雌雄異株地錢(Marchantiapolymorpha)對鎘脅迫生理響應的性別差異

楊茹畫 金瑭 代玉烜 王麗

摘 要： 為探究雌雄地錢在鎘脅迫下性別響應差異，該文采用室內培養(yǎng)法，對野外采集的地錢雌雄配子體進行CdCl2（100 mg·L-1）溶液脅迫處理，定期取樣觀測其生理指標并在雌雄間進行比較。同時，利用隸屬函數(shù)法計算雌雄地錢所有指標的綜合評價值，評估雌雄地錢耐鎘能力差異。結果表明：雌雄地錢在鎘脅迫后，各個指標的變化趨勢基本一致，超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽（GSH）、丙二醛（MDA）均表現(xiàn)為顯著上升，過氧化物酶（POD）呈現(xiàn)為先下降后上升，脯氨酸（Pro）、可溶性蛋白均表現(xiàn)為先上升后下降，葉綠素a（Chla）、葉綠素b（Chlb）均表現(xiàn)為顯著下降;雌性地錢葉綠素a/葉綠素b（Chla/Chlb）顯著上升，雄性地錢僅在脅迫8 d顯著上升，其余天數(shù)下無顯著變化;綜合評價值顯示耐鎘能力為雄性地錢>雌性地錢。該研究結果為深入探討雌雄異株植物對脅迫的性別響應差異提供了參考。

關鍵詞： 地錢， 鎘脅迫， 性別差異， 隸屬函數(shù)

中圖分類號： Q949.351.108

文獻標識碼： A

文章編號： 1000-3142（2020）11-1671-10

Abstract： The physiological differences between male and female Marchantia polymorpha under cadmium stress were studied with incubation method in lab. Male and female gametophytes were collected from wild and regularly treated with 100 mg·L-1 of CdCl2 solution， then the cadmium treated samples were collected regularly for determination of physiological indexes. Meanwhile， the comprehensive evaluation value of male and female gametophytes， which calculated by subordinate function method， was used to evaluate the differences in cadmium tolerance. The results were as follows： Each physiological index had a similar trend of change， the activity of SOD， the contents of MDA and GSH increased significantly with stress day， the POD activity increased markedly after an initial decrease， the contents of soluble protein and proline enhanced significantly under short-term stress and then decreased gradually， and the contents of chlorophyll a（chla）and chlorophyll b（chlb）reduced dramatically with stress days; The value of chlorophyll a/chlorophyll b（chla/chlb）of female gametophyte had a significant increase， while it increased significantly only for 8 d in male gametophyte; The comprehensive evaluation value showed the cadmium tolerance ability of male M. polymopha gametophyte was better than female M. polymopha gametophyte. The results provide a reference for the further study of gender differences of dioecious plants under the different stress.

Key words： Marchantia polymorpha， Cd stress， gender differences， subordination function

鎘（Cd）主要來源于廢氣、污灌、污施，隨著工業(yè)進程的加快，鎘污染也日益嚴重。鎘對植物是非必須元素，在植物體內累積到一定程度會對植物造成毒害，嚴重阻礙植物生長發(fā)育，鎘脅迫主要影響植物的細胞分裂、細胞結構、生理生化等（張金彪和黃維南， 1998）。有研究發(fā)現(xiàn)低濃度的Cd2+能夠刺激 RNA 和蛋白質合成酶的活性，促進細胞分裂進而促進植物生長（曹德菊和湯斌，2004）。高濃度的Cd2+會引起細胞分裂周期紊亂（張瑞凱等， 2018）、染色體發(fā)生畸變（趙錦慧等， 2016）等，最終導致細胞分裂受到嚴重影響。植物受到鎘脅迫時，可以調節(jié)自身的生理代謝應對脅迫帶來的不利影響。低濃度的Cd2+能誘導銅綠微藻（Microcystis aeruginosa）SOD、CAT活性的升高，清除氧自由基進而保護膜系統(tǒng)，而高濃度的Cd2+則會破壞酶結構，使酶失活導致藻體失去清除氧自由基的能力，出現(xiàn)生長受抑制甚至死亡（張海濤等， 2019）。對不同耐鎘性的小麥（Triticum aestivum）進行鎘脅迫發(fā)現(xiàn)，SOD、POD、CAT、MDA含量均隨著Cd2+處理濃度的增加而顯著上升，脅迫后耐性最低的小麥品系抗氧化酶的活性低于耐性高的兩個品種，而MDA含量卻高于兩個耐性高的品種（夏雪姣等， 2018）。

