鎘脅迫對烤煙抗氧化酶系統的影響

秦仕華　宋曉慧　陸引罡

摘要 通過盆栽試驗，研究不同濃度Cd脅迫（濃度0、1、3、5 mg/kg）對烤煙葉片抗氧化系統的影響。結果表明，隨著Cd濃度的增加，葉綠素含量逐漸減?。槐∕DA）含量隨鎘濃度增大而逐漸增加；3 mg/kg Cd脅迫下，葉片過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）、根部過氧化氫酶（CAT）活性最大。隨著Cd濃度增大，烤煙葉片和根的抗氧化酶活性逐漸降低。從而提出降低煙株體內Cd含量的營養調控方法，為進一步了解植物對Cd的抗性機理提供科學數據。

關鍵詞 烤煙；鎘脅迫；抗氧化酶系統；影響

中圖分類號 S572 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）16-0025-02

Abstract Through pot experiment，the effects of different concentrations of cadmium（0，1，3，5 concentration mg/kg）on flue-cured tobacco antioxidant system were studied.The results showed that with the increase of cadmium concentration，chlorophyll decreased gradually；malonaldehyde（MDA）content increased gradually with increase of cadmium concentration；under 3 mg/kg concentration of cadmium stress，leaf peroxidase（POD），catalase（CAT），catalase（CAT）activity maximum.Along with the Cd concentration increased，leaf and root antioxidant enzymes activity gradually reduced，thus proposed reduces the nutritional regulation method of tobacco plant cadmium content，so as to provide scientific data for further understanding the mechanism of resistance of plants to Cd.

Key words flue-cured tobacco；cadmium stress；antioxidant enzyme system；effect

重金屬中除了汞以外，鎘（Cd）是土壤中豐度最小的元素之一（一般土壤中Cd的含量為0.01～0.07 mg/kg，平均為0.06 mg/kg，總的來說不超過0.1 mg/kg）[1-4]，同時它也是環境中的劇毒重金屬元素之一。早在1984年聯合國環境規劃部署提出12種危害物質中就包括重金屬Cd，土壤中Cd污染的主要來源是大氣中重金屬沉降、污水灌溉、施用重金屬污染的有機肥料以及施用重金屬含量較高的農藥以及冶金、采礦等。其中，冶金和采礦是向環境中釋放重金屬的主要污染源。據調查統計，排到環境中的Cd有82%～94%進入土壤，其中大部分為農業土壤。目前，中國僅因污水灌溉受重金屬污染的耕地面積近2 000萬hm2，其中Cd污染耕地1.33萬hm2。因此，重金屬Cd污染已經成為一個重要的環境問題[5]。不適當的工業排污使得大量Cd進入土壤-植物生態系統，并通過食物鏈危及人類健康[6]。當Cd在植物體內積累達到一定濃度時，就會干擾離子間原有的平衡系統，阻礙正常離子的吸收、運輸、滲透和調節等過程，影響植物的正常生理代謝活動[7-8]。Cd能夠影響植物的光合系統，抑制植物的光合作用，引起植物氧化脅迫和膜的損傷[9]，改變活性氧代謝的有關酶系如抗氧化酶系的活性[10]。煙草是我國重要的經濟作物之一，同時也是一種鎘的超富集植物[11]。迄今為止，關于Cd脅迫下煙草耐受性和生理生化指標的研究較多，如嚴重玲等[12]利用紅花大金元為材料，研究鎘和鉛脅迫對煙草葉片中葉綠素含量、CAT（過氧化氫酶）、SOD（超氧化物歧化酶）和POD（過氧化酶）活性等影響，結果表明，鎘和鉛脅迫破壞煙草活性氧系統，加速葉片的衰落；MDA（丙二醛）已被廣泛用作衡量脂膜過氧化損傷的指標[13-14]，MDA的積累在一定程度上反應了體內自由基活動的動態，大量的研究證明，重金屬離子濃度越高，MDA積累越多[15-16]。在重金屬脅迫下，細胞膜受到傷害，結果導致植物體內一系列生理生化過程失調，重金屬離子均可使高等植物的葉綠素含量明顯降低。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗在貴州大學農學院盆栽場內進行，供試土壤為酸性黃砂泥，土壤肥力中等。試驗材料取自開陽縣的烤煙品種南江3號幼苗。

1.2 試驗設計

采用盆栽試驗，試驗共設4個鎘濃度處理，分別為0、1、3、5 mg/kg。

1.3 試驗實施

供試土壤去除表面10 cm土層，再取土。自然風干，過1 cm篩，把不同濃度的鎘溶液均勻地噴灑于土壤表面，封閉平衡1個月，備用。采用盆栽，烤煙移栽密度為16 500株/hm2。純N、P2O5、K2O的總施用量分別為93.75、75.00、280.5 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O約為1.00∶0.80∶2.99。基肥施用量為750 kg/hm2，追肥施用量為300 kg/hm2。折合施用量為基肥45 g/株、追肥18 g/株。

1.4 測定內容與方法

分光光度法測定葉綠素含量、過氧化氫酶（CAT）；顯色反應法測定丙二醛含量；比色法測定過氧化物酶（POD）；氮藍四唑法測定抗氧化酶系統活性、超氧化物歧化酶（SOD）[17-18]。endprint

