镉胁迫对黄秋英生理及富集特性的影响

2024-04-01李源恒赵春莉郭宏亮陈元晖刘翰升王晟旭

山东农业科学 2024年1期

李源恒赵春莉郭宏亮陈元晖刘翰升王晟旭

摘要：为给土壤镉（Ｃｄ）污染地区提供具有景观修复性的植物修复材料，本试验采用盆栽方法，研究不同质量浓度镉（０、０.３、３、３０、６０、１２０、１８０ｍｇ/ ｋｇ）对黄秋英（Ｃｏｓｍｏｓｓｕｌｐｈｕｒｅｕｓ）植株生理及富集特性的影响。结果表明：胁迫１５ｄ时，随着镉浓度增加，黄秋英叶片可溶性蛋白、叶绿素ａ、叶绿素ｂ、类胡萝卜素含量和ＳＯＤ活性均呈先升后降趋势，ＭＤＡ含量逐渐下降，ＰＯＤ活性先降后升；ＥＴＲ、ｑＰ、Ｔｒ在镉浓度０.３ｍｇ/ ｋｇ时达到最高，Ｐｎ与Ｇｓ在镉浓度３ｍｇ/ ｋｇ时达到最高，ＮＰＱ在镉浓度３０ｍｇ/ ｋｇ时降到最低，Ｆｖ/ Ｆｍ在镉浓度６０ｍｇ/ ｋｇ时达到最高，Ｆｏ在镉浓度１８０ｍｇ/ ｋｇ时降到最低。胁迫３０ｄ时，其可溶性蛋白含量、ＳＯＤ活性先升后降，ＭＤＡ含量先升后降再升高，ＰＯＤ活性先降后升再下降，叶绿素ａ、叶绿素ｂ、类胡萝卜素含量先降后升；镉浓度０.３ｍｇ/ ｋｇ时Ｆｖ/ Ｆｍ达到最高，镉浓度３ｍｇ/ ｋｇ时ＮＰＱ达到最高，而Ｔｒ、Ｐｎ、Ｇｓ降到最低，镉浓度３０ｍｇ/ ｋｇ时ｑＰ达到最高、Ｆｖ/ Ｆｍ降到最低，镉浓度６０ｍｇ/ ｋｇ时Ｐｎ、Ｇｓ达到最高，而Ｆｏ、ＮＰＱ降到最低，镉浓度１２０ｍｇ/ ｋｇ时Ｃｉ降到最低，镉浓度１８０ｍｇ/ ｋｇ时Ｔｒ、ＥＴＲ达到最高。镉浓度<１８０ｍｇ/ ｋｇ时，黄秋英各器官镉含量表现为茎>根>叶；镉浓度≥１８０ｍｇ/ ｋｇ时为根>茎>叶。镉浓度≥１２０ｍｇ/ ｋｇ时黄秋英根、茎及地上部镉含量均超过镉超富集植物的临界值。综上看出，黄秋英在高浓度镉胁迫下具有较高的耐受力，同时具备较强的镉富集能力，可作为具有景观修复性的植物修复材料。

关键词：黄秋英；镉胁迫；光合生理；光响应；叶绿素荧光；富集特性

中图分类号：Ｓ５６７.２１文献标识号：Ａ文章编号：１００１－４９４２（２０２４）０１－００８１－１０

我国经济飞速发展的同时伴随着农工业资源的过度开发与超前利用，大量农工业活动对相应区域出现的重金属污染负有主要责任[１] ，它严重危害当地居民的生存环境、生命健康、生活质量。土壤镉污染经调查已是我國无机物污染之首[２] ，位点超标率达７.０％且远超自然背景值[３] 。土壤中的镉可以通过呼吸及与皮肤接触等直接进入人体，也可通过富集作用经食物链间接进入人体，对人体造成肝肾功能损坏、结石和贫血等危害，严重影响我国环境安全[４－５] ，因此对镉污染的防范与治理已然成为当下亟待解决的课题之一。