雌雄異株植物是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，對保持物種多樣性和維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定有重要作用（陳娟和李春陽， 2014）。被子植物中約有5%的雌雄異株植物，分布于900多個屬（Ricklefs， 1995），但在野外不同環(huán)境下會表現(xiàn)出不同的性別比例，如在水分、養(yǎng)分充足或自然狀態(tài)下的生境中，其性別比例偏雌性，而在干旱、貧瘠或受到人為因素干擾的生境中，則雄性偏高（陳娟和李春陽， 2014）。并且在不同的脅迫下，雌雄會表現(xiàn)出不同的敏感性和耐受性，這種性別差異性適應在種子植物中已有廣泛的研究，如在干旱脅迫下雌性沙棘（Hippophae rhamnoides）（劉瑞香等， 2005）、葎草（Humulus scandens）（劉金平和段婧， 2013）累積更多的脯氨酸、可溶性糖從而表現(xiàn)出比雄性更高的抗旱性。在鉛和干旱復合脅迫下，雄性青楊（Populus cathayana）表現(xiàn)出更高的耐性（Han et al.， 2013）。苔蘚植物獨特的構造和生理特征使其對環(huán)境敏感性極高，具有很強的吸附、保留重金屬的能力（Sun et al.， 2007），常用作環(huán)境中重金屬污染的監(jiān)測器（李琦等， 2014）。苔蘚植物中雌雄異株約有60%（ Steere & Schuster， 1984），但在生物監(jiān)測領域多集中在不同種苔蘚對同一重金屬或同一種苔蘚對不同重金屬的富集（朱秀敏等， 2012），對雌雄異株的苔蘚植物響應重金屬脅迫的性別差異鮮見報道，弄清重金屬脅迫下雌雄異株的苔蘚植物的性別響應差異，對生物監(jiān)測的應用、生物多樣性的保護、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的維持都有重要的意義。

地錢（Marchantia polymorpha）隸屬地錢科（Marchantineae）地錢屬（Marchantia），是苔綱的代表植物（李鵬等， 2017）。對地錢的研究最早主要集中在化學成分，主要是藥用成分的研究（Gokbulut et al.， 2014），隨著基因組數(shù)據(jù)的發(fā)布，對地錢的研究開始轉向分子領域，如對Y染色體結構（Okada et al.， 2001）、葉綠體基因組（Ohyama et al.， 1988）的研究，基因編輯技術的應用（Sugano et al.， 2018）等，在脅迫領域，有對酸雨（柴淑麗等， 2018）、光強（樊曉旭等， 2018）、鉛（Pb）（張光飛等， 2011）脅迫的報道，但對性別間的響應差異目前僅有酸雨脅迫有涉及（柴淑麗等， 2018），重金屬脅迫下雌雄地錢配子體的生理響應及性別間的差異性未見報道。

模糊綜合評判是根據(jù)模糊數(shù)學的理論，通過隸屬函數(shù)（隸屬度）確定各指標間的模糊關系，從而對多個指標進行綜合評定，既能消除個別指標的片面性，又由于各指標的隸屬函數(shù)值是 [0，1]閉區(qū)間上的純數(shù)，使不同指標之間及各樣本之間的綜合抗性差異具有可比性，將它應用于抗性鑒定，可以提高抗性篩選的可靠性（張海燕等， 2005）。目前在抗逆評價上得到了廣泛的運用，如趙佳偉等（2019）利用該方法對5個不同品種的北美豆梨（Pyrus calleryana）進行耐鹽性評價得出“殿級堂”品種耐鹽性最高;陳麗麗等（2019）對小麥（Triticum aestivum）和兩種雜草的耐鎘、耐鉛能力進行綜合評價得出在萌發(fā)期，兩種雜草耐鎘、耐鉛能力大于小麥（Triticum aestivum）;王慧慧等（2018）對10個砧用南瓜（Cucurbita moschata）品種耐鎘能力評價得“津油108”耐鎘性最強。

本研究采用室內培養(yǎng)法，定期用氯化鎘（CdCl2）溶液進行處理，對雌雄地錢配子體的葉綠素含量、SOD、POD、MDA、GSH、Pro、可溶性蛋白等指標進行測定，并在雌雄間進行分析比較，探討地錢配子體對鎘脅迫產(chǎn)生的生理響應差異性;同時，利用模糊數(shù)學的隸屬函數(shù)法，對所有指標進行綜合評價，分析雌雄配子體對Cd2+的耐受差異性，以期為深入研究雌雄異株植物對環(huán)境的性別響應差異提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為雌雄野生地錢（Marchantia polymorpha），采自于四川省成都市溫江區(qū)踏水站林場，經(jīng)四川大學生命科學學院王麗教授鑒定。根據(jù)生殖托挑選雌雄地錢配子體，定植于培養(yǎng)皿中，于25 ℃，光照強度70 μmol·m-2· s-1，光照與黑暗間隔8 h/16 h條件下適應培養(yǎng)一周后開始Cd2+的脅迫處理。

1.2 試驗方法

鎘脅迫處理液為濃度100 mg·L-1的CdCl2溶液（杜澤萱等，2019），對適應培養(yǎng)后的雌雄配子體噴灑脅迫溶液，每個培養(yǎng)皿每次噴灑10 mL，噴灑時間為每天早晨9：00左右，每隔一天噴灑一次，持續(xù)噴灑20 d，每4 d取一次樣，每種處理每個取樣天數(shù)每種性別各設置3個生物學重復，以蒸餾水處理的作為對照組。