1.5 數據處理

數據統計分析用Microsoft Excel和SPSS17.0軟件。

2 結果與分析

2.1 鎘脅迫下不同生長期烤煙葉綠素和丙二醛含量的變化

由圖1～3可知，煙株體內的葉綠素含量隨著Cd濃度的增加呈現逐漸下降趨勢，成熟期葉綠素含量最低，各時期的鎘含量在不同時期差異極顯著（P<0.01）。煙株葉部丙二醛的含量隨著Cd濃度的增加呈現出先升后降再升的趨勢，現蕾期丙二醛含量最低，旺長期丙二醛含量最高，各時期的丙二醛含量在不同時期差異極顯著（P<0.01）。煙株體內根部丙二醛含量隨著Cd濃度的升高呈現逐漸下降趨勢，成熟期含量升高，現蕾期含量最低，成熟期含量最高，各時期的丙二醛含量在根部不同時期和濃度間差異均不顯著（P>0.05）。

2.2 鎘脅迫下不同生長期烤煙葉部抗氧化酶活性的變化

由圖4～6可知，隨著Cd濃度的增加，CAT的活性呈現先上升后下降的趨勢，現蕾期達到最高，成熟期達到最低，各時期的CAT活性在不同時期和濃度間均差異極顯著（P<0.01）。POD的活性呈現先上升后下降的趨勢，現蕾期達到最高，各時期的POD活性在不同時期差異極顯著（P<0.01）。SOD的活性呈現先上升后下降再上升的趨勢，成熟期達到最高，各時期的SOD活性在不同時期差異極顯著（P<0.01）。

2.3 鎘脅迫下不同生長期烤煙根部抗氧化酶活性的變化

由圖7～9可知，隨著Cd濃度的增加，根部CAT的活性呈現先上升后下降的趨勢，現蕾期CAT活性達到最高，團棵期和成熟期CAT活性相差不大，各時期的CAT活性在不同時期差異極顯著（P<0.01）。隨著Cd濃度的增加，根部POD的活性呈現逐漸下降的趨勢，成熟期POD活性最低，各時期的根部POD活性在不同時期和濃度間均差異不顯著（P>0.05）。隨著Cd濃度的增加，根部SOD的活性呈現先上升后下降的趨勢，旺長期達到最高，成熟期達到最低，各時期的SOD活性在不同時期差異極顯著（P<0.01）。

3 結論

試驗結果表明，隨著Cd脅迫時間的延長和處理濃度的升高，烤煙的SOD、POD、CAT 等呈現先升高后降低的趨勢，MDA含量逐漸增加。在3 mg/kg Cd脅迫下，葉片過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）、根部過氧化氫酶（CAT）活性最大，表明Cd脅迫使植物體內活性氧積累，從而破壞膜系統的結構和功能。隨著Cd濃度增大，烤煙葉片和根的抗氧化酶活性逐漸降低，葉綠素含量也逐漸減少，因而可以通過提高保護酶活性來清除Cd 脅迫產生的活性氧。

4 參考文獻

[1] 張格麗，王凱榮.國內外農業鎘污染研究現狀及其發展趨勢分析[J].農業環境保護，1997，16（3）：114-117.

[2] 趙其國，周炳中，楊浩.江蘇省環境質量與農業安全問題研究[J].土壤，2002，1（1）：1-8.

[3] 陳懷滿.土壤-植物系統中的重金屬污染[M].北京：科學出版社，1996：71-125.

[4] 徐爭啟，倪師軍，庹先國，等.潛在生態危害指數法評價中重金屬毒性系數計算[J].環境科學與技術，2008，31（2）：112-115.

[5] 顧繼光，林秋奇，胡韌，等.土壤—植物系統中重金屬污染的治理途徑及其研究展望[J].土壤通報，2005，36（1）：128-133.

[6] PRASAD MNV.Cadmium toxicity and tolerance in vascular plant[J].Environmental and Experimental Botany，1995，35（4）：525-545.

[7] SANITA L，GABBRIELLI R.Response to cadmium in higher plants[J].Environmental and Experimental Botany，1999，41：105-130.

[8] 張軍，束文圣.植物對重金屬鎘的耐受機制[J].植物生理與分子生物學學報，2006，32（1）：1-8.

[9] 孫光聞，陳日遠，劉厚誠，等.鎘與植物活性氧代謝[J].廣東微量元素科學，2005，12（4）：7-10.

[10] 王興明，涂俊芳，李晶，等.Cd處理對油菜生長和抗氧化酶系統的影響[J].應用生態學報，2006，17（1）：102-106.

[11] 周向軍.重金屬超富集植物環境修復技術研究進展[J].安徽農業科學，2010，38（3）：1408-1410.

[12] 嚴重玲，洪業湯，付舜珍.Cd，Pb脅迫對煙草葉片中活性氧清除系統的影響[J].生態學報，1997，17（5）：488-492.

[13] 侯東穎，馮佳，謝樹蓮.納米二氧化鈦脅迫對普生輪藻的毒性效應[J].環境科學學報，2012，32（6）：1481-1486.

[14] 賀國強，劉茜，郭振楠，等.鎘脅迫對烤煙葉片光合和葉綠素熒光特性的影響[J].華北農學報，2016（增刊1）：388-393.

[15] 李妍.鉛鎘脅迫對小麥幼苗抗氧化酶活性及丙二醛含量的影響[J].麥類作物學報，2009，29（3）：514-517.

[16] 黃玉山，羅廣華，關棨文.鎘誘導植物的自由基過氧化損傷[J].植物學報，1997，39（6）：522-526.

[17] 彭金梅，劉國順，賈方方，等.Cd脅迫對烤煙生理特性及積累特征的影響[J].江西農業學報，2013（4）：141-146.

[18] 袁祖麗，吳中紅，劉秀敏.鎘脅迫對烤煙葉片抗氧化系統的影響[J].河南農業科學，2008（7）：43-46.endprint