镉污染对凤眼莲生长和生理生化指标的影响

田俊杰++侯丹++袁伟哲

摘 要：以凤眼莲作为镉污染水体的修复植物，研究镉胁迫对该植株生长、叶绿素、类胡萝卜素及丙二醛含量的影响，结果表明镉浓度0.3mg/L浓度中的凤眼莲，主根木质化程度尤为严重；随着镉浓度的增加，凤眼莲叶片中叶绿素和类胡萝卜素含量呈下降的趋势；膜脂过氧化程度加大，导致膜的损伤和破坏程度也增大。

关键词：镉污染；凤眼莲；叶绿素；类胡萝卜素；戊二醛

中图分类号：Q949.72 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20160832012

随着矿产资源大量开发利用，各种化学产品、农药、化肥的广泛使用以及城市污泥、污水的农用，重金属对土壤、水体的污染越来越严重。Cd是植物的非必需元素，Cd进入植物并积累到一定程度，就会表现出毒害症状，通常会出现生长缓慢、植株矮小、退绿、产量下降等症状[1]。植物对重金属污染的治理具有极大的应用潜力，已引起世界各国科学家的广泛关注[2]。凤眼莲（Eichhornia crassipes），别名水葫芦、水浮莲、洋雨久、凤眼蓝。雨久花科（Pontedriaceae）凤眼莲属（Eichhornia），多年生草本植物，浮水或生泥沼中。本试验以凤眼莲作为镉污染水体的修复植物，研究镉胁迫对该植株生长、叶绿素含量、丙二醛含量及根系过氧化物酶活性的影响，以期为镉污染水体的植物修复提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

凤眼莲购于长春市青衣坊花鸟鱼市场，在吉林农业大学资源与环境学院试验基地温室培养。

1.2 方法

1.2.1 植株处理

选取年龄和生长状况基本一致的植株，用自来水除去其根部的泥沙和其它杂物，然后水培在温室内塑料盆中，塑料盆容积为4L。水培溶液为1/2浓度的Hoagland和Arnon营养液。植株采样、预处理方法参见文献[3]。

1.2.2 生理生化指标的测定方法

叶绿素含量、类胡萝卜素及丙二醛含量的测定方法参见文献[3]。

1.2.3 植株干样镉含量的测定方法

由标准贮备溶液稀释配置，用0.2%硝酸进行稀释，制成的溶液镉浓度为0ug/mL，1.0ug/mL，2.0ug/mL，3.0ug/mL，4.0ug/mL，5.0ug/mL，10.0ug/mL，绘制标准曲线。准确称取1g干样于消煮管，加入8mL浓硝酸和2mL高氯酸，在远红外消煮器低温加热，待黄烟散尽后，继续加热至溶液近干，加入少量水，消解至白烟冒尽，此时溶液为无色透明。消解好的溶液转移入25mL容量瓶中，用水定容。采用火焰原子吸收分光光度法测定镉，通过标准曲线得到镉含量。

2 结果与分析

2.1 镉对修复植物生长的影响

空白组的凤眼莲在整个实验期内生长正常，根状茎粗短，密生多数细长须根，呈黑色，叶片深绿色，光滑，葫芦状的气囊膨大且圆；在培养15d时80%的植物开紫色亮丽的花朵，花期3～5d后结卵圆形果。在镉处理溶液中的凤眼莲从第3天开始呈现不同程度的毒害症状，镉处理浓度越大，时间越长，毒害症状越明显。镉浓度0.01mg/L对凤眼莲的影响最小，植株稍微变矮整个试验期间只有30%的植株开过花。在镉浓度0.1mg/L和0.3mg/L溶液中的凤眼莲的生长明显受到抑制，植株生长缓慢，矮小；葫芦状的气囊变小甚至消失；叶片有不同程度的黄斑，厚度变薄；只有个别植株开花；根系主根木质化，须根变少，颜色变浅。在镉浓度0.3mg/L浓度中的凤眼莲，主根木质化程度尤为严重。

