镉胁迫对慈姑生长的影响

黄凯丰 王东林 江解增

（1.扬州大学水生蔬菜研究室，江苏扬州，225009；2.贵州师范大学生命科学学院植物遗传育种研究所）

镉胁迫对慈姑生长的影响

黄凯丰1,2王东林1江解增1

（1.扬州大学水生蔬菜研究室，江苏扬州，225009；2.贵州师范大学生命科学学院植物遗传育种研究所）

以慈姑品种苏州黄和紫圆为试材，研究了其在不同浓度Cd2+胁迫下部分生理生化指标、Cd2+在产品器官中的残留量及最终的产量变化。研究结果表明，叶片和根系的可溶性蛋白含量、根系活力均随Cd2+处理浓度的增加而下降，叶片和根系的细胞膜透性、丙二醛含量则呈上升的趋势。叶片SOD、POD活性在低浓度Cd2+处理下有所增加，随处理浓度的进一步增加而下降，而CAT活性则呈持续下降的趋势。Cd2+胁迫能明显降低两慈姑品种的产量。

慈姑 镉 生长

镉是为害极大的环境污染物，在污染环境的诸多重金属中，仅次于汞，位居第二[1～2]。镉对生物有机体的毒性很大，蓄积性也很强。对植物的为害主要表现在：干扰一些关键酶的活性，改变细胞膜透性，诱导一些未知蛋白的形成等，受镉毒害的植物不能正常生长，并且生物量呈下降趋势[3～5]。我国Cd2+污染多数是由于引用工业污水灌溉造成的，而水生蔬菜的栽培需要大量的灌溉用水，且主要在水系周边环境种植，因此受Cd2+污染的可能性要高于其他种类的农作物，同时黄亮等的研究发现，水生植物对重金属具有较强的吸收积累能力[6]。因此研究Cd2+对水生蔬菜生长发育的影响对水生蔬菜的安全生产具有重要的指导意义。前期研究[7]发现，Pb2+对慈姑（Sagittaria sagittifoliaL.）的生长发育存在一定的影响作用，但Cd2+胁迫时的情况如何尚未见报道。因此本试验以江苏省主要水生蔬菜慈姑的两个品种苏州黄、紫圆为试验材料，研究了不同浓度Cd2+胁迫对慈姑主要生理生化指标、保护酶活性和产量的影响，以期为慈姑的安全生产提供部分参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试重金属离子为Cd2+（CdCl2·2.5H2O，分析纯）；供试慈姑品种为苏州黄、紫圆。

1.2 种植管理

试验于2006年在扬州大学进行。3月12日将选好的慈姑粗壮顶芽，栽入育苗地，栽植深度为顶芽长的一半，植株萌芽期保持浅水层。4月20日以土壤（pH值7.54，Cd含量0.16 mg/kg）为栽培基质，按20 cm的厚度铺设到每个试验水池中，水池长1.5 m、宽1 m、深0.5 m，灌水至池底以上30 cm处并划线，待用。

5月15日，将高约15 cm的小苗定植于水泥池中，株距30 cm，行距35 cm。每池中每个品种栽6株，品种间用滤网分隔。待慈姑长出新叶成活后，按土壤和水总体积为准设置Cd2+浓度为10，20，40 mg/L，向池中均匀投放分析纯的CdCl2，设空白对照，3次重复。分别在旺盛生长期按225 kg/hm2用量施入尿素，在结球期的前3周按375 kg/hm2用量施入45%三元复合肥（N-P-K含量为15-15-15）。试验期间所有枯叶均放入池中沤烂，以尽量避免重金属的损失。通过不断灌自来水至划线处以保持水池水位，水池上方2.5～3.5 m处覆盖塑料薄膜，以防止降雨。

1.3 样品处理及测定

7月12日，分别取两个品种的倒3叶（顶叶起）及白色的根系，参考邹琦[8]的方法测定叶片和根系可溶性蛋白、细胞膜透性、丙二醛含量及根系的活力；按上海植物生理学会[9]的方法测定叶片过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）的活性。

