外源NO对镉胁迫下蓖麻对镉耐性及富集的影响

张晗芝

摘 要：镉是耕地土壤中最主要的土壤污染物之一，严重影响粮食生产安全，进而通过食物链危害人类健康。蓖麻（Ricinus communis L.）是一种重要的能源作物，而且是一种潜在的镉污染土壤的修复作物。该研究采用水培试验，研究外源NO（SNP）对5 mg·kg-1 Cd镉胁迫下蓖麻的生长状况和富集特征。研究表明，与镉处理下相比，100 μmol·L-1 SNP显著缓解镉的毒性，增加蓖麻生物量14.8%，提高了蓖麻对镉的富集能力，降低了镉的转运能力。

关键词：镉 蓖麻 富集 一氧化氮

中图分类号：X173 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）11（b）-0143-02

镉是一种重要的环境污染物[1-2]。土壤环境中的镉不降解，而且容易通过食物链进入人体危害人类健康[2]。因此，针对镉污染的农田，采取修复措施或种植经济作物替代粮食作物的方式，可以有效地阻断食物链，降低农田土壤环境风险，确保粮食安全及人类健康。

蓖麻（Ricinus communis L.）是一种具有很高利用价值的生物能源，而生物能源的生产能降低全球对化石能源的需求并抑制化石燃料价格的不断上涨，解决全球能源需求逐步增加的难题[4-5]。另外，研究表明，蓖麻是一种潜在的修复镉污染农田的经济作物[2，6]。因此，蓖麻具有很广泛的应用前景，而且近几年研究人员对蓖麻的研究给与极大的关注。

一氧化氮（NO）广泛存在于植物组织中，通过酶促和非酶促途径产生，是一种重要的信号分子，调节多种植物生理及发育过程，比如：种子萌发、根系形成、开花等[7]。而且NO提高植物耐性，在应对盐害、干旱、寒冷、重金属等逆境胁迫方面发挥重要调节作用[8]。

目前，关于外源NO（硝普钠作为供体）对镉胁迫下蓖麻对镉的耐性和富集特征的研究还很少。该研究的目的：（1）研究外源NO影响下蓖麻对镉的耐性特征；（2）研究外源NO影响下镉在蓖麻组织中的富集特征。

1 材料与方法

1.1 试验设计

该试验为水培试验，在温室进行。蓖麻品种Zibo-3由山东省淄博市农业科学院提供。蓖麻种子开始播种在人工无污染的土壤上生长2～3周，直到种苗具有2片健壮的叶子。选择长势一致的蓖麻幼苗转移到含有400 mL50%霍格兰营养液的1 L盆中。50%霍格兰营养液的组分如下：2.5 mmol·L-1 Ca（NO3）2，2.5 mmol·L-1 KNO3，0.5 mmol·L-1 KH2PO4，0.5 mmol·L-1 MgSO4，25 μmol·L-1 H3BO3，2.25 μmol·L-1 MnCl2，1.9 μmol·L-1 ZnSO4，0.15 μmol·L-1 CuSO4，0.05 mmol·L-1（NH4）6Mo7O24和5 μmol·L-1 Fe-EDTA。CdCl2 2.5H2O的水溶液作为镉污染来源，硝普钠（SNP）的水溶液作为NO的供体。试验设3个处理，分别为对照、5 mg·kg-1 Cd、5 mg·kg-1 Cd+100 μmol·L-1 SNP；3组处理表示为CK、Cd、Cd+SNP，每个处理4个重复，测定植株的干物质重量和镉的质量分数。营养液的pH值保持在6.0±0.1。营养液每3天更换一次，蓖麻幼苗在水培溶液中生长10天。温室设定的温度为昼夜25/15℃，16h的光周期，光强度为300 mE/m2/s，平均相对湿度为 65%。

1.2 化学分析

植物样品先用自来水清洗，然后根部放在10 mmol·L-1的乙二胺四乙酸溶液中浸泡5 min清除根系表面吸附的镉离子，最后用超纯水清洗3遍。测定生物量和镉质量分数的植物样品在70 ℃烘箱中烘干直至恒重。植物样品分为两部分：根和地上部分，其生物量用电子天平称量（精确度0.1 mg）。

根和地上部分分别磨碎后，称取一定量的样品置于三角瓶中并注入浓硝酸，在电热板上消解。消解温度开始设定60℃，然后升高到110 ℃并保持直到样品溶液变澄清（Zhang等，2014）。样品溶液用去离子水定容到25 mL。镉浓度用电感耦合等离子体发射光谱测定（Optima5300 DV；Perkin-Elmer，Norwalk，CT，USA）。标准物质GBW07603（GSV-2）用于监控样品中镉的回收率（90%±10%）。

