不同菊科花卉对土壤镉胁迫的耐性生理机制①

胡 昱 王欣蕊

（苏州大学 江苏苏州215123）

随着经济发展和科技进步，环境污染问题日益严重，其中土壤污染具有长期性及潜伏性，因此土壤污染越来越受重视。在我国，土壤镉污染问题已经严重威胁到我国食品安全。土壤重金属污染具有不可逆性、富集性和累积性等特点，重金属镉毒性强、污染面积大、易迁移［1-2］，因此，本文主要针对镉开展研究。

近年来，不少学者开展了菊科植物的生态修复功能以及植物对土壤重金属污染修复某方面的研究，发现一些菊科花卉植物具有修复土壤重金属污染的良好效果［3-4］。因此，本研究拟采用不同的菊科花卉植物为材料，选择5种菊科草本植物藿香蓟、金鸡菊、松果菊、百日草、万寿菊进行镉胁迫的盆栽试验，通过测定其生理生化指标，探索供试植物对土壤镉胁迫的生理响应，为筛选出对镉胁迫具有较高耐性的观赏菊科花卉植物种类，同时也为土壤镉污染的生态修复的植物种类选择提供试验依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 植物试材

菊科草本花卉藿香蓟、松果菊、金鸡菊、百日草、万寿菊种子。

1.1.2 盆栽试验土壤和化学试剂

⑴盆栽试验土壤：育苗土与栽培土。

⑵化学试剂：镉试剂，磷酸二氢钠，磷酸氢二钠，蔗糖标准液，浓硫酸，乙酸乙酯，磺基水杨酸，醋酸等试剂。

1.2 方法

1.2.1 供试植物种苗的培育

采用穴盘育苗的方法对供试5种菊科花卉种子进行播种育苗，待幼苗生长到3～5 片真叶进行移栽处理。

1.2.2 镉胁迫处理

将土壤分为6 份，每份重20 kg。分别准确称取0、0.508、1.016、2.031、4.062、8.124 g 氯化镉对应浓度为0、10、50、100、200、300 mg/kg。将不同浓度的镉与6 份土壤混合，将混合镉试剂的土壤搅拌均匀后，静置15～20 d 后装盆（内径15 cm，盆高20 cm），每种植物的每个浓度的处理盆数为8 盆。将育好的供试菊科种苗移栽至不同镉浓度处理土壤中，进行常规统一管理。

1.2.3 试验指标的测定

每周测定菊科植物的株高，并记录植物的生长形态特征。镉胁迫处理5 周后，利用LA-S 根系分析仪，分别测定5 种菊科植物的根系构型（根系体积）；采用GXH-3051C 光合测定仪测定光合特征（胞间CO2浓度）；过氧化物酶活性的测定采用愈创木酚法，可溶性糖含量的测定采用苯酚法测定法［5-6］。

2 结果与分析

2.1 不同镉浓度对菊科花卉株高的影响

从图1 可看出，金鸡菊在含镉的土壤环境中，除300 mg/kg 处理外，其余组处理的株高均达到或者超过了空白对照组的高度，说明金鸡菊对镉有一定耐性。松果菊在镉浓度为10、50 mg/kg 的土壤环境中株高超过了空白对照组的，而在镉浓度超过50 mg/kg 的环境下株高低于空白对照组，说明在低剂量的镉浓度下松果菊有耐受性并且长得更好，但是当浓度超过一定剂量的时候生长则受到了抑制［7-8］。本试验中同样存在着这样的情况。百日草在镉浓度为10、50、200 mg/kg 的土壤环境下株高都不及空白对照组，在镉浓度为100 mg/kg 的土壤中株高和空白对照组的相似，在镉浓度为300 mg/kg 的土壤中株高超过了空白对照组。万寿菊在镉浓度为10、50、100、200 mg/kg 的土壤环境中株高均超过了空白对照组，而在镉浓度为300 mg/kg 的土壤中生长受到了抑制，株高未能达到空白对照组。藿香蓟在5 种不同镉浓度的土壤中株高都超过了空白对照组，说明藿香蓟对镉有着很好的耐性，不过在镉浓度超过100 mg/kg 后耐性有所降低。总体来说，藿香蓟、金鸡菊对镉的耐性阈值大一些，其次是松果菊、万寿菊。百日草的数据波动比较大，不排除其他因素的影响。

