镉胁迫对植物的影响探究

姜艺　黄琳丽

摘 要 镉是一种有毒的重金属，容易被动植物吸收，进而对人类产生严重危害。基于此，分析镉对植物生长、光合作用、植物酶活性及植物细胞等的影响，为今后研究土壤中镉对植物的胁迫效应提供参考。

关键词 镉胁迫;植物;耐镉机理

中图分类号：S432.2+2 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.30.069

目前，工业迅猛发展，城镇化进程加快，土壤重金属污染成为世界瞩目的问题，严重威胁着土壤资源的可持续利用和粮食的安全种植。根据我国环境保护相关部门调查的部分地区的土壤重金属污染状况来看，我国大部分地区普遍存在镉污染问题。

1 镉胁迫对植物生长的影响

植物生长受镉胁迫的影响主要表现为“低促高抑”。不同种类的植物在镉胁迫下的表现有一定差异，但总体上表现为低浓度的镉基本不会影响植物的生长发育，甚至还会提高种子的发芽率，起到促进种子萌发和幼苗生长的作用;在高浓度的镉胁迫下，种子的发芽率会显著降低，幼苗的生长受到一定抑制，甚至完全停止生长。王明新等人以孔雀草为实验材料，研究在不同浓度的镉胁迫下孔雀草叶片中光合色素和丙二醛含量以及镉积累量与化学形态分布变化[1]。研究表明，随着培养基中镉浓度的增加，孔雀草叶片中的光合色素含量变化显著，叶绿素呈现先增加后减少的变化趋势，类胡萝卜素的含量变化不大，表明其未受到镉胁迫;叶片中丙二醛的含量则呈线性下降，高浓度镉处理（≥0.1 mmoL·kg-1）对孔雀草生长有明显的胁迫作用[1]。高芳等人以不同品种的花生为实验对象，研究了土壤中不同浓度的镉胁迫对其生理生化指标和产量品质的影响，实验表明，在低浓度镉胁迫下，两个品种花生的营养生长都受到了促进，在高浓度镉胁迫下，两个品种花生的生长都受到了抑制[2]。同时，两个品种花生叶片中的叶绿素含量均下降，净光合速率及产量也呈下降趋势[2]。张卫娜等人以植物光照培养箱中的拟南芥为实验材料，研究了不同浓度的氯化镉溶液对拟南芥幼根生长情况的影响[3]。结果表明，随着氯化镉溶液浓度的增加，拟南芥幼根的生长明显受到抑制，根长明显变短，其长度约为对照组的1/5，且叶片明显变小[3]。

2 镉胁迫对植物光合作用的影响

在高等植物中，重金属胁迫会对光合系统产生影响，镉会抑制植物的光合作用。当植物受到高浓度的镉胁迫时，叶绿素的合成会受到影响，叶绿体的结构会被破坏，植物的光合作用会受到抑制。滕振宁等以对镉相对敏感的水稻品种和相对耐受的品种为实验材料，探究镉对两种品种水稻叶片光响应特征的影响[4]。结果表明，经过镉处理后，这两种水稻的净光合速率均呈下降趋势，并且与不添加镉的对照组相比，两个水稻品种的光响应曲线参数差异很大，两种水稻剑叶最大净光合速率和光饱和点降低，而光补偿点却大大提高[4]。张媛华以绿豆幼苗为实验对象，测定了镉胁迫下幼苗生长初期的发育指标以及各微量元素Zn、Mn、Fe和Cu的积累情况[5]。结果表明，经镉胁迫后，绿豆幼苗的株高明显受到抑制，植物的根长较之前缩短，光合速率降低，幼苗茎、叶中的微量元素Zn、Mn、Fe和Cu的含量也不同程度受到抑制，说明镉胁迫可以改变植物中微量元素的积累，从而影响植物光合作用的顺利进行，最终抑制植物的生长发育[5]。

