調(diào)節(jié)劑對(duì)東南景天鎘積累的影響范文
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《農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)》2014年第八期
1材料與方法
1.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)材料東南景天采自浙江省衢州市某古老鉛鋅礦區(qū)。選取生長(zhǎng)一致的帶頂芽的東南景天莖段用自來(lái)水洗凈，剪成大小一致的枝條，培養(yǎng)室培養(yǎng)，全天恒溫（24±2）℃，濕度75%±5%，日均正午光強(qiáng)8722lx。清水培養(yǎng)至生根后，改用完全培養(yǎng)液培養(yǎng)，培養(yǎng)液組成為：Ca（NO3）2•4H2O2.0mmol•L-1、KH2PO40.1mmolL-1、MgSO4•7H2O0.5mmol•L-1、KCl0.1mmol•L-1、K2SO40.7mmol•L-1、H3BO310μmol•L-1、MnSO4•H2O0.5μmol•L-1、ZnSO4•7H2O1.0μmol•L-1、CuSO4•5H2O0.2μmol•L-1、（NH4）6Mo7O240.01μmol•L-1、Fe-EDTA100μmol•L-1。連續(xù)24h通氣，每天使用0.1mol•L-1NaOH和0.1mol•L-1HCl調(diào)節(jié)培養(yǎng)液pH至5.8，每3d更換一次培養(yǎng)液。待長(zhǎng)出茂盛根系后，加入0.10mmol•L-1CdCl2進(jìn)行處理。3d后葉面噴施生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，葉尖滴水為限，其處理種類與濃度見(jiàn)表1。共噴施3次，每3d噴1次，所有處理完成后繼續(xù)培養(yǎng)10d收獲。每個(gè)處理重復(fù)4次。
1.2測(cè)定項(xiàng)目及方法
1.2.1植株干重植株收獲后用自來(lái)水沖洗干凈，20mmol•L-1EDTA-Na2浸泡根部20min。去離子水反復(fù)沖洗，吸水紙擦干。將植株根、莖、葉分離，分別置于烘箱中105℃殺青，65℃烘干至恒重，稱重。
1.2.2植株Cd含量樣品粉碎、過(guò)篩，稱取0.300g用8mLHCl∶HNO3=3∶1（V∶V）濕灰法微波消解，火焰原子吸收法測(cè)定Cd含量（ZEEnit700P）。
1.2.3SOD、POD活性分別稱取0.50g新鮮樣品，液氮研磨，加入磷酸緩沖液（pH6.0）5mL，離心（10000×g）10min后取上清液，按陳建勛等[18]的方法測(cè)定SOD和POD活性。
1.2.4植株其他指標(biāo)地上部Cd總量（mg•plant-1）=地上部生物量×地上部Cd含量根部Cd總量（mg•plant-1）=根部生物量×根部Cd含量轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)=地上部分Cd含量/根部Cd含。量
1.2.5數(shù)據(jù)分析使用SPSS進(jìn)行方差分析（ANVON）、多重比較（Duncan）。
2結(jié)果分析
2.1不同生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)東南景天生長(zhǎng)的影響如圖1所示，0.20mg•L-1ABA及0.20mg•L-1IAA處理的地上部干重顯著高于對(duì)照，其中以0.20mg•L-1ABA處理最為顯著，較對(duì)照增加了35.0%。6-BA處理的地上部干重與對(duì)照相比無(wú)顯著差異。ETH處理抑制了東南景天生長(zhǎng)，其中0.20mg•L-1ETH處理地上部干重顯著低于對(duì)照。說(shuō)明適量濃度的ABA和IAA均能促進(jìn)東南景天地上部生長(zhǎng)，而ETH在供試濃度范圍內(nèi)未能起到相類似的效應(yīng)。除ETH處理顯著降低東南景天根干重以外，其余不同生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑處理的根干重與對(duì)照差異不顯著。說(shuō)明在供試濃度范圍內(nèi)，ABA、IAA和6-BA對(duì)東南景天根系生長(zhǎng)均無(wú)顯著影響，而ETH顯著抑制根系生長(zhǎng)。
2.2不同生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)東南景天Cd含量的影響由圖2可知，0.20mg•L-1的ABA處理顯著提高了東南景天地上部Cd含量，比對(duì)照增加了19％。而0.20mg•L-1的ETH處理顯著降低東南景天地上部Cd含量，其他各處理的地上部和根部Cd含量與對(duì)照差異不顯著。重金屬轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)是評(píng)估植物根系向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)重金屬的能力的重要指標(biāo)。各個(gè)處理的Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)如表2。其中0.20mg•L-1ABA處理的Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)最高，是對(duì)照的1.65倍。0.20mg•L-1ABA處理?xiàng)l件下地上部Cd含量增加而根系Cd含量下降，說(shuō)明ABA提高地上部Cd的積累可能與促進(jìn)根系向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)有關(guān)。