鎘污染對鳳眼蓮生長和生理生化指標的影響

田俊杰++侯丹++袁偉哲

摘 要：以鳳眼蓮作為鎘污染水體的修復植物，研究鎘脅迫對該植株生長、葉綠素、類胡蘿卜素及丙二醛含量的影響，結果表明鎘濃度0.3mg/L濃度中的鳳眼蓮，主根木質化程度尤為嚴重；隨著鎘濃度的增加，鳳眼蓮葉片中葉綠素和類胡蘿卜素含量呈下降的趨勢；膜脂過氧化程度加大，導致膜的損傷和破壞程度也增大。

關鍵詞：鎘污染；鳳眼蓮；葉綠素；類胡蘿卜素；戊二醛

中圖分類號：Q949.72 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20160832012

隨著礦產資源大量開發利用，各種化學產品、農藥、化肥的廣泛使用以及城市污泥、污水的農用，重金屬對土壤、水體的污染越來越嚴重。Cd是植物的非必需元素，Cd進入植物并積累到一定程度，就會表現出毒害癥狀，通常會出現生長緩慢、植株矮小、退綠、產量下降等癥狀[1]。植物對重金屬污染的治理具有極大的應用潛力，已引起世界各國科學家的廣泛關注[2]。鳳眼蓮（Eichhornia crassipes），別名水葫蘆、水浮蓮、洋雨久、鳳眼藍。雨久花科（Pontedriaceae）鳳眼蓮屬（Eichhornia），多年生草本植物，浮水或生泥沼中。本試驗以鳳眼蓮作為鎘污染水體的修復植物，研究鎘脅迫對該植株生長、葉綠素含量、丙二醛含量及根系過氧化物酶活性的影響，以期為鎘污染水體的植物修復提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

鳳眼蓮購于長春市青衣坊花鳥魚市場，在吉林農業大學資源與環境學院試驗基地溫室培養。

1.2 方法

1.2.1 植株處理

選取年齡和生長狀況基本一致的植株，用自來水除去其根部的泥沙和其它雜物，然后水培在溫室內塑料盆中，塑料盆容積為4L。水培溶液為1/2濃度的Hoagland和Arnon營養液。植株采樣、預處理方法參見文獻[3]。

1.2.2 生理生化指標的測定方法

葉綠素含量、類胡蘿卜素及丙二醛含量的測定方法參見文獻[3]。

1.2.3 植株干樣鎘含量的測定方法

由標準貯備溶液稀釋配置，用0.2%硝酸進行稀釋，制成的溶液鎘濃度為0ug/mL，1.0ug/mL，2.0ug/mL，3.0ug/mL，4.0ug/mL，5.0ug/mL，10.0ug/mL，繪制標準曲線。準確稱取1g干樣于消煮管，加入8mL濃硝酸和2mL高氯酸，在遠紅外消煮器低溫加熱，待黃煙散盡后，繼續加熱至溶液近干，加入少量水，消解至白煙冒盡，此時溶液為無色透明。消解好的溶液轉移入25mL容量瓶中，用水定容。采用火焰原子吸收分光光度法測定鎘，通過標準曲線得到鎘含量。

2 結果與分析

2.1 鎘對修復植物生長的影響

空白組的鳳眼蓮在整個實驗期內生長正常，根狀莖粗短，密生多數細長須根，呈黑色，葉片深綠色，光滑，葫蘆狀的氣囊膨大且圓；在培養15d時80%的植物開紫色亮麗的花朵，花期3～5d后結卵圓形果。在鎘處理溶液中的鳳眼蓮從第3天開始呈現不同程度的毒害癥狀，鎘處理濃度越大，時間越長，毒害癥狀越明顯。鎘濃度0.01mg/L對鳳眼蓮的影響最小，植株稍微變矮整個試驗期間只有30%的植株開過花。在鎘濃度0.1mg/L和0.3mg/L溶液中的鳳眼蓮的生長明顯受到抑制，植株生長緩慢，矮小；葫蘆狀的氣囊變小甚至消失；葉片有不同程度的黃斑，厚度變??；只有個別植株開花；根系主根木質化，須根變少，顏色變淺。在鎘濃度0.3mg/L濃度中的鳳眼蓮，主根木質化程度尤為嚴重。