图1 不同镉浓度对菊科花卉植物株高的影响

2.2 不同镉浓度对菊科花卉生物量的影响

就地上部分生物量而言，松果菊生物量含量远高于其它5种植物，并且松果菊的地上部分的生物量随着镉浓度的增加而增加；其它种类菊科花卉的地上部分生物量没有明显变化。对地下部分生物量而言，松果菊和藿香蓟的地下部分生物量比其它3种都要大；藿香蓟和万寿菊的变化趋势相似，在土壤受到镉污染的情况下，均没有达到空白组地下部分的生物量大小［6］。松果菊和百日草的试验组均超过空白对照组；金鸡菊的地下部分生物量均超过了空白对照组，并且随着镉浓度的增加呈先增高后降低的趋势。

2.3 不同镉浓度对菊科花卉根系体积的影响

由图2 可以看出，不同镉浓度对白日草、松果菊和万寿菊的根系体积影响不大，对藿香蓟和金鸡菊影响较大。

图2 不同镉浓度对菊科花卉植物根系体积的影响

2.4 不同镉浓度对菊科花卉植物光合特征的影响

由图3 可知， 不同镉浓度对菊科花卉各品种花苞间CO2浓度的影响各不相同， 其中松果菊花苞间CO2浓度受镉浓度影响最小， 各浓度间基本保持不变；万寿菊和百日草花苞间CO2的浓度均随着镉浓度的增加呈上升趋势， 万寿菊趋势较为明显； 藿香蓟和金鸡菊在不同浓度镉处理下， 花苞间CO2浓度的总体趋势表现为， 低剂量镉浓度导致CO2浓度上升， 高剂量镉浓度则导致 CO2浓度下降。

图3 不同镉浓度对菊科花卉植物胞间CO2浓度的影响

2.5 不同镉浓度对菊科花卉植物抗氧化酶系统的影响

从图4 可看出，藿香蓟叶片中POD 活性随着镉浓度从0～100 mg/kg 的增加而增加，从100～300 mg/kg 的增加而下降。松果菊叶片POD 活性在镉浓度为0～200 mg/kg，随着镉浓度的增加而增加，在镉浓度为200～300 mg/kg，随着镉浓度的增加而降低。而金鸡菊叶片POD活性在镉浓度从0～50 mg/kg 区间内呈上升趋势，在50～300 mg/kg 时呈下降趋势。镉浓度对百日草、万寿菊叶片POD 活性变化影响不明显。

图4 不同镉浓度对菊科花卉植物POD的影响

2.6 不同镉浓度对菊科花卉植物可溶性糖的影响

从图5可看出，随着镉浓度的增加，藿香蓟和金鸡菊可溶性糖的含量均表现为先降低后升高，而百日草、松果菊和万寿菊则呈现先升高再降低的趋势，且在镉浓度为10～50 mg/kg时，可溶性糖的含量出现了最高点，即镉浓度为10～50 mg/kg时，百日草、松果菊、万寿菊的植物生长发育最好，但该浓度区间，藿香蓟和金鸡菊生长发育较差。

图5 不同镉浓度对菊科花卉植物可溶性糖的影响

3 讨论与结论

⑴重金属Cd 对植物的影响存在剂量效应。低剂量的重金属会使植物产生保护反应，能够促进植物生长。随着浓度在植物体内的富集，会对植物生长造成抑制作用［9］。从本试验的生物量数据来看，低剂量的重金属确实可以促进植物的生长。

⑵重金属镉对这5 种植物的光合作用影响不是十分明显，但是总体上，低剂量的重金属一定程度上促进了植物的光合作用，高剂量的重金属会抑制植物的光合作用。

⑶在镉胁迫下，5种菊科花卉植物中对重金属镉的胁迫的耐性较强的2种菊科植物为百日草和藿香蓟。随着镉浓度的升高，百日草、藿香蓟植物体内过氧化氢酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶、丙二醛的含量总体变化趋势为先上升后下降。