鎘脅迫對不同菊科花卉植物植株生長與根系構型的影響

許夢笛 楊詩瑤

摘 ? ?要：為了探究土壤重金屬鎘（Cd）脅迫對菊科花卉植物生長的影響，研究了不同濃度鎘脅迫對百日草（Zinnia elegans Jacp.）、黑心菊（Rudbeckia hirta L.）、藿香薊（Ageratum conyzoides L.）、孔雀草（Tagetes patula L.）、向日葵（Helianthus annuus）植株生長與根系構型的影響。結果表明：在植株生長高度增量方面，黑心菊和藿香薊植株高度增量是隨鎘濃度的增加表現出先增后降的規律，鎘濃度為50mg/kg時植株的高度增加量達到最大。綜合根系總長、總投影面積、總表面積和根尖數4個指標，藿香薊在鎘濃度為50mg/kg時表現最好，其中根系總表面積和根尖數都高于對照，而根系總長和總投影面積也與對照相近。根系構型的4個指標中，藿香薊在鎘濃度為50mg/kg表現最好，其中根系總表面積和根尖數都高于對照，而根系總長和總投影面積也與對照相近;其次為黑心菊。

關鍵詞：鎘脅迫;菊科花卉;株高;根系

目前，土壤污染問題日漸嚴重，世界各國土壤均有不同程度的重金屬污染，以鉛、鎘為主，其中鎘是生物生長發育過程當中的非必需元素[1]，是毒性最強的幾種重金屬之一，與其余重金屬元素相比，相對容易被植物吸收。污染來源廣[2]。植物修復是一種應用自然生長植物或遺傳培育植物修復重金屬污染土壤的技術總稱，觀賞植物可用于修復受到一定程度重金屬污染的土壤，可長期、安全、有效地清除重金屬和修復土壤結構，同時又能滿足城市居民對綠地景觀的審美等要求，彌補了重金屬累積植物在經濟價值和美學上的局限性[3]。劉家女從4種花卉植物中篩選紫茉莉具備鎘超積累植物的特質[4];劉周莉等研究結果表明不同濃度鎘處理對忍冬的生長并未造成毒害癥狀，不論水培還是土培生長條件下，在較高濃度的鎘處理下，忍冬依舊能保持正常生長表現出良好的耐受性[5]。菊科是被子植物中最大的一科，廣泛分布于世界各地，栽培歷史悠久;且大多花期長、觀賞效果好、養護成本低[6-7]。因此，本研究選用5種菊花花卉植物為試材，通過不同濃度的鎘脅迫處理，探討鎘脅迫對不同菊科花卉植物根系構型的影響，以期為進一步研究其對鎘的耐性生理機制和土壤修復應用奠定基礎。

1 ? 材料與方法

1.1 ? 試驗材料

供試植物：百日草（Zinnia elegans Jacp.）、黑心菊（Rudbeckia hirta L.）、藿香薊（Ageratum conyzoides L.）、孔雀草（Tagetes patula L.）、向日葵（Helianthus annuus）種子;供試土壤：全植物通用型營養土（靚土）;供試試劑：CdCl2·2.5H2O。

1.2 ?試驗方法

1.2.1 ?播種育種及土壤預處理。①浸種：選取適當規格培養皿，放入大小相當的濾紙，加蒸餾水至濾紙吸水飽和，對供試植物的種子進行浸種處理，時間為24h，間隔時間段進行觀察，保證浸種質量。②播種：用牙簽取種，均勻播種，每孔播種數不超過2粒。③育苗：播種后1周內每天澆水1次，之后根據天氣及土壤狀況決定澆水次數，并進行防蟲網的搭建。④土壤堆置預處理：共設置5個處理（包括1個空白對照）：0mg/kg、10mg/kg、50mg/kg、100mg/kg和200mg/kg，分別加入對應質量的CdCl2·2.5H2O，少量多次加入混勻，放到藍色塑料框中堆置。

1.2.2 ?盆栽試驗。經3周育苗后，選擇生長狀況相似且綜合指標表現良好的植株進行移栽。每個梯度設置5個重復處理，每盆放置土壤（壓實）至盆邊緣下方5cm處。第1次澆透水，之后根據天氣情況澆水，著重注意土壤濕度。將同一植物的不同濃度放置在一起為1組，便于觀察。

1.2.3 ?測定方法。各處理植株的株高每10d測定1次。處理40d后，取整個植株，選取3～5株并切取根系部分洗凈進行根部掃描測定，使用的儀器為Epson Perfection V700 Photo根系掃描分析儀（愛普生（中國）有限公司），WinRHIZO根系分析軟件進行根系構型分析。

1.3 ? 統計分析

采用Microsoft Excel2017進行數據處理。

2 ? 結果與分析

2.1 ?鎘脅迫對不同菊科花卉植物植株生長的影響

隨著鎘濃度的增加，不同花卉植物植株的增量的變化趨勢有所差異（表1）。黑心菊和藿香薊植株高度的增量是隨鎘濃度的增加表現出先增后降的規律，鎘濃度為50mg/kg時植株的高度增加量達到最大，即該濃度處理的植株高度生長最快。孔雀草植株高度的增長量是隨著鎘濃度的增加而逐漸下降的趨勢。百日草和向日葵的植株高度增加量的變化規律表現相似，表現為先增加再下降，后又上升的變化規律。

