NaAlg 与CaCl2 对Cd 胁迫下黄瓜幼苗生长的影响

石延昭 陈碧华

（1.新乡市凤泉区农业农村局 河南新乡 453000；2.河南科技学院园艺园林学院 河南新乡 453003）

近年来， 由于农药化肥的大规模和不合理的使用、大量的工业废水和废气排放及大气沉降等原因[1]，被重金属污染的耕地逐年增加[2-3]。 宋进勇等的研究发现多数省会城市的蔬菜镉含量超出平均值[4]。 根据近年来的统计显示，我国耕地面积已有1/6 的土地被重金属污染，解决重金属污染问题迫在眉睫[5]。

镉是一种化学性质比较活泼、 易移动、 易被植物吸收的具有毒性的微量元素， 且具有富集作用，富集到一定程度会影响植物和人体的正常生长[6-7]。 镉抑制植物光合作用，影响植物的质量和产量[8]。 随着人们环境保护意识的提高， 为了确保我国农产品安全生产，实现农业可持续发展[9]，镉污染问题得到了重视。

面对我国土壤重金属镉污染问题， 治理方法呈现多样化[10]。 黄瓜对镉离子较为敏感，易受毒害，目前的研究主要集中于黄瓜对镉的吸收、 转运能力及镉胁迫对黄瓜幼苗的影响方面， 通过添加外源物质减少镉对黄瓜幼苗生长的影响方面的研究较少。 本试验采用在土壤中施用海藻酸钠和氯化钙的方法，通过测量黄瓜幼苗的株高、 茎粗等生长指标及镉离子含量，以证明海藻酸钠可以抑制镉进入黄瓜幼苗，减少对黄瓜幼苗的影响和对人体的危害。

1 材料与方法

1.1 供试材料

参试黄瓜品种为津春4 号， 来源于宁阳县鲁明种子有限公司。

试剂：海藻酸钠（NaAlg），由山东西亚化学股份有限公司生产；无水氯化钙（CaCl2），由天津市凯通化学试剂有限公司提供；氯化镉（CdCl2·2.5H2O），由国药集团化学试剂有限公司提供。

1.2 试验方法

1.2.1 试剂处理NaAlg 和CaCl2按不同比例添加量设置CK、50 胶、100 胶、200 胶、300 胶、400 胶、50SA、100SA、 200SA、 300SA、 400SA、50SA+CaCl2、100SA+CaCl2、 200SA+CaCl2、 300SA+CaCl2、 400SA+CaCl2等16 个处理，每个处理6 盆，3 次重复，共288 盆（附表）。

附表 各处理CdCl2·2.5H2O、NaAlg 和CaCl2 添加量

1.2.2 试验方法育苗基质按蛭石∶珍珠岩∶草炭为1∶1∶3 的 体 积 比 配 制。 基 质 中 镉 胁 迫 采 用CdCl2·2.5H2O，镉胁迫质量分数为20 mg/kg。 将基质搅拌均匀使含水量达到60%～70%，将基质装入规格为6.0 cm×6.0 cm×7.5 cm 的营养钵中。

黄瓜种子先进行温汤浸种， 放入培养基中在25℃恒温箱中进行催芽，60%种子露白后， 将种子播种到营养钵中。 播种覆膜， 当有80%的苗露出时揭膜，以后按常规方法管理。

1.3 测定项目

1.3.1 生长指标的测定当黄瓜幼苗长出2 片真叶时，分别用卷尺、游标卡尺测定每一株黄瓜幼苗的株高、茎粗和叶片数。

1.3.2 黄瓜幼苗不同器官镉含量的测定从每个处理每个重复中取一株黄瓜幼苗， 植株带根与基质分离，将其清洗干净，放在烘箱中烘干，再磨碎，根和茎各称取0.03 g、叶片称取0.20 g，分别放入消解罐中，并加入8 mL 浓硝酸、2 mL 双氧水、2 mL 高氯酸，置于消解仪中进行消解（165℃，机器运行功率5W），后将溶液转移到50 mL 的聚四氯乙烯烧杯中， 在电热板上于（170℃）赶酸至近干。将溶液转移至容量瓶中，用0.5%的稀硝酸定容至25 mL。 用Optima 2100DV电感耦合等离子体发射光谱仪测定样品溶液中的镉含量。

