镉胁迫对烤烟抗氧化酶系统的影响

秦仕华　宋晓慧　陆引罡

摘要 通过盆栽试验，研究不同浓度Cd胁迫（浓度0、1、3、5 mg/kg）对烤烟叶片抗氧化系统的影响。结果表明，随着Cd浓度的增加，叶绿素含量逐渐减小；丙二醛（MDA）含量随镉浓度增大而逐渐增加；3 mg/kg Cd胁迫下，叶片过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、根部过氧化氢酶（CAT）活性最大。随着Cd浓度增大，烤烟叶片和根的抗氧化酶活性逐渐降低。从而提出降低烟株体内Cd含量的营养调控方法，为进一步了解植物对Cd的抗性机理提供科学数据。

关键词 烤烟；镉胁迫；抗氧化酶系统；影响

中图分类号 S572 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）16-0025-02

Abstract Through pot experiment，the effects of different concentrations of cadmium（0，1，3，5 concentration mg/kg）on flue-cured tobacco antioxidant system were studied.The results showed that with the increase of cadmium concentration，chlorophyll decreased gradually；malonaldehyde（MDA）content increased gradually with increase of cadmium concentration；under 3 mg/kg concentration of cadmium stress，leaf peroxidase（POD），catalase（CAT），catalase（CAT）activity maximum.Along with the Cd concentration increased，leaf and root antioxidant enzymes activity gradually reduced，thus proposed reduces the nutritional regulation method of tobacco plant cadmium content，so as to provide scientific data for further understanding the mechanism of resistance of plants to Cd.

Key words flue-cured tobacco；cadmium stress；antioxidant enzyme system；effect

重金屬中除了汞以外，镉（Cd）是土壤中丰度最小的元素之一（一般土壤中Cd的含量为0.01～0.07 mg/kg，平均为0.06 mg/kg，总的来说不超过0.1 mg/kg）[1-4]，同时它也是环境中的剧毒重金属元素之一。早在1984年联合国环境规划部署提出12种危害物质中就包括重金属Cd，土壤中Cd污染的主要来源是大气中重金属沉降、污水灌溉、施用重金属污染的有机肥料以及施用重金属含量较高的农药以及冶金、采矿等。其中，冶金和采矿是向环境中释放重金属的主要污染源。据调查统计，排到环境中的Cd有82%～94%进入土壤，其中大部分为农业土壤。目前，中国仅因污水灌溉受重金属污染的耕地面积近2 000万hm2，其中Cd污染耕地1.33万hm2。因此，重金属Cd污染已经成为一个重要的环境问题[5]。不适当的工业排污使得大量Cd进入土壤-植物生态系统，并通过食物链危及人类健康[6]。当Cd在植物体内积累达到一定浓度时，就会干扰离子间原有的平衡系统，阻碍正常离子的吸收、运输、渗透和调节等过程，影响植物的正常生理代谢活动[7-8]。Cd能够影响植物的光合系统，抑制植物的光合作用，引起植物氧化胁迫和膜的损伤[9]，改变活性氧代谢的有关酶系如抗氧化酶系的活性[10]。烟草是我国重要的经济作物之一，同时也是一种镉的超富集植物[11]。迄今为止，关于Cd胁迫下烟草耐受性和生理生化指标的研究较多，如严重玲等[12]利用红花大金元为材料，研究镉和铅胁迫对烟草叶片中叶绿素含量、CAT（过氧化氢酶）、SOD（超氧化物歧化酶）和POD（过氧化酶）活性等影响，结果表明，镉和铅胁迫破坏烟草活性氧系统，加速叶片的衰落；MDA（丙二醛）已被广泛用作衡量脂膜过氧化损伤的指标[13-14]，MDA的积累在一定程度上反应了体内自由基活动的动态，大量的研究证明，重金属离子浓度越高，MDA积累越多[15-16]。在重金属胁迫下，细胞膜受到伤害，结果导致植物体内一系列生理生化过程失调，重金属离子均可使高等植物的叶绿素含量明显降低。