1.3 生理指標測定

SOD、POD、 GSH、MDA、Pro、可溶性蛋白測定均參照試劑盒（南京建成生物工程研究所）說明書進行測定。

1.4 葉綠素含量的測定

取處理后的新鮮雌雄配子體，于流水下沖洗干凈，并用濾紙吸取表面水分，去除生殖托、假根，用電子天平稱取0.1 g用于葉綠素a、葉綠素b含量的測定。將0.1 g配子體與0.9 mL 95%乙醇混合于預先冷凍處理過的研缽中，充分研磨至組織殘渣變白，轉移至1.5 mL離心管中，低溫離心取上清棄去沉淀，將每個上清分別加150 μL于96孔板中，每個樣品加3個孔，取95%乙醇作為空白對照，于全波長酶標儀（Spectrophotometer 1510， SN：1510-03010）中測定665、649 nm處的吸光度，根據(jù)以下公式計算出葉綠素a（Chla）及葉綠素b（Chlb）的含量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

所有測定的原始數(shù)據(jù)均用Microsoft Excel 2010處理轉化成目標的含量或活性值，采用 SPSS 20.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析及相關性分析，用平均值和標準誤（SEM）表示測定結果，采用單因素方差分析（ANOVA）檢驗各個處理天數(shù)下雌雄配子體各個指標的差異顯著性，用LSD法對同一指標測得的數(shù)據(jù)進行多重比較，統(tǒng)計顯著性水平為P<0.05。采用軟件GraphPad Prism 5、Microsoft Excel 2010輔助作圖。

對雌雄地錢配子體的耐鎘能力采用隸屬函數(shù)綜合分析法，與耐鎘能力呈正相關的指標，用以下公式進行計算。

2 結果與分析

2.1 鎘脅迫對雌雄地錢配子體MDA的影響

如圖1所示，Cd2+脅迫下，與對照組相比，雌雄地錢配子體體內MDA含量均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，但較對照組均呈現(xiàn)顯著上升的趨勢（P<0.05）。脅迫8 d時，雌性地錢MDA含量即出現(xiàn)了顯著上升達到（2.006±0.132）nmol·mg prot-1，高出對照組229.51%，脅迫16 d時MDA含量達到最大值并顯著高出對照組598.36%（P<0.05）;雄性地錢在脅迫12 d時MDA含量出現(xiàn)了顯著上升并達到了最大值（5.222±0.610）nmol·mg prot-1，高出對照組1947.84%（P<0.05）;雌雄地錢在Cd2+脅迫8～12 d時，MDA含量出現(xiàn)了顯著的性別差異，但16 d后差異不明顯。8 d時雌性顯著高出雄性143.15%（P<0.05）， 12 d時雄性顯著高出雌性27.08%（P<0.05）。

不同字母表示同一指標在不同處理天數(shù)及雌雄之間的差異顯著（P<0.05）。測定值以平均值±標準誤（n=3）表示。下同。

2.2 鎘脅迫對雌雄地錢配子體抗氧化酶的影響

雌雄地錢在受到Cd2+脅迫0～8 d后，SOD活性與對照無明顯差異，但12 d時顯著上升（P<0.05），16 d時達到最高值[雌性為（95.54±3.96）U·mg prot-1，雄性為（145.998±41.822）U·mg prot-1，顯著高出雌性52.82%（P<0.05）]，此后不再有明顯變化（圖2）。

與SOD的變化趨勢不同，在受到Cd2+脅迫處理后，雌雄地錢體內POD活性均呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢（圖3）。雌性地錢在Cd2+脅迫4 d后，POD活性顯著下降到（56.047±2.474）U·mg prot-1（P<0.05），與對照組相比下降了49.22%，在脅迫12 d后POD活性出現(xiàn)了顯著上升（P<0.05），并在處理20 d時POD活性上升到最高，顯著高出對照組280.23%（P<0.05）;雄性地錢在脅迫4、8 d時出現(xiàn)了顯著下降（P<0.05），處理8 d達到最低，低于對照組65.09%，在脅迫12 d后POD活性出現(xiàn)顯著上升，并且也在處理20 d時上升到最高，顯著高出對照組110.82%（P<0.05）;雌雄地錢在Cd脅迫處理12～20 d時POD活性出現(xiàn)性別差異，雌性地錢POD活性顯著高于雄性地錢（P<0.05）。

2.3 鎘脅迫對雌雄地錢配子體Pro、GSH、可溶性蛋白的影響

如圖4所示，雌雄地錢在受到Cd2+脅迫之后，Pro含量均出現(xiàn)了先上升后下降的趨勢。雌性地錢在Cd2+脅迫處理4～16 d后，Pro含量較對照組均顯著上升（P<0.05），并在處理12 d時達到最大值（82.903±1.860）μg·g-1，高出對照組288.74%（P<0.05），在脅迫20 d時，Pro含量下降到顯著低于對照組水平（P<0.05）;雄性地錢在Cd2+脅迫4～20 d后，Pro含量較對照組均發(fā)生了顯著上升，并在脅迫8 d時出現(xiàn)了最大值（48.409±0.759）μg·g-1，高出對照組201.75%（P<0.05）;在Cd2+脅迫處理0～12 d時，雌雄地錢的Pro含量出現(xiàn)了顯著差異，且均表現(xiàn)為雌性含量高于雄性，僅在處理20 d時，雄性地錢Pro含量顯著高于雌性（P<0.05）。

