外源NO對鎘脅迫下蓖麻對鎘耐性及富集的影響

張晗芝

摘 要：鎘是耕地土壤中最主要的土壤污染物之一，嚴重影響糧食生產安全，進而通過食物鏈危害人類健康。蓖麻（Ricinus communis L.）是一種重要的能源作物，而且是一種潛在的鎘污染土壤的修復作物。該研究采用水培試驗，研究外源NO（SNP）對5 mg·kg-1 Cd鎘脅迫下蓖麻的生長狀況和富集特征。研究表明，與鎘處理下相比，100 μmol·L-1 SNP顯著緩解鎘的毒性，增加蓖麻生物量14.8%，提高了蓖麻對鎘的富集能力，降低了鎘的轉運能力。

關鍵詞：鎘 蓖麻 富集 一氧化氮

中圖分類號：X173 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）11（b）-0143-02

鎘是一種重要的環境污染物[1-2]。土壤環境中的鎘不降解，而且容易通過食物鏈進入人體危害人類健康[2]。因此，針對鎘污染的農田，采取修復措施或種植經濟作物替代糧食作物的方式，可以有效地阻斷食物鏈，降低農田土壤環境風險，確保糧食安全及人類健康。

蓖麻（Ricinus communis L.）是一種具有很高利用價值的生物能源，而生物能源的生產能降低全球對化石能源的需求并抑制化石燃料價格的不斷上漲，解決全球能源需求逐步增加的難題[4-5]。另外，研究表明，蓖麻是一種潛在的修復鎘污染農田的經濟作物[2，6]。因此，蓖麻具有很廣泛的應用前景，而且近幾年研究人員對蓖麻的研究給與極大的關注。

一氧化氮（NO）廣泛存在于植物組織中，通過酶促和非酶促途徑產生，是一種重要的信號分子，調節多種植物生理及發育過程，比如：種子萌發、根系形成、開花等[7]。而且NO提高植物耐性，在應對鹽害、干旱、寒冷、重金屬等逆境脅迫方面發揮重要調節作用[8]。

目前，關于外源NO（硝普鈉作為供體）對鎘脅迫下蓖麻對鎘的耐性和富集特征的研究還很少。該研究的目的：（1）研究外源NO影響下蓖麻對鎘的耐性特征；（2）研究外源NO影響下鎘在蓖麻組織中的富集特征。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

該試驗為水培試驗，在溫室進行。蓖麻品種Zibo-3由山東省淄博市農業科學院提供。蓖麻種子開始播種在人工無污染的土壤上生長2～3周，直到種苗具有2片健壯的葉子。選擇長勢一致的蓖麻幼苗轉移到含有400 mL50%霍格蘭營養液的1 L盆中。50%霍格蘭營養液的組分如下：2.5 mmol·L-1 Ca（NO3）2，2.5 mmol·L-1 KNO3，0.5 mmol·L-1 KH2PO4，0.5 mmol·L-1 MgSO4，25 μmol·L-1 H3BO3，2.25 μmol·L-1 MnCl2，1.9 μmol·L-1 ZnSO4，0.15 μmol·L-1 CuSO4，0.05 mmol·L-1（NH4）6Mo7O24和5 μmol·L-1 Fe-EDTA。CdCl2 2.5H2O的水溶液作為鎘污染來源，硝普鈉（SNP）的水溶液作為NO的供體。試驗設3個處理，分別為對照、5 mg·kg-1 Cd、5 mg·kg-1 Cd+100 μmol·L-1 SNP；3組處理表示為CK、Cd、Cd+SNP，每個處理4個重復，測定植株的干物質重量和鎘的質量分數。營養液的pH值保持在6.0±0.1。營養液每3天更換一次，蓖麻幼苗在水培溶液中生長10天。溫室設定的溫度為晝夜25/15℃，16h的光周期，光強度為300 mE/m2/s，平均相對濕度為 65%。

1.2 化學分析

植物樣品先用自來水清洗，然后根部放在10 mmol·L-1的乙二胺四乙酸溶液中浸泡5 min清除根系表面吸附的鎘離子，最后用超純水清洗3遍。測定生物量和鎘質量分數的植物樣品在70 ℃烘箱中烘干直至恒重。植物樣品分為兩部分：根和地上部分，其生物量用電子天平稱量（精確度0.1 mg）。

根和地上部分分別磨碎后，稱取一定量的樣品置于三角瓶中并注入濃硝酸，在電熱板上消解。消解溫度開始設定60℃，然后升高到110 ℃并保持直到樣品溶液變澄清（Zhang等，2014）。樣品溶液用去離子水定容到25 mL。鎘濃度用電感耦合等離子體發射光譜測定（Optima5300 DV；Perkin-Elmer，Norwalk，CT，USA）。標準物質GBW07603（GSV-2）用于監控樣品中鎘的回收率（90%±10%）。