1.3.3 黄瓜幼苗亚细胞镉含量的测定从每个处理每个重复中取一株黄瓜幼苗，清洗干净，将根剪下，放冰箱冷冻待用。 准确称取冷冻鲜样0.3 g，加8 mL提取液［0.25 M 蔗糖+50 mMTris-HCI 缓冲液（pH 7.5）+1 mMDTT］，冰浴研磨成匀浆，匀浆用80 mm 尼龙纱布过滤，滤渣为细胞壁组分,滤液装入离心管，然后采用差速离心法在2 500×g 下离心20 min，沉淀为质体组分，上清液在5 000×g 下离心20 min，沉淀为细胞核组分，上清液在15 000×g 下离心30 min，沉淀为线粒体组分；上清液为含核糖体的可溶性组分。 每组离心2 次，所有操作均在4℃下进行。将细胞壁、质体(包括叶绿体、白质体等)、细胞核、线粒体和可溶部分等组分各放入消解罐中， 并加入8 mL 浓硝酸、2 mL 双氧水、2 mL 高氯酸，置于消解仪中进行消解（165℃，机器运行功率5 W），后将溶液转移到50 mL 的聚四氯乙烯烧杯中，在电热板上（170℃）赶酸至近干。溶液转移至容量瓶中，用0.5%的稀硝酸定容至25 mL，用Optima 2100DV 电感耦合等离子体发射光谱仪测定样品溶液中的镉含量。

1.4 数据分析

数据采用Microsoft Office Excel 2010和SPSS 21.0统计软件分析。

2 结果与分析

2.1 添加NaAlg 与CaCl2 对镉胁迫下黄瓜幼苗生长的影响

2.1.1 添加NaAlg 与CaCl2 对镉胁迫下黄瓜幼苗茎粗的影响由图1 可知， 添加氯化钙和海藻酸钠制成的胶处理中，100 胶、200 胶处理黄瓜幼苗茎粗较CK 分别降低12.41%、9.73%，均达到显著水平（P＜0.05），50 胶、300 胶、400 胶处理较CK 均无显著差异（P＞0.05）； 不同体积海藻酸钠溶液处理中，100SA 处理效果最佳，50SA 处理较CK 降低2.04%, 均无显著差异（P＞0.05），100SA 、200SA、300SA、400SA 处理较CK 分别增加7.97%、0.55%、1.44%、4.12%，均无显著差异（P＞0.05）；不同体积氯化钙和海藻酸钠混合溶液处理中，400SA+CaCl2处理达到了最大值，50SA+CaCl2、100SA+CaCl2、200SA+CaCl2处 理、300SA+CaCl2处 理较CK 均无显著差异（P＞0.05），400SA+CaCl2处理较CK 有显著差异（P＜0.05）。

图1 添加NaAlg 与CaCl2 对镉胁迫下黄瓜幼苗茎粗的影响

2.1.2 添加NaAlg 与CaCl2 对镉胁迫下黄瓜幼苗株高的影响由图2 可知， 添加氯化钙和海藻酸钠制成的胶处理中，300 胶处理效果最佳，50 胶、100 胶、200 胶、300 胶处理较CK 无显著差异（P＞0.05）；不同体积海藻酸钠溶液处理中，100SA、200SA、300SA、400SA 处理的黄瓜幼苗株高较CK 分别增加10.28%、13.01%、12.91%、12.07%， 均达到显著水平（P＜0.05），50SA 处理较CK 增加了6.19%， 无显著差异（P＞0.05）；不同体积氯化钙和海藻酸钠混合溶液处理中，50SA+CaCl2、100SA+CaCl2处理较CK 分别增加16.27%、20.36%，差异较显著（P＜0.05），200SA+CaCl2、300SA+CaCl2、400SA+CaCl2处理较CK 均无显著差异。

图2 添加NaAlg 与CaCl2 对镉胁迫下黄瓜幼苗株高的影响

2.1.3 添加NaAlg 与CaCl2 对镉胁迫下黄瓜幼苗叶片数的影响由图3 可知， 不同体积氯化钙和海藻酸钠制成的胶对黄瓜幼苗叶片数影响的处理较CK均无显著差异（P＞0.05）；不同体积海藻酸钠溶液处理中， 各处理较CK 分别增加9.09%、9.09%、7.27%、7.27%、9.09%，差异均显著（P＜0.05）；不同体积氯化钙和海藻酸钠混合溶液处理中，200SA+CaCl2处理较CK 增加12.73%，达到显著水平（P＜0.05），50SA+CaCl2、100SA+CaCl2、300SA+CaCl2、400SA+CaCl2处理 较CK无显著差异。