植物修复技术是重金属污染修复方法中成本低、易操作、无二次污染并同时能够美化环境的友好型解决方案[６] ，它通过植物的生命活动将污染土壤中的重金属富集或降解，从而达到修复和治理的效果[７] 。在植物修复实际应用中，通常选择富集能力较强的植物，而菊科植物在修复土壤镉污染中具有重要作用[８] ：鬼针草（Ｂｉｄｅｎｓｐｉｌｏｓａ）镉富集系数达到４.１６，富集效果良好[９] ；野外调查发现，超富集植物藿香蓟（ＡｇｅｒａｔｕｍｃｏｎｙｚｏｉｄｅｓＬ.）叶片中的镉含量最大值为７７.０１ｍｇ/ ｋｇ[１０] ；稻槎菜（Ｌａｐｓａｎａａｐｏｇｏｎｏｉｄｅｓ）在土壤镉浓度为２.０４～２.８９ｍｇ/ ｋｇ时，其地上部镉积累量为１.１０～１.１３ｍｇ/ ｍ２[１１] 。以上研究结果表明，菊科植物在修复镉污染土壤中具有较好的应用前景，但这些研究只关注了植物富集重金属的方向，忽略了修复过程中的植物观赏性。因此，从修复能力与景观修复效果相结合角度出发，选择应用于园林绿化的景观植物作为研究对象，可使既满足土壤修复条件又能达到景观效果的植物修复技术有更广的应用空间与更高的应用价值。

黄秋英（Ｃｏｓｍｏｓｓｕｌｐｈｕｒｅｕｓ）又名硫华菊，菊科秋英属，一年生草本植物，花期为３０～６０ｄ[１２] ，具有美观、生物量大、易养护等优点，是园林绿化中的热点植物之一。目前对黄秋英的研究主要表现在化合物提取和耐盐抗旱等方面[１３－１５] ，而有关重金属对黄秋英影响的研究相对较少，且仅限于黄秋英的重金属富集能力研究，还未见重金属污染环境下黄秋英耐受能力的报道。因此，本试验从修复能力与景观效果相结合的角度出发，选择应用于园林绿化的景观植物黄秋英为对象，研究不同质量浓度镉胁迫下黄秋英的耐受能力及其对黄秋英生理、光合特性的影响，明确其不同质量浓度镉胁迫下的富集能力，以期为景观植物的镉胁迫修复技术提供理论依据及技术支撑。

１材料与方法

１.１试验材料

供试黄秋英种子购自甘肃酒泉市蓝翔园艺种苗有限责任公司，千粒重９.１ｇ。

１.２试验设计

试验于２０２２年６月１５日开始在吉林农业大学林学与草学学院温室进行。试验采用盆栽方式，花盆规格为口径１４.５ｃｍ、底径１０.１ｃｍ、高度１１.０ｃｍ，栽培基质比例为草炭∶园土∶沙土＝１∶２∶２，每盆装栽培基质５００ｇ（干土）。

根据国家土壤污染风险管控标准（ＧＢ１５６１８—２０１８，ＧＢ３６６００—２０１８）并结合预试验所得结果，将试验土壤Ｃｄ２＋浓度设置为：０、０.３、３、３０、６０、１２０、１８０ｍｇ/ ｋｇ，共７个处理，分别标记为Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７。供试Ｃｄ２＋采用分析纯ＣｄＣｌ２２.５Ｈ２Ｏ配制所得，以溶液形式浇入土壤中，保持土壤湿度一致，钝化平衡一个月开始试验。黄秋英种子播种在育苗盘上，待幼苗长出２～４片真叶时，选择生长良好且长势相同的幼苗移栽到花盆中，每盆３株，栽植深度（５ｃｍ）一致，并采用人工浇灌方式，每两天补水一次保持土壤湿润，于栽后１５ｄ和３０ｄ进行各项指标测定，重复３次。

１.３测定指标及方法

１.３.１生理生化指标测定超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）活性测定采用ＮＢＴ光还原法，过氧化物酶（ＰＯＤ）活性测定采用愈创木酚法；可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝Ｇ－２５０染色法；丙二醛（ＭＤＡ）含量测定采用硫代巴比妥酸法[１６] ；叶片光合色素含量采用丙酮－乙醇（等体积比）混合液浸提法测定，计算单位鲜重、叶片的叶绿素ａ、叶绿素ｂ、类胡萝卜素含量及叶绿素ａ/ ｂ[１７] 。

１.３.２光合参数测定镉胁迫１５ｄ和３０ｄ，于晴天９ ∶００—１１ ∶００分别选择３株长势相近植株，用Ｌｉ－６８００光合作用仪（Ｌｉ－Ｃｏｒ，Ｉｎｃ，ＵＳＡ）测定成熟叶片的光合参数，包括净光合速率（Ｐｎ）、气孔导度（Ｇｓ）、胞间ＣＯ２浓度（Ｃｉ）、蒸腾速率（Ｔｒ）。测定过程中进入叶室的气体流速控制在５００ μｍｏｌ/ ｓ，相对湿度控制在６０％左右，参比室ＣＯ２浓度控制在４００ μｍｏｌ/ Ｌ左右，叶室温度在２８～３０ ℃之间，光强设定为１４００ μｍｏｌ/ （ｍ２ｓ）。