12月16日，采收不同处理池子中的所有慈姑产品器官，进行产量计算，折合成1 hm2产量。

表1 Cd2+对慈姑叶片根系生理指标和保护酶活性的影响

表2 Cd2+对慈姑产量的影响

2 结果与分析

2.1 Cd2+对慈姑生理指标的影响

由表1可以看出，较低浓度的Cd2+处理，能促进慈姑叶片和根系中可溶性蛋白含量的增加，当Cd2+浓度达到20 mg/L时，其开始下降，说明高浓度的Cd2+处理会抑制慈姑的生长，慈姑的不同部位间以叶片中可溶性蛋白的含量明显高于根系，品种间变化趋势相似而含量稍有差异。两品种慈姑的根系活力随Cd2+浓度的增加均呈快速下降的变化趋势，品种间以苏州黄的根系活力大于紫圆。叶片和根系的细胞膜透性均随Cd2+处理浓度的增加而快速上升，根系的细胞膜透性明显大于叶片，品种间变化趋势相似，以苏州黄叶片和根系的细胞膜透性大于紫圆。两品种慈姑的丙二醛含量均随Cd2+浓度的增加而呈上升的变化趋势，慈姑的不同部位间以叶片中的丙二醛含量明显高于根系，品种间存在差异，总体以苏州黄的丙二醛含量高于紫圆。

2.2 Cd2+对慈姑保护酶活性的影响

由表1可以看出，两个品种慈姑叶片的POD、SOD活性，均在低浓度Cd2+处理时出现应激性的增高，但随Cd2+处理浓度的进一步增加，POD、SOD活性呈下降的变化趋势；CAT活性则表现为随Cd2+处理浓度的增加而呈持续下降的变化趋势。品种间以紫圆的保护酶活性高于苏州黄。

2.3 Cd2+对慈姑产量的影响

由表2可以看出，随Cd2+处理浓度的增加，两慈姑品种的产量呈快速下降的变化趋势；品种间存在差异，以紫圆的产量同比明显高于苏州黄，这可能与慈姑品种间的特性差异有关。

3 小结与讨论

重金属镉胁迫是一种氧化胁迫，进入土壤后会对植物的生长产生明显的影响。从本试验的研究结果可以看出，低浓度的镉胁迫能在一定程度上促进慈姑的生长，而高浓度时则抑制慈姑的生长。从保护酶活性、产量的变化规律也可以看出，随着镉胁迫浓度的进一步增加，其对慈姑的伤害程度呈逐渐增加的趋势，这与江解增等[7]Pb2+处理的研究结果一致。

从本试验的研究结果可以看出，当Cd2+处理浓度达到较低的10 mg/L时，就开始对慈姑的生长起抑制作用，结合前期研究[7]的Pb2+处理浓度达50 mg/L时，对慈姑的生长起抑制作用的结果，与同属水生蔬菜的茭白[10～11]相比，认为慈姑对重金属离子胁迫较为敏感。

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[2]金锋，汪再娟，吴南翔，等.尿中镉与-MG相关性的流行病学调查[J].职业与健康，2000，16（9）：57-58.

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[5]吴启堂，陈卢，王广寿.水稻不同品种对Cd吸收累积的差异和机理研究[J].生态学报，1999，1（1）：104-107.

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[9]上海植物生理学会编.植物生理学实验手册[M].上海：上海科技出版社，1985.

[10]黄凯丰，江解增，杨凯，等.不同栽培介质中茭白对铅胁迫的反应[J].园艺学报，2008，35（10）：1479-1483.

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Effects of Cd2+on Growth inSagittaria sagittifolia

HUANG Kaifeng1,2,WANG Donglin1,JIANG Jiezeng1
(1.Institute of Aquatic Vegetable Research,Yangzhou University,Yangzhou 225009; 2.Institute of Plant Genetics and Breeding,School of Life Sciences,Guizhou Normal University)

The physiological and biochemical indexes in leaves and rootsSagittaria sagittifoliawere studied inSagittaria sagittifoliain Suzhouhuang and Ziyuan on cultivars of Suzhouhuang and Ziyuan under Cd2+stress.The Cd2+residues distribution of the corms and yield were also determined.The results showed that under stress of Cd2+,the contents of soluble protein in leaves and roots,activities of roots descended with increasing of Cd2+concentration at whole,but the membrane permeability and content of MDA in leaves and roots ascended along with the increasing of Cd2+concentration.Activities of SOD and POD in leaves were increased when treated with lower concentration of Cd2+,but decreased when increasing the Cd2+concentration.The activity of CAT had a persistent decreased,with the concentration of Cd2+increasing.Cd2+stress could reduce the yield ofSagittaria sagittifoliaremarkably.

Sagittaria sagittifolia;Cd2+;Growth

10.3865/j.issn.1001-3547.2009.14.018

国土资源部与江苏省政府合作项目[(2003)019-O1]

黄凯丰（1979-），男，博士，研究方向是污染生态。E-mail：hkf1979@163.com

江解增，通信作者

2009-06-18