鄭瀟瀟

(閩南師范大學(xué) 生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，福建 漳州 363000)

中國(guó)水仙鎘累積特性研究

張瓊，陸鑾眉，戴清霞，朱麗霞，鄭瀟瀟

(閩南師范大學(xué) 生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，福建 漳州 363000)

以中國(guó)水仙為材料，采用水培方法，研究了鎘脅迫對(duì)水仙生長(zhǎng)和鎘累積特性的影響。結(jié)果表明：隨著鎘處理濃度的增加，水仙鱗莖和根系生物量顯著降低，鎘處理對(duì)葉片生長(zhǎng)沒(méi)有顯著影響；鎘對(duì)葉片葉綠素含量影響不顯著，當(dāng)鎘處理濃度達(dá)到2 mg·L-1時(shí)，葉片葉綠素a和葉綠素b含量達(dá)到最高；水仙各器官鎘累積能力較高，隨著鎘處理濃度的增加，各器官鎘含量也在增加，當(dāng)鎘處理濃度達(dá)到8 mg·L-1時(shí)，根、鱗莖和葉片中鎘含量分別為211.028 mg·kg-1、217.695 mg·kg-1和2397.200 mg·kg-1。

中國(guó)水仙；鎘處理；鎘累積

水仙源于中國(guó)，屬于石蒜科水仙屬植物，是我國(guó)特色花卉，具有較高的觀賞價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，栽培歷史悠久。國(guó)內(nèi)外對(duì)水仙的研究已經(jīng)在栽培技術(shù)、離體培養(yǎng)、分子標(biāo)記和生物活性物質(zhì)開(kāi)發(fā)利用等方面取得了大量成果，但對(duì)水仙脅迫生理方面研究的較少[1-3]。近年來(lái)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，重金屬污染問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。重金屬對(duì)生物毒性較強(qiáng)，其機(jī)制主要在于金屬在生物體內(nèi)抑制酶活性，抑制細(xì)胞分裂、引起膜脂過(guò)氧化、干擾營(yíng)養(yǎng)礦質(zhì)元素吸收等[4-6]。對(duì)重金屬污染水體或土壤的治理是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，其中利用超積累植物進(jìn)行植物修復(fù)是新興的污染環(huán)境治理技術(shù)，具有費(fèi)用低和無(wú)二次污染優(yōu)勢(shì)而受到重視[7，8]。重金屬超積累植物對(duì)重金屬有較高的耐性，能夠富集大量重金屬，耐性機(jī)制主要在于植物本身不同的生理機(jī)制，包括較高的抗氧化系統(tǒng)、金屬離子的區(qū)域化、螯合作用等機(jī)制[9-11]。重金屬超積累植物的篩選是植物修復(fù)的基礎(chǔ)，在園林植物中篩選重金屬超積累植物或者重金屬耐性較強(qiáng)植物進(jìn)行生物修復(fù)，在修復(fù)污染環(huán)境的同時(shí)，能夠充分發(fā)揮園林植物的優(yōu)勢(shì)，美化和改善生態(tài)環(huán)境[12]。重金屬鎘是生物遷移性較強(qiáng)的重金屬，極易被植物吸收積累，通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，是人體吸收最為嚴(yán)重的重金屬。迄今為止，鎘對(duì)水仙的生理毒害效應(yīng)和鎘累積特點(diǎn)的研究較少，本研究采用水培方式研究水仙對(duì)重金屬鎘耐性特點(diǎn)和鎘在水仙體內(nèi)的分布規(guī)律，以期為水仙花栽培和園林綠化中篩選重金屬修復(fù)植物提供理論參考和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取兩年生水仙鱗莖(產(chǎn)地漳州，品種為金盞銀臺(tái))用Hoagland營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行水培，水培過(guò)程中用氯化鎘設(shè)5個(gè)處理，鎘濃度分別為0.5、1、2、4和8 mg·L-1，記為Cd0.5、Cd1、Cd2、Cd4和Cd8，亦設(shè)置鎘濃度為0 mg·L-1對(duì)照處理(記為Cd0)。水培溶液每三天換一次，并用1 mol·L-1HCl或1 mol·L-1NaOH調(diào)節(jié)pH至6.0～6.5。處理8周后，植株按處理收獲，用去離子水沖洗干凈后進(jìn)行下列試驗(yàn)。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

