镉胁迫对油菜、白菜和萝卜生长和生理特性的影响

刘 凤，魏雨蒙，刘霜平，张凤娇，赵晓芸，刘楚汉，赵梦霞，张 莹，卓秀丽，褚天龙

(吉林师范大学环境科学与工程学院，吉林 四平 136000)

镉胁迫对油菜、白菜和萝卜生长和生理特性的影响

刘 凤，魏雨蒙，刘霜平，张凤娇，赵晓芸，刘楚汉，赵梦霞，张 莹，卓秀丽，褚天龙

(吉林师范大学环境科学与工程学院，吉林 四平 136000)

镉(Cd)是非必需的有毒元素，是农业环境和农产品的重要污染物，因此，Cd的毒性效应已成为国内外研究的热点。实验研究手段主要有滤纸法、水培法、土壤栽培，以发芽率、叶绿素含量、生物量为毒理学指标探讨Cd胁迫对油菜、白菜和萝卜的毒性效应。采用SPSS进行统计分析得出，植物生长指标与对照相比差异明显，且呈现明显的剂量-效应关系，其中叶绿素和根长变化幅度较大，表明这两种指标较为敏感，可以作为生物标志物诊断Cd毒性。

镉胁迫；重金属；毒性效应；叶绿素

重金属镉(Cd)因污染周期长、毒性高、难降解和移动性大备受关注[1]。在我国Cd 污染涉及11 个省的25 个地区，污染耕地面积超过1.33万hm2，受污染粮食高达1200 万t[2]。Cd 不是植物生长必需元素，但易被植物大量吸收积累，产生严重的毒害作用，同时Cd 通过食物链进入人体积累，加剧人的衰老进程，引发多种疾病[3-5]。因此，研究Cd 对植物的毒害机理及植物对Cd 的抗性机理对于农业生产、环境治理及生态保护都具有重要意义。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试土壤为棕壤，采自吉林师范大学实验站，取0～20 cm表层土，自然风干，剔除其中的植物残体和石块，磨碎，过2 mm尼龙筛备用。供试土壤基本理化性质为：土壤pH值 6.75，全氮含量0.82 mg/kg，全磷含量0.75 mg/kg，全钾含量19.89 mg/kg，全镉含量0.10 mg/kg，有机质含量2.26 %。试验所选用试剂均为分析纯。

1.2 试验设计

1.2.1 滤纸法

选取直径为9 cm的培养皿洗净烘干，用滤纸垫在培养皿的底部。设置六个不同浓度CdCl2的改良Hoagland溶液，取20粒种子随机放入培养皿中，每一浓度设3个重复。将培养皿放入参数已调节好的培养箱中(白天25℃光照强度为11000lx、夜晚20℃光照0、控制湿度为65%～75%)观察。每隔24 h添加1次溶液，3天后计算发芽率。

1.2.2 水培法

取适量种子用1%H2O2消毒20 min，用去离子水清洗。将种子放入内铺有湿润滤纸的托盘中，置于培养箱中催芽。待露白2 mm左右后挑选长势一致的种子待用。

待用种子漂浮载体为方形聚乙烯泡沫板(长宽20 cm)，其上按一定间距开9个圆孔，并用纱布缝制泡沫板底面。以方形PVC桶(长宽21cm)为容器，设置六个不同浓度CdCl2改良Hoagland溶液，每一浓度设3个重复。将预培养好的种子均匀随机放人圆孔内，每孔3-4粒。接着将PVC桶放入参数已调节好的培养箱中观察。每隔72h换1次溶液，做好实验记录。6天后将植株取出测其叶绿素含量。

1.2.3 土培法

每个直径9 cm培养皿土壤用量30g，重金属Cd以CdCl2·2.5H2O固体形态施入土壤中，使其中Cd形成一定的浓度梯度，从小到大依次为0，12.5，25，50，100，200，400 mg/kg，每个处理设3个重复。充分混匀，加去离子水调节土壤含水率达到其田间最大持水量的60%左右，25℃下培养7 d，模拟重金属Cd污染土壤。

每个培养皿均匀随机放入20粒种子，之后放入培养箱内，每日向培养皿内加适量的水以维持田间最大持水量。做好实验观测记录。72h后将植株取出测其生物量。

1.3 数据处理

试验数据采用Excel软件和SPSS软件进行统计分析，并用Origin软件进行绘图。

2 结果与讨论

2.1 镉胁迫对种子发芽率的影响

种子萌发是植物生命起始的重要事件，也是植物最早接受重金属胁迫的阶段。了解种子萌发对镉的胁迫反应，是系统认识重金属伤害机理的较好途径[6]。实验结果表明Cd胁迫均抑制了三种植物种子的萌发(图1)，其中油菜发芽率显著性降低(P<0.05)，油菜对于Cd胁迫响应较为敏感。

图1 不同浓度Cd处理下植物的发芽率(A:油菜B:白菜C:萝卜)

