镉胁迫下多穗柯幼苗的生长及生理响应

罗文姬 王艺锦 陈依 王凌晖 滕维超

摘 要 分别用0（对照）、50、100、150、200和250 mg/L的镉处理多穗柯（Lithocarpus polystachyus Rehd）幼苗，研究镉胁迫环境对其生长、生理和光合特性的影响。结果表明：50 mg/L处理的多穗柯幼苗株高和地茎的增长量以及整株的干重均比对照显著性提高；100、150和200 mg/L处理的幼苗各生长指标均有所降低但差异不显著，但相对电导率和渗透调节物质、CAT和POD活性均显著性增高；250 mg/L处理时，幼苗的生物量、形态指标显著性降低，而相对电导率和渗透调节物质显著性增大。说明50 mg/L镉浓度处理有利于多穗柯幼苗的生长，250 mg/L处理则幼苗的生长、生理和光合作用受到显著性抑制。

关键词 多穗柯；镉胁迫；生长；生理

中图分类号 S567 文献标识码 A

Responses of Growth and Physiology of Lithocarpus polystachyus Rehd Seedlings under Cadmium Stress

LUO Wenji， WANG Yijin， CHEN Yi， WANG Linghui*， TENG Weichao

College of Forestry， Guangxi University， Nanning， Guangxi 530004， China

Abstract The effects of cadmium stress on the growth， physiology and photosynthetic characteristics of Lithocarpus polystachyus Rehd were studied by using 0（control）， 50， 100， 150， 200 and 250 mg/L of cadmium. The results showed that the plant height increment， stem increment， and dry weight of 50 mg/L treatment were significantly higher than that of CK. The growth indices of 100， 150 and 200 mg/L treatments were all decreased， but the difference was not significant. However， the relative electrical conductivity and osmotic adjustment substances， CAT and POD activity were significantly increased. Under the 250 mg/L cadmium treatment， the biomass， morphological indexes and photosynthetic parameters of the seedlings were significantly decreased， while the relative electrical conductivity and osmotic adjustment substances were increased significantly. The results indicated that 50 mg/L cadmium concentration was beneficial to the growth of the seedlings， and the growth， physiology and photosynthesis of the seedlings were significantly inhibited by the 250 mg/L treatment.

Key words Lithocarpus polystachyus Rehd； cadmium stress； growth； physiological

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2017.08.012

多穗柯（Lithocarpus polystachyus Rehd）又名甜茶，為壳斗科栎属常绿乔木，以野生状态分布于我国长江以南各省区海拔500～2 500 m的低山密林，广西、湖南等地资源最为丰富。多穗石柯属药食同源植物，兼具茶、糖、药3种功能。民间常采集多穗柯的嫩叶食用，其茶甘甜清爽，香气浓郁，起到生津止渴，消除疲劳的效果[1]。甜味成分来源主要是根皮苷、三叶苷和3-羟基根皮苷3种甜味成分，其中根皮苷占的比例最大，约占95%，甜度含量是蔗糖的300倍[2-3]。多穗柯被誉为“树上的虫草”，其具有较强的天然抗氧化性和保护心脑血管、降血糖降脂、抗癌抗肿瘤、抗菌抗过敏等重要药用效果[4-7]。近年来，城市的土壤重金属污染日益加重，尤其以镉污染最为严重[8]。镉污染不仅影响植物生长，还通过植物进入人类体内，对人体产生毒害。广西矿产资源丰富，也是我国有色金属的重点产区，但这也是成为重金属污染源的主要原因[9]。

