钙·锌对烤烟镉吸收抑制机制的研究

廖 勇，冉 舞，陆引罡，冷 璐，宋晓慧　(贵州省烟草公司贵阳市公司，贵州贵阳 550001)



钙·锌对烤烟镉吸收抑制机制的研究

廖 勇，冉 舞*，陆引罡，冷 璐，宋晓慧(贵州省烟草公司贵阳市公司，贵州贵阳 550001)

已有研究表明，镉在植物中的化学形态与镉在植物体内的迁移有关，其中水溶态和乙醇态镉迁移活性最强，氯化钠提取态镉次之，醋酸和盐酸提取态镉迁移活性最弱。在植物根中，镉主要以氯化钠提取态存在。所以，镉更易由根向地上部迁移。因氯化钠可提取态为果胶酸盐与蛋自质结合态或呈吸着态，植物体内镉多集中于蛋白质部分[1-2]。

Minobu等认为，Ca2+与Cd2+因其相近的离子半径和相同的电荷，两者可以相互竞争植物根系上的吸收位点。因此，钙可与镉竞争膜表面或离子通道的离子配位体，提高植株对毒害离子的耐性。提高营养液中钙浓度能降低玉米幼苗、玉米地上部及白菜根和叶片的镉含量[3]。营养液中钙的存在降低了玉米幼苗根部对镉或铅的吸收，表明钙可通过抑镉或铅的吸收与运输来减少毒害[4-5]。锌是兼具营养与毒性的元素，镉是剧毒元素，长期摄入可导致“骨痛病”。二者经土壤到植物，继而由陆生食物链进入人体，是Zn、Cd污染危害的主要途径[6-7]。由于二者化学性质与行为的相似性，它们在自然界总是伴生的，通常锌矿中含有一定的镉，因而锌、镉常伴随危害。因此，研究土壤中锌、镉复合污染的生态效应，对于合理评价二者的毒性以及制定切实的环境容量指标有重要意义。人们早就注意到土壤中Cd的迁移与Zn有关。研究表明，土壤Zn/Cd比值与植物Cd含量有关，但并未显示土壤Zn/Cd值与植株Zn/Cd值间一致关系[8]。

1材料与方法

1.1试验材料

1.1.1试验品种。试验的烤烟品种为南江3号。

1.1.2供试重金属制剂。有碳酸钙、硫酸锌。

1.1.3试验肥料。试验用的基肥、追肥均为烟草专用肥。基肥氮磷钾的比例为10∶10∶26，追肥13∶0∶26。基肥施用量为50 kg/hm2，追肥施用量为20 kg/hm2，于移栽后30 d内施用。其总施N量为6.25 kg/hm2，总施P2O5量为5 kg/hm2，总施K2O量为18.7 kg/hm2。N∶P2O5∶K2O比例约为1.00∶0.80∶2.99。移栽密度为1 100株/hm2。该研究折算为每株施肥量进行施肥，即基肥施用量为0.045 kg/株，追肥施用量为0.018 kg/株。根据盆栽的土壤肥力情况，施肥为大田的2倍。

1.2试验地概况试验在贵州大学南校区盆栽试验基地进行。供试土壤为酸性黄砂泥，土壤肥力中等。去除表面10 cm土层，再取土。自然风干，过筛1 cm，把不同浓度的镉溶液均匀的喷洒于土壤表面，塑料纸封闭，平衡1个月，再加不同浓度的抑制剂。设不同浓度的钙锌浓度，在移栽之前加入土壤中。

1.3试验设计试验设镉、钙、锌3个因素、3个水平，利用正交表从27个处理中挑选12个(表1)。每个处理5次重复。

1.4测定项目及方法

1.4.1烟株镉含量的测定(石墨炉原子吸收光谱法)。采用湿式消解法，称取新鲜样品1.00 g于三角瓶或高脚烧杯中，放数粒玻璃珠，加10 ml混合酸(或再加1~2 ml硝酸)，加盖浸泡过夜，加一小漏斗于电炉上消解，若变棕黑色，则再加混合酸，直至冒白烟，消化液呈无色透明或略带黄色，放冷，用滴管将样品消化液洗入或过滤入25 ml容量瓶中，用水少量多次洗涤三角瓶或高脚烧杯，洗液合并于容量瓶中，并且定容至刻度，混匀备用。同时，做空白试剂。