2.2 叶绿素

叶绿素含量的多少是植物光合作用、生长能力强弱的重要标志。由图2可见，随Cd2+浓度的升高，除0.05、0.1 mmol·L-1Cd2+浓度下萝卜叶绿素b降低之外，其他处理组叶绿素a与b含量均高于对照组，且Cd2+浓度越高刺激作用越明显。处理组白菜叶绿素含量与对照相比差异显著，呈现先升高后降低的趋势(图3)。

图2 不同浓度Cd处理下萝卜叶绿素含量(A:叶绿素a B:叶绿素b)

图3 不同浓度Cd处理下白菜叶绿素含量(A:叶绿素a B:叶绿素b)

2.3 生物量

由图4和图5可见，随着Cd2+浓度的升高，实验组的油菜和白菜株高、根长和鲜重整体呈现降低的趋势，Cd2+浓度越高抑制作用越明显，根长整体降低幅度较大，其中白菜根长显著低于对照(P<0.05)。Cd2+胁迫对根长的影响大于对胚芽长的影响，可能是由于重金属与植物作用时，总是最先接触根部，根细胞壁中存在大量交换位点，能将重金属离子固定在这些位点上，从而阻止重金属进一步向芽转移。当Cd2+毒害达到一定程度, 植株就会表现出生长迟缓、植株矮小、褪绿等中毒症状, 严重影响其产量[7]。

图4 不同浓度Cd处理下油菜生长指标(A:鲜重B:株高C:根长)

图5 不同浓度Cd处理下白菜生长指标(A:鲜重B:株高C:根长)

3 结论

Cd胁迫均抑制了三种植物种子的萌发，其中油菜发芽率显著性降低(P<0.05)，油菜对于Cd胁迫响应较为敏感。随着Cd2+浓度的升高，白菜叶绿素含量与对照相比差异显著，呈现先升高后降低的趋势。油菜和白菜株高、根长和鲜重整体呈现降低的趋势，Cd2+浓度越高抑制作用越明显，根长整体降低幅度较大，表明叶绿素和根长这两种指标较为敏感，可以作为生物标志物诊断Cd毒性。

[1] 冯汉青,杜变变,王庆文,等.镉胁迫下活性炭对小麦幼根的保护作用[J].生态学报,2016,36(10):1-7.

[2] 张 军,吴秀宁,王新军.镉胁迫对兰黑粒小麦幼苗光合生理特性的影响[J].陕西农业科学,2016,62(04):6-8,19.

[3] González A, Gil-Díaz M, Lobo MC.Response of two barley cultivars to increasing concentrations of cadmium or chromium in soil during the growing period[J].Biological Trace Element Research,2015,163(1-2):235-243.

[4] Marinari S, Carbone S, Vittori Antisari L,et al. Microbial activity and functional diversity in Psamment soils in a forested coastal dune-swale system[J].Geoderma,2012,173-174:249-257.

[5] Hongbo G, Nan Z, Deyholos MK, et al. Calcium mobilization in salicylic acid-induced salvia miltiorrhiza cell cultures and its effect on the accumulation of rosmarinic acid[J].Applied Biochemistry&Biotechnology, 2015,175(05):2689-2702.

[6] 曲凯丽,张艺馨,朱 宏.镉胁迫对小麦种子萌发的影响[J].哈尔滨师范大学自然科学学报,2014,30(6):94-98.

[7] 贾 夏,周春娟,董岁明,等.镉胁迫对小麦的影响及小麦对镉毒害响应的研究进展[J].麦类作物学报,2011,31(4):786-792.

(本文文献格式：刘 凤，魏雨蒙，刘霜平，.镉胁迫对油菜、白菜和萝卜生长和生理特性的影响[J].山东化工，2017，46(04)：162-164.)

Effects of Cadmium Stress on the Seedlings Growth and Physiological Characteristics of Rape, Chinese Cabbage and Radish

LiuFeng,WeiYumeng,LiuShuangping,ZhangFengjiao,ZhaoXiaoyun,LiuChuhan,ZhaoMengxia,ZhangYing,ZhuoXiuli,ChuTianlong

(College of Environmental Science and Engineering, Jilin Normal University, Siping 136000, China)

Cadmium (Cd) is non-essential but toxic element. It is an important agricultural pollutant in environment and farm product.Therefore, toxicity effect of Cd has become a hot research at home and abroad. Research methods mainly contain the filter paper culture, hydroponics, soil culture. We choose germination rate, chlorophyll content, growth indexes as toxicological indicators to explore Cd stress tolerance and toxic effects on rape, Chinese cabbage and radish. Using SPSS for statistical analysis, we find that the growth indexes are significantly different compared to the control, and show a clear dose-response relationship between Cd pollution and toxicity. Among these indexes,Chlorophyll and root length change by a big margin, indicating that these two indicators are more sensitive, which can be used as biomarkers to diagnosis Cd toxicity.

cadmium stress; heavy metal; toxic effect; chlorophyll

2016-12-26

2016年国家级大学生创新创业训练计划项目(G2016-35 )；吉林师范大学第十五批大学生科研基金(15321)

刘 凤(1987—) ，女，讲师，研究方向：环境污染与健康评价。

X503.231

A

1008-021X(2017)04-0162-03