调节剂对东南景天镉积累的影响范文

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《农业环境科学学报》2014年第八期

1材料与方法

1.1实验设计实验材料东南景天采自浙江省衢州市某古老铅锌矿区。选取生长一致的带顶芽的东南景天茎段用自来水洗净，剪成大小一致的枝条，培养室培养，全天恒温（24±2）℃，湿度75%±5%，日均正午光强8722lx。清水培养至生根后，改用完全培养液培养，培养液组成为：Ca（NO3）2•4H2O2.0mmol•L-1、KH2PO40.1mmolL-1、MgSO4•7H2O0.5mmol•L-1、KCl0.1mmol•L-1、K2SO40.7mmol•L-1、H3BO310μmol•L-1、MnSO4•H2O0.5μmol•L-1、ZnSO4•7H2O1.0μmol•L-1、CuSO4•5H2O0.2μmol•L-1、（NH4）6Mo7O240.01μmol•L-1、Fe-EDTA100μmol•L-1。连续24h通气，每天使用0.1mol•L-1NaOH和0.1mol•L-1HCl调节培养液pH至5.8，每3d更换一次培养液。待长出茂盛根系后，加入0.10mmol•L-1CdCl2进行处理。3d后叶面喷施生长调节剂，叶尖滴水为限，其处理种类与浓度见表1。共喷施3次，每3d喷1次，所有处理完成后继续培养10d收获。每个处理重复4次。

1.2测定项目及方法

1.2.1植株干重植株收获后用自来水冲洗干净，20mmol•L-1EDTA-Na2浸泡根部20min。去离子水反复冲洗，吸水纸擦干。将植株根、茎、叶分离，分别置于烘箱中105℃杀青，65℃烘干至恒重，称重。

1.2.2植株Cd含量样品粉碎、过筛，称取0.300g用8mLHCl∶HNO3=3∶1（V∶V）湿灰法微波消解，火焰原子吸收法测定Cd含量（ZEEnit700P）。

1.2.3SOD、POD活性分别称取0.50g新鲜样品，液氮研磨，加入磷酸缓冲液（pH6.0）5mL，离心（10000×g）10min后取上清液，按陈建勋等[18]的方法测定SOD和POD活性。

1.2.4植株其他指标地上部Cd总量（mg•plant-1）=地上部生物量×地上部Cd含量根部Cd总量（mg•plant-1）=根部生物量×根部Cd含量转运系数=地上部分Cd含量/根部Cd含。量

1.2.5数据分析使用SPSS进行方差分析（ANVON）、多重比较（Duncan）。

2结果分析

2.1不同生长调节剂对东南景天生长的影响如图1所示，0.20mg•L-1ABA及0.20mg•L-1IAA处理的地上部干重显著高于对照，其中以0.20mg•L-1ABA处理最为显著，较对照增加了35.0%。6-BA处理的地上部干重与对照相比无显著差异。ETH处理抑制了东南景天生长，其中0.20mg•L-1ETH处理地上部干重显著低于对照。说明适量浓度的ABA和IAA均能促进东南景天地上部生长，而ETH在供试浓度范围内未能起到相类似的效应。除ETH处理显著降低东南景天根干重以外，其余不同生长调节剂处理的根干重与对照差异不显著。说明在供试浓度范围内，ABA、IAA和6-BA对东南景天根系生长均无显著影响，而ETH显著抑制根系生长。

2.2不同生长调节剂对东南景天Cd含量的影响由图2可知，0.20mg•L-1的ABA处理显著提高了东南景天地上部Cd含量，比对照增加了19％。而0.20mg•L-1的ETH处理显著降低东南景天地上部Cd含量，其他各处理的地上部和根部Cd含量与对照差异不显著。重金属转运系数是评估植物根系向地上部转运重金属的能力的重要指标。各个处理的Cd转运系数如表2。其中0.20mg•L-1ABA处理的Cd转运系数最高，是对照的1.65倍。0.20mg•L-1ABA处理条件下地上部Cd含量增加而根系Cd含量下降，说明ABA提高地上部Cd的积累可能与促进根系向地上部的转运有关。此外，0.02mg•L-1IAA处理的Cd转运系数比对照增加49％。而6-BA处理的Cd转运系数与对照差异不大，ETH处理的Cd转运系数明显下降。说明合适浓度的ABA和IAA均可促进东南景天Cd从根系向地上部的转运，而供试浓度范围内的6-BA无此作用，ETH则限制了Cd向地上的转运。

2.3不同生长调节剂对东南景天Cd积累量的影响重金属积累总量与植物吸收重金属的能力和生物量密切相关。地上部Cd积累量远远高于根系Cd积累量（图3），说明东南景天吸收的Cd主要积累于地上部。与对照相比，0.20mg•L-1ABA、0.20mg•L-1IAA、0.20mg•L-16-BA和0.05mg•L-16-BA处理的地上部Cd积累量均显著增加，其中0.20mg•L-1ABA促进地上部Cd积累的效应最大。两种浓度ETH处理均降低了东南景天地上部的Cd积累量。除0.05mg•L-1IAA处理根部Cd积量显著低于对照外，其他各处理与对照无显著差异。

2.4不同生长调节剂对东南景天SOD和POD活性的影响生长调节剂的处理浓度对不同部位的SOD和POD活性的影响并不相同（表3）。0.20mg•L-1ABA处理仅使根部POD活性增加，叶片POD活性以及叶片和根部SOD活性均与对照无显著性差异。对于IAA来说，除叶片POD活性随着IAA处理浓度增加而增加以外，其余根部POD、叶片SOD和根部SOD活性水平均无显著变化。在供试浓度范围内，6-BA的处理并不影响叶部和根部SOD和POD活性水平。对于ETH，叶部SOD和根部POD活性均表现出随着ETH处理浓度增加而下降的趋势，但叶部POD和根部SOD活性无变化。