１.３.３叶绿素荧光参数测定镉胁迫１５ｄ和３０ｄ，叶片经３０ｍｉｎ暗适应后测得初始荧光（Ｆｏ）和最大荧光（Ｆｍ），在光适应状态下测得实际荧光产量（Ｆｏ′）、稳态荧光产量（Ｆ′）和最大荧光产量（Ｆｍ′）等荧光参数。根据所测定荧光参数按照公式分别计算光系统Ⅱ的最大光化学量子产量（Ｆｖ/ Ｆｍ）、光合电子传递速率（ＥＴＲ）、光化学淬灭系数（ｑＰ）、非光化学猝灭系数（ＮＰＱ）：

Ｆｖ/ Ｆｍ＝（Ｆｍ－Ｆｏ） / Ｆｍ；

ｑＰ＝（Ｆｍ－Ｆｍ′） / （Ｆｍ－Ｆｏ′）；

ＮＰＱ＝（Ｆｍ－Ｆｍ′） / Ｆｍ′ 。

１.３.４镉含量测定镉胁迫试验结束后，黄秋英整株收获，用ｄｄＨ２Ｏ清洗，洗净后用吸水纸吸净表面水分，将植株分为根、茎、叶三部分。每部分用天平称取１０ｇ样品，剪碎后装入聚四氟乙烯消解管中，加入硝酸５ｍＬ浸泡过夜后加入高氯酸０.５ｍＬ进行消解，再用石墨消解仪于１８０ ℃下消解４５ｍｉｎ，将温度提高到２２０ ℃继续消解至黄棕色烟雾完全出尽，随后加入过氧化氢２ｍＬ，继续加热至白烟出尽、溶液透明，消解结束后自然冷却至室温，定容至２５ｍＬ，使用可见分光光度计（型号：７２２Ｎ）进行镉含量测定[１８] 。通过标准曲线分别计算黄秋英根、茎、叶中的镉（Ｃｄ）含量，最后计算出黄秋英的镉富集系数（ＢＣＦ）与转移系数（ＴＦ）[１９]。

富集系数（ＢＣＦ）＝植物地上部镉含量或地下部镉含量/ 土壤中镉含量；转运系数（ＴＦ）＝植株地上部（茎叶）镉含量/地下部（根）镉含量。

１.４数据处理与分析

使用ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＥｘｃｅｌ２０１９整理数据和图表制作，使用ＳＰＳＳ２０.０软件进行单因素方差分析和差异显著性检验。

２结果与分析

２.１镉胁迫对黄秋英叶片生理生化指标的影响

２.１.１对可溶性蛋白含量的影响由表１可知，不同镉浓度处理对黄秋英叶片可溶性蛋白含量的影响不同。胁迫１５ｄ时，随着镉浓度增加，其可溶性蛋白含量呈先升后降趋势，Ｃ２与Ｃ１相比升高８７.７％（Ｐ <０.０５），Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７与Ｃ１相比下降３７.４％、６２.６％、７４.７％、６１.６％（Ｐ<０.０５），Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７较Ｃ４显著降低。胁迫３０ｄ时，随着镉浓度增加，

可溶性蛋白含量整体呈先升后降趋势，与Ｃ１相比Ｃ２升高２２.１％（Ｐ<０.０５），Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７分别降低２７.８％、７５.８％、８３.６％、７５.２％、９０.４％（Ｐ <０.０５），与Ｃ３相比Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７显著降低。说明Ｃｄ浓度０.３ｍｇ/ ｋｇ对黄秋英叶片可溶性蛋白的形成有促进作用；Ｃｄ浓度增到３ｍｇ/ ｋｇ时，对黄秋英叶片可溶性蛋白的影响表现为，胁迫初期促进，后期抑制，并且随着胁迫浓度增加，抑制作用也逐渐加强。

２.１.２对ＭＤＡ含量的影响由表１可知，不同镉浓度处理对黄秋英叶片ＭＤＡ含量的影响不同。胁迫１５ｄ时，随着Ｃｄ浓度增加，叶片ＭＤＡ含量呈下降趋势，Ｃ５和Ｃ７处理达到最低，与Ｃ１相比均降低３０.０％（Ｐ<０.０５），Ｃ２、Ｃ４、Ｃ６较Ｃ１显著降低，Ｃ３与Ｃ１差异不显著。胁迫３０ｄ时，随着Ｃｄ浓度增加，叶片ＭＤＡ含量呈先升高后下降再升高的趨势：Ｃ３较Ｃ１升高２６.５％（Ｐ<０.０５）；随后Ｃ４、Ｃ５降低，但与Ｃ１差异不显著；Ｃ６达到最低，较Ｃ１显著下降３５.３％；Ｃ７随后升高，与Ｃ６相比增加５０.０％，但与Ｃ１差异不显著。可以看出，Ｃｄ胁迫初期，黄秋英叶片ＭＤＡ含量表现为降低，且随着胁迫浓度增加其生成受到抑制；Ｃｄ胁迫后期则表现为低浓度促进ＭＤＡ生成，随着Ｃｄ浓度增加则逐渐受到抑制。