鎘處理8周后將所有水仙材料用蒸餾水沖洗干凈，105 ℃下殺青20 min，70 ℃下烘至恒重干，測(cè)定各器官干重生物量。水仙花葉片中葉綠素含量采用丙酮提取法測(cè)定[13]67-69。

干樣消解采用高壓高溫法，水仙干樣(根、莖和葉)研磨后，取0.2 g樣品，加10 mL硝酸和過(guò)氧化氫混合物，兩者體積比為1∶1，置于消解罐中消解，采用電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)(PerkinElmer，UK)測(cè)定Cd含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 鎘脅迫對(duì)水仙生長(zhǎng)的影響

如圖1所示，鎘處理對(duì)根系生長(zhǎng)影響顯著，隨著鎘處理濃度的增加，根系生物量隨之降低；低濃度鎘0.5 mg·L-1沒(méi)有顯著抑制鱗莖的生長(zhǎng)，當(dāng)鎘處理濃度大于等于1 mg·L-1時(shí)，鱗莖生長(zhǎng)被顯著抑制；而鎘處理沒(méi)有顯著影響葉片生長(zhǎng)。

2.2 鎘脅迫對(duì)水仙葉片葉綠素含量的影響

由圖2可知，與對(duì)照鎘0 mg·L-1處理相比，鎘2 mg·L-1處理對(duì)葉片葉綠素a含量影響顯著，葉綠素a含量增加52.6%，而其它鎘處理濃度對(duì)葉綠素a含量影響不顯著；與對(duì)照鎘0相比，低濃度鎘0.5 mg·L-1、鎘1 mg·L-1和鎘2 mg·L-1處理對(duì)葉綠素b含量影響顯著，分別增加22.5%、21.3%和55.2%，而鎘4 mg·L-1和鎘8 mg·L-1處理對(duì)葉綠素b含量沒(méi)有顯著影響。

圖1 鎘處理對(duì)水仙花生長(zhǎng)的影響

圖2 鎘處理對(duì)水仙花葉片葉綠素含量的影響

注：字母是對(duì)不同鎘處理間進(jìn)行多重比較的結(jié)果，不同字母表示差異達(dá)(P<0.05)顯著水平。下同。

2.3 水仙各器官鎘累積量

圖3～5顯示隨著鎘處理濃度的提高，水仙鎘含量顯著升高，當(dāng)鎘處理濃度到達(dá)8 mg·L-1時(shí)，葉片累積鎘含量為211.03 mg·kg-1，鱗莖和根部鎘含量分別為217.70 mg·kg-1和2 397.2 mg·kg-1。鱗莖鎘向葉片轉(zhuǎn)移率隨著鎘處理濃度的增加先增加后降低，根向鱗莖轉(zhuǎn)移率先降低后增加。