表1　镉、钙、锌3因素3水平12处理试验方案

注：Cd：1=0，2=1，3=5；Ca：1=0，2=100，3=200；Zn：1=0，2=50，3=100。

1.4.2烟株镉不同化学形态的提取。植物细胞内镉的不同化学形态用 5 种提取液分步提取。这 5 种提取液分别为：①浓度80% 乙醇，提取无机镉，包括硝酸镉、氯化镉、氨基酚镉等；②去离子水，提取水溶镉，包括有机酸复合物和 Cd(H2PO4)等；③1 mol/L NaCl，提取果胶镉和蛋白镉等；④浓度2%乙酸，提取不溶或难溶的 CdHPO4、Cd3(PO4)2和其他难溶的磷酸镉；⑤0.6 mol/L HCl，提取草酸镉。具体步骤参照 Yang 等[6]的方法进行，即取1.0 g 冷冻的样品在提取液中研磨成匀浆，按 1∶100(W∶V)的比例加入相应的提取液；然后，在 25 ℃下摇22 h，在5 000 g下离心10 min，取上清液。在接下来的4 h中，每2 h用相同的提取液重复以上操作，将3次离心所得的上清液混合。采用逐步提取的方法，用余下的提取液重复以上操作。

2结果与分析

2.1Ca/Zn抑制后Cd 在烟草根部吸收的形态与含量由图1可知，烤烟根部中镉的各种化学形态随镉处理浓度的增加而增加。在不加镉的情况下，各形态分配比率差别不大；在加入钙锌抑制剂之后，在1 mg/kg Cd浓度的处理中，无论哪种Ca/Zn复合浓度，对烟草体内的Cd吸收量都没起到吸收抑制作用；在5 mg/kg Cd浓度的处理中，在不加钙的情况下，加入锌浓度为100 mg/kg时对镉的吸收抑制效果最好；在Ca/Zn复合浓度情况下，2种抑制剂浓度分别为100 mg/kg时对镉的抑制效果最明显。烟株根部镉不同形态的吸收规律显示出氯化钠提取态>水溶态>醋酸提取态>盐酸提取态>乙醇提取态。各个形态和处理间差异极显著(P<0.01)。

由表2可知，在镉胁迫下，烤烟根中镉的各个化学形态随镉处理浓度的增加而增加。在不加镉的情况下，各个形态分配比率差别不大；在低浓度镉处理情况下，NaCl态和醋酸提取态含量升高，随镉处理浓度的增加而增加，但各个形态含量因镉处理浓度而异，随着植烟土壤中镉含量的升高，根部水溶态和NaCl提取态的含量大幅度升高。李彦娥[7]在镉胁迫下不同品种烟草镉化学形态分布的研究中指出，烟草叶中镉的各化学形态随镉处理浓度的增加而增加。NaCl提取态分配比率升高，HAC态和HCl态降低。这与该试验研究结果基本一致。

μg/L

2.2Ca/Zn抑制后Cd 在烟草叶部的形态与含量由图2可知，烤烟叶部中镉的各个化学形态随镉处理浓度的增加而增加。在不加镉的情况下，各个形态分配比率差别不大；在加入钙锌抑制剂之后，在1和5 mg/kg Cd浓度的处理中，每个处理每种镉形态的含量都有所下降。烟株叶部镉不同形态的吸收规律显示出乙酸提取态>水溶态>氯化钠提取态>盐酸提取态>乙醇提取态。各个形态和处理间差异极显著(P<0.01)。

由表3可知，在镉胁迫下，烤烟叶中镉的各个化学形态随镉处理浓度的增加而增加。在不加镉的情况下，各个形态分配比率差别不大，盐酸态镉含量甚至未被检测出；在低浓度镉处理情况下，醋酸提取态含量升高；不同化学形态随镉处理浓度的增大而增加，但各个形态含量因镉处理浓度而异，随着植烟土壤中镉含量的升高，叶部水溶态和醋酸提取态的含量大幅度升高。

表3　加入钙锌抑制剂后烤烟叶部镉形态的含量　μg/L

3结论与讨论

通过不同浓度的钙锌抑制剂处理后，烟株根部镉不同形态的吸收规律显示出NaCl>水溶态>醋酸态>盐酸态>乙醇态。在1 mg/kg Cd浓度的处理中，加入Ca/Zn抑制剂后，当其复合浓度为100 mg/kg，对镉的吸收抑制效果好，5种提取液提取的镉形态含量均比对照有所降低；当土壤中镉浓度为5 mg/kg，加入钙锌两种抑制剂浓度分别为100 mg/kg时，对镉的吸收抑制效果最明显。5种镉形态(水溶态、乙醇态、NaCl态、醋酸态、盐酸态)的含量都有不同程度的下降，分别下降了13.53、5.10、47.97、48.60、8.90 μg/kg，其中NaCl态、水溶态和醋酸态的镉含量下降幅度较大。这说明加入钙锌抑制剂后提取果胶镉、蛋白镉和其他难溶的磷酸镉含量下降，降低镉在烟株根系的沉积。