２.１.３对抗氧化酶活性的影响由表１可知，不同镉浓度处理对黄秋英叶片抗氧化酶活性的影响不同。胁迫１５ｄ时，随着Ｃｄ浓度增加，过氧化物酶（ＰＯＤ）活性整体呈先下降后升高趋势，Ｃ５时达到最低，与Ｃ１相比降低４０.５％（Ｐ<０.０５），Ｃ７时达到最高，与Ｃ１相比升高１６５.３％（Ｐ <０.０５），其他浓度处理与Ｃ１差异不显著；超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）活性呈先升后降趋势，Ｃ７时达到最低，与Ｃ１相比降低２１.０％（Ｐ <０.０５），其他浓度处理与Ｃ１差异不显著。胁迫３０ｄ时，随着Ｃｄ浓度增加，ＰＯＤ活性整体呈先下降后升高再下降的趋势，Ｃ２时最低，与Ｃ１相比降低６５.０％，Ｃ４与Ｃ１相比显著升高，Ｃ５处理达到最高，与Ｃ１相比升高３４９.３％；ＳＯＤ活性呈先升后降趋势，与Ｃ１相比Ｃ４、Ｃ６、Ｃ７处理分别下降１５.８％、２６.８％、２４.３％（Ｐ<０.０５），其他处理与Ｃ１差异不显著。

２.２镉胁迫对黄秋英叶片光合色素含量的影响

由表２可知，不同Ｃｄ浓度处理对黄秋英叶片光合色素含量的影响不同。胁迫１５ｄ时，随着Ｃｄ浓度增加，黄秋英叶片叶绿素ａ、叶绿素ｂ、类胡萝卜素含量均呈先升后降趋势，三者中各增加处理与Ｃ１差异均不显著，Ｃ６较Ｃ１分别下降３０.１％（Ｐ<０.０５）、２４.１％、３３.９％（Ｐ<０.０５），且叶绿素ｂ含量Ｃ６时达到最低，叶绿素ａ、类胡萝卜素含量Ｃ７时达到最低，比Ｃ１分别降低３５. １％、５０.８％（Ｐ<０.０５）。

胁迫３０ｄ时，黄秋英叶片叶绿素ａ、葉绿素ｂ、类胡萝卜素含量均呈现先下降后升高趋势，Ｃ４时达到最低，与Ｃ１相比分别降低４１.０％、４８.６％、４３.８％（Ｐ<０.０５）；与Ｃ１相比，Ｃ２、Ｃ３、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７叶绿素ａ含量显著下降，类胡萝卜素含量差异不显著；Ｃ３、Ｃ５、Ｃ６叶绿素ｂ含量与Ｃ１相比显著降低，Ｃ２、Ｃ７与Ｃ１差异不显著。

胁迫１５、３０ｄ时，各处理叶片叶绿素ａ/ ｂ与Ｃ１差异均不显著。以上表明，胁迫１５ｄ时，黄秋英叶片叶绿素ａ、叶绿素ｂ、类胡萝卜素含量，随着镉胁迫浓度增加，初期表现为促进，但效果未达到显著水平，Ｃｄ浓度增至１２０ｍｇ/ ｋｇ时表现为显著抑制；胁迫３０ｄ时，随着镉胁迫浓度增加，抑制作用增强，Ｃｄ浓度为３０ｍｇ/ ｋｇ时达到最低，之后随着镉浓度增加抑制效果逐步减弱。

２.３镉胁迫对黄秋英叶片叶绿素荧光特性的影响

由表３可知，不同Ｃｄ浓度处理对黄秋英叶片叶绿素荧光特性的影响不同。镉胁迫１５ｄ时，随着Ｃｄ浓度增加，初始荧光Ｆｏ整体呈现逐步下降趋势，Ｃ７时降到最低，与Ｃ１相比降低５０.２％，Ｃ５与Ｃ４相比略有上升但差异不显著，Ｃ６与Ｃ４相比显著升高达３１.８％；最大光化学量子产量Ｆｖ/ Ｆｍ呈现先升后降趋势，Ｃ５时达到最高，与Ｃ１相比显著升高１６.４％，Ｃ７时达到最低，但与Ｃ１差异不显著；光合电子传递速率ＥＴＲ大体呈现先升高后下降趋势，Ｃ２时达到最高，与Ｃ１相比显著上升６４.３％，Ｃ５和Ｃ７有所下降但仍显著高于Ｃ１；非光化学淬灭系数ＮＰＱ大体呈现先下降后升高趋势，Ｃ４时降到最低，与Ｃ１相比显著降低７８.２％，Ｃ６、Ｃ７与Ｃ４相比显著升高１７５.０％和９７.５％，但与Ｃ１相比分别显著下降３９.９％和５６.８％；光化学淬灭系数ｑＰ大体呈现先升高后下降再升高的变化趋势，Ｃ２时达到最高，