由圖6可知，地錢在受到Cd2+脅迫后，雌雄地錢體內可溶性蛋白含量均呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢，但在12 d后下降趨勢變緩且雌雄間無顯著差異。雌性地錢在脅迫4、8 d時，可溶性蛋白含量較對照組顯著上升，并在脅迫4 d時達到最大值（0.834±0.025）g prot·L-1，高出對照組51.64%，在脅迫12～20 d持續(xù)顯著下降，并在20 d時下降到最小值（0.113±0.010）g prot·L-1，顯著低于對照組79.45%（P<0.05）;雄性地錢在處理4、8 d時，可溶性蛋白含量顯著上升，在脅迫8 d時達到最大值（1.022±0.099）g prot·L-1，高出對照組127.62%，在12～20 d時持續(xù)顯著下降，并在脅迫20 d時下降到最小值（0.161±0.006）g prot·L-1，顯著低于對照組64.12%（P<0.05）;在脅迫4、8 d時，可溶性蛋白含量在雌雄之間出現(xiàn)顯著的性別差異，脅迫4 d時，雌性顯著高出雄性20.35%，脅迫8 d時，雄性顯著高出雌性27.43%（P<0.05）。

2.4 鎘脅迫對雌雄地錢配子體葉綠素含量的影響

雌雄地錢配子體在受到Cd2+脅迫后葉綠素含量發(fā)生了顯著變化。如表1所示，雌雄地錢Chla含量均呈現(xiàn)顯著下降的趨勢（P<0.05）。雌性地錢在Cd2+脅迫8 d后，Chla的含量顯著低于對照組45.38%，隨著處理時間的增加Chla顯著下降程度不斷加大，在處理20 d時，Chla含量下降到最小值（0.084±0.001 3）mg·g-1，較對照組下降了64.71%（P<0.05）;雄性地錢在Cd脅迫4 d時，Chla的含量發(fā)生顯著下降，達到（0.214±0.000 2）mg·g-1，低于對照組10.83%，在處理20 d時，Chla含量下降到最小值（0.080±0.002 8）mg·g-1，較對照組下降了66.67%（P<0.05）;Chla的含量在Cd2+處理4、16 d后雌雄地錢之間均出現(xiàn)了顯著差異，雌性地錢在脅迫4 d時顯著高出雄性地錢11.21%，雄性地錢在脅迫16 d時顯著高出雌性地錢14.13%（P<0.05），到20 d下降到同一水平。

雌雄地錢Chlb的含量同樣呈現(xiàn)顯著下降的趨勢。雌性地錢在Cd2+脅迫4 d時Chlb的含量顯著低于對照組27.34%，并隨著處理天數(shù)的增加顯著下降的程度不斷加大，到脅迫20 d時，Chlb的含量顯著下降到最小值（0.052±0.000 7）mg·g-1，較對照組下降了79.69%（P<0.05）;雄性地錢Chlb的含量在Cd脅迫4 d顯著低于對照組31.34%，同樣到脅迫20 d時，Chlb的含量顯著下降到最小值（0.056±0.005 4）mg·g-1，較對照組下降了72.14%（P<0.05）;在脅迫0、4 d時，雌雄地錢Chlb的含量出現(xiàn)了顯著差異，雌性地錢Chlb的含量顯著高出雄性地錢27.36%、34.78%（P<0.05）。

與對照組相比，雌性地錢Chla/Chlb呈現(xiàn)出顯著上升趨勢;最大值顯著高出對照組97.63%（P<0.05）;而雄性地錢除了在脅迫8 d時顯著高于對照外 [（1.836±0.005 2），高出對照組53.64%（P<0.05）]，其余與對照無明顯差異;處理0～20 d雌雄間Chla/Chlb無顯著差異。

2.5 雌雄地錢配子體耐鎘性綜合評價

根據(jù)隸屬函數(shù)法計算雌雄地錢每個指標的隸屬函數(shù)值及所有指標的綜合評價值，結果見表2。雌性Chla、Chlb、Pro、可溶性蛋白、POD的隸屬函數(shù)值均大于雄性，雄性MDA、GSH、SOD、Chla/Chlb隸屬函數(shù)值均大于雌性，綜合評價值雄性（0.529）>雌性（0.483）。

3 討論與結論

植物在受到脅迫時，在一定范圍內可調整自身代謝消除脅迫對植物體造成的傷害從而維持正常生理活動。雌雄異株植物在生長特性、 生理生化特征、 資源分配、 生殖格局、 遺傳特性等方面具

有一定的性別差異（Zhang et al.， 2012），進而對脅迫的應對能力也會有差異性（劉金平和段婧， 2013）。通過測定這些生理生化指標，可以分析植物的抗逆能力。