圖3 鎘處理對(duì)水仙根鎘含量的影響

圖4 鎘處理對(duì)水仙鱗莖鎘含量的影響 圖5 鎘處理對(duì)水仙葉片鎘含量的影響

3 討論

鎘抑制植物生長(zhǎng)，導(dǎo)致葉片失綠，根系褐化變短，這種毒害作用可能由于鎘和蛋白結(jié)合導(dǎo)致蛋白活性改變，也可能由于鎘離子引起的滲透脅迫和離子脅迫造成一系列次級(jí)脅迫[14]。不同植物對(duì)鎘耐性不同，比如較高濃度鎘脅迫明顯抑制花生地上部分生長(zhǎng)，而對(duì)根系生長(zhǎng)影響較小[15]。一些研究顯示隨著鎘處理濃度的增加，葉綠素含量也隨著降低，其機(jī)制主要在于細(xì)胞遭受的氧化脅迫破壞葉綠素的結(jié)構(gòu)和功能，或者鎘與酶的巰基結(jié)合，抑制葉綠素合成，或者鎘直接取代葉綠素中的必需元素，降低葉綠素含量[16]。本研究結(jié)果顯示，鎘處理抑制根系和鱗莖生長(zhǎng)，鎘處理濃度越高，根系和鱗莖鎘含量增加，根系和鱗莖受到的毒害作用也越大；鎘處理雖然顯著增加葉片鎘含量，但對(duì)葉片生長(zhǎng)影響不顯著。由此可知水仙地下部分對(duì)鎘較為敏感，而地上部分對(duì)鎘耐性較高。水仙地上部分耐鎘性較強(qiáng)，雖然葉片鎘含量隨著鎘處理濃度增加而顯著增加，但葉綠素含量沒(méi)有被鎘處理抑制，當(dāng)鎘處理濃度為2 mg·L-1時(shí)，葉綠素含量達(dá)到最高。鎘對(duì)植物毒性較大，體內(nèi)鎘含量在3～10 mg·kg-1時(shí)即對(duì)許多植物產(chǎn)生傷害，本研究中水仙葉片鎘含量高達(dá)211.03 mg·kg-1時(shí)，葉綠素含量沒(méi)有被顯著抑制，由此可見(jiàn)水仙葉片對(duì)鎘具有特定的解毒機(jī)制。

鎘超積累植物應(yīng)具備三個(gè)特征：一是地上部分鎘含量超過(guò)100 mg·kg-1；二是地上部分鎘含量遠(yuǎn)高于根部含量；三是植物對(duì)鎘具有較強(qiáng)耐性、生長(zhǎng)快速[17]。水仙根系鎘含量高于地上部分，但葉片中鎘含量在鎘處理濃度在4 mg·L-1時(shí)，葉片鎘含量達(dá)到140.37 mg·kg-1，超過(guò)鎘超積累植物鎘含量標(biāo)準(zhǔn)，隨著鎘處理濃度的增加，葉片中鎘含量也隨著增加，鎘處理濃度8 mg·kg-1時(shí)，葉片鎘含量達(dá)到211.03 mg·kg-1，鱗莖中鎘含量也達(dá)到217.70 mg·kg-1，根系鎘富集能力更強(qiáng)，由此可知水仙可作為輕度鎘污染土壤或水體的修復(fù)植物。

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[責(zé)任編輯 韋楊波]

Characteristics of cadmium tolerance and accumulation in Narcissus tazetta var. chinensis

ZHANG Qiong， LU Luanmei， DAI Qingxia， ZHU Lixia， ZHENG Xiaoxiao

(School of Biological Science and Biotechnology, Minnan Normal University，Zhangzhou， Fujian 545004,China )

The effects of cadmium (Cd) with different concentration (0, 0.5, 1, 2, 4, 8 mg L-1 ) on growth and Cd concentration in organs of daffodil were stedied by hydroponic culture method in order to providing theoretical reference and foundation for daffodil cultivation and the screening of phytoremediation of heavy metal. The results showed that the concentration of Cd in organs increased as the concentration of cadmium treatment does; as the concentration of cadmium treatment increased, the biomass of bulbs and roots decreased, but leaf did not be affected by cadmium; the content of did not significantly decreased by cadmium treatment.

narcissustazetta; cadmium stress; cadmium concentration

Q946

A

1672-9021(2017)02-0027-04

張瓊(1980-)，女，河南鄭州人，閩南師范大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院講師，博士，主要研究方向：植物生理生態(tài)和污染生態(tài)。

福建省科技廳自然科學(xué)基金青年創(chuàng)新基金(2016J05084)；福建省教育廳中青年教師教育科研項(xiàng)目(JA15322)；漳州市科技局自然基金資助項(xiàng)目(ZZ2016J01)；校級(jí)博士科研啟動(dòng)基金資助項(xiàng)目(2006L21432)。

2016-12-18