较Ｃ１显著升高２９.５％，Ｃ５与Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ６相比显著下降，但与Ｃ１和Ｃ７差异不显著。镉胁迫３０ｄ时，随着Ｃｄ浓度增加，Ｆｏ呈现先升高后下降趋势，Ｃ３时达到最高，但与Ｃ１差异不显著，Ｃ５时最低，与Ｃ１相比显著降低１３.６％，与Ｃ６和Ｃ７差异不显著；Ｆｖ/ Ｆｍ呈现先升后降再升再降的变化趋势，Ｃ２时达到最高，与Ｃ１相比显著升高７.１％，Ｃ４时最低，与Ｃ１相比显著降低５.６％，Ｃ６与Ｃ１相比升高显著，Ｃ７与Ｃ１差异不显著；ＥＴＲ大体呈现先升高后下降再升高的变化趋势，Ｃ３时最低，但与Ｃ１差异不显著，Ｃ７时达到最高，与Ｃ１相比显著提升３３.３％；ＮＰＱ整体呈现先升高后下降趋势，Ｃ３时达到最高，与Ｃ１相比显著升高１１２.３％，Ｃ５时最低，与Ｃ１相比显著降低４３.９％，Ｃ６、Ｃ７略有回升但与Ｃ１差异不显著；ｑＰ呈现先下降再升高趋势，Ｃ３时降到最低，与Ｃ１差异显著，Ｃ４时达到最高，与Ｃ１相比显著上升２２.０％，Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７与Ｃ１、Ｃ４差异不显著。

２.４镉胁迫对黄秋英叶片光合特性的影响

由图１可知，不同浓度镉处理对黄秋英叶片光合参数的影响不同。胁迫１５ｄ时，随着Ｃｄ浓度增加，黄秋英叶片的蒸腾速率（Ｔｒ）、净光合速率（Ｐｎ）、气孔导度（Ｇｓ）大体呈现先升高后下降趋势，胞间ＣＯ２浓度（Ｃｉ）无显著差异。其中，Ｔｒ在Ｃ２时达到最高，与Ｃ１相比显著上升６８.７％，Ｃ７时降到最低，与Ｃ１差异不显著；Ｐｎ在Ｃ３时达到最高，与Ｃ１相比显著上升９１.１％，Ｃ７时降到最低，与Ｃ１差异不显著；Ｇｓ在Ｃ３时达到最高，与Ｃ１相比显著上升１１３.０％，Ｃ７与Ｃ１差异不显著。

胁迫３０ｄ时，随着Ｃｄ浓度增加，黄秋英叶片的Ｔｒ、Ｐｎ、Ｇｓ大体呈现先下降再升高趋势，Ｃｉ呈现先升高后下降再升高的变化趋势。其中，Ｔｒ在Ｃ３时降到最低，与Ｃ１相比显著下降２９.３％，Ｃ７时达到最高，与Ｃ１相比显著升高２５.３％；Ｐｎ在Ｃ３时降到最低，与Ｃ１相比显著下降３２.７％，Ｃ５时达到最高，与Ｃ１相比显著升高１８.２％ê.Ｇｓ在Ｃ３时降到最低，与Ｃ１相比显著降低３５.７％，Ｃ５时达到最高，与Ｃ１相比升高２８.６％；Ｃｉ在Ｃ６时降到最低，与Ｃ１相比显著下降９.２％，Ｃ７时达到最高，但与Ｃ１差异不显著。