图3 添加NaAlg 与CaCl2 对镉胁迫下黄瓜幼苗叶片数的影响

2.2 添加NaAlg 与CaCl2 对镉胁迫下黄瓜幼苗不同器官镉含量的影响

2.2.1 添加NaAlg 与CaCl2 对镉胁迫下黄瓜幼苗根镉含量的影响由图4 可知， 不同体积氯化钙和海藻酸钠制成的胶对黄瓜幼苗根镉含量影响的处理较CK 无显著差异（P＞0.05）；不同体积海藻酸钠溶液处理中，50SA、100SA、300SA 处理较CK 均无显著差异（P ＞0.05），200SA、400SA 处 理 较CK 分 别 增 加0.44%、33.46%，均无显著差异（P＞0.05）；不同体积氯化钙和海藻酸钠混合溶液处理中，50SA +CaCl2、100SA+CaCl2处理较CK 分别降低22.06%、27.37%，差异较显著（P＜0.05），200SA+CaCl2、300SA+CaCl2、400SA+CaCl2处理较CK 均无显著差异（P＞0.05）。

图4 添加NaAlg 与CaCl2 对镉胁迫下黄瓜幼苗根镉含量的影响

2.2.2 添加NaAlg 与CaCl2 对镉胁迫下黄瓜幼苗茎镉含量的影响由图5 可知， 不同体积氯化钙和海藻酸钠制成的胶对黄瓜幼苗茎镉含量的影响处理中，200 胶、300 胶、400 胶 处 理 较CK 分 别 降 低5.94%、41.37%、15.93%，50 胶、300 胶、400 胶处理均达到显著水平，100 胶、200 胶处理较CK 无显著差异（P＞0.05）； 不同体积海藻酸钠溶液处理中，100SA、200SA 处理 较CK 分别降低5.77%、3.41%，50SA、300SA、400SA 处理较CK 分别增加9.48%、24.74%、19.31%，50SA、100SA、200SA 处理均无显著差异（P ＞0.05），300SA、400SA 处理均达到显著水平；不同体积氯化钙和海藻酸钠混合溶液处理中，50SA+CaCl2、100SA+CaCl2、 200SA+CaCl2、 300SA+CaCl2、 400SA+CaCl2处理较CK 分别降低12.55%、26.78%、22.04%、9.16%、3.39%，50SA+CaCl2、100SA+CaCl2、200SA+CaCl2处理均较CK 有显著差异，300SA+CaCl2、400SA+CaCl2处理较CK 无显著差异（P＞0.05）。

图5 添加NaAlg 与CaCl2 对镉胁迫下黄瓜幼苗茎镉含量的影响

2.2.3 添加NaAlg 与CaCl2 对镉胁迫下黄瓜幼苗叶镉含量的影响由图6 可知， 不同体积氯化钙和海藻酸钠制成的胶对黄瓜幼苗叶镉含量影响的处理中，50 胶、100 胶处理较CK 分别增加9.35%、3.80%，200 胶、300 胶、400 胶处理较CK 分别降低18.98%、42.78%、22.87%，50 胶、200 胶、300 胶、400 胶处理较CK 差异较显著（P＜0.05）；不同体积海藻酸钠溶液处理 中，50SA、300SA 处 理 较CK 分 别 增 加2.50% 、23.70%，100SA、200SA、400SA 处理较CK 分别降低17.78%、16.94%、16.57%，100SA、200SA、300SA、400SA较CK 差异均达到显著水平（P＜0.05）；不同体积氯化钙和海藻酸钠混合溶液处理中，50SA+CaCl2处理效果最佳，50SA+CaCl2、100SA+CaCl2处 理 较CK 分 别 降 低21.67%、10.74%，200SA +CaCl2、300SA +CaCl2、400SA +CaCl2处理较CK 分别增加11.20%、11.02%、65.74%，50SA+CaCl2、100SA+CaCl2、200SA+CaCl2、300SA+CaCl2较CK 均无显著差异（P＞0.05）。