2.2 ?鎘脅迫對不同菊科花卉植物植株根系構型的影響

鎘脅迫處理40d后測定各植株根系指標，結果見表2。百日草的根系總長隨鎘濃度的增加而逐漸降低，這表明鎘脅迫對其根系生長具有一定的抑制作用。50mg/kg鎘處理條件下黑心菊、藿香薊和向日葵根系總長達到最大值（對照除外），分別為366.43mm、389.51mm和60.68mm。鎘濃度為10mg/kg處理下的孔雀草根系總長為最高值，其值為331.58mm，且高于對照根系總長。以上結果表明，鎘濃度的增加對不同植物根系總長的抑制強弱存在較大的差異，其中根系總長變化最明顯的是百日草，200mg/kg處理的植株根系總長比對照植株根系總長減少了87.47%;黑心菊、藿香薊、孔雀草和向日葵與其對照相比分別減少了16.25%、22.45%、22.34%和10.27%。

從表3可知，百日草、黑心菊、藿香薊和孔雀草根系的總投影面積總體上都是隨鎘的增加而降低;降幅最大的是百日草，200mg/kg鎘濃度處理的根系總投影面積比對照下降了59.04%，其余3種植物的降幅較小。向日葵根系總投影面積最大的為10 mg/kg處理植株根系，達到8.53cm2。

從表4可知，與對照相比，百日草和黑心菊植株根系總表面積隨鎘濃度的增大而下降，其中黑心菊的下降幅度較小，200mg/kg鎘處理下的總表面積僅降低了10.42%;百日草的根系表面積變化比較明顯，藿香薊200mg/kg鎘處理下的總表面積為5.56cm2，比對照減少了69.61%。藿香薊和向日葵根系最大值為50mg/kg鎘處理的植株，其都比對照略有增加;孔雀草根系總表面積最大出現在10mg/kg鎘處理植株。

鎘脅迫處理對植物根系的根尖數存在影響（表5）。百日草植株根系根尖數最大的為對照，各濃度鎘處理都降低其植株根尖數，根尖數最低值為90，此時鎘處理濃度為100mg/kg。黑心菊根尖數最大值為115，該植株處理鎘濃度為100mg/kg;藿香薊根尖數最大值為113，該植株處理鎘濃度為50mg/kg;孔雀草和向日葵的根尖數最大值分別為90和96，該植株處理鎘濃度都為10mg/kg;各處理植株的根尖數隨鎘濃度的變化而有所增加，但總體上變化幅度不大。

3 ? 結論與討論

Cd2+脅迫處理對5種菊科花卉植物的生長和根系構型都存在不同的影響差異。在植株生長高度方面，藿香薊表現最好，即其植株在100mg/kg鎘脅迫條件下也比對照的植株高度增加量大，50mg/kg鎘處理下的植株高度增量約為對照的的1.5倍。物質和能量被植物獲取和利用均是通過根系得以實現的。因此，根系的分布特征反映了物質和能量被植物利用的可能性以及生產力[8]。綜合根系總長、總投影面積、總表面積和根尖數4個指標，藿香薊在鎘濃度為50mg/kg表現最好，其中根系總表面積和根尖數都高于對照，而根系總長和總投影面積也與對照相近。綜合本研究結果可以得出，菊科花卉植物藿香薊在鎘脅迫條件下生長狀況良好，具有抗鎘脅迫的耐性，因此，可進一步研究其對鎘富集特性，為其能在土壤鎘污染的植物修復應用提供更深入的論證依據。

（收稿：2019-09-21）

參考文獻：

[1]盧紅玲，肖光輝，劉青山，等.土壤鎘污染現狀及其直立措施研究進展[J].南方農業學報，2014，45（11）：1986-1993.

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[3]畢德，吳龍華，駱永明，等.浙江典型鉛鋅礦廢棄地優勢植物調查及其重金屬含量研究[J].土壤，2006，38（5）：591-597.

[4]劉家女.鎘超積累花卉植物的識別及其化學強化[D].東北大學，2007.

[5]劉周莉，何新元，陳偉.忍冬——一種新發現的鎘超富集物[J].生態環境學報，2013，22（4）： 666-670.

[6]趙淑珍，孫柱彪，李曉杰.幾種菊科花卉的栽培管理及其在園林綠地中的應用[J]河北旅游職業學院學報，2010，15（3）：83-85.

[7]姜成，申曉慧，馮鵬，等.Pb-Cd復合脅迫對3種菊科花卉葉綠素含量和過氧化酶活性的影響[J].種子，2013，32（4）：34-36.

[8]毛齊正，楊喜田，苗蕾.植物根系構型的生態功能及其影響因素[J].河南科學，2008，26（2）：172-176.