脂質過氧化是膜上不飽和脂肪酸發(fā)生的一系列活性氧反應，產(chǎn)物丙二醛的含量可以反映脂質過氧化程度（盧倩云等， 2018）。雌雄地錢MDA含量隨著脅迫天數(shù)的增加，較對照組均顯著上升（P<0.05），與鎘脅迫小麥的結果一致（夏雪姣等， 2018）。雌性地錢在脅迫8 d時出現(xiàn)MDA的累積，并顯著高出雄性143.15%（P<0.05），而此時雄性地錢MDA含量并未出現(xiàn)顯著變化，說明雌性地錢膜脂受到氧化傷害早于雄性;16 d后雌雄的MDA與12 d時無太大差異，在20 d時均顯著下降（P<0.05），且性別間無明顯差異，說明隨著脅迫時間的增加，雌雄地錢體內的保護系統(tǒng)受到誘導均能在一定程度上減輕氧化傷害;雖然脅迫12 d雄性地錢MDA含量顯著高于雌性地錢，但到20 d，雌雄MDA均下降到同一水平，說明雄性保護系統(tǒng)能更大程度地消除氧化傷害。

植物體內清除ROS自由基的抗氧化系統(tǒng)有2種，一種是植物體的酶保護系統(tǒng)，由SOD、POD、CAT等酶組成;另一種是植物谷胱甘肽抗氧化系統(tǒng)，由GSH、谷胱甘肽還原酶（GR）和谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）組成。雄性地錢SOD活性在脅迫16 d時顯著高于雌性（P<0.05），說明該脅迫天數(shù)下雄性SOD誘導表達程度大于雌性地錢，清除活性氧自由基保護膜系統(tǒng)的能力更強;高濃度的Cd2+能直接取代SOD活性中心的金屬元素Fe、Zn等，或是直接與酶的半胱氨酸殘基結合，抑制這些酶的活性（程雨卉等， 2017），導致酶活性下降;綜合20 d的脅迫，與對照組相比，SOD最大增幅雄性地錢（234.17%）>雌性地錢（150.83%）。POD不僅除能通過氧化還原清除活性氧外，還可參與木質素和木栓質的合成，使細胞壁交聯(lián)加厚（José Diaz et al.， 2001），阻礙重金屬離子進入細胞質，從而起到解毒作用;Cd脅迫0～8 d，雄地錢POD活性顯著下降（P<0.05），雌性地錢僅在脅迫4 d顯著下降（P<0.05），說明短期脅迫下雌雄地錢POD活性表現(xiàn)出下降趨勢，可能是地錢配子體體內POD大量消耗，但能夠緩解Cd2+脅迫帶來的氧化傷害，這與鎘脅迫油菜毛狀根的結果一致（盧倩云等， 2018）;12 d后隨著脅迫時間延長，氧化脅迫加劇，POD受到強烈誘導，活性顯著上升，在脅迫12～20 d時，POD活性表現(xiàn)出顯著的雌性優(yōu)勢（P<0.05）。雌雄地錢GSH含量在脅迫12 d時顯著增加，16 d時出現(xiàn)性別顯著差異（P<0.05），與對照組相比，雄性地錢的最大增幅（254.49%）>雌性地錢（244.07%），GSH能夠與Cd2+ 螯合、沉淀，避免Cd2+在植物體內遷移進而避免與細胞器接觸解除Cd的毒性（孫婕妤等， 2018）。因此，依靠GSH消除氧化傷害保護機體的能力雄性地錢強于雌性地錢。

Pro、可溶性蛋白是重要的滲透調節(jié)物質，可保護酶的活性（Hare & Cress， 1997）。雌性地錢在鎘脅迫前12 d，Pro含量均顯著高于雄性（P<0.05），說明雌性地錢累積Pro抗Cd2+脅迫能力強于雄性，Cd2+脅迫時間延長，植物細胞和酶受到破壞，因此，Pro 含量逐漸下降。可溶性蛋白的增加一方面可與Cd2+結合形成Cd-BP固定Cd2+減弱毒性（Salt et al.， 1995），另一方面可增加功能蛋白的數(shù)量，升高細胞滲透勢（李元等， 1990），脅迫4 d雌性地錢可溶性蛋白含量顯著高于雄性，脅迫8 d雄性顯著高于雌性（P<0.05），綜合20 d的結果，雌性地錢可溶性蛋白的最大增幅（51.64%）<雄性地錢（127.62%），到脅迫20 d可溶性蛋白較對照組的降幅雌性地錢（79.45%）>雄性地錢（64.12%），說明雄性地錢依賴可溶性蛋白保護機體的能力強于雌性地錢。

葉綠素a、葉綠素b與植物的光合作用緊密相關，Cd2+脅迫后，雌雄地錢均顯著下降（P<0.05），可能是由于Cd2+脅迫使植物體內ROS大量累積，累積的ROS會抑制葉綠素合成相關酶的活性，同時促進葉綠素降解，進而使葉綠素含量降低（生吉萍等， 2009）。脅迫后雌性地錢Chla/Chlb的值較對照組均顯著上升（P<0.05），說明雌性地錢體內葉綠素b對鎘脅迫更敏感，葉綠素b受到的影響大于葉綠素a，這可能與前人研究發(fā)現(xiàn)的葉綠素a/葉綠素b的值上升代表著類囊體的垛疊程度加大，能夠緩解光抑制作用（王飛翔等， 2012）有關;地錢屬于林下苔蘚，對光的捕獲能力決定光合作用的強弱，與對照組相比葉綠素a的下降幅度雄性（66.67%）>雌性（64.71%），葉綠素b的下降幅度雄性（72.14%）<雌性（79.69%），可能是由于Cd2+脅迫促進了雄性地錢葉綠素a向葉綠素b的轉化，以維持補光能力，而雌性地錢葉綠素b對Cd脅迫更敏感，其捕光能力受到的影響更大，因而光合作用更易受到Cd2+脅迫的影響，且受到的光抑制也比雄性更強。