2.2 鎘脅迫對葉綠素和類胡蘿卜素含量的影響

不同鎘處理濃度對鳳眼蓮葉綠素含量的影響如圖1所示，隨鎘濃度的增加，鳳眼蓮葉片中葉綠素的含量呈下降的趨勢。對照組葉綠素的含量為14.01mg/dm2，鎘濃度0.3mg/L時為4.6mg/dm2，只有對照組的33%。

鎘主要是與蛋白質結合態存在，它們可與蛋白質的—SH基（或其他側鏈）結合，或取代其中的Fe2+，Zn2+等，直接破壞葉綠體的結構，或使葉綠體酶活性發生變化，進而影響葉綠素的合成及植物的光合作用。隨著各處理濃度的增加，葉綠素含量開始下降。鎘通過對光合作用色素的影響來干擾植物的光合作用。鎘對葉綠素含量的影響與鎘的濃度、植物種類、植物生長發育時期有關。

鎘引起植物葉綠素含量下降的主要原因有：鎘被植物吸收后，細胞內的鎘作用于葉綠素生物合成途徑的幾種酶（原葉綠素酯還原酶、δ-氨基乙酰合成酶和膽色素原脫氨酶）的肽鏈中富含-SH的部分，改變了它們的正常構型，抑制了酶的活性和阻礙了葉綠素的合成；鎘進入植物葉內，在局部積累過多，與葉綠體上的-SH等結合或取代其中的Zn2+等，破壞了葉綠體的結構和功能活性，從而導致葉綠素含量的下降；鎘也能干擾Fe的代謝，降低植物體內Fe的有效性；鎘通過拮抗作用干擾植物對Zn、Mg等元素的吸收、遷移，阻斷營養元素向葉部的輸送，使葉綠素合成能力受到干擾；鎘引起植物防御系統的破壞，導致葉綠體內氧自由基增多，葉綠體膜系統受損，使葉綠素降解。

鎘對鳳眼蓮類胡蘿卜素含量的影響如圖2所示，類胡蘿卜素與鎘的濃度有很好的一致性，隨著鎘濃度的增加，類胡蘿卜素的含量下降。其原因類似于葉綠素。

2.3 鎘脅迫對丙二醛含量的影響

丙二醛（MDA）是膜脂過氧化作用的產物，其含量高低被用作膜傷害指標。由圖3-4可知，在試驗中，空白組葉片內的MDA含量隨時間逐漸增大，但增幅較小。試驗的1～30d，鳳眼蓮葉片MDA含量隨著鎘處理濃度的增加而增加，但是空白組與3個鎘處理組葉片內的MDA含量差別不大；而在Cd處理的30～70d，空白組與3個鎘處理組葉片內MDA含量隨著Cd處理濃度的增加而大幅增加。這一結果表明，隨著Cd處理濃度的增加，鳳眼蓮的膜脂過氧化程度加大，導致膜的損傷和破壞程度也增大。

3 結論

本試驗以鳳眼蓮作為鎘污染水體的修復植物，研究鎘脅迫對該植株生長、葉綠素含量及丙二醛含量的影響，結果表明鎘濃度0.01mg/L對鳳眼蓮的影響最小，植株稍微變矮整個試驗期間只有30%的植株開過花，鎘濃度0.3mg/L濃度中的鳳眼蓮，主根木質化程度尤為嚴重。隨鎘濃度的增加，鳳眼蓮葉片中葉綠素和類胡蘿卜素含量呈下降的趨勢，其膜脂過氧化程度加大，導致膜的損傷和破壞程度也增大。

參考文獻

[1]譚彩云，林玉滿，陳祖亮.鳳眼蓮凈化水中重金屬的研究[J].亞熱帶與資源環境學報，2009（1）：25-30.

[2]陳志良，莫大倫，仇榮亮.鎘污染對煙草葉片超微結構及部分元素含量的影響[J].環境保護科學，2014，33（3）：514-519.

[3]高明波，柳展基，于翠梅，曹萍，劉世強.鹽脅迫水稻愈傷組織的生理生化指標檢測[J].沈陽農業大學學報，1999（1）：404-407.