图6 添加NaAlg 与CaCl2 对镉胁迫下黄瓜幼苗叶镉含量的影响

2.3 添加NaAlg 与CaCl2 对镉胁迫下黄瓜幼苗镉亚细胞分布的影响

2.3.1 添加NaAlg 与CaCl2 对镉胁迫下黄瓜幼苗根中亚细胞壁组分镉含量的影响由图7 可知， 氯化钙和海藻酸钠制成的胶对黄瓜幼苗根中亚细胞壁组分镉含量影响的处理中，300 胶处理效果最佳，300 胶处理较CK 降低11.16%，50 胶、100 胶、200 胶、400 胶处 理较CK 分 别 增 加40.24% 、28.84% 、22.10% 、16.98% ，50 胶、100 胶、200 胶、300 胶、400 胶处理较CK 均无显著差异（P＞0.05）；海藻酸钠溶液处理中，100SA 处理效果最佳，100 胶处理较CK 降低0.70%，50SA、200SA、300SA、400SA 处理较CK 分别增加19.77%、55.82%、1.17%、47.21%，50SA、100SA、200SA、300SA、400SA 较CK 均无显著差异（P＞0.05）；氯化钙和海藻酸钠混合溶液处理中，100SA+CaCl2处理效果最佳，100SA+CaCl2处理较CK 降低28.84%，50SA+CaCl2、200SA+CaCl2、300SA+CaCl2、400SA+CaCl2处理较CK分别增加50.47%、77.68%、124.19%、171.17%，50SA+CaCl2、100SA +CaCl2处 理 较CK 均 无 显 著 差 异，200SA+CaCl2、300SA+CaCl2、400SA+CaCl2处 理较CK有显著差异（P＜0.05）。

图7 添加NaAlg 与CaCl2 对镉胁迫下黄瓜幼苗根中亚细胞壁组分镉含量的影响

2.3.2 添加NaAlg 与CaCl2 对镉胁迫下黄瓜幼苗根中亚细胞质体镉含量的影响由图8 可知， 氯化钙和海藻酸钠制成的胶对黄瓜幼苗根中亚细胞质体镉含量影响 的处 理中，50 胶、100 胶、200 胶、300 胶、400 胶 处 理 较CK 分 别 增 加90.68% 、71.46% 、243.98%、141.07%、131.07%， 较CK 均有显著差异（P ＜0.05）； 海 藻 酸 钠 溶 液 处 理 中，50SA、100SA、200SA、300SA、400SA 处理较CK 分别增加112.62%、140.10% 、143.11% 、72.82% 、126.22% ，50SA、100SA、200SA、400SA 较CK 均有显著差异，300SA 较CK 无显著差异（P＞0.05）；氯化钙和海藻酸钠混合溶液处理组 中，50SA +CaCl2、100SA +CaCl2、200SA +CaCl2、300SA +CaCl2、400SA +CaCl2处 理 较CK 分 别 增 加108.16%、123.60%、53.11%、188.84%、138.84%，50SA+CaCl2、 100SA +CaCl2、 200SA +CaCl2、 300SA +CaCl2、400SA+CaCl2处理较CK 均有显著差异（P＜0.05）。

图8 添加NaAlg 与CaCl2 对镉胁迫下黄瓜幼苗根中亚细胞质体镉含量的影响

2.3.3 添加NaAlg 与CaCl2 对镉胁迫下黄瓜幼苗根中亚细胞核镉含量的影响由图9 可知， 氯化钙和海藻酸钠制成的胶对黄瓜幼苗根中亚细胞核镉含量影响的处理中， 50 胶、100 胶、200 胶、300 胶、400 胶处 理 较CK 分 别 增 加28.07% 、74.85% 、81.68% 、46.20%、122.22%，50 胶、300 胶处理较CK 差异不显著，100 胶、200 胶、400 胶较CK 均有显著差异（P＜0.05）； 海藻酸钠溶液处理中，50SA、100SA、200SA、300SA、400SA 处理较CK 分别增加150.10%、111.11%、163.94%、 109.94%、 73.68%， 50SA、 100SA、 200SA、300SA、400SA 处理差异均达到显著水平（P＜0.05）；氯化钙和海藻酸钠混合溶液处理中，50SA +CaCl2、100SA +CaCl2、200SA +CaCl2、300SA +CaCl2、400SA +CaCl2处理较CK 分别增加211.89%、37.82%、179.53%、109.16%、114.43%，50SA+CaCl2、200SA+CaCl2、300SA+CaCl2、400SA+CaCl2处理较CK 均差异显著，100SA+CaCl2处理较CK 差异不显著（P＞0.05）。

