鎘脅迫對珊瑚樹和地中海莢蒾生理生化的影響及富集特征.pdf

1、本文采用盆栽試驗方法,研究了Cd2+脅迫濃度為0,25,50,100,200,400 mg/kg時,珊瑚樹(Viburnum odoratissimum)和地中海莢蒾(Viburnum tinus)2種園林樹種3年生苗葉片形態(tài)特征、顯微結構以及葉片主要生理生化指標：葉綠素含量、電解質滲透率、過氧化物酶(POD)活性、丙二醛(MDA)含量、可溶性糖及可溶性蛋白含量、以及組織含水量的變化,并測定了植株各營養(yǎng)器官(根、莖、葉)鎘富集水平,結果

2、如下：(1)地中海莢蒾隨著鎘脅迫濃度的升高,葉片首先出現(xiàn)受傷害癥狀,植株葉量減少、葉片枯黃；當脅迫濃度達400 mg/kg時,葉片失綠、植株萎蔫、生長勢差。鎘脅迫下地中海莢蒾葉片上表皮、柵欄組織、海綿組織和下表皮厚度分別減少為對照的79.61%、67.66%、85.37%和69.66%,葉肉細胞破損,從而影響植株的光合作用。而珊瑚樹在鎘脅迫下,并未表現(xiàn)出明顯的傷害癥狀,植株生長勢良好,葉片厚度為對照的93.18%,與對照相比無顯著差異,

3、細胞結構完整,未破損。(2)鎘脅迫下2種植物葉片各項生理生化指標發(fā)生了不同程度的變化：隨著鎘脅迫濃度的上升,地中海莢蒾葉片葉綠素總量、葉綠素a和葉綠素b含量均呈現(xiàn)逐漸下降趨勢,當脅迫濃度達到200和400 mg/kg時,葉綠素總量分別為對照的43.4%和12.3%；葉綠素a/b上升,說明葉綠素b比葉綠素a更容易受到鎘脅迫傷害。而珊瑚樹葉綠素含量與對照相比變化不明顯,僅400 mg/kg時葉綠素含量與對照相比差異顯著,為對照的87.91%

4、。地中海莢蒾根、莖、葉含水量呈現(xiàn)逐漸下降趨勢；其中根、莖、葉含水量最低值分別出現(xiàn)在脅迫濃度為200、400和400 mg/kg時,分別為對照的51.53%、29.26%和18.05%。珊瑚樹含水量最低值均出現(xiàn)在400 mg/kg時,此脅迫濃度下根、莖、葉含水量分別為對照的67.95%,91.58%和96.13%。試驗結果表明,珊瑚樹能忍耐一定濃度的鎘脅迫,而脅迫下地中海莢蒾水分缺失,葉綠體受損,這與植株外觀表現(xiàn)和顯微結構觀測結果是一致的

5、。(3)兩種植物電解質滲透率和MDA含量均隨脅迫濃度的升高呈逐漸上升趨勢。當脅迫濃度為25、50、100、200、400 mg/kg時,地中海莢蒾電解質滲透率分別為對照的1.37、1.73、1.91、2.92、3.15,而MDA含量在脅迫濃度為100,200和400 mg/kg時,與對照相比差異顯著,分別為對照的1.32、1.46和1.73。珊瑚樹電解質滲透率僅在400 mg/kg時存在顯著性差異,為對照的1.34；丙二醛含量僅在脅迫濃

6、度為200和400 mg/kg時與對照差異顯著,為對照的1.28和1.35。(4)地中海莢蒾 POD活性、可溶性蛋白含量和可溶性糖含量均隨脅迫濃度增加而先升后降,其中POD活性、可溶性蛋白含量最高值出現(xiàn)在脅迫濃度100 mg/kg,分別為274.02 U/(g·min)和1035.18μg/g。而可溶性糖含量最高值出現(xiàn)在200 mg/kg,為34.5 mg/g,說明可溶性糖含量的調節(jié)滯后于POD和可溶性蛋白。珊瑚樹則表現(xiàn)出逐漸上升趨勢,

7、最大值均出現(xiàn)在400 mg/kg,此時POD活性、可溶性蛋白和可溶性糖濃度分別為256.81 U/(g·min)、625.31μg/g和34.5 mg/g。說明這三者均參與植株抗性調節(jié),這也是珊瑚樹對鎘的抗性強于地中海莢蒾的機制之一。(5)地中海莢蒾在鎘脅迫處理80 d后,根、莖、葉對鎘離子的富集濃度隨著脅迫濃度的升高均呈現(xiàn)升高趨勢,在400 mg/kg鎘脅迫濃度時,分別為213.70 mg/kg、79.17 mg/kg和3.02 mg

8、/kg,說明其根系對鎘的富集能力遠遠大于莖和葉,而植株在鎘脅迫下長勢差,說明地中海莢蒾并不是鎘超富集植物。珊瑚樹根、莖、葉鎘富濃度也隨著脅迫濃度的升高而增加,在400 mg/kg鎘脅迫濃度時達到最大值,分別為90.10 mg/kg、3.04 mg/kg和2.01 mg/kg,其中根系對鎘的富集能力遠遠大于莖和葉,但低于地中海莢蒾。由于珊瑚樹在400 mg/kg鎘脅迫濃度時仍未表現(xiàn)出明顯的傷害癥狀,因此可以斷定珊瑚樹對鎘脅迫具有很高的耐受

9、性,根系可能通過體內某種固定機制(根系分泌物、螯合作用等)限制了鎘向地上部的移動,從而減輕了鎘離子對植株地上部的傷害,即使在高脅迫濃度時仍能使葉片保持正常的光合作用,維持植物正常生長。雖然正常生長狀態(tài)下珊瑚樹對重金屬Cd的富集量未達到鎘超富集植物(Hyper-accumulator)臨界含量標準100 mg/kg,但是與已發(fā)現(xiàn)的超富集植物相比,珊瑚樹適應性強、觀賞價值高、植株生物量大,且根系能夠吸收固定鎘離子,使其不會在短時間內釋放到環(huán)