1.3 分析指标

1.4 统计分析

数据分析采用SPSS 16.0软件（SPSS，Chicago，IL，USA）的方差分析和t检验方法。所用指标采用三个重复。数据表示为平均值（）误差，用Duncans检验显著性差异（P<0.05）。

2 结果与分析

2.1 镉胁迫下蓖麻生物量相应

相比于对照，5 mg·kg-1镉胁迫下，蓖麻植株的生物量显著减小了26.7%。添加100 μmol·L-1SNP有效地缓解了镉对蓖麻的毒害；蓖麻的生物量相比镉处理条件下显著增加了11.9%，相比对照处理条件下降低了14.8%

2.2 蓖麻不同组织中镉的富集特征

5 mg·kg-1镉处理条件下，蓖麻根部和地上部分镉的质量分数分别为1947 mg·kg-1和184 mg·kg-1，根部和地上部分镉的富集系数（BCF）分别为389和36.8，转移系数（TF）为0.0945。添加100 μmol·L-1 SNP的条件下，镉的质量分数分别达到了2786 mg·kg-1和199 mg·kg-1；BCF分别为557和39.8；TF为0.0714。添加100 μmol·L-1 SNP提高了蓖麻根部和地上部分镉的富集能力，但降低了镉从根部到地上部分的转移能力。

3 讨论

生物量可能评价蓖麻对镉的耐性（Shi和Cai，2009）。Zhang等[10]研究发现，蓖麻根部中镉的质量分数大约2 000 mg·kg-1时，蓖麻生物量减少30%。Zhang等[9]研究发现，蓖麻根部中镉的质量分数大约2 500 mg·kg-1时，蓖麻生物量相比对照减少35%。该研究表明，蓖麻根部中镉的质量分数为1947 mg·kg-1时，蓖麻生物量相比对照减少27%，与以前的研究结果基本一致。SNP能够缓解Cd胁迫对植物生长的抑制作用，提高植物对Cd的耐性。该研究发现，添加100 μmol·L-1 SNP条件下，5 mg·kg-1镉胁迫蓖麻根部镉的质量分数高达2 786 mg·kg-1，而蓖麻生物量相比对照降低14.8%。100 μmol·L-1 SNP能够提高蓖麻对镉的耐性，提高镉的富集能力。然而SNP添加降低了蓖麻对镉的转运能力。冉烈等[7]研究表明，东南景天对镉的转运能力受介质中Cd浓度及外源NO的影响。

4 结语

蓖麻是一种潜在的修复镉污染农田的经济作物，对镉具有很高的耐性。NO是植物体内一种重要的生物分子，参与植物响应各种逆境环境。活性外源NO能够显著缓解镉对蓖麻的生长抑制作用。外源NO提高蓖麻对镉的富集能力，降低了蓖麻对镉的转运能力。

参考文献

[1] TH?VENOD F.Cadmium and cellular signaling cascades：To be or not to be[J].Toxicology and Applied Pharmacology，2009，238：221-239.

[2] HUANGH G，YUN，WANGL J，et al.The phytoremediation potential of bioenergy crop Ricinus communis for DDTs and cadmium co-contaminated soil[J].Bioresource Technology，2011，102：11034-11038.

[3] JARUPL.2011.Hazards of heavy metal contamination[J].British Medical Bulletin，2003，68：67-182.

[4] AGARWALA K.Biofuels（alcohols and biodiesel）applications as fuels for internal combustion engines[J].Progress in Energy and Combustion Science，2007，33：233-271.

[5] SCHRODERP，HERZIGR，BOJINOVB，et al.Bioenergy to save the world[J].Environmental Science and Pollution Research，2008，15：196-204.

[6] SHIGR，CAIQS.Cadmium tolerance and accumulation in eight potential energy crops [J].Biotechnology Advances，2009，27：555-561.

[7] 冉烈，李会合，田秀英.外源NO对镉胁迫下东南景天生长和镉累积的影响[J].中国农学通报，2012，28（19）：60-64.

[8] 张义凯，崔秀敏，杨守祥，等.外源NO对镉胁迫下番茄活性氧代谢及光合特性的影响[J].应用生态学报，2010，21（6）：1432-1438.

[9] ZHANG H Z，GUO Q J，YANG J X，et al. Cadmium accumulation and tolerance of two castor cultivars in relation to antioxidant systems[J].Journal of Environmental Sciences， 2014，26：2048-2055.

[10] ZHANG H Z，GUO Q J，YANG J X，et al.Subcellular cadmium distribution and antioxidant enzymatic activities in the leaves of two castor（Ricinus communis L.）cultivars exhibit differences in Cd accumulation[J].Ecotoxicology and Environmental Safety，2015，120：184-192.