图9 添加NaAlg 与CaCl2 对镉胁迫下黄瓜幼苗根中亚细胞质体镉含量的影响

2.3.4 添加NaAlg 与CaCl2 对镉胁迫下黄瓜幼苗根中亚细胞线粒体镉含量的影响由图10 可知，氯化钙和海藻酸钠制得的胶对黄瓜幼苗根中亚细胞线粒体镉含量影响的处理中，50 胶处理效果最佳，50 胶、100 胶、200 胶、300 胶处理较CK 分别降低47.03%、28.14%、12.59%、27.78%，较CK 均无显著差异（P＞0.05）， 400 胶处理较CK 增加170.37%， 较CK 差异较显著；海藻酸钠溶液处理中，50SA、100SA、200SA、300SA、400SA 处理较CK 分别增加71.48%、7.41%、151.86%、128.52%、76.30%，50SA、100SA、400SA， 较CK 均无显著差异，200SA、300SA 处理较CK 差异达到显著水平（P＜0.05）；氯化钙和海藻酸钠混合溶液处理 中，200SA+CaCl2处 理效果 最佳，200SA+CaCl2处理 较CK 降 低34.81%， 50SA+CaCl2、 100SA+CaCl2、300SA +CaCl2、400SA +CaCl2处 理 较CK 分 别 增 加10.00% 、238.89% 、135.56% 、210.74% ，50SA +CaCl2、200SA+CaCl2处理较CK 均无显著差异，100SA+CaCl2、300SA+CaCl2、400SA+CaCl2处理较CK 均有显著差异（P＜0.05）。

图10 添加NaAlg 与CaCl2 对镉胁迫下黄瓜幼苗根中亚细胞线粒体镉含量的影响

2.3.5 添加NaAlg 与CaCl2 对镉胁迫下黄瓜幼苗根中亚细胞的核糖体可溶性组分镉含量的影响由图11 可知，氯化钙和海藻酸钠制成的胶对黄瓜幼苗根中亚细胞的核糖体可溶性组分镉含量影响的处理中，200 胶处理效果最佳，200 胶处理较CK 降低19.39%，较CK 差异显著（P＜0.05）；海藻酸钠溶液处理中，300SA 处理效果最佳，50SA、200SA 处理较CK分别增加19.02%、16.54%，100SA、300SA、400SA 处理较CK 分别降低12.55%、39.16%、14.83%，50SA、100SA、 200SA、 300SA、 400SA 处理较CK 均差异不显著（P＞0.05）；氯化钙和海藻酸钠混合溶液处理中，50SA+CaCl2、100SA+CaCl2、200SA+CaCl2、300SA+CaCl2、400SA+CaCl2处 理 较CK 分 别 增 加10.46%、27.95%、 29.28%、 104.37%、 85.36%， 50SA+CaCl2、100SA+CaCl2、200SA+CaCl2处理较CK 差异不显著，300SA+CaCl2、400SA+CaCl2处 理 较CK 均 差 异 显 著（P＜0.05）。

图11 添加NaAlg 与CaCl2 对镉胁迫下黄瓜幼苗根中亚细胞的核糖体可溶性组分镉含量的影响

3 结论

研究结果表明， 由海藻酸钠和氯化钙制成的水凝胶处理、海藻酸钠溶液处理、海藻酸钠和氯化钙混合溶液处理均可以缓解镉对黄瓜幼苗的胁迫作用。氯化钙和海藻酸钠制成的胶处理较明显的抑制了镉离子从根向地上部的转运， 使根中镉含量远远大于茎和叶，茎中的镉含量大于叶中的镉含量，减少了镉离子对黄瓜幼苗生长的毒性作用。 在3 种不同的试剂处理方法中， 黄瓜幼苗的镉含量在根中亚细胞中的分布规律表现为质体＞细胞核＞核糖体可溶性组分＞细胞壁＞线粒体。