由上述各個指標可以發(fā)現(xiàn)，雖然Cd2+脅迫后，雌雄地錢的各個指標總體變化趨勢基本一致，但不同指標在雌雄之間表現(xiàn)出不同的差異性，如POD、Pro表現(xiàn)出雌性優(yōu)勢，但其他各個指標無法看出單一的性別優(yōu)勢，故該研究利用隸屬函數(shù)法計算了雌雄地錢每個指標的隸屬函數(shù)值，并將雌雄地錢所有指標的隸屬函數(shù)值分別加和求均得出雌雄各自的綜合評價值，結果表明雄性綜合評價值大于雌性地錢，說明雄性抗Cd2+能力強于雌性。

在該研究中，Cd2+脅迫使地錢雌雄配子體抗氧化系統(tǒng)、滲透調節(jié)物質、葉綠素含量等生理指標均受到顯著影響。雖然地錢雌雄配子體在各指標的總體變化趨勢基本一致，但在一些指標上的變化量上存在顯著的性別差異。綜合評價認為雄性地錢配子體耐鎘能力強于雌性，但植物的抗性是多個指標共同作用的結果，既受到遺傳因素的影響，又受到諸多外界環(huán)境因子影響，同時各指標間又具有一定的相關性，故有關地錢抗Cd2+脅迫表現(xiàn)出的性別差異還應該結合遺傳特性、環(huán)境因子等進行深入研究。

參考文獻：

CAO DJ， TANG B， 2004. Effect of plumbum， cadmium and the combined pollution actate on root tip cell of Vicia faba [J]. Acta Laser Biol Sin， 13（4）： 302-305. [曹德菊， 湯斌， 2004. 鉛、鎘及其復合污染對蠶豆根尖細胞的誘變效應 [J]. 激光生物學報，13（4）： 302-305.]

CHAI SL， CHEN YF， FAN XX， et al.， 2019. Gender differences of Marchantia polymorpha in tolerance to acid rain stress [J]. Chin J Appl Environ Biol， 25（1）：100-107. [柴淑麗， 陳亞菲， 樊曉旭， 等， 2019. 地錢（Marchantia polymorpha）雌雄配子體對酸雨脅迫的耐受性差異 [J]. 應用與環(huán)境生物學報， 25（1）：100-107.]

CHEN J， LI CY， 2014. Sex-specific responses to environmental stresses and sexual competition of dioecious plants [J]. Chin J Appl Environ Biol， 20（4）： 743-750. [陳娟， 李春陽， 2014. 環(huán)境脅迫下雌雄異株植物的性別響應差異及競爭關系 [J]. 應用與環(huán)境生物學報， 20（4）： 743-750.]

CHEN LL， FU YY， WANG YP， et al.， 2019. Effects of Cd2+ and Zn2+ on seed germination and seedling growth of Triticum aestivum and 2 weed species [J]. J SW For Univ（Nat Sci Ed）， 39（1）：50-57. [陳麗麗， 付媛媛， 王艷萍， 等， 2019. 鎘鋅脅迫對小麥和2種雜草種子萌發(fā)及幼苗生長的影響 [J]. 西南林業(yè)大學學報（自然科學）， 39（1）： 50-57.]

CHENG YH， JIANG JW， DONG Y， et al.， 2017. Effects of divalent metal ions on activities of immune-related enzymes in Strongylocentrotus nudus [J]. Fish Sci， 36（1）： 22-28. [程雨卉， 蔣經(jīng)偉， 董穎， 等， 2017. 二價金屬離子對光棘球海膽免疫相關酶活力的影響 [J]. 水產(chǎn)科學， 36（1）： 22-28.]

DU ZX， WU JC， YANG RH， et al.， 2019. Single and combined effects of vanadium， titanium and cadmium on the physiology and biochemistry of Marchantia polymorpha L. [J]. N Hortic，（8）： 73-81. [杜澤萱， 吳敬陳， 楊茹畫， 等， 2019. 釩、鈦、鎘單一和聯(lián)合脅迫對地錢生理生化的影響 [J]. 北方園藝，（8）：73-81.]

FAN XX， DU ZX， CHAI SL， et al.， 2018. Comparison on chlorophyll fluorescence kinetic response of six bryophytes to different light intensity [J]. N Hortic，（20）：84-90. [樊曉旭， 杜澤萱， 柴淑麗， 等， 2018. 光強脅迫下六種苔蘚植物的葉綠素熒光動力學響應差異 [J]. 北方園藝，（20）：84-90.]

GOKBULUT A， SATILMIS B， BATCIOGLU K， et al.， 2012. Antioxidant activity and luteolin content of Marchantia polymorpha [J]. Turkish J Biol， 36（4）：381-385.

HAN Y， WANG L， ZHANG X， et al.， 2013. Sexual differences in photosynthetic activity， ultrastructure and phytoremediation potential of Populus cathayana exposed to lead and drought [J]. Tree Physiol， 33（10）：1043-1060.

