不同菊科花卉對土壤鎘脅迫的耐性生理機制①

胡 昱 王欣蕊

（蘇州大學 江蘇蘇州215123）

隨著經濟發展和科技進步，環境污染問題日益嚴重，其中土壤污染具有長期性及潛伏性，因此土壤污染越來越受重視。在我國，土壤鎘污染問題已經嚴重威脅到我國食品安全。土壤重金屬污染具有不可逆性、富集性和累積性等特點，重金屬鎘毒性強、污染面積大、易遷移［1-2］，因此，本文主要針對鎘開展研究。

近年來，不少學者開展了菊科植物的生態修復功能以及植物對土壤重金屬污染修復某方面的研究，發現一些菊科花卉植物具有修復土壤重金屬污染的良好效果［3-4］。因此，本研究擬采用不同的菊科花卉植物為材料，選擇5種菊科草本植物藿香薊、金雞菊、松果菊、百日草、萬壽菊進行鎘脅迫的盆栽試驗，通過測定其生理生化指標，探索供試植物對土壤鎘脅迫的生理響應，為篩選出對鎘脅迫具有較高耐性的觀賞菊科花卉植物種類，同時也為土壤鎘污染的生態修復的植物種類選擇提供試驗依據。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 植物試材

菊科草本花卉藿香薊、松果菊、金雞菊、百日草、萬壽菊種子。

1.1.2 盆栽試驗土壤和化學試劑

⑴盆栽試驗土壤：育苗土與栽培土。

⑵化學試劑：鎘試劑，磷酸二氫鈉，磷酸氫二鈉，蔗糖標準液，濃硫酸，乙酸乙酯，磺基水楊酸，醋酸等試劑。

1.2 方法

1.2.1 供試植物種苗的培育

采用穴盤育苗的方法對供試5種菊科花卉種子進行播種育苗，待幼苗生長到3～5 片真葉進行移栽處理。

1.2.2 鎘脅迫處理

將土壤分為6 份，每份重20 kg。分別準確稱取0、0.508、1.016、2.031、4.062、8.124 g 氯化鎘對應濃度為0、10、50、100、200、300 mg/kg。將不同濃度的鎘與6 份土壤混合，將混合鎘試劑的土壤攪拌均勻后，靜置15～20 d 后裝盆（內徑15 cm，盆高20 cm），每種植物的每個濃度的處理盆數為8 盆。將育好的供試菊科種苗移栽至不同鎘濃度處理土壤中，進行常規統一管理。

1.2.3 試驗指標的測定

每周測定菊科植物的株高，并記錄植物的生長形態特征。鎘脅迫處理5 周后，利用LA-S 根系分析儀，分別測定5 種菊科植物的根系構型（根系體積）；采用GXH-3051C 光合測定儀測定光合特征（胞間CO2濃度）；過氧化物酶活性的測定采用愈創木酚法，可溶性糖含量的測定采用苯酚法測定法［5-6］。

2 結果與分析

2.1 不同鎘濃度對菊科花卉株高的影響

從圖1 可看出，金雞菊在含鎘的土壤環境中，除300 mg/kg 處理外，其余組處理的株高均達到或者超過了空白對照組的高度，說明金雞菊對鎘有一定耐性。松果菊在鎘濃度為10、50 mg/kg 的土壤環境中株高超過了空白對照組的，而在鎘濃度超過50 mg/kg 的環境下株高低于空白對照組，說明在低劑量的鎘濃度下松果菊有耐受性并且長得更好，但是當濃度超過一定劑量的時候生長則受到了抑制［7-8］。本試驗中同樣存在著這樣的情況。百日草在鎘濃度為10、50、200 mg/kg 的土壤環境下株高都不及空白對照組，在鎘濃度為100 mg/kg 的土壤中株高和空白對照組的相似，在鎘濃度為300 mg/kg 的土壤中株高超過了空白對照組。萬壽菊在鎘濃度為10、50、100、200 mg/kg 的土壤環境中株高均超過了空白對照組，而在鎘濃度為300 mg/kg 的土壤中生長受到了抑制，株高未能達到空白對照組。藿香薊在5 種不同鎘濃度的土壤中株高都超過了空白對照組，說明藿香薊對鎘有著很好的耐性，不過在鎘濃度超過100 mg/kg 后耐性有所降低。總體來說，藿香薊、金雞菊對鎘的耐性閾值大一些，其次是松果菊、萬壽菊。百日草的數據波動比較大，不排除其他因素的影響。