2.2 镉胁迫对叶绿素和类胡萝卜素含量的影响

不同镉处理浓度对凤眼莲叶绿素含量的影响如图1所示，随镉浓度的增加，凤眼莲叶片中叶绿素的含量呈下降的趋势。对照组叶绿素的含量为14.01mg/dm2，镉浓度0.3mg/L时为4.6mg/dm2，只有对照组的33%。

镉主要是与蛋白质结合态存在，它们可与蛋白质的—SH基（或其他侧链）结合，或取代其中的Fe2+，Zn2+等，直接破坏叶绿体的结构，或使叶绿体酶活性发生变化，进而影响叶绿素的合成及植物的光合作用。随着各处理浓度的增加，叶绿素含量开始下降。镉通过对光合作用色素的影响来干扰植物的光合作用。镉对叶绿素含量的影响与镉的浓度、植物种类、植物生长发育时期有关。

镉引起植物叶绿素含量下降的主要原因有：镉被植物吸收后，细胞内的镉作用于叶绿素生物合成途径的几种酶（原叶绿素酯还原酶、δ-氨基乙酰合成酶和胆色素原脱氨酶）的肽链中富含-SH的部分，改变了它们的正常构型，抑制了酶的活性和阻碍了叶绿素的合成；镉进入植物叶内，在局部积累过多，与叶绿体上的-SH等结合或取代其中的Zn2+等，破坏了叶绿体的结构和功能活性，从而导致叶绿素含量的下降；镉也能干扰Fe的代谢，降低植物体内Fe的有效性；镉通过拮抗作用干扰植物对Zn、Mg等元素的吸收、迁移，阻断营养元素向叶部的输送，使叶绿素合成能力受到干扰；镉引起植物防御系统的破坏，导致叶绿体内氧自由基增多，叶绿体膜系统受损，使叶绿素降解。

镉对凤眼莲类胡萝卜素含量的影响如图2所示，类胡萝卜素与镉的浓度有很好的一致性，随着镉浓度的增加，类胡萝卜素的含量下降。其原因类似于叶绿素。

2.3 镉胁迫对丙二醛含量的影响

丙二醛（MDA）是膜脂过氧化作用的产物，其含量高低被用作膜伤害指标。由图3-4可知，在试验中，空白组叶片内的MDA含量随时间逐渐增大，但增幅较小。试验的1～30d，凤眼莲叶片MDA含量随着镉处理浓度的增加而增加，但是空白组与3个镉处理组叶片内的MDA含量差别不大；而在Cd处理的30～70d，空白组与3个镉处理组叶片内MDA含量随着Cd处理浓度的增加而大幅增加。这一结果表明，随着Cd处理浓度的增加，凤眼莲的膜脂过氧化程度加大，导致膜的损伤和破坏程度也增大。

3 结论

本试验以凤眼莲作为镉污染水体的修复植物，研究镉胁迫对该植株生长、叶绿素含量及丙二醛含量的影响，结果表明镉浓度0.01mg/L对凤眼莲的影响最小，植株稍微变矮整个试验期间只有30%的植株开过花，镉浓度0.3mg/L浓度中的凤眼莲，主根木质化程度尤为严重。随镉浓度的增加，凤眼莲叶片中叶绿素和类胡萝卜素含量呈下降的趋势，其膜脂过氧化程度加大，导致膜的损伤和破坏程度也增大。

参考文献

[1]谭彩云，林玉满，陈祖亮.凤眼莲净化水中重金属的研究[J].亚热带与资源环境学报，2009（1）：25-30.

[2]陈志良，莫大伦，仇荣亮.镉污染对烟草叶片超微结构及部分元素含量的影响[J].环境保护科学，2014，33（3）：514-519.

[3]高明波，柳展基，于翠梅，曹萍，刘世强.盐胁迫水稻愈伤组织的生理生化指标检测[J].沈阳农业大学学报，1999（1）：404-407.