２.５镉胁迫对黄秋英镉含量与镉积累的影响

由表４可知，随着镉胁迫浓度增加，黄秋英根、茎、叶及地上部镉含量均呈现上升趋势，Ｃ５、Ｃ６处理各器官镉含量分布顺序为茎>根>地上部>叶，，Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４为茎>地上部>根>叶，Ｃ７为根>茎>地上部>叶。Ｃ２～Ｃ７这６个处理黄秋英根系镉含量分别是Ｃ１的２.５０、２２.３９、１８５.５６、４５６.５０、６９９.６１倍和８５４.６１倍，Ｃ４～Ｃ７均与Ｃ１差异显著；地上部镉含量分别是Ｃ１的３.０５、２４.９５、２４４.３７、３８０.５８、５４８.０５倍和６１１.４７倍，Ｃ４～Ｃ７均与Ｃ１差异显著。镉浓度为０.３、３、３０、６０ｍｇ/ ｋｇ（Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５）时，其地上部富集系数大于１，但镉含量均未达到镉超富集植物标准（１００ｍｇ/ ｋｇ），１２０、１８０ｍｇ/ ｋｇ（Ｃ６、Ｃ７）时，黄秋英根、茎及地上部镉含量均达到镉超富集植物标准，但富集系数与转运系数均小于１，因此判定黄秋英是镉富集植物。

由表５可知，随着镉浓度增加，其他各处理黄秋英地上部与地下部镉积累量均高于Ｃ１，其中地下部镉积累量呈现上升趋势，地上部镉积累量呈现先升后降趋势。Ｃ２和Ｃ３地下部镉积累量分别是Ｃ１的２.３５倍和１７.４０倍，但差异不显著；Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７分别是Ｃ１的１８２.３８、３１４.５６、３４６.８２、６０７.８５倍，差异达到显著水平；Ｃ２～Ｃ７这６个处理地上部镉积累量分别是Ｃ１的１.３０、１７.１３、１２７.３５、１７２.６８、２９５.５２、６８.３１倍。地下部镉积累量在Ｃ７（１８０ｍｇ/ ｋｇ）时达到最高，为１５１. ９６μｇ/ 株，地上部鎘积累量在Ｃ６（１２０ｍｇ/ ｋｇ）时达到最高，为１４.７８ μｇ/ 株。

３讨论与结论

３.１镉胁迫对黄秋英叶片生理生化指标的影响

重金属镉（Ｃｄ）具有很强的生物毒性，Ｃｄ２＋在植物体内积累会导致植物细胞氧化应激，并积累大量的活性氧（ＲＯＳ），引起膜脂过氧化，细胞膜透性增强，破坏膜结构，致使植物自身的生理生化系统紊乱[２０] 。而有关研究表明，植物体会通过自身抗氧化系统去消除活性氧以维持正常的生理代谢与稳定的内环境[２１] 。ＭＤＡ是膜脂过氧化的重要产物之一，膜脂过氧化的程度越深，ＭＤＡ含量就越高[２２] 。本试验中，胁迫１５ｄ时，随着Ｃｄ浓度增加，黄秋英叶片ＭＤＡ含量逐渐下降；胁迫３０ｄ时ＭＤＡ含量在Ｃ３时达到最高，后随着胁迫浓度增加逐渐降低，Ｃ７下ＭＤＡ含量与Ｃ１相比差异不显著。表明高浓度和长时间的Ｃｄ胁迫对黄秋英叶片的细胞膜破坏不严重，这与陈一博[２３] 的镉胁迫在早开堇菜上的研究结果不一致，推测是由不同植物对镉的耐受能力不同所致。

ＰＯＤ与ＳＯＤ是植物体清除ＲＯＳ的主要抗氧化酶。本试验中，镉胁迫１５ｄ时，黄秋英叶片ＰＯＤ活性整体呈先下降后升高趋势，ＳＯＤ呈现先升高后下降趋势。其中，ＰＯＤ活性在Ｃ５时降到最低，此时ＳＯＤ活性与Ｃ１相比略有提升；ＰＯＤ活性在Ｃ７时达到最高，此时ＳＯＤ活性降到最低。胁迫３０ｄ时，ＰＯＤ活性呈现先下降后升高再下降的变化趋势，ＳＯＤ活性呈现先升高后下降趋势。其中，ＰＯＤ活性在Ｃ２时降到最低，此时ＳＯＤ与Ｃ１相比略有提升；Ｃ４下ＳＯＤ活性较Ｃ１显著降低，此时ＰＯＤ活性与Ｃ１相比显著提高；之后随着Ｃｄ浓度增加，ＰＯＤ和ＳＯＤ活性均呈降低趋势，Ｃ６、Ｃ７下ＰＯＤ活性仍高于Ｃ１，而ＳＯＤ活性则显著降低。表明黄秋英在Ｃｄ胁迫下以提高ＰＯＤ活性作为清除体内ＲＯＳ的主要手段，这与林立金等[２４] 的试验结果一致，而ＳＯＤ则作为辅助调节。在高浓度和长时间Ｃｄ胁迫下，随着毒害的加深，ＰＯＤ活性仍高于Ｃ１，由此可见黄秋英对于Ｃｄ胁迫有较强的耐受性，能够在土壤Ｃｄ污染环境下维持自身内环境的平衡。