圖1 不同鎘濃度對菊科花卉植物株高的影響

2.2 不同鎘濃度對菊科花卉生物量的影響

就地上部分生物量而言，松果菊生物量含量遠高于其它5種植物，并且松果菊的地上部分的生物量隨著鎘濃度的增加而增加；其它種類菊科花卉的地上部分生物量沒有明顯變化。對地下部分生物量而言，松果菊和藿香薊的地下部分生物量比其它3種都要大；藿香薊和萬壽菊的變化趨勢相似，在土壤受到鎘污染的情況下，均沒有達到空白組地下部分的生物量大小［6］。松果菊和百日草的試驗組均超過空白對照組；金雞菊的地下部分生物量均超過了空白對照組，并且隨著鎘濃度的增加呈先增高后降低的趨勢。

2.3 不同鎘濃度對菊科花卉根系體積的影響

由圖2 可以看出，不同鎘濃度對白日草、松果菊和萬壽菊的根系體積影響不大，對藿香薊和金雞菊影響較大。

圖2 不同鎘濃度對菊科花卉植物根系體積的影響

2.4 不同鎘濃度對菊科花卉植物光合特征的影響

由圖3 可知， 不同鎘濃度對菊科花卉各品種花苞間CO2濃度的影響各不相同， 其中松果菊花苞間CO2濃度受鎘濃度影響最小， 各濃度間基本保持不變；萬壽菊和百日草花苞間CO2的濃度均隨著鎘濃度的增加呈上升趨勢， 萬壽菊趨勢較為明顯； 藿香薊和金雞菊在不同濃度鎘處理下， 花苞間CO2濃度的總體趨勢表現為， 低劑量鎘濃度導致CO2濃度上升， 高劑量鎘濃度則導致 CO2濃度下降。

圖3 不同鎘濃度對菊科花卉植物胞間CO2濃度的影響

2.5 不同鎘濃度對菊科花卉植物抗氧化酶系統的影響

從圖4 可看出，藿香薊葉片中POD 活性隨著鎘濃度從0～100 mg/kg 的增加而增加，從100～300 mg/kg 的增加而下降。松果菊葉片POD 活性在鎘濃度為0～200 mg/kg，隨著鎘濃度的增加而增加，在鎘濃度為200～300 mg/kg，隨著鎘濃度的增加而降低。而金雞菊葉片POD活性在鎘濃度從0～50 mg/kg 區間內呈上升趨勢，在50～300 mg/kg 時呈下降趨勢。鎘濃度對百日草、萬壽菊葉片POD 活性變化影響不明顯。

圖4 不同鎘濃度對菊科花卉植物POD的影響

2.6 不同鎘濃度對菊科花卉植物可溶性糖的影響

從圖5可看出，隨著鎘濃度的增加，藿香薊和金雞菊可溶性糖的含量均表現為先降低后升高，而百日草、松果菊和萬壽菊則呈現先升高再降低的趨勢，且在鎘濃度為10～50 mg/kg時，可溶性糖的含量出現了最高點，即鎘濃度為10～50 mg/kg時，百日草、松果菊、萬壽菊的植物生長發育最好，但該濃度區間，藿香薊和金雞菊生長發育較差。

圖5 不同鎘濃度對菊科花卉植物可溶性糖的影響

3 討論與結論

⑴重金屬Cd 對植物的影響存在劑量效應。低劑量的重金屬會使植物產生保護反應，能夠促進植物生長。隨著濃度在植物體內的富集，會對植物生長造成抑制作用［9］。從本試驗的生物量數據來看，低劑量的重金屬確實可以促進植物的生長。

⑵重金屬鎘對這5 種植物的光合作用影響不是十分明顯，但是總體上，低劑量的重金屬一定程度上促進了植物的光合作用，高劑量的重金屬會抑制植物的光合作用。

⑶在鎘脅迫下，5種菊科花卉植物中對重金屬鎘的脅迫的耐性較強的2種菊科植物為百日草和藿香薊。隨著鎘濃度的升高，百日草、藿香薊植物體內過氧化氫酶、過氧化物酶、超氧化物歧化酶、丙二醛的含量總體變化趨勢為先上升后下降。