1 材料与方法

1.1 试验概况

试验在贵州大学农学院盆栽场内进行，供试土壤为酸性黄砂泥，土壤肥力中等。试验材料取自开阳县的烤烟品种南江3号幼苗。

1.2 试验设计

采用盆栽试验，试验共设4个镉浓度处理，分别为0、1、3、5 mg/kg。

1.3 试验实施

供试土壤去除表面10 cm土层，再取土。自然风干，过1 cm筛，把不同浓度的镉溶液均匀地喷洒于土壤表面，封闭平衡1个月，备用。采用盆栽，烤烟移栽密度为16 500株/hm2。纯N、P2O5、K2O的总施用量分别为93.75、75.00、280.5 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O约为1.00∶0.80∶2.99。基肥施用量为750 kg/hm2，追肥施用量为300 kg/hm2。折合施用量为基肥45 g/株、追肥18 g/株。

1.4 测定内容与方法

分光光度法测定叶绿素含量、过氧化氢酶（CAT）；显色反应法测定丙二醛含量；比色法测定过氧化物酶（POD）；氮蓝四唑法测定抗氧化酶系统活性、超氧化物歧化酶（SOD）[17-18]。endprint

1.5 数据处理

数据统计分析用Microsoft Excel和SPSS17.0软件。

2 结果与分析

2.1 镉胁迫下不同生长期烤烟叶绿素和丙二醛含量的变化

由图1～3可知，烟株体内的叶绿素含量随着Cd浓度的增加呈现逐渐下降趋势，成熟期叶绿素含量最低，各时期的镉含量在不同时期差异极显著（P<0.01）。烟株叶部丙二醛的含量随着Cd浓度的增加呈现出先升后降再升的趋势，现蕾期丙二醛含量最低，旺长期丙二醛含量最高，各时期的丙二醛含量在不同时期差异极显著（P<0.01）。烟株体内根部丙二醛含量随着Cd浓度的升高呈现逐渐下降趋势，成熟期含量升高，现蕾期含量最低，成熟期含量最高，各时期的丙二醛含量在根部不同时期和浓度间差异均不显著（P>0.05）。

2.2 镉胁迫下不同生长期烤烟叶部抗氧化酶活性的变化

由图4～6可知，随着Cd浓度的增加，CAT的活性呈现先上升后下降的趋势，现蕾期达到最高，成熟期达到最低，各时期的CAT活性在不同时期和浓度间均差异极显著（P<0.01）。POD的活性呈现先上升后下降的趋势，现蕾期达到最高，各时期的POD活性在不同时期差异极显著（P<0.01）。SOD的活性呈现先上升后下降再上升的趋势，成熟期达到最高，各时期的SOD活性在不同时期差异极显著（P<0.01）。

2.3 镉胁迫下不同生长期烤烟根部抗氧化酶活性的变化

由图7～9可知，随着Cd浓度的增加，根部CAT的活性呈现先上升后下降的趋势，现蕾期CAT活性达到最高，团棵期和成熟期CAT活性相差不大，各时期的CAT活性在不同时期差异极显著（P<0.01）。随着Cd浓度的增加，根部POD的活性呈现逐渐下降的趋势，成熟期POD活性最低，各时期的根部POD活性在不同时期和浓度间均差异不显著（P>0.05）。随着Cd浓度的增加，根部SOD的活性呈现先上升后下降的趋势，旺长期达到最高，成熟期达到最低，各时期的SOD活性在不同时期差异极显著（P<0.01）。

3 结论

试验结果表明，随着Cd胁迫时间的延长和处理浓度的升高，烤烟的SOD、POD、CAT 等呈现先升高后降低的趋势，MDA含量逐渐增加。在3 mg/kg Cd胁迫下，叶片过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、根部过氧化氢酶（CAT）活性最大，表明Cd胁迫使植物体内活性氧积累，从而破坏膜系统的结构和功能。随着Cd浓度增大，烤烟叶片和根的抗氧化酶活性逐渐降低，叶绿素含量也逐渐减少，因而可以通过提高保护酶活性来清除Cd 胁迫产生的活性氧。

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