通过不同浓度的钙锌抑制剂处理后，对烤烟叶中不同镉形态含量进行分析，发现烟株叶部镉不同形态的吸收规律显示出醋酸态>水溶态> NaCl态>盐酸态>乙醇态。当土壤镉浓度为1 mg/kg，加入抑制剂锌浓度为50 mg/kg时，抑制效果明显，除盐酸态的镉含量没有下降外，其余4种形态的镉(水溶态、乙醇态、NaCl、醋酸态)分别下降0.42、0.14、0.141、1.13 μg/kg。当土壤中镉浓度为5 mg/kg ，加入抑制剂锌浓度为100 mg/kg时，5种镉形态含量均有所下降；加入抑制剂钙浓度为100 mg/kg，盐酸态的镉含量升高0.09 μg/kg，其余4种形态的镉含量有不同程度的下降，其中NaCl态和醋酸态的镉含量下降幅度最大。这说明加入钙锌抑制剂后提取果胶镉、蛋白镉和其他难溶的磷酸镉含量下降，降低镉在烤烟叶部的沉积。

采用土培试验，研究镉不同浓度土壤及加入抑制剂之后烟草镉的化学形态含量变化，探讨烟草镉的吸收抑制机制。研究表明,在镉胁迫下，烟草根中镉的各个化学形态随镉处理浓度的增加而增加。在不加镉的情况下，各个形态分配比率差别不大；在低浓度镉处理下，叶部的醋酸提取态分配比率升高；各形态含量因镉处理浓度而不同，土壤中镉浓度高时，烤烟根部水溶态和NaCl的镉含量明显提高。

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摘要植物在受到镉胁迫后许多重要的生理过程如生长、发育，抗病防御反应和抗逆反应都会有所降低，严重影响植物的产量与质量。在不同外添加镉浓度处理下，分析添加钙锌抑制剂后烤烟根部、叶部镉的赋存形态及抑制作用。结果表明：烟株根部对镉不同形态的吸收量表现为氯化钠态>水溶态>醋酸态>盐酸态>乙醇态。加入100 mg/kg钙、锌两种抑制剂，降低了上述形态的镉的吸收量。烟株叶部不同形态镉含量为醋酸态>水溶态>氯化钠态>盐酸态>乙醇态。加入钙锌抑制剂后由于根系对这些形态的Cd吸收减少，叶片中提取果胶镉、蛋白镉和其他难溶的磷酸镉等含量也随之下降。

关键词钙锌抑制剂；镉；吸收

Calcium and Zinc on Cadmium Uptake Inhibitory Mechanism of Flue-cured Tobacco

LIAO Yong, RAN Wu*, LU Yin-gang et al(Guiyang City Company,Guizhou Tobacco Company, Guiyang, Guizhou 550001)

AbstractPlants in many important physiological processes such as growth, development, resistance to defense and anti reverse reaction are reduced after cadmium stress, which seriously affect the yield and quality of plants. The existing forms of cadmium in root and leaf of flue-cured tobacco and its inhibition effect were analyzed by the treatment of different concentrations of cadmium. The results showed that the absorption capacity of different forms of the root of the tobacco plant was as follows: sodium chloride state>water soluble>acetic state>hydrochloric state>ethanol state. The addition of 100 mg/kg to two kinds of inhibitors decreased the absorption of cadmium in the above form. The contents of Cd in the leaves of the tobacco plant were as follows: the contents of different forms of cadmium in tobacco leaves were as follows: acetic state>water soluble>NaCl state>hydrochloric state>ethanol state. After the addition of calcium zinc inhibitor, the Cd uptake of the root system was decreased, and the contents of pectin Cd, protein Cd and other insoluble phosphate Cd were decreased.

Key wordsCalcium, Zinc inhibitors; Cadmium; Absorption

收稿日期2015-10-08

作者简介廖勇(1978-)，男，贵州贵阳人，农艺师，硕士，从事烟草营养与栽培方面的研究。 *

通讯作者，硕士研究生，研究方向：植物遗传与生理。

中图分类号S 572

文献标识码A

文章编号0517-6611(2015)32-008-03