3 鎘胁迫对植物保护酶活性的影响

植物体内存在一些重要的保护酶，如超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）及过氧化氢酶（CAT），三者共同构成了植物的保护酶系统。当植物体内镉累积到一定程度，镉离子会在植物体内运动，各种活性氧直接进行相互转化，直接导致植物体内活性氧（ROS）大量产生，从而破坏细胞内活性氧的平衡，破坏了质膜的形态和结构，导致细胞氧化损伤，最终抑制植物生长。此时，植物保护酶系统中的每一种酶类都会发生相应的变化，这些酶类通过改变自身活性的高低来清除代谢过程中产生的额外活性氧，从而维持植物体内的生物自由基处于有利无害的水平。酶活性的变化也与重金属镉的胁迫强度有关，田丹等人以生菜种子为实验材料，研究在不同浓度的镉胁迫下生菜种子萌发情况、幼苗生长情况以及叶片中抗氧化系统活性变化情况[6]。结果表明，随着镉浓度升高，生菜种子的发芽率与对照组相比有所下降，生菜幼苗的株高也有所降低，生菜幼苗根和芽中的POD活性呈升高趋势，SOD活性先显著增加后略有降低，而CAT的活性明显降低。因此，较高浓度镉造成的氧化胁迫是抑制生菜种子萌发和幼苗生长的重要原因[6]。范业赓等人通过盆栽试验模拟甘蔗在镉胁迫下生长，探究不同浓度镉胁迫对甘蔗幼苗生长以及叶片中抗氧化酶活性的影响[7]。结果表明，随着镉浓度增加，甘蔗叶片中的超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）相比于对照出现了较大波动，SOD活性表现出先增大后减小，POD的活性持续增加，而植物络合素（PCs）的含量则随着镉胁迫浓度的增加先升高后趋于平稳，这表明甘蔗生理不仅受镉影响，随着时间的推移，镉积累也是左右甘蔗生理变化的重要因素[7]。

4 镉胁迫对植物细胞的影响

在高浓度的镉胁迫下，植物根尖细胞的有丝分裂过程会被抑制，细胞分裂周期会延长，导致染色体断裂、丢失、分裂不均等异常现象。高浓度的镉还会影响植物基因组模板的稳定性，阻碍DNA的合成。相反，低浓度的镉会促进植物细胞分裂，DNA和RNA合成酶、蛋白质合成酶的活性也受到刺激，最终表现为促进植物生长。孙婕妤以14种地被菊幼苗为实验材料，研究不同浓度的镉胁迫对不同品种地被菊生理抗性及超微结构的影响[8]。结果表明，与对照组相比，镉胁迫引起4种地被菊叶细胞超微结构变化，并且随着镉浓度的升高，叶片细胞中的细胞核、线粒体和叶绿体以及细胞壁受损伤程度逐渐加重，不同品种地被菊的细胞壁、细胞膜、线粒体、叶绿体均受到不同程度损伤，其中线粒体受损伤程度最严重，几乎完全解体[8]。

5 结语

镉作为自然界中一种毒性较高的化学元素，广泛存在于环境中，对我国土壤的污染日益严重，对植物的生长发育及生理生化也会产生影响[9]。因此，有必要进一步探究镉在植物体内的运输及积累机理。这对于更好地监测治理耕地土壤镉污染和保护生态环境具有重要意义。

参考文献：

[1] 王明新，陈亚慧，白雪，等.孔雀草对镉胁迫的响应及其积累与分布特征[J].环境化学，2014，33（11）：1878-1884.

[2] 高芳，林英杰，张佳蕾，等.镉胁迫对花生生理特性、产量和品质的影响[J].作物学报，2011，37（12）：2269-2276.

[3] 张卫娜，陈中健，吴秀菊，等.应用激光共聚焦显微技术检测镉对植物根系生长的影响[J].广东农业科学，2016，43（8）：69-73，193.

[4] 滕振宁，方宝华，刘洋，等.镉对不同品种水稻光合作用的影响[J].中国农业气象，2016，37（5）：538-544.

[5] 张媛华.Cd胁迫对绿豆幼苗生长、光合作用及微量元素代谢的影响[J].东北农业科学，2016，41（1）：35-37.

[6] 田丹，任艳芳，王艳玲，等.镉胁迫对生菜种子萌发及幼苗抗氧化酶系统的影响[J].北方园艺，2018（2）：15-21.

[7] 范业赓，廖洁，王天顺，等.镉胁迫对甘蔗抗氧化酶系统及非蛋白巯基物质的影响[J].湖南农业科学，2019（4）：23-27.

[8] 孙婕妤.镉胁迫对不同地被菊品种生理特性及超微结构的影响[D].黑龙江：东北林业大学，2018.

[9] 崔振，李昌晓，李晓雪，等.柽柳和银水牛果对镉胁迫的生理响应与耐受积累特征[J].西北农林科技大学学报（自然科学版），2018，46（3）：70-78.

（责任编辑：赵中正）