HARE PD， CRESS WA， 1997. Metabolic implications of stress-induced proline accumulation in plants [J].Plant Growth Regul， 21（2）：79-102.

JOS D， BERNAL A， POMAR F， et al.， 2001. Induction of shikimate dehydrogenase and peroxidase in pepper（Capsicum annuum L.）seedlings in response to copper stress and its relation to lignification [J]. Plant Sci， 161（1）： 179-188.

LI P， LI PF， LI L， et al.， 2017. Advances in research of Marchantia [J]. Popular Sci Technol， 19（10）：47-49. [李鵬， 李平鳳， 黎理， 等， 2017. 地錢屬植物研究進展 [J]. 大眾科技， 19（10）： 47-49.]

LI Q， JI X， WANG EH， et al.， 2014. Using bryophytes as biomonitor atmospheric heavy metal deposition in the city of Qingdao [J]. Bull Bot， 49（5）：569-577 [李琦， 籍霞， 王恩輝， 等， 2014. 苔蘚植物對青島市大氣重金屬污染的生物監(jiān)測作用 [J]. 植物學報， 49（5）：569-577.]

LI Y， WANG HX， WU YS， 1990. Effects of Cd and Fe on several physiological indexes of tobacco leaves [J]. Acta Ecol Sin， 12（2）：147-154. [李元， 王煥校， 吳玉樹， 1990. Cd、Fe及其復合污染對煙草葉片幾項生理指標的影響 [J]. 生態(tài)學報， 12（2）：147-154.]

LIU JP， DUAN J， 2013. Humulus scandens gender differences in response to water stress in the vegetative growth stage [J]. Acta Pratac Sin， 22（2）：243-249. [劉金平， 段婧， 2013. 營養(yǎng)生長期雌雄葎草表觀性狀對水分脅迫響應的性別差異 [J]. 草業(yè)學報， 22（2）：243-249.]

LIU RX， YANG J， GAO L， 2005. Changes in contents of proline soluble saccharin and endogenous hormone in leaves of chinese seabuckthorn and Russian seabuckthorn under different soil water content [J]. J Soil Water Conserv， 19（3）：148-151. [劉瑞香， 楊劼， 高麗， 2005. 中國沙棘和俄羅斯沙棘葉片在不同土壤水分條件下脯氨酸、可溶性糖及內源激素含量的變化 [J]. 水土保持學報， 19（3）：148-151.]

LU QY， CAO YC， CHEN YM， et al.， 2018. The physiological response and iron and potassium contents in the hairy roots of Brassica rape L. [J]. Chin J Appl Environ Biol， 24（6）：1382-1389. [盧倩云， 曹宇棽， 陳友明， 等， 2018. 鎘脅迫下油菜毛狀根的生理響應及鐵鉀含量 [J]. 應用與環(huán)境生物學報， 24（6）：1382-1389.]

OHYAMA K， FUKUZAWA H， KOHCHI T， et al.， 1988. Structure and organization of Marchantia polymorpha chloroplast genome： I. Cloning and gene identification [J]. J Mol Biol， 203（2）： 281-298.

OKADA S， SONE T， FUJISAWA M， et al.， 2001. The Y chromosome in the liverwort Marchantia polymorpha has accumulated unique repeat sequences harboring a male-specific gene [J]. Proc Natl Acad Sci USA， 98（16）： 9454-9459.

RICKLEFS RRE， 1995. Dioecy and its correlates in the flowering plants [J]. Am J Bot， 82（5）： 596-606.

SALT DE， PRINCE RC， RASKIN PI， 1995. Mechanisms of cadmium mobility and accumulation in indian mustard [J]. Plant Physiol， 109（4）：1427-1433.

SHENG JP， LIU KL， SHEN L， 2009. Effects of exogenous nitric oxide on chlorophyll in cadmium-induced tomato seedlings [J]. Spectrosc Spectr Anal， 29（3）：762-764. [生吉萍， 劉開朗， 申琳， 2009. 外源一氧化氮對鎘脅迫下番茄幼苗葉綠體保護作用的光譜學分析 [J]. 光譜學與光譜分析， 29（3）：762-764.]

STEERE WC， SCHUSTER RM， 1984. New manual of bryology [J]. J Ecol， 87（3）.

SUGANO SS， NISHIHAMA R， SHIRAKAWA M， et al.， 2018. Efficient CRISPR/Cas9-based genome editing and its application to conditional genetic analysis in Marchantia polymorpha [J]. PLoS ONE， 13（10）： e0205117.

SUN JY， LIU YQ， LI BL， et al.， 2018. Research progress on mechanism of plant tolerance to cadmium and remediation of cadmium contaminated [J]. Jiangsu Agric Sci， 46（7）：12-19. [孫婕妤， 劉艷秋， 李佰林， 等， 2018. 植物對鎘的耐性機制以及對鎘污染土壤修復的研究進展 [J]. 江蘇農業(yè)科學， 46（7）：12-19.]