此外，0.02mg•L-1IAA處理的Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)比對(duì)照增加49％。而6-BA處理的Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)與對(duì)照差異不大，ETH處理的Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)明顯下降。說(shuō)明合適濃度的ABA和IAA均可促進(jìn)東南景天Cd從根系向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)，而供試濃度范圍內(nèi)的6-BA無(wú)此作用，ETH則限制了Cd向地上的轉(zhuǎn)運(yùn)。
2.3不同生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)東南景天Cd積累量的影響重金屬積累總量與植物吸收重金屬的能力和生物量密切相關(guān)。地上部Cd積累量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于根系Cd積累量（圖3），說(shuō)明東南景天吸收的Cd主要積累于地上部。與對(duì)照相比，0.20mg•L-1ABA、0.20mg•L-1IAA、0.20mg•L-16-BA和0.05mg•L-16-BA處理的地上部Cd積累量均顯著增加，其中0.20mg•L-1ABA促進(jìn)地上部Cd積累的效應(yīng)最大。兩種濃度ETH處理均降低了東南景天地上部的Cd積累量。除0.05mg•L-1IAA處理根部Cd積量顯著低于對(duì)照外，其他各處理與對(duì)照無(wú)顯著差異。
2.4不同生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)東南景天SOD和POD活性的影響生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的處理濃度對(duì)不同部位的SOD和POD活性的影響并不相同（表3）。0.20mg•L-1ABA處理僅使根部POD活性增加，葉片POD活性以及葉片和根部SOD活性均與對(duì)照無(wú)顯著性差異。對(duì)于IAA來(lái)說(shuō)，除葉片POD活性隨著IAA處理濃度增加而增加以外，其余根部POD、葉片SOD和根部SOD活性水平均無(wú)顯著變化。在供試濃度范圍內(nèi)，6-BA的處理并不影響葉部和根部SOD和POD活性水平。對(duì)于ETH，葉部SOD和根部POD活性均表現(xiàn)出隨著ETH處理濃度增加而下降的趨勢(shì)，但葉部POD和根部SOD活性無(wú)變化。
3討論
在Cd處理?xiàng)l件下，4種生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑調(diào)控東南景天生長(zhǎng)、吸收Cd以及抗氧化酶系統(tǒng)等方面的效應(yīng)并不相同。地上部Cd積累量是不同生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑促進(jìn)東南景天吸收Cd的直接和間接效應(yīng)的綜合結(jié)果。四種生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑中，0.20mg•L-1ABA的地上部Cd積累量最高。有研究表明，ABA在促進(jìn)生長(zhǎng)的同時(shí)，通過(guò)提高營(yíng)養(yǎng)元素的吸收水平以維持植物體內(nèi)各元素的穩(wěn)態(tài)平衡[19]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，適當(dāng)濃度的外源ABA（0.20mg•L-1）不僅促進(jìn)Cd處理下東南景天地上部生長(zhǎng)，同時(shí)提高地上部Cd含量。這說(shuō)明提高東南景天地上部Cd含量的效應(yīng)是ABA的直接調(diào)控機(jī)制，不能僅用促進(jìn)地上部生長(zhǎng)、維持細(xì)胞內(nèi)元素平衡從而間接促進(jìn)Cd吸收來(lái)解釋。此外，從表2可看出，0.02mg•L-1ABA處理的Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)為2.38，比對(duì)照增加49％，說(shuō)明ABA提高地上部Cd含量可能與其促進(jìn)根部向上轉(zhuǎn)運(yùn)Cd至地上部（圖2）密切相關(guān)。ABA處理可提高水稻（Oryzasativa）對(duì)Cd的抗性[20]和白術(shù)（Atracty－lodesmacrocephala）對(duì)Pb的耐性[21]。Zhao等[22]研究發(fā)現(xiàn)，ABA預(yù)處理水稻幼苗可通過(guò)增加APX和CAT活性、降低SOD活性以緩解Pb脅迫導(dǎo)致的生長(zhǎng)抑制。已知SOD和POD是細(xì)胞內(nèi)的抗氧化酶系統(tǒng)，逆境條件下活性氧水平上升往往伴隨SOD和POD活性的增加[23]。本研究結(jié)果表明，除根部POD活性外，ABA（0.20mg•L-1）處理的葉片SOD活性和POD活性與對(duì)照均無(wú)顯著差異，而ABA（0.20mg•L-1）處理的東南景天地上部Cd含量和生物量均高于對(duì)照，由此推測(cè)在0.10mmol•L-1Cd處理?xiàng)l件下，通過(guò)提高細(xì)胞抗氧化酶系統(tǒng)、增強(qiáng)植物抗性并不是ABA促進(jìn)東南景天地上部對(duì)Cd的吸收以及生長(zhǎng)的主要調(diào)控途徑。