硒對鎘脅迫下白術幼苗生理特性的影響

張美德　艾倫強　盧超　何銀生　劉海華

摘要：以白術為材料，研究了在200、300 μmol/L CdCl2脅迫下加入4 μmol/L Na2SeO3對白術幼苗生長和部分生理特性的影響。結果表明，在200 μmol/L CdCl2處理中，當加入硒元素后，白術葉片的鎘含量顯著下降，SOD、APX和POD活性顯著增強，過氧化氫和丙二醛含量顯著下降，白術植株鮮質量顯著上升，表明硒能有效緩解鎘引起的逆境脅迫。而在300 μmol/L CdCl2處理中，當加入硒元素后，白術葉片的鎘含量幾乎不變，盡管SOD和APX活性顯著增強，但過氧化氫和丙二醛含量繼續上升，白術植株鮮質量進一步下降，表明此時的硒加劇了鎘引起的逆境脅迫。上述結果說明硒主要通過減少白術葉片對鎘的吸收來緩解鎘脅迫，而抗氧化酶系統在硒緩解鎘脅迫中發揮的作用尚有待深入研究。

關鍵詞：白術；鎘；硒；逆境脅迫；生理特性

中圖分類號： S567.23+3.01 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2015）10-0306-03

鎘是常見的重金屬污染物，可通過農藥化肥、污水排放或灌溉等多種方式對土壤造成污染。土壤中的鎘通過作物的吸收富集對作物產生不良的影響，嚴重時會導致作物生長受抑、枯萎甚至死亡[1]。硒是植物生長發育的有益元素[2]，對鎘有拮抗作用，相關研究表明添加硒元素能減少植物對鎘的吸收[3-4]，并且增強植物抗氧化能力[5-6]，從而在一定程度上能緩解鎘對植物的毒害。白術（Atractylodes macrocephala Koidz.）是菊科多年生植物，以根莖入藥，能健脾益氣、燥濕利水、止汗、安胎，用于脾虛食少、腹脹泄瀉、痰飲眩悸、水腫、自汗、胎動不安[7]。湖北省咸豐縣是白術的重要產地之一，然而咸豐縣白術產區的土壤重金屬調查結果表明，部分土地存在鎘污染問題[8]，而土壤鎘超標會影響白術的生長以及藥材的品質。本研究以白術幼苗為材料，研究硒對鎘脅迫下白術幼苗生理特性的影響，旨在探討硒緩解鎘對白術傷害的生理生化機制，以期為中藥材種植的重金屬污染防治提供理論依據，從而實現中藥材的優質、安全種植。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與處理

選取當年成熟的白術種子，在25 ℃下暗培養7 d催芽，挑選整齊一致的白術幼苗進行下列不同條件的水培：在1/2 Hoaglands營養液中分別加入4 μmol/L Na2SeO3 （Se處理組）、200 μmol/L CdCl2（Cd1處理組）、300 μmol/L CdCl2（Cd2處理組）、4 μmol/L Na2SeO3 + 200 μmol/L CdCl2（Se + Cd1處理組）、4 μmol/L Na2SeO3 + 300 μmol/L CdCl2（Se + Cd2處理組），并設空白對照（0處理組）。溫室培養條件如下：光源為白色熒光燈（6 000 lx，16 h白天/8 h晚上），溫度為25 ℃。水培14 d后分別檢測地上和地下部位的生物量，并取葉片進行下列生理指標測量。

1.2 測定項目及方法

葉片鎘含量采用原子吸收分光光度法檢測[9]，葉片硒含量采用原子熒光光度法檢測[10]，丙二醛含量用硫代巴比妥酸（TBA）法[11]測定，過氧化氫含量采用二甲酚橙法[12]測定，抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性采用ASA法測定[13]，超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物酶（ POD）活性測定參照文獻[11]的相關方法。

1.3 數據處理

用Excel軟件和SPSS 18.0軟件進行數據處理。

2 結果與分析

2.1 硒對鎘脅迫下白術幼苗生長發育的影響

從表1可以看出，與對照相比，鎘脅迫處理（不加硒）嚴重影響了白術幼苗的生長，植株鮮質量顯著下降。在鎘脅迫條件下加入硒元素后，Cd1處理組和Cd2處理組植株鮮質量變化顯著。硒的加入促進了Cd1處理組的生長，植株鮮質量顯著上升，比添加硒元素前增加24.0%，表明硒有效緩解了鎘產生的逆境脅迫；而Cd2處理組植株鮮質量在加入硒后進一步下降，表明硒加劇了鎘產生的逆境脅迫。

2.2 硒對鎘脅迫下白術幼苗鎘含量積累的影響

白術葉片鎘含量檢測結果（表2）表明，鎘可以被白術吸收并運輸到葉片部位。此外，硒元素能減少葉片部位對鎘的吸收，有利于緩解鎘脅迫造成的逆境傷害。在Cd1組處理中添加硒元素顯著減少了白術葉片對鎘元素的吸收，降幅達到26.4%；而在Cd2組處理中添加硒元素只使白術葉片對鎘元素的吸收減少了5.6%。值得注意的是，在2個鎘處理組中加入硒元素后，與Se處理組相比，葉片中的硒含量都顯著上升，且Se+Cd2組處理組葉片部位的硒含量最高。