可溶性蛋白是植物体内重要的渗透调节物质，在逆境条件下可溶性蛋白的积累对维持植物细胞正常的生理活动有着重要意义[２５] 。本试验中，胁迫１５ｄ与３０ｄ时，随着Ｃｄ浓度增加，黄秋英叶片可溶性蛋白含量先升高后下降，浓度为Ｃ２时达到最高，之后逐渐降低。这表明低浓度Ｃｄ胁迫下，黄秋英能够通过提高可溶性蛋白含量来抵御Ｃｄ的毒害，但随着胁迫浓度增加，可溶性蛋白合成受到抑制，含量减少。该结果与刘翰升等[１８] 对万寿菊的试验结果一致，但同时期ＰＯＤ与ＳＯＤ的作用能够很好地降低黄秋英体内的ＲＯＳ含量，降低Ｃｄ２＋对细胞膜的毒害，保证黄秋英膜系统不遭到严重破坏。

３.２镉胁迫对黄秋英叶片光合色素含量和光合特性的影响

光合作用是植物维持生命活动的基础，长期暴露在Ｃｄ环境中的植物，其体内光合系统会遭到破坏，导致光合能力降低，从而对植物正常的生命活动造成影响[２６] 。本试验结果表明，短期（１５ｄ）胁迫下低浓度Ｃｄ能够促进黄秋英叶片的光合作用，而随着Ｃｄ浓度增加，毒害随之加深，促进逐渐转为抑制。其中，Ｔｒ、Ｇｓ和叶绿素ａ、叶绿素ａ/ ｂ、类胡萝卜素均在Ｃｄ浓度为１８０ｍｇ/ ｋｇ时其值降到最低，叶绿素ｂ、Ｃｉ有所下降，表明高浓度Ｃｄ胁迫导致黄秋英叶片Ｔｒ、Ｇｓ下降的同时减少光合色素的合成，导致光合速率（Ｐｎ）降低。短期高浓度Ｃｄ胁迫虽然能够抑制黄秋英的光合速率，但这种抑制不显著，光合作用仍能正常运行；而长期（３０ｄ）Ｃｄ胁迫下，Ｔｒ、Ｐｎ、Ｇｓ均在Ｃｄ浓度为３ｍｇ/ ｋｇ时降到最低，叶绿素ａ、叶绿素ｂ含量显著降低，之后随着胁迫浓度增加呈现升高趋势。这与王菲等[２７] 的试验结果不一致。推测其原因可能是，此浓度下的黄秋英叶片抗氧化酶系统调节速度缓慢，ＲＯＳ没有得到及时消除，导致黄秋英叶片细胞膜系统遭到破坏，同时影响了光合色素合成，进而造成叶片光合速率降低，后随着胁迫浓度增加，黄秋英抗氧化酶系统调节速度加快，细胞膜系统恢复正常，叶片光合速率也与Ｃ１差异不显著。

３.３镉胁迫对黄秋英叶片叶绿素荧光特性的影响

初始荧光Ｆｏ上升可能反映植物ＰＳⅡ受到不可逆的破坏或可逆性损伤；Ｆｖ/ Ｆｍ是指ＰＳⅡ最大光化学量子产量，即ＰＳⅡ反应中心内禀光能转换效率，它能够反映ＰＳⅡ的受损程度[２８] 。本试验中，Ｃｄ胁迫１５ｄ时，随着Ｃｄ浓度增加，Ｆｏ逐渐降低；Ｃｄ浓度在１８０ｍｇ/ ｋｇ时Ｆｖ/ Ｆｍ降到最低，但与Ｃ１差异不显著。Ｃｄ胁迫３０ｄ时，Ｆｏ在镉浓度３ｍｇ/ ｋｇ时达到最高，后随着胁迫浓度增加而降低；Ｆｖ/ Ｆｍ在镉浓度３０ｍｇ/ ｋｇ时降到最低，后随着胁迫浓度增加而升高。这表明短期（１５ｄ）低浓度Ｃｄ胁迫对黄秋英ＰＳⅡ会产生有利影响，而高浓度胁迫对其为不利影响，但不显著；而长期（３０ｄ）中低浓度Ｃｄ胁迫会对黄秋英ＰＳⅡ造成损害。该结果与张敏等[２９] 的试验结论不一致，其原因可能是由此时的抗氧化酶系统调节速度缓慢而造成，后随着胁迫浓度增加其响应速度加快，Ｃｄ２＋对ＰＳⅡ的损害得到抑制与修复。

