氮肥對鎘Cd脅迫下結縷草生長和生理特性的影響

白瑞霞+徐蘇男+陳忠林

摘要：采用盆栽試驗，研究了不同氮肥用量[0、200、300、400 mg/kg CO（NH2）2]對鎘（Cd）脅迫（50 mg/kg）下結縷草生長和生理特性的影響。結果表明：Cd脅迫下結縷草的生長指標（葉長、株高、根長和生物量）和保護酶（SOD、POD和CAT）活性均顯著下降，而丙二醛（MDA）、脯氨酸（Pro）和可溶性蛋白的含量均大幅度上升。施加不同濃度的氮肥后，Cd脅迫下結縷草的生長和保護酶活性均有所提高；可溶性蛋白、MDA和Pro的含量均有所降低。施用氮肥對Cd脅迫下結縷草具有一定的緩解作用，當氮肥濃度為300 mg/kg時緩解效果最為顯著。

關鍵詞：結縷草；氮肥；Cd脅迫；生長指標；生理特性

中圖分類號： S688.401 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2016）07-0245-03

隨著工農業迅速發展，土壤中鎘（Cd）污染程度日趨嚴重。Cd很難被降解，只能在各種形態之間進行相互轉化、分散和富集，易被植物吸收，并且能通過食物鏈在動物和人體內富集[1]。隨著Cd濃度的增大，游離脯氨酸（Pro）和可溶性糖含量先升高后降低，細胞膜透性逐漸升高[2]。在黃松田水稻土中，受Cd污染后水稻生理指標的變異系數依次為過氧化物酶活性>葉綠素含量>脯氨酸含量[3]。

氮素是植物生長所必需的營養元素，也是主要的養分限制因素[4]。研究表明，氮肥不同比例分期追施使玉米葉片生育后期保護酶（SOD、CAT、POD）活性增強[5]。也有研究指出在小麥四分體形成期施氮，提高了旗葉衰老初期可溶性蛋白含量和衰老后期的光合速率，顯著提高了粒質量和籽粒產量[6]。施高量尿素都顯著提高了水稻籽粒中Cd含量[7]，說明氮肥對Cd污染具有修復作用。 結縷草（Zoysia japonica）是重要的多年生暖季型草坪草，具有耐熱、耐旱、耐鹽堿、耐瘠薄[8]等優良特性。結縷草應用于Cd污染土壤的修復已有報道[9-10]，而有關氮肥對Cd脅迫下如何具體影響植物生理特性的報道較少。本研究以結縷草為對象，探討了氮肥對Cd脅迫下株高、葉長、生物量、保護酶、可溶性蛋白、丙二醛（MDA）和Pro的變化，為揭示氮肥對Cd脅迫下結縷草的生理代謝響應機制提供參考，也為重金屬污染土壤修復實踐提供指導。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

供試土壤類型為沙壤土，采自遼寧大學環境學院生態園（123°24″E，41°31″N）[10]，土壤的基本理化性質見表1。

1.2 試驗材料及設計

試驗用土過2 mm篩后裝入直徑13 cm、高度10 cm塑料花盆中，每個花盆裝土1 kg。2013年6月從結縷草草坪中選1塊蓋度及密度均勻一致的草皮，截面積為5 cm×5 cm的草皮塊移植到每個花盆中，將花盆放置于生態試驗園內。2014年6月20日開始對結縷草施加Cd2+（以CdCl2·25H2O 形態加入），濃度為50 mg/kg；并施不同濃度的氮肥0、200、300、400 mg/kg CO（NH2）2。在處理后第8天進行樣品測定。試驗共分5個處理，每個處理3次重復。具體試驗設計見表2。

1.3 測定方法

1.3.1 生長指標 株高、葉長、根長用直尺直接測量；地上生物量是緊貼地表剪下結縷草的地上部分；地下生物量是除去地上部分之外的部分，將洗干凈的地上、地下部分均放在105 ℃ 的烘箱內殺青30 min，在80℃ 下烘24 h 至恒質量，取出稱質量。

1.3.2 保護酶活性 剪取不同處理植株相同部位的葉片帶回實驗室測定各項指標。SOD活性采用NBT光化還原法[7]測定；CAT活性采用氧化還原法[7]測定；POD活性采用愈創木酚法[8]測定。

1.3.3 MDA含量 采用硫代巴比妥酸顯色法[9]測定。

1.3.4 脯氨酸含量 采用酸性茚三酮法[10]測定。

1.3.5 可溶性蛋白含量 采用考馬斯亮藍G250染色法[8]測定。

1.4 數據分析

用Excel錄入數據，采用SPSS 17.0數據分析軟件，對所有試驗數據進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同用量氮肥對鎘脅迫下結縷草生長指標的影響

由表3可知，Cd脅迫下的結縷草的葉長、株高、根長、地上和地下生物量與CK相比均大幅度下降，分別下降4029%、25.84%、31.45%、27.22%、32.10%，且差異性達顯著水平（P

2.2 不同用量氮肥對Cd脅迫下結縷草保護酶系統的影響

在Cd脅迫下，結縷草葉片中的保護酶活性POD、SOD、CAT明顯降低，比CK組分別下降32.17%、43.24%、64.41%（表4），且差異顯著（P0.05）。