2.3 硒對鎘脅迫下白術幼苗葉片抗氧化系統的影響

2.3.1 葉片SOD、CAT、APX、POD等抗氧化酶活性的變化 SOD是所有植物抗氧化防御機制中不可或缺的部分， 它能迅速與超氧陰離子反應并將其歧化成過氧化氫，在植物的抗逆中起關鍵性作用。如圖1所示，與對照組相比，鎘脅迫（不加硒）顯著抑制了白術葉片的SOD活性，Cd1處理組和Cd2處理組分別下降為對照組的75%和60%。在添加硒元素后，Cd1處理組和Cd2處理組的SOD活性均顯著增強，分別達到對照組的87%和74%。

CAT是植物中清除活性氧的關鍵酶，它能使將氧化氫分解成水和氧分子，除去逆境脅迫條件下植物體內累積的過氧化氫。與SOD變化相反，鎘脅迫（不加硒）誘導了白術葉片CAT活性顯著增強；然而在添加硒元素后，2種鎘脅迫處理組的CAT活性都下降到對照水平（圖2）。

APX被認為是葉綠體中清除過氧化氫的關鍵酶。與對照組相比，在遭受鎘脅迫（不加硒）后，白術體內的APX酶活性增強，Cd1處理組和Cd2處理組均達到對照組的2倍，有利于加快體內過氧化氫的清除。在添加硒元素后，Cd1處理組和Cd2處理組的APX活性則進一步上升為對照組的3倍左右（圖3）。endprint

POD也是清除過氧化氫的關鍵酶，在植物應對鎘脅迫中起重要的保護作用。與對照組相比，鎘脅迫（不加硒）處理抑

制了Cd2處理組的POD酶活性，下降為對照組的89%，但對Cd1處理組POD酶活性沒有影響。在加入硒元素后，Cd1組的POD活性被誘導上升為對照組的115%，利于加快對過氧化氫的清理；而Cd2組的POD活性基本沒有變化，為對照的91%（圖4）。

2.3.2 葉片過氧化氫和丙二醛積累情況 過量的過氧化氫積累是氧化脅迫的標志。當白術幼苗遭受鎘脅迫（不加硒）時，過氧化氫含量也顯著上升，Cd1處理組和Cd2處理組分別達到對照組的160%和270%，表明鎘脅迫給白術幼苗造成了較為嚴重的氧化脅迫。在添加硒元素后，Cd1處理組過氧化氫含量略有下降，為對照組的138%；而Cd2處理組過氧化氫含量則繼續上升，達到對照的330%，表明其氧化脅迫程度進一步加劇（圖5）。

MDA是植物逆境和衰老過程中膜質過氧化的終產物，其含量通常用來衡量膜質過氧化程度。在本試驗中，2種不同濃度的鎘處理（不加硒）都導致MDA含量顯著上升，分別為對照（0處理組）的220%和230%。當添加硒元素后，2個鎘處理組出現不同的變化。其中，Cd1處理組的MDA含量顯著下降，僅為對照組的160%；而Cd2處理組的MDA含量則繼續上升，達到對照組的280%（圖6）。

3 結論與討論

鎘是一種重要的非生物脅迫因子，能影響植物的生理特性，包括活性氧（ROS）的產生，從而對植物造成過氧化傷害，并影響植物生長。在本試驗中，鎘脅迫導致白術葉片部位積累了過量的鎘元素，同時葉片的氧自由基代謝失去平衡，產生大量的活性氧，導致白術幼苗遭受較為嚴重的過氧化損傷，并使生長受抑制。

許多研究表明，硒可通過調節植物的抗氧化酶系統[14-15]或減少植物對鎘的吸收[16-17]來緩解鎘造成的逆境脅迫。在本研究中，在不同濃度的鎘處理中加入相同濃度的硒產生了不同的結果。在較低濃度的Cd1處理中加入硒元素后，白術葉片的鎘含量顯著下降；同時抗氧化酶系統也有較大變化，雖然CAT活性減弱，但SOD、APX、POD活性顯著增強，過氧化氫和丙二醛含量顯著下降；白術植株鮮質量顯著上升，表明硒有效緩解了鎘引起的逆境脅迫。而在較高濃度的Cd2處理中加入硒元素后，白術葉片的鎘含量幾乎不變；同時CAT活性也減弱，盡管SOD和APX活性顯著增強，但過氧化氫和丙二醛含量繼續上升；白術植株鮮質量進一步下降，表明此時的硒加劇了鎘引起的逆境脅迫。這2種不同的結果說明硒主要通過減少白術葉片對鎘的吸收來緩解鎘脅迫，而抗氧化酶系統在硒緩解鎘脅迫中發揮的作用尚有待深入研究。

另外，在2個不同濃度的鎘處理中加入相同濃度的硒元素后，葉片對硒元素的吸收變化顯著，Cd2處理的葉片硒含量明顯高于Cd1處理。由于普通植物對硒很敏感，一般低濃度的硒就能對普通植物產生毒害[18]，因此推理在Cd2處理中該濃度的硒和鎘產生了協同作用，加劇了Cd2處理的逆境脅迫程度。

綜上所述，在遭受鎘脅迫時，硒主要通過減少葉片對鎘元素的吸收來保護白術幼苗；同時，硒對鎘的拮抗作用取決于適宜的濃度。

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