非光化学淬灭系数ＮＰＱ反映的是ＰＳⅡ天线色素吸收的光能不能用于光合电子传递而以热的形式耗散掉的光能部分；光化学淬灭系数ｑＰ指ＰＳⅡ天线色素吸收光能后用于光合作用电子传递的份额，反映ＰＳⅡ反应中心的开放程度；ＥＴＲ能够反映植物体光反应中心ＰＳⅡ在光适应条件下真实的电子传递速率[３０] 。本试验中，Ｃｄ胁迫１５ｄ时，ＮＰＱ随Ｃｄ浓度增加先降低后升高，但回升后仍低于Ｃ１；ｑＰ则在Ｃｄ浓度为６０ｍｇ/ ｋｇ时与Ｃ１差异不显著，其他浓度下均显著高于Ｃ１；ＥＴＲ在Ｃｄ浓度最高（１８０ｍｇ/ ｋｇ）时仍显著高于Ｃ１。这表明短期Ｃｄ胁迫黄秋英主要是通过提高光合电子传递速率和降低以热能形式的耗散来抵御Ｃｄ２＋对其光系统的毒害。Ｃｄ胁迫３０ｄ时，ＮＰＱ在Ｃｄ浓度３ｍｇ/ ｋｇ时升至最高，后随着胁迫浓度增加而降低，Ｃｄ浓度１２０ｍｇ/ ｋｇ时又出现上升趋势，１８０ｍｇ/ ｋｇ时高于Ｃ１但差异不显著；ＥＴＲ在Ｃｄ浓度３ｍｇ/ ｋｇ时低于Ｃ１，其余均高于Ｃ１，且高浓度胁迫时上升趋势增加；ｑＰ在Ｃｄ浓度３ｍｇ/ ｋｇ时降至最低，后呈升高趋势且均高于Ｃ１。此结果与张栋栋等[３１] 的研究相近。贾中民等[３２] 在秋华柳（Ｓａｌｉｘｖａｒｉｅｇａｔａ）上的试验中指出，镉会使其光合机构受到毒害，ＰＳⅡ原初醌受体的光化学还原效率被Ｃｄ抑制，降低ＰＳⅡ向ＰＳⅠ的电子传递，使得叶片吸收的光能在到达反应中心之前，主要以热损耗的形式散失，从而增强植物自身的光保护能力，避免或减轻了光抑制甚至光氧化对植物自身光合机构的损害，使植物能够维持一定的光合作用水平。本试验结果表明，长时间低浓度Ｃｄ胁迫限制了黄秋英的电子传递速率，导致光反应速率降低，反应中心的开放程度减小，天线色素吸收的光能以热能形式散发的比例增加，此时光反应中心遭到损害，而后随着抗氧化酶系统调节能力的提升，光合机构受到的毒害降低，这种现象得到缓解；长期高浓度Ｃｄ胁迫虽然能够对黄秋英ＰＳⅡ造成影响，但通过自身的调节机制，使得其能够维持一定的光合作用水平。

３.４镉胁迫对黄秋英镉含量与镉积累的影响

目前国内关于镉超富集植物的鉴定标准为地上部镉浓度达到临界值１００ｍｇ/ ｋｇ且转运系数大于１[３３] 。本试验结果表明，黄秋英各器官镉含量在镉处理浓度<１８０ｍｇ/ ｋｇ时分布顺序为茎>根>叶；镉处理浓度≥１８０ｍｇ/ ｋｇ时为根>茎>叶。黄秋英根、茎、叶及地上部镉含量均随着胁迫浓度增加而升高，当浓度≥１２０ｍｇ/ ｋｇ时黄秋英根、茎及地上部镉含量均超过镉超富集植物的临界值（１００ｍｇ/ ｋｇ），但此时转运系数小于１，这与林立金[２４] 等的试验结果一致。黄秋英地下部与地上部镉积累量随着胁迫浓度增加分别呈现逐渐升高和先升后降趋势，地下部镉积累量在Ｃｄ浓度１８０ｍｇ/ ｋｇ时达到最大值（１５１.９６ μｇ/ 株），地上部镉积累量在Ｃｄ浓度１２０ｍｇ/ ｋｇ时达到最大值（１４.７８ μｇ/ 株）。由此看出，黄秋英为镉积累植物，高浓度下仍有较好的富集效果，对镉污染土壤的治理与修复有着重要作用。

综上所述，黄秋英在高浓度镉胁迫下具有较高的耐受力，同时具备较强的镉富集能力，在镉污染环境中能够维持正常的生命活动，可以作为一种具有景观修复性的植物材料用于Ｃｄ污染土壤修复。

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