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镉胁迫对珊瑚树和地中海荚蒾生理生化的影响及富集特征

杜晓  
【摘要】: 本文采用盆栽试验方法,研究了Cd2+胁迫浓度为0,25,50,100,200,400 mg/kg时,珊瑚树(Viburnum odoratissimum)和地中海荚蒾(Viburnum tinus)2种园林树种3年生苗叶片形态特征、显微结构以及叶片主要生理生化指标:叶绿素含量、电解质渗透率、过氧化物酶(POD)活性、丙二醛(MDA)含量、可溶性糖及可溶性蛋白含量、以及组织含水量的变化,并测定了植株各营养器官(根、茎、叶)镉富集水平,结果如下: (1)地中海荚蒾随着镉胁迫浓度的升高,叶片首先出现受伤害症状,植株叶量减少、叶片枯黄;当胁迫浓度达400 mg/kg时,叶片失绿、植株萎蔫、生长势差。镉胁迫下地中海荚蒾叶片上表皮、栅栏组织、海绵组织和下表皮厚度分别减少为对照的79.61%、67.66%、85.37%和69.66%,叶肉细胞破损,从而影响植株的光合作用。而珊瑚树在镉胁迫下,并未表现出明显的伤害症状,植株生长势良好,叶片厚度为对照的93.18%,与对照相比无显著差异,细胞结构完整,未破损。 (2)镉胁迫下2种植物叶片各项生理生化指标发生了不同程度的变化:随着镉胁迫浓度的上升,地中海荚蒾叶片叶绿素总量、叶绿素a和叶绿素b含量均呈现逐渐下降趋势,当胁迫浓度达到200和400 mg/kg时,叶绿素总量分别为对照的43.4%和12.3%;叶绿素a/b上升,说明叶绿素b比叶绿素a更容易受到镉胁迫伤害。而珊瑚树叶绿素含量与对照相比变化不明显,仅400 mg/kg时叶绿素含量与对照相比差异显著,为对照的87.91%。地中海荚蒾根、茎、叶含水量呈现逐渐下降趋势;其中根、茎、叶含水量最低值分别出现在胁迫浓度为200、400和400 mg/kg时,分别为对照的51.53%、29.26%和18.05%。珊瑚树含水量最低值均出现在400 mg/kg时,此胁迫浓度下根、茎、叶含水量分别为对照的67.95%,91.58%和96.13%。试验结果表明,珊瑚树能忍耐一定浓度的镉胁迫,而胁迫下地中海荚蒾水分缺失,叶绿体受损,这与植株外观表现和显微结构观测结果是一致的。 (3)两种植物电解质渗透率和MDA含量均随胁迫浓度的升高呈逐渐上升趋势。当胁迫浓度为25、50、100、200、400 mg/kg时,地中海荚蒾电解质渗透率分别为对照的1.37、1.73、1.91、2.92、3.15,而MDA含量在胁迫浓度为100,200和400 mg/kg时,与对照相比差异显著,分别为对照的1.32、1.46和1.73。珊瑚树电解质渗透率仅在400 mg/kg时存在显著性差异,为对照的1.34;丙二醛含量仅在胁迫浓度为200和400 mg/kg时与对照差异显著,为对照的1.28和1.35。 (4)地中海荚蒾 POD活性、可溶性蛋白含量和可溶性糖含量均随胁迫浓度增加而先升后降,其中POD活性、可溶性蛋白含量最高值出现在胁迫浓度100 mg/kg,分别为274.02 U/(g·min)和1035.18μg/g。而可溶性糖含量最高值出现在200 mg/kg,为34.5 mg/g,说明可溶性糖含量的调节滞后于POD和可溶性蛋白。珊瑚树则表现出逐渐上升趋势,最大值均出现在400 mg/kg,此时POD活性、可溶性蛋白和可溶性糖浓度分别为256.81 U/(g·min)、625.31μg/g和34.5 mg/g。说明这三者均参与植株抗性调节,这也是珊瑚树对镉的抗性强于地中海荚蒾的机制之一。 (5)地中海荚蒾在镉胁迫处理80 d后,根、茎、叶对镉离子的富集浓度随着胁迫浓度的升高均呈现升高趋势,在400 mg/kg镉胁迫浓度时,分别为213.70 mg/kg、79.17 mg/kg和3.02 mg/kg,说明其根系对镉的富集能力远远大于茎和叶,而植株在镉胁迫下长势差,说明地中海荚蒾并不是镉超富集植物。珊瑚树根、茎、叶镉富浓度也随着胁迫浓度的升高而增加,在400 mg/kg镉胁迫浓度时达到最大值,分别为90.10 mg/kg、3.04 mg/kg和2.01 mg/kg,其中根系对镉的富集能力远远大于茎和叶,但低于地中海荚蒾。由于珊瑚树在400 mg/kg镉胁迫浓度时仍未表现出明显的伤害症状,因此可以断定珊瑚树对镉胁迫具有很高的耐受性,根系可能通过体内某种固定机制(根系分泌物、螯合作用等)限制了镉向地上部的移动,从而减轻了镉离子对植株地上部的伤害,即使在高胁迫浓度时仍能使叶片保持正常的光合作用,维持植物正常生长。 虽然正常生长状态下珊瑚树对重金属Cd的富集量未达到镉超富集植物(Hyper-accumulator)临界含量标准100 mg/kg,但是与已发现的超富集植物相比,珊瑚树适应性强、观赏价值高、植株生物量大,且根系能够吸收固定镉离子,使其不会在短时间内释放到环境中,因此可以通过在镉污染土壤中种植珊瑚树的方式固定土壤中的镉元素,使镉不进入食物链而对人类健康产生危害。


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