1.3 分析指標

1.4 統計分析

數據分析采用SPSS 16.0軟件（SPSS，Chicago，IL，USA）的方差分析和t檢驗方法。所用指標采用三個重復。數據表示為平均值（）誤差，用Duncans檢驗顯著性差異（P<0.05）。

2 結果與分析

2.1 鎘脅迫下蓖麻生物量相應

相比于對照，5 mg·kg-1鎘脅迫下，蓖麻植株的生物量顯著減小了26.7%。添加100 μmol·L-1SNP有效地緩解了鎘對蓖麻的毒害；蓖麻的生物量相比鎘處理條件下顯著增加了11.9%，相比對照處理條件下降低了14.8%

2.2 蓖麻不同組織中鎘的富集特征

5 mg·kg-1鎘處理條件下，蓖麻根部和地上部分鎘的質量分數分別為1947 mg·kg-1和184 mg·kg-1，根部和地上部分鎘的富集系數（BCF）分別為389和36.8，轉移系數（TF）為0.0945。添加100 μmol·L-1 SNP的條件下，鎘的質量分數分別達到了2786 mg·kg-1和199 mg·kg-1；BCF分別為557和39.8；TF為0.0714。添加100 μmol·L-1 SNP提高了蓖麻根部和地上部分鎘的富集能力，但降低了鎘從根部到地上部分的轉移能力。

3 討論

生物量可能評價蓖麻對鎘的耐性（Shi和Cai，2009）。Zhang等[10]研究發現，蓖麻根部中鎘的質量分數大約2 000 mg·kg-1時，蓖麻生物量減少30%。Zhang等[9]研究發現，蓖麻根部中鎘的質量分數大約2 500 mg·kg-1時，蓖麻生物量相比對照減少35%。該研究表明，蓖麻根部中鎘的質量分數為1947 mg·kg-1時，蓖麻生物量相比對照減少27%，與以前的研究結果基本一致。SNP能夠緩解Cd脅迫對植物生長的抑制作用，提高植物對Cd的耐性。該研究發現，添加100 μmol·L-1 SNP條件下，5 mg·kg-1鎘脅迫蓖麻根部鎘的質量分數高達2 786 mg·kg-1，而蓖麻生物量相比對照降低14.8%。100 μmol·L-1 SNP能夠提高蓖麻對鎘的耐性，提高鎘的富集能力。然而SNP添加降低了蓖麻對鎘的轉運能力。冉烈等[7]研究表明，東南景天對鎘的轉運能力受介質中Cd濃度及外源NO的影響。

4 結語

蓖麻是一種潛在的修復鎘污染農田的經濟作物，對鎘具有很高的耐性。NO是植物體內一種重要的生物分子，參與植物響應各種逆境環境?；钚酝庠碞O能夠顯著緩解鎘對蓖麻的生長抑制作用。外源NO提高蓖麻對鎘的富集能力，降低了蓖麻對鎘的轉運能力。

參考文獻

[1] TH?VENOD F.Cadmium and cellular signaling cascades：To be or not to be[J].Toxicology and Applied Pharmacology，2009，238：221-239.

[2] HUANGH G，YUN，WANGL J，et al.The phytoremediation potential of bioenergy crop Ricinus communis for DDTs and cadmium co-contaminated soil[J].Bioresource Technology，2011，102：11034-11038.

[3] JARUPL.2011.Hazards of heavy metal contamination[J].British Medical Bulletin，2003，68：67-182.

[4] AGARWALA K.Biofuels（alcohols and biodiesel）applications as fuels for internal combustion engines[J].Progress in Energy and Combustion Science，2007，33：233-271.

[5] SCHRODERP，HERZIGR，BOJINOVB，et al.Bioenergy to save the world[J].Environmental Science and Pollution Research，2008，15：196-204.

[6] SHIGR，CAIQS.Cadmium tolerance and accumulation in eight potential energy crops [J].Biotechnology Advances，2009，27：555-561.

[7] 冉烈，李會合，田秀英.外源NO對鎘脅迫下東南景天生長和鎘累積的影響[J].中國農學通報，2012，28（19）：60-64.

[8] 張義凱，崔秀敏，楊守祥，等.外源NO對鎘脅迫下番茄活性氧代謝及光合特性的影響[J].應用生態學報，2010，21（6）：1432-1438.

[9] ZHANG H Z，GUO Q J，YANG J X，et al. Cadmium accumulation and tolerance of two castor cultivars in relation to antioxidant systems[J].Journal of Environmental Sciences， 2014，26：2048-2055.

[10] ZHANG H Z，GUO Q J，YANG J X，et al.Subcellular cadmium distribution and antioxidant enzymatic activities in the leaves of two castor（Ricinus communis L.）cultivars exhibit differences in Cd accumulation[J].Ecotoxicology and Environmental Safety，2015，120：184-192.