镉胁迫对烟草生物量及叶片矿质元素含量的影响

苏丹等

摘要：

对烟草材料K326进行不同浓度Cd处理，分别测定其团棵期、旺长期、打顶期、成熟期的生物量及团棵期叶片矿质元素含量。结果表明：高浓度Cd胁迫对烟草生长产生抑制效果，低浓度Cd胁迫对烟草生长有促进作用。烟草叶片对Cd的吸收与Mn、Zn、Cu的积累量相关性较好，而与Ca、Mg、Fe的积累量相关性较弱。

关键词：烟草；镉胁迫；矿质元素；生物量

中图分类号：S572文献标识号：A文章编号：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

重金属通常是指密度大于5.0的元素，元素周期表中共有45种。砷（As）、硒（Se）是非金属，但其毒性及某些性质与重金属相似，故亦列为重金属污染物。目前环境污染研究方面的重金属主要是一些生物毒性较大元素，如镉（Cd）、铅（Pb）、铬（Cr）、汞（Hg）和类金属As，此外还包括锌（Zn）、铜（Cu）、钴（Co）、镍（Ni）等微量元素，因为这些元素在高浓度下也具有较大的生物毒性。

烟草是我国重要的经济作物，而重金属毒害是影响烟草产量和质量的重要因素。部分重金属是植物营养生长必需元素，但是在较高浓度下将会对植株产生严重的毒害效应。重金属毒害会造成氧化胁迫、糖和叶绿素及蛋白质合成受阻，进而引起光合强度和呼吸强度下降、碳水化合物代谢失调及其他一系列生理代谢紊乱，阻碍植物根系生长，影响种子萌发以及植物生长，最终导致生长量和产量的下降。部分重金属还可能通过影响细胞质膜的透性从而影响一些营养元素的吸收和积累，导致植株和籽粒中营养元素和成分的改变。

本研究以烤烟品种K326为材料，在不同Cd浓度胁迫下，分别测定各时期烟草单株鲜重、干重、叶片数以及团棵期叶片矿质元素含量，进而研究重金属镉对烟草植株生物量及叶片矿质元素含量的影响。

1材料与方法

1.1试验材料

试验于2012～2013年在湖南农业大学进行。选用烟草品种K326作为材料，于2013年3月19日播种，4月12日移栽。

1.2试验处理

苗期采取水培，选用无污染基质。23天后将烟苗移栽到盆，盆内径32 cm，高30 cm，每盆装风干土10 kg。处理土壤分别添加Cd浓度为20、40、60、80、100 mg/kg，以Cd（NO3）2的形式加入，以不加Cd处理为对照，每盆1株，重复12次。

1.3样品的采集与分析

1.3.1烟草生物量的测定分别在烟草团棵期、旺长期、打顶期和成熟期选取生长基本一致的植株各3株，测定植株鲜重、干重及叶片数并记录数据。

1.3.2Cd、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn测定于团棵期取烟草植株样品3株，先用自来水小心洗净根系泥土，然后用去离子水清洗整个植株，取叶片用牛皮纸包好放入烘箱90℃杀青，随后70℃烘至恒重，用不锈钢粉碎机将样品磨碎并称重，HNO3消化后，用ICP原子吸收光谱仪测定Cd、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn含量。

1.4数据处理

本试验数据、图表采用Microsoft Office 2003软件处理，其中部分数据用SPSS进行统计分析。

2结果与分析

2.1Cd胁迫对烟草植株生物量的影响

由表1可知，不同Cd浓度处理下的烟草团棵期平均鲜重与对照组相比较呈普遍降低趋势，且因Cd处理浓度不同，对烟草鲜重的影响程度不同。Cd处理下的烟草团棵期植株干重与对照组相比明显降低，且随着处理浓度的增高对植株干重的影响加大。

由表2可知，不同浓度Cd处理下的烟草旺长期平均鲜重与对照组相比降低，且因Cd处理浓度的不同，对烟草鲜重的影响程度不同。但较团棵期而言，旺长期不同浓度Cd处理下的烟草植株鲜重与对照组相比降低不明显。可以看出随着时间的推移，低浓度的Cd处理可以促进烟草植株的干物质积累，而高浓度的Cd处理对烟草植株的干物质积累起明显的抑制作用。endprint

由表3可知，打顶期20 mg/kg Cd处理下的烟草植株鲜重较对照组明显上升，其他浓度处理下的烟草植株鲜重与对照组相比降低，且因Cd处理浓度的不同，对烟草鲜重的影响程度不同。可以看出低浓度Cd处理明显促进烟草植株物质积累，而随着Cd处理浓度的增加，烟草植株受到抑制的程度不同。

由表4可知，低浓度Cd处理下的烟草植株物质积累量较对照组明显增加，而高浓度Cd处理下的烟草植株物质积累量与对照组差异不大。在相同处理浓度下，成熟期与打顶期相比，低浓度Cd处理下烟草干物质积累量下降，而高浓度Cd处理下干物质积累量上升，这可能是由于高浓度的Cd随着时间的推移逐渐流失，浓度下降，从而促进了烟草植株干物质的积累。

2.2Cd胁迫对烟草叶片矿质元素含量的影响

由图1可知，随着Cd处理浓度的增加，植物叶片Cd含量明显增加，60 mg/kg时叶片Cd浓度达到最大值，随后递减。其中Ca、Mg、Fe、Mn和Zn与Cd的趋势基本相同，Cu一直呈递减趋势。

由表5可知，烟草叶片对Cd的吸收与对Mn、Cu、Zn的吸收相关性较强，与Ca、Mg、Fe的吸收相关性较弱。

3结论与讨论

3.1试验结果表明，烟草在Cd胁迫下受到一定影响，且不同浓度Cd胁迫下烟草所受影响不同。在团棵期和旺长期，烟草在Cd胁迫下的生长受到了抑制，且随着Cd浓度的升高抑制效果更加明显。这是因为Cd进入烟草体内，引起烟草体内营养元素不平衡，干扰烟草对营养矿质元素的吸收、转移，造成代谢失调，抑制烟草生长，从而减少叶的同化面积，缩短叶的寿命，造成光合速率下降。在打顶期和生理成熟期，烟草在20 mg/kg Cd处理下的鲜重高于对照组，其它浓度下（除成熟期80 mg/kg Cd浓度处理外）的烟草鲜重均低于对照组。这说明低浓度Cd胁迫下对烟草打顶期和成熟期的生长有促进作用。

3.2烟草叶片对Cd的吸收与对Mn、Cu、Zn的吸收相关性较强，与Ca、Mg、Fe的吸收相关性较弱。Cd、Fe、Zn、Mn都属于重金属元素，Cd、Fe、Mn主要以不溶性氧化物或硫化物存在于土壤中，Zn、Cu被土壤颗粒及有机物牢固吸附，溶解性也很低，Mg不是重金属元素，在土壤中易以离子或弱结合态进入土壤溶液，在由根系向地上部运输方面，Cd、Fe、Zn、Cu主要以复合物或螯合物形态运输，而Mg主要以离子形态运输。所以在叶片中，Cd的积累量与Zn、Cu的积累量相关性较好，而与Mg的积累量相关性较差。

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