镉胁迫下硅肥对盐地碱蓬幼苗生理特性的影响

李丽，张铭璇，杨舒涵，侯杰，罗志文

(佳木斯大学生命科学学院，黑龙江 佳木斯 154007)

盐地碱蓬(Suaedasalsa)为一年生草本植物[1]，是盐碱地典型的指示植物，主要分布于我国东北大庆等地。研究表明，碱蓬对重金属镉污染具有一定的耐受性。镉(Cadmium，Cd)是环境中常见的重金属元素，被植物吸收后在植物的体内聚集，对植物的生长和发育有抑制[2]，而且通过食物进入到人体，从而产生毒害。硅肥(Silicon，Si)是一种具备着良好的品质肥料、保健肥料和植物调节性肥料，是一种新型的多功能的肥料[3]。硅肥既可以作为肥料，来提供植物生长和发育所需的营养，又可以用作为土壤中的调节剂，用来改善土壤。硅肥还凭借着它的没有毒性、没有味道味、无公无害、不容易变质、不容易流失等许多较为且突出的优势，即将要成为开展和完成绿色生态农业的高效优质的肥料。

本研究以盐地碱蓬作为测试材料，测定盐地碱蓬在重金属镉的胁迫下硅肥对幼苗生理特性的影响。

1 材料与方法

1.1 材料来源

供试材料盐地碱蓬采自黑龙江省大庆市荒地草甸环境中，经佳木斯大学生命科学学院罗志文副教授鉴定为盐地碱蓬(Suaedasalsa)[4-5]。

研究中使用了电子天平、分光光度计、离心机等设备。试剂包括：氯化镉、速溶硅肥、三氯乙酸、愈创木酚、硫代巴比妥酸、考马斯亮蓝法G250、过氧化氢(H2O2)等。

1.2 测定方法

1.2.1 株高与根长测量。用游标卡尺测量幼苗株高和根长(主根长)。

1.2.2 鲜重和与干重测定。用电子天平直接测量幼苗鲜重，干重需要在105 ℃的干燥箱中处理后再称重。

1.2.3 叶绿素含量的测定。采用分光光度计测量吸光度值，根据Lambert Bill定律来计算提取物中色素的含量[6-8]。

1.2.4 蛋白质含量的测定。采用考马斯亮蓝法测量吸光度值，采用比色法计算提取物中色素的含量。

1.2.5 丙二醛含量的测定。采用硫代巴比妥酸法，根据朗伯-比尔定律：D=k·CL，可测定丙二醛的含量[9-12]。

1.2.6 过氧化物酶活性的测定。采用H2O2和愈创木酚进行处理，采用分光光度法来测定过氧化物酶活性。

2 结果与分析

2.1 碱蓬幼苗的株高及根长

镉胁迫下不同硅肥浓度下碱蓬幼苗的高度及根系长度，如图1所示，随着土壤中硅肥浓度的增加，碱蓬幼苗的株高和根长均略呈降低趋势。当硅肥浓度在0.975 g/m2时，株高及根长达最大值，再次升高硅肥浓度后数据有所下降，说明高浓度的硅肥对碱蓬幼苗的株高及根系生长均具有抑制作用[13]。

表1 镉胁迫下不同硅肥含量下碱蓬幼苗的株高及根长

2.2 碱蓬幼苗的鲜重和干重

镉胁迫下不同硅肥浓度下碱蓬幼苗的鲜重，烘干后测定其干重，如图2。碱蓬幼苗的鲜重和干重均低于对照组(CK)，两者均呈现先升高后下降趋势，当硅肥浓度在0.975 g/m2时，鲜重达到最大值，干重也达到最大值，说明镉胁迫下硅肥对碱蓬幼苗的鲜重和干重均有较大影响。

表2 镉胁迫下不同硅肥含量下碱蓬幼苗的鲜重和干重

2.3 碱蓬幼苗的叶绿素含量

测定镉胁迫下不同硅肥浓度下碱蓬幼苗的叶绿素含量，结果如表3。在不同硅肥浓度下，碱蓬幼苗叶绿素含量呈现先升后降，在硅肥浓度在0.975 g/m2时，幼苗叶绿素含量达到0.537 mg/g，与对照组CK相比，叶绿素含量有明显增加，但整体变化不大。

表3 镉胁迫下不同硅肥含量下碱蓬幼苗叶绿素含量

2.4 碱蓬幼苗的蛋白质含量

测定镉胁迫下不同硅肥含量下碱蓬幼苗的蛋白质含量，结果如表4。随着土壤中硅肥浓度的不断增加，碱蓬幼苗的蛋白质含量也同样表现出先增后减的趋势，当硅肥浓度0.975 g/m2时，蛋白质含量最高，达到8 472 μg/g。硅肥浓度再次上升后，蛋白质含量逐渐下降，且趋势显著。

表4 镉胁迫下不同硅肥含量下碱蓬幼苗蛋白质含量

2.5 碱蓬幼苗的丙二醛含量

测定镉胁迫下不同硅肥浓度下碱蓬幼苗的丙二醛含量，结果如表5。在不同浓度的硅肥含量下，随着硅肥浓度的增加，碱蓬幼苗的丙二醛含量先降低后升高。当硅肥浓度在0.975 g/m2时，MDA含量最低，达到0.00092 μmol/L。再增加硅肥浓度后，丙二醛含量增加。