目前，关于多穗柯的研究大多数集中在其基本化学成分的构成和药用价值、机理等方面，而对其抗逆性方面的研究未有任何报道。本研究探讨多穗柯在镉胁迫下生长与生理的响应，以为阐明多穗柯抗逆性机理提供理论基础，并为推进广西保健甜茶多穗柯的栽培推广及园林植物配置应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料为广西壮族自治区林业科学研究院提供的3个月龄长势健康且一致的多穗柯组培苗。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 试验于2014年2月在广西大学林学院苗圃（东经108°17′，北纬22°50′）进行，栽培基质为水塘底部腐殖质黑土与苗圃粗砂（4︰1）混合而成。采用单因素完全随机区组设计进行盆栽试验，设置6个镉浓度处理，分别为0（CK）、50、100、150、200和250 mg/L，每个处理20个重复，共120盆。具体方法为：称取CdCl2·2.5H2O配制成相应浓度的溶液，每株均匀浇灌100 mL处理溶液，每隔10 d浇1次，持续2个月。处理期间统一进行定期浇水、松土、病虫害防治、除草等正常管理。

1.2.2 测定项目与方法 （1）生长指标的测定。苗高、地径：测量苗高（从苗木地径处到苗木顶芽的直线长度）和地径（平行土面处的主茎粗度），均精确到0.01 mm。干重：测定整株、地上部和地下部的干重，采用烘干称重法，置80 ℃的烘箱中烘烤72 h，直至恒重，精确到0.001 g。根系生长：测定根总体积、根总长度、根总表面积、根尖总数。用Epson根系扫描仪及WinRHIZO分析软件根分析系统测定。（2）生理指标的测定。镉浓度处理结束后，对苗木进行生理生化指标的测定，叶片叶绿素含量采用分光光度法，细胞膜透性用电解质外渗量法，丙二醛含量用硫代巴比妥酸（TBA）法，可溶性糖含量用蒽酮比色法，可溶性蛋白含量用紫外吸收法，过氧化物酶（POD）含量用紫外分光光度法，过氧化氢酶（CAT）含量用紫外分光光度法。（2）光合特性的测定。采用LI-6400XT便攜式光合作用测定仪进行测定植株的光响应曲线。

1.3 数据处理与分析

采用LSD法进行多重比较，SPSS进行线性相关性和双因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 镉胁迫对多穗柯幼苗生长的影响

2.1.1 株高和地径增长量及干重 由表1可知，随着镉处理浓度的增大，多穗柯幼苗株高和地径增长量呈现先升高后降低的趋势。用50 mg/L浓度处理时，株高和地茎增长量比对照均有提高。镉浓度大于100 mg/L以后，株高和地茎增长量逐渐下降且低于对照；当浓度大于200 mg/L时，增长量相比对照组显著性降低。

随着镉浓度增大，多穗柯地上部干重与整株干重均呈先升高后下降趋势，地下部干重则呈现先降低后升高的趋势。50 mg/L处理整株干重、地上部干重与对照差异不显著，但地下部干重相比对照显著降低。150 mg/L处理的地上部和地下部干重以及整株干重均比对照显著降低。

2.1.2 根系生长 由表2看出，在镉胁迫下，多穗柯幼苗根的总长度、总表面积和总体积以及根尖的总数呈高-低-高的变化趋势。50 mg/L处理根总长与对照相比显著性降低，而根总体积和根尖总数比对照显著性增大。随着镉浓度增加到150 mg/L时，幼苗根总长、总表面积和总体积以及根尖总数相比对照均显著性的降低；而到250 mg/L处理时，根总表面积和根尖总数显著性降低时，根总长和总体积反而显著性增加。

2.2 镉胁迫对多穗柯幼苗生理特性的影响

2.2.1 相对电导率和渗透调节物质 由表3可知，随着镉处理浓度的增大，多穗柯幼苗相对电导率和丙二醛含量均表现出了显著性增大的趋势；可溶性糖和可溶性蛋白含量表现出先升高后降低的趋势，但镉胁迫处理的幼苗仍显著性高于对照组。

2.2.2 CAT和POD活性 由表4可知，随着镉处理浓度的增大，多穗柯幼苗CAT和POD活性呈现低-高-低的变化趋势。50 mg/L镉浓度处理下，幼苗CAT和POD活性相比对照组显著性提高。200 mg/L镉浓度以上的处理，幼苗2个抗氧化酶活性相对下降。