SUN SQ， WANG DY， HE M， et al.， 2007. Retention capacities of several bryophytes for Hg（Ⅱ）with special reference to the elevation and morphology of moss growth [J]. Environ Monit Assess， 133（1-3）：399-406. ]

TIAN X， 2018. Evaluation of cold and drought resistance of american popla clones based on subordinate function [D]. Yangling： Northwest Agriculture & Forestry University：7-18. [田星， 2018. 基于隸屬函數(shù)法的美洲黑楊無性系抗寒、抗旱性評價 [D]. 楊凌： 西北農林科技大學： 7-18.]

WANG FX， WANG MY， LI D， et al.， 2012. Effects of Pb and Cd stress on photosynthetic characteristics and contents of pigments in the leaves of Loropetalum chinense var. rubrum [J]. Hunan Agric Sci，（15）：103-105. [王飛翔， 王妙媛， 李達， 等， 2012. 土壤鉛和鎘脅迫對紅花檵木葉片光合特性及色素含量的影響 [J]. 湖南農業(yè)科學，（15）：103-105.]

WANG HH， WANG C， ZHANG MH， et al.， 2018. Study on tolerance and accumulation ability of cadmium in pumpkin seedlings for rootstocks [J]. Acta Bot Boreal-Occident Sin， 38（12）： 2257-2266. [王慧慧， 王晨， 張明華， 等， 2018. 砧用南瓜幼苗對鎘的耐性和積累能力研究 [J]. 西北植物學報， 38（12）： 2257-2266.]

XIA XJ， JIAN MY， HAN YC， et al.， 2018. Effects of cadmium stress on morphological development and physiological metabolism in wheat（Triticum aestivum）[J]. J Agric Biotechnol， 26（9）：1494-1503. [夏雪姣， 菅明陽， 韓玉翠， 等， 2018. 鎘脅迫對小麥形態(tài)發(fā)育及生理代謝的影響 [J]. 農業(yè)生物技術學報， 26（9）：1494-1503.]

ZHANG GF， DUAN ZZ， LUO XJ， et al.， 2011. Response of tolerance and chlorophyll fluorescence characteristics of two bryophyte species to Pb2+ concentration [J]. Environ Poll Control， 33（1）：36-40. [張光飛， 段仲昭， 羅曉娟， 等， 2011. 2種苔蘚的葉綠素熒光特性及耐受性對Pb2+濃度的響應 [J]. 環(huán)境污染與防治， 33（1）：36-40.]

ZHANG HT， GUO XY， ZHANG J， et al.， 2019. Physiological response of Microcystis aeruginosa to Zn2+ and Cd2+ stresses [J]. Jiangsu J Agric Sci， 35（1）：33-41. [張海濤， 郭西亞， 張杰， 等， 2019. 銅綠微囊藻對鋅、鎘脅迫的生理響應 [J]. 江蘇農業(yè)學報， 35（1）：33-41.]

ZHANG HY， JIAO BC， LI G， 2005. Evaluation of soybean drought resistance [J]. Soybean Sci， 24（3）： 183-188. [張海燕， 焦碧嬋， 李貴， 2005. 大豆抗旱性鑒定指標評價的研究 [J]. 大豆科學， 24（3）：183-188.]

ZHANG JB， HUANG WN， 2000. Advances on physiological and ecological effects of cadmium on plants [J]. Acta Ecol Sin， 20（3）：514-523. [張金彪， 黃維南， 2000. 鎘對植物的生理生態(tài)效應的研究進展 [J]. 生態(tài)學報， 20（3）：514-523.]

ZHANG RK， ZHANG YH， LIU QQ， et al.， 2018. Cadmium induces centrosome amplification through oxidative DNA damage pathway [J]. Lett Biotechnol， 29（2）：227-232. [張瑞凱， 張艷花， 劉琴琴， 等， 2018. 重金屬鎘通過DNA氧化損傷途徑誘導細胞中心體擴增 [J]. 生物技術通訊， 29（2）：227-232.]

ZHANG S， CHEN LH， DUAN BL， et al.， 2012. Populus cathayana males exhibit more efficient protective mechanisms than females under drought stress [J]. For Ecol Manag， 275（4）： 68-78.

ZHAO JH， WANG ZQ， HUO SJ， 2016. Effects of heavy metals on seed germination and somatic cell division of broad bean [J]. J Zhoukou Norm Univ， 33（5）： 106-110. [趙錦慧， 王智巧， 霍少杰， 2016. 重金屬對蠶豆種子萌發(fā)及體細胞分裂的影響 [J]. 周口師范學院學報， 33（5）：106-110.]

ZHAO JW， LI QY， LU B， et al.， 2019. Physiological characteristics and comprehensive evaluation of Pyrus calleryana Decne. under NaCl stress [J]. Plant Physiol J， 55（1）：23-31. [趙佳偉， 李清亞， 路斌， 等， 2019. 不同品種北美豆梨對NaCl脅迫的生理響應及耐鹽性評價 [J]. 植物生理學報， 55（1）：23-31.]

ZHU XM， WANG SH， LI L， 2012. Enrichment capacity of five heavy metals in several bryophytes [J]. N Hortic，（23）：88-90. [朱秀敏， 王僧虎， 李麗， 2012. 幾種苔蘚植物對五種重金屬富集能力的比較 [J]. 北方園藝，（23）：88-90.]

（責任編輯 周翠鳴）