表5 镉胁迫下不同硅肥含量下碱蓬幼苗丙二醛含量

2.6 碱蓬幼苗的过氧化物酶活性

测定镉胁迫下不同硅肥含量下碱蓬幼苗的过氧化物酶活性，结果如表6。随着土壤中硅肥浓度的增加，过氧化物酶活性呈现先上升后下降的趋势。当硅肥浓度在0.975 g/m2时，过氧化物酶活性最高，达到5522 u/g·min。当硅肥含量再次升高，过氧化物酶活性呈急剧下降的趋势。当硅肥浓度在1.424 g/m2时，严重的影响了碱蓬的生长。

表6 镉胁迫下不同硅肥含量下碱蓬过氧化物酶活性

3 讨论与结论

3.1 镉胁迫下不同硅肥浓度对碱蓬幼苗株高及根长的影响

植物的根系作为一种非常重要的吸收和代谢的器官，其生长情况的好与坏不仅直接影响着植物对水分和无机盐的吸收，同时还制约了植物土壤根上部分的生长。当硅肥浓度在0.975 g/m2时，碱蓬幼苗株高与根长最长，表明了施加硅肥可以减轻镉对碱蓬幼苗的胁迫作用，当超过碱蓬幼苗耐受范围的硅肥浓度是浓度，株高及根长均低于对照组，明显受到抑制。

3.2 镉胁迫下不同硅肥浓度对碱蓬幼苗鲜重及干重的影响

研究表明，镉胁迫下植物生长缓慢与根系渗透压有关，导致叶面积生长缓慢，鲜重和干重显著下降，施加一定量的硅肥后，碱蓬幼苗的鲜重及干重均表现增加的效果。当硅肥浓度在0.975 g/m2时，盐地碱蓬幼苗的鲜重及干重均是最大值，表明了硅肥可以有效地改善被重金属镉污染过的土壤环境，是碱蓬幼苗在重金属镉的胁迫下，仍然可以更好地生长。试验证明，施加适量的硅肥可以使水稻增产显著，体现了施加一定量的硅肥后可以使作物达到增产的效果。

3.3 镉胁迫下不同硅肥浓度对碱蓬幼苗叶绿素含量的影响

在植物的光合作用中，叶绿素能够对光有接收作用，并且可以将光能进行转换，对绿色植物的光合能力有影响。本次研究中，施加一定量的硅肥，可以使叶绿素的含量高于对照组。当硅肥浓度在0.975 g/m2时，叶绿素含量最高，但是，当硅肥浓度高于0.975 g/m2时，叶绿素含量降低，说明了施加过高浓度的硅肥也会影响碱蓬幼苗叶绿素的含量。

3.4 镉胁迫下不同硅肥浓度对碱蓬幼苗蛋白质含量的影响

本次研究表明，在重金属镉的胁迫下，施加一定量的硅肥可以使碱蓬幼苗的蛋白质含量增加，在硅肥浓度为0.975 g/m2时，蛋白质含量最高，随着硅肥的继续升高，蛋白质含量相应减少，说明硅肥对重金属镉有一定的消除，然而过高的硅肥浓度也将会抑制蛋白质的合成，影响植物正常生长。

3.5 镉胁迫下不同硅肥浓度对碱蓬幼苗丙二醛含量的影响

研究结果表明，碱蓬幼苗在受镉胁迫影响后，施加硅肥会使碱蓬幼苗丙二醛的含量随着硅肥浓度的增加呈现先减少后增加的趋势。在0.975 g/m2的硅肥浓度下丙二醛的含量最低，抵消重金属胁迫的效果也最明显。当硅肥浓度继续升高后，丙二醛的含量相应地增加，碱蓬幼苗受到的毒性效应也增加。但整体上丙二醛的含量变化较小。

3.6 镉胁迫下不同硅肥浓度对碱蓬幼苗过氧化物酶活性的影响

过氧化物酶(POD)是植物中一种重要的保护酶，它能有效地去除植物代谢过程中产生的活性氧，保护植物免受其他损伤。在本次研究中，施加一定量的硅肥会使植物体内过氧化物酶活性显著增加，当硅肥浓度为0.975 g/m2时，酶活性达到峰值，表明碱蓬幼苗通过施加适量的硅肥来提高过氧化物酶活性，进而来抵御重金属镉的污染，提高碱蓬幼苗的耐重金属性。但是，数据表明，施加过量的硅肥也会抑制植物的生长和发育。

4 研究展望

试验结果，可以得出碱蓬对重金属镉的胁迫下，加入范围在0.975 g/m2浓度以内的硅肥，植物表现出适应这种重金属镉胁迫的状态，及相应的生理反应。当超过0.975 g/m2的硅肥浓度时，碱蓬将表现出无法继续适应状态，严重的影响了植物的生长和发育，对植物造成伤害。本研究将为盐生植物修复和监测重金属污染提供理论依据和数据参考，具有一定的经济价值和社会效益。