2.3 镉胁迫对多穗柯幼苗光合作用的影响

2.3.1 叶绿素含量 由表5看出，随着镉处理浓度的增大，多穗柯幼苗叶绿素a、叶绿素b和叶绿素a+b含量呈现高-低-高变化趋势。低于100 mg/L的处理，叶绿素含量与对照差异不显著，150 mg/L处理的叶绿素含量最低。

2.3.2 光响应曲线 从表6可以看出，随着镉胁迫浓度的增大，多穗柯幼苗的最大净光合速率、光饱和点、光补偿点和暗呼吸速率都呈下降趋势。

3 讨论

本试验发现，低浓度镉处理能促进多穗柯幼苗的地上部分生长和根尖总数的形成，但抑制了根纵向生长；而高浓度镉处理抑制多穗柯幼苗的生长发育和生物量的形成，抑制根系伸长和根尖总数形成。随着镉处理浓度的增大，多穗柯幼苗的各项生长指标均呈现了先升高后降低的趋势。50 mg/L处理的根总长相比对照显著性降低，而根总体积和根尖总数显著性增大，这与王有年等[10]对‘丽春桃[Prunus persica（L.）Batsch]的研究结果一致。当镉浓度增加到100 mg/L，多穗柯幼苗各根系指标相比对照均显著性的降低，马沙等[11]研究也显示：镉浓度高于100 mg/L时，对紫茎泽兰种子萌发及幼苗根长具有明显的抑制作用。

多穗柯幼苗的渗透调节物质随着镉处理浓度的增大而显著性增大，可能是因为镉胁迫严重破坏了细胞膜结构和功能，造成膜透性增大，稳定性降低，细胞内的可溶性糖和可溶性蛋白被动外渗，以致相对电导率增大，另外细胞膜脂过氧化加剧，膜脂过氧化的产物MDA显著增加。

低镉浓度胁迫对于多穗柯幼苗的保护性酶有一定的诱导作用，但在镉浓度较高的情况下，镉的毒害作用超出了多穗柯自身的调节作用，仍会使酶活性失效。POD作为细胞内清除活性氧系统中的重要酶，能催化H2O2与酚类的反应[12]。CAT能淬灭 H2O2 [13]，对植物体氧化和抗氧化的平衡起重要作用[14]。本试验中，多穗柯幼苗CAT和POD活性呈低-高-低的变化趋势。50 mg/L镉浓度下，幼苗CAT和POD活性比对照组显著性提高，是因为其受到镉毒害，应激性显著性增大活性氧，使其体内的活性氧自由基可以维持在无毒害水平。过量镉毒害的抗氧化酶比对照略低，可能是在逆境胁迫下植物组织会产生并大量积累O2、H2O2等活性氧，其可直接攻击膜系统的不饱和脂肪酸，从而导致了膜脂过氧化，诱发脱脂化，降低了膜的流动性，增加细胞膜的透性，最终导致细胞膜系统和活性氧防御系统遭到破坏。

葉绿素含量显著性降低，不利于多穗柯光合作用、生长发育和生物量的形成。随着镉浓度的增大，多穗柯幼苗叶绿素含量呈现高-低-高变化趋势。这说明在50 mg/L镉浓度下，多穗柯的光合色素显著性增大，但随着镉胁迫程度的加剧，叶绿体受到不同程度的破坏，迫使其各叶绿素含量显著性降低。而此时的净光合速率和光饱和点显著性降低，表明随着镉胁迫程度加深，多穗柯幼苗光合作用受阻，体内的有机物积累的速度下降。另外，多穗柯幼苗的光补偿点和暗呼吸速率显著性降低，以提高光能利用率，减少自身消耗，保证其体内能够积累更多的有机物以抵抗镉胁迫的侵害，对镉胁迫环境适应性的加强。

参考文献

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