3讨论

在Cd处理条件下，4种生长调节剂调控东南景天生长、吸收Cd以及抗氧化酶系统等方面的效应并不相同。地上部Cd积累量是不同生长调节剂促进东南景天吸收Cd的直接和间接效应的综合结果。四种生长调节剂中，0.20mg•L-1ABA的地上部Cd积累量最高。有研究表明，ABA在促进生长的同时，通过提高营养元素的吸收水平以维持植物体内各元素的稳态平衡[19]。实验结果表明，适当浓度的外源ABA（0.20mg•L-1）不仅促进Cd处理下东南景天地上部生长，同时提高地上部Cd含量。这说明提高东南景天地上部Cd含量的效应是ABA的直接调控机制，不能仅用促进地上部生长、维持细胞内元素平衡从而间接促进Cd吸收来解释。此外，从表2可看出，0.02mg•L-1ABA处理的Cd转运系数为2.38，比对照增加49％，说明ABA提高地上部Cd含量可能与其促进根部向上转运Cd至地上部（图2）密切相关。ABA处理可提高水稻（Oryzasativa）对Cd的抗性[20]和白术（Atracty－lodesmacrocephala）对Pb的耐性[21]。Zhao等[22]研究发现，ABA预处理水稻幼苗可通过增加APX和CAT活性、降低SOD活性以缓解Pb胁迫导致的生长抑制。已知SOD和POD是细胞内的抗氧化酶系统，逆境条件下活性氧水平上升往往伴随SOD和POD活性的增加[23]。本研究结果表明，除根部POD活性外，ABA（0.20mg•L-1）处理的叶片SOD活性和POD活性与对照均无显著差异，而ABA（0.20mg•L-1）处理的东南景天地上部Cd含量和生物量均高于对照，由此推测在0.10mmol•L-1Cd处理条件下，通过提高细胞抗氧化酶系统、增强植物抗性并不是ABA促进东南景天地上部对Cd的吸收以及生长的主要调控途径。适当浓度的IAA和6-BA均具有促进植物生长的效应。Hadi等[12]的研究表明施用IAA可以增加玉米的生物量进而提高玉米对Pb的积累；F覿ssle等[14]研究表明施用IAA可缓解Zn、Pb对向日葵的毒害。Tassi等[11]研究发现，Zn、Pb胁迫下施用Cytokin（一种混合了多种自然细胞分裂素的商用生长调节剂），可大幅提高向日葵叶片的生物量，而这一效应与刺激细胞分裂及促进光合作用及干物质的积累相关。本实验结果表明，适当浓度的IAA处理可促进东南景天地上部的生长（图1），IAA处理的地上部Cd积累量均高于对照（图3），说明IAA具有增强东南景天积累Cd的效应。但这一效应主要与IAA促进生长、提高生物量有关，因为IAA处理的叶片Cd含量与对照相比并未增加（图2）。必须指出的是0.05mg•L-1IAA处理的Cd转运系数高达2.15，是对照的1.49倍，因此IAA提高东南景天根系向上转运Cd的效率，可能是IAA促进东南景天地上部积累Cd的另一个重要原因。已知IAA可以通过调节“源-库”关系，引导营养元素向地上部生长快速的部位转移，由此推测IAA可能通过这一方式促进东南景天根系中Cd的向上转运。在6-BA处理中虽然地上部Cd含量与生物量均与对照无显著差异，但其地上部Cd积累量比对照有所增加，这可能是在供试浓度范围内6-BA促进东南景天生长和Cd吸收效应的共同结果。0.20mg•L-1IAA和0.20mg•L-16-BA处理条件下的东南景天地上部Cd含量最高，对应的叶片SOD活性增加，说明I－AA和6-BA有可能通过增强SOD活性来提高叶片细胞对Cd的抗性，从而维持相对正常的代谢活动和较高的生长速率，进而提高东南景天地上部对Cd的累积。0.20mg•L-1ETH处理对东南景天地上部和根系生长有一定的抑制作用，而且ETH的Cd转运系数显著下降，根系Cd含量与对照无差异。由此认为ETH并不减少根系对Cd的吸收，但抑制Cd从根部向地上部的转运，从而减少Cd在地上部的积累，导致地上部Cd含量明显下降（图2）。在多数情况下，ABA和ETH对植物生长发育的调控效应相类似，都具有促进衰老的作用，但在Cd处理下外源ABA与ETH处理对东南景天生长及Cd积累能力的效应正好相反，值得进一步研究。

4结论

实验结果表明，在供试的4种生长调节剂中，适当浓度的ABA、IAA及6-BA处理均提高了东南景天的地上部Cd积累总量，但不同生长调节剂促进东南景天地上部Cd积累效应的机制并不相同：ABA通过促进生长同时增加地上部Cd转运能力、提高地上部Cd的含量，达到促进东南景天地上部Cd积累的作用；而IAA和6-BA则通过促进东南景天生长来提高生物量，从而增强东南景天对Cd的积累。供试浓度范围内的ETH则存在明显的抑制作用。不同植物生长调节剂对重金属积累能力的影响差异很大，这对探讨东南景天重金属积累机制有重要的意义。在今后以东南景天为材料的植物修复实践中可以使用植物生长调节剂提高其修复效率，但应注意把握植物生长调节剂施用浓度，以达到最好的效果。

作者：何冰陆覃昱李彦彦陈小勤王学礼顾明华单位：广西大学农学院