適當(dāng)濃度的IAA和6-BA均具有促進(jìn)植物生長(zhǎng)的效應(yīng)。Hadi等[12]的研究表明施用IAA可以增加玉米的生物量進(jìn)而提高玉米對(duì)Pb的積累；F覿ssle等[14]研究表明施用IAA可緩解Zn、Pb對(duì)向日葵的毒害。Tassi等[11]研究發(fā)現(xiàn)，Zn、Pb脅迫下施用Cytokin（一種混合了多種自然細(xì)胞分裂素的商用生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑），可大幅提高向日葵葉片的生物量，而這一效應(yīng)與刺激細(xì)胞分裂及促進(jìn)光合作用及干物質(zhì)的積累相關(guān)。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，適當(dāng)濃度的IAA處理可促進(jìn)東南景天地上部的生長(zhǎng)（圖1），IAA處理的地上部Cd積累量均高于對(duì)照（圖3），說(shuō)明IAA具有增強(qiáng)東南景天積累Cd的效應(yīng)。但這一效應(yīng)主要與IAA促進(jìn)生長(zhǎng)、提高生物量有關(guān)，因?yàn)镮AA處理的葉片Cd含量與對(duì)照相比并未增加（圖2）。必須指出的是0.05mg•L-1IAA處理的Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)高達(dá)2.15，是對(duì)照的1.49倍，因此IAA提高東南景天根系向上轉(zhuǎn)運(yùn)Cd的效率，可能是IAA促進(jìn)東南景天地上部積累Cd的另一個(gè)重要原因。已知IAA可以通過(guò)調(diào)節(jié)“源-庫(kù)”關(guān)系，引導(dǎo)營(yíng)養(yǎng)元素向地上部生長(zhǎng)快速的部位轉(zhuǎn)移，由此推測(cè)IAA可能通過(guò)這一方式促進(jìn)東南景天根系中Cd的向上轉(zhuǎn)運(yùn)。在6-BA處理中雖然地上部Cd含量與生物量均與對(duì)照無(wú)顯著差異，但其地上部Cd積累量比對(duì)照有所增加，這可能是在供試濃度范圍內(nèi)6-BA促進(jìn)東南景天生長(zhǎng)和Cd吸收效應(yīng)的共同結(jié)果。0.20mg•L-1IAA和0.20mg•L-16-BA處理?xiàng)l件下的東南景天地上部Cd含量最高，對(duì)應(yīng)的葉片SOD活性增加，說(shuō)明I－AA和6-BA有可能通過(guò)增強(qiáng)SOD活性來(lái)提高葉片細(xì)胞對(duì)Cd的抗性，從而維持相對(duì)正常的代謝活動(dòng)和較高的生長(zhǎng)速率，進(jìn)而提高東南景天地上部對(duì)Cd的累積。0.20mg•L-1ETH處理對(duì)東南景天地上部和根系生長(zhǎng)有一定的抑制作用，而且ETH的Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)顯著下降，根系Cd含量與對(duì)照無(wú)差異。由此認(rèn)為ETH并不減少根系對(duì)Cd的吸收，但抑制Cd從根部向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)，從而減少Cd在地上部的積累，導(dǎo)致地上部Cd含量明顯下降（圖2）。在多數(shù)情況下，ABA和ETH對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)控效應(yīng)相類似，都具有促進(jìn)衰老的作用，但在Cd處理下外源ABA與ETH處理對(duì)東南景天生長(zhǎng)及Cd積累能力的效應(yīng)正好相反，值得進(jìn)一步研究。
4結(jié)論
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在供試的4種生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑中，適當(dāng)濃度的ABA、IAA及6-BA處理均提高了東南景天的地上部Cd積累總量，但不同生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑促進(jìn)東南景天地上部Cd積累效應(yīng)的機(jī)制并不相同：ABA通過(guò)促進(jìn)生長(zhǎng)同時(shí)增加地上部Cd轉(zhuǎn)運(yùn)能力、提高地上部Cd的含量，達(dá)到促進(jìn)東南景天地上部Cd積累的作用；而IAA和6-BA則通過(guò)促進(jìn)東南景天生長(zhǎng)來(lái)提高生物量，從而增強(qiáng)東南景天對(duì)Cd的積累。供試濃度范圍內(nèi)的ETH則存在明顯的抑制作用。不同植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)重金屬積累能力的影響差異很大，這對(duì)探討東南景天重金屬積累機(jī)制有重要的意義。在今后以東南景天為材料的植物修復(fù)實(shí)踐中可以使用植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑提高其修復(fù)效率，但應(yīng)注意把握植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑施用濃度，以達(dá)到最好的效果。
作者：何冰陸覃昱李彥彥陳小勤王學(xué)禮顧明華單位：廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院