2.3 氮肥對Cd脅迫下結縷草丙二醛（MDA）含量的影響

在Cd脅迫下結縷草葉片中的丙二醛含量劇增（圖1），比CK組增加116.89%，差異顯著（P

2.4 不同用量氮肥對 Cd 脅迫下結縷草葉片脯氨酸（Pro）含量的影響

在Cd脅迫下結縷草葉片中的Pro含量增加（圖2），比CK組增加78.82%，說明Cd對結縷草已經造成了傷害。不

同濃度的氮肥對Cd脅迫下的結縷草葉片的Pro含量均有一定程度的降低，氮肥濃度為300 mg/kg的處理較Cd組顯著下降，降低了42.15%，差異達顯著水平（P<0.05），且二者之間差異顯著（P<005）。

2.5 不同用量氮肥對 Cd 脅迫下結縷草可溶性蛋白含量的影響

從圖3可以看出，Cd脅迫下結縷草可溶性蛋白含量提升，比CK組增加19.21%，說明結縷草植株通過增加滲透性物質的量來調整滲透壓，減輕Cd對植株的毒害。200、300、400 mg/kg處理組分別比Cd組降低9.70%、12.07%、260%，且200、300 mg/kg處理組與Cd組相比差異顯著（P<0.05），說明氮肥對Cd脅迫下結縷草可溶性蛋白含量降低起一定作用。

3 結論與討論

3.1 施氮肥對 Cd 脅迫下結縷草生長指標的影響

重金屬污染影響植物生長，甚至導致死亡[11]。合理的土壤施肥可顯著促進植物的生長發育，提高產量及產品品質[12]。鎘脅迫對幼苗根長影響最為顯著，因此根長的變化是指示植物受重金屬毒性影響的一個重要指標[13]。大量研究結果表明，氮元素在施肥過程中對植物的生長影響較大[14]。本研究中，結縷草的葉長、株高、根長和生物量在Cd脅迫下明顯降低，適當濃度氮肥處理可以促進Cd脅迫下結縷草的生長，使上述各指標升高，從植物表型生長指標的角度體現出施氮肥處理對Cd脅迫下結縷草生長的影響，各指標在 300 mg/kg 氮肥濃度處理組達到最大值，說明只有合適的供氮量才能更好地緩解Cd對植物造成的傷害。這與賈瑞豐等的研究結果[15]類似。

3.2 施氮肥對 Cd 脅迫下結縷草抗氧化酶活性和 MDA 含量的影響

不良環境能誘發生物代謝過程中產生的自由基而對植物膜有傷害作用，POD、SOD 和CAT共同組成植物體內的活性氧清除系統，可有效清除植物體內的自由基和過氧化物，減輕植物受害程度[16]。MDA 是植物細胞膜質中不飽和脂肪酸發生過氧化作用的最終產物之一，其含量的多少在一定程度上代表了細胞膜的損傷程度和植物對逆境反應的強弱[17]。

在Cd脅迫下，結縷草葉片3種酶活性均有不同程度的降低，說明其活性受到不同程度的抑制，可能是Cd干擾其分子結構或產生的活性氧自由基超過它們的清除能力，加劇了膜脂過氧化。同時MDA的含量增加，說明Cd對結縷草膜脂質氧化強度增大，并可能對膜系統結構造成傷害。這與周爽等的研究結果[18]一致。施加不同濃度的氮肥后，POD、SOD 和CAT的活性增強，MDA含量下降，說明氮肥可以有效緩解Cd脅迫對結縷草的傷害，通過生理生化調節提高結縷草抗性，從而增強結縷草體內多余活性氧物質，以及由活性氧歧化產生的H2O2等物質的清除能力，有效降低細胞膜脂過氧化程度，從而減輕Cd對植物細胞的損傷，這與張曉萍等的研究結果[19]類似。從以上指標可以看出，在本研究中300 mg/kg的氮肥濃度對Cd脅迫的緩解效果最為明顯。

3.3 施氮肥對Cd脅迫下結縷草滲透性調節物質含量的影響

逆境條件下植物體內積累Pro具有一定的普遍性，它可作為滲透調節物質等對植物起保護作用[20]。可溶性蛋白是植物體內重要的滲透性調節物[21]，植物在逆境條件下通過積累有機物來調節細胞的滲透壓，以增強適應環境的能力[22]。本研究中，Cd脅迫下結縷草葉片中Pro和可溶性蛋白含量大幅度上升，說明結縷草可能主要通過積累Pro和可溶性蛋白來提高其滲透性調節能力，與劉俊祥等的研究結果[23]類似。施氮肥后，二者含量均有所下降，可能是由于植株體內的保護酶和MDA活性得到提升，致使細胞內活性氧產生和清除之間的平衡得以維持，細胞膜脂過氧化程度降低，細胞的滲透壓得到調整，說明氮肥在一定程度上可緩解Cd對結縷草的毒害。同生長指標和抗氧化酶活性的變化一致，300 mg/kg的氮肥濃度要優于200 mg/kg和400 mg/kg的濃度處理。

綜上所述，施氮肥可以有效緩解Cd脅迫對結縷草生長及生理特性的影響，3種濃度的氮肥處理均表現出了對Cd脅迫的緩解作用。Cd脅迫下結縷草對土壤氮營養水平需求有一定的限量，適量的氮肥能夠在一定程度上改善Cd對結縷草植株生長和生理特性的影響。因此，在結縷草生長的土壤受到鎘污染的情況下，建議可以施加300 mg/kg左右濃度的氮肥來進行改善。

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