鎘脅迫下硅肥對鹽地堿蓬幼苗生理特性的影響

李麗，張銘璇，楊舒涵，侯杰，羅志文

(佳木斯大學生命科學學院，黑龍江 佳木斯 154007)

鹽地堿蓬(Suaedasalsa)為一年生草本植物[1]，是鹽堿地典型的指示植物，主要分布于我國東北大慶等地。研究表明，堿蓬對重金屬鎘污染具有一定的耐受性。鎘(Cadmium，Cd)是環境中常見的重金屬元素，被植物吸收后在植物的體內聚集，對植物的生長和發育有抑制[2]，而且通過食物進入到人體，從而產生毒害。硅肥(Silicon，Si)是一種具備著良好的品質肥料、保健肥料和植物調節性肥料，是一種新型的多功能的肥料[3]。硅肥既可以作為肥料，來提供植物生長和發育所需的營養，又可以用作為土壤中的調節劑，用來改善土壤。硅肥還憑借著它的沒有毒性、沒有味道味、無公無害、不容易變質、不容易流失等許多較為且突出的優勢，即將要成為開展和完成綠色生態農業的高效優質的肥料。

本研究以鹽地堿蓬作為測試材料，測定鹽地堿蓬在重金屬鎘的脅迫下硅肥對幼苗生理特性的影響。

1 材料與方法

1.1 材料來源

供試材料鹽地堿蓬采自黑龍江省大慶市荒地草甸環境中，經佳木斯大學生命科學學院羅志文副教授鑒定為鹽地堿蓬(Suaedasalsa)[4-5]。

研究中使用了電子天平、分光光度計、離心機等設備。試劑包括：氯化鎘、速溶硅肥、三氯乙酸、愈創木酚、硫代巴比妥酸、考馬斯亮藍法G250、過氧化氫(H2O2)等。

1.2 測定方法

1.2.1 株高與根長測量。用游標卡尺測量幼苗株高和根長(主根長)。

1.2.2 鮮重和與干重測定。用電子天平直接測量幼苗鮮重，干重需要在105 ℃的干燥箱中處理后再稱重。

1.2.3 葉綠素含量的測定。采用分光光度計測量吸光度值，根據Lambert Bill定律來計算提取物中色素的含量[6-8]。

1.2.4 蛋白質含量的測定。采用考馬斯亮藍法測量吸光度值，采用比色法計算提取物中色素的含量。

1.2.5 丙二醛含量的測定。采用硫代巴比妥酸法，根據朗伯-比爾定律：D=k·CL，可測定丙二醛的含量[9-12]。

1.2.6 過氧化物酶活性的測定。采用H2O2和愈創木酚進行處理，采用分光光度法來測定過氧化物酶活性。

2 結果與分析

2.1 堿蓬幼苗的株高及根長

鎘脅迫下不同硅肥濃度下堿蓬幼苗的高度及根系長度，如圖1所示，隨著土壤中硅肥濃度的增加，堿蓬幼苗的株高和根長均略呈降低趨勢。當硅肥濃度在0.975 g/m2時，株高及根長達最大值，再次升高硅肥濃度后數據有所下降，說明高濃度的硅肥對堿蓬幼苗的株高及根系生長均具有抑制作用[13]。

表1 鎘脅迫下不同硅肥含量下堿蓬幼苗的株高及根長

2.2 堿蓬幼苗的鮮重和干重

鎘脅迫下不同硅肥濃度下堿蓬幼苗的鮮重，烘干后測定其干重，如圖2。堿蓬幼苗的鮮重和干重均低于對照組(CK)，兩者均呈現先升高后下降趨勢，當硅肥濃度在0.975 g/m2時，鮮重達到最大值，干重也達到最大值，說明鎘脅迫下硅肥對堿蓬幼苗的鮮重和干重均有較大影響。

表2 鎘脅迫下不同硅肥含量下堿蓬幼苗的鮮重和干重

2.3 堿蓬幼苗的葉綠素含量

測定鎘脅迫下不同硅肥濃度下堿蓬幼苗的葉綠素含量，結果如表3。在不同硅肥濃度下，堿蓬幼苗葉綠素含量呈現先升后降，在硅肥濃度在0.975 g/m2時，幼苗葉綠素含量達到0.537 mg/g，與對照組CK相比，葉綠素含量有明顯增加，但整體變化不大。

表3 鎘脅迫下不同硅肥含量下堿蓬幼苗葉綠素含量

2.4 堿蓬幼苗的蛋白質含量

測定鎘脅迫下不同硅肥含量下堿蓬幼苗的蛋白質含量，結果如表4。隨著土壤中硅肥濃度的不斷增加，堿蓬幼苗的蛋白質含量也同樣表現出先增后減的趨勢，當硅肥濃度0.975 g/m2時，蛋白質含量最高，達到8 472 μg/g。硅肥濃度再次上升后，蛋白質含量逐漸下降，且趨勢顯著。

表4 鎘脅迫下不同硅肥含量下堿蓬幼苗蛋白質含量

2.5 堿蓬幼苗的丙二醛含量

測定鎘脅迫下不同硅肥濃度下堿蓬幼苗的丙二醛含量，結果如表5。在不同濃度的硅肥含量下，隨著硅肥濃度的增加，堿蓬幼苗的丙二醛含量先降低后升高。當硅肥濃度在0.975 g/m2時，MDA含量最低，達到0.00092 μmol/L。再增加硅肥濃度后，丙二醛含量增加。

表5 鎘脅迫下不同硅肥含量下堿蓬幼苗丙二醛含量

2.6 堿蓬幼苗的過氧化物酶活性

測定鎘脅迫下不同硅肥含量下堿蓬幼苗的過氧化物酶活性，結果如表6。隨著土壤中硅肥濃度的增加，過氧化物酶活性呈現先上升后下降的趨勢。當硅肥濃度在0.975 g/m2時，過氧化物酶活性最高，達到5522 u/g·min。當硅肥含量再次升高，過氧化物酶活性呈急劇下降的趨勢。當硅肥濃度在1.424 g/m2時，嚴重的影響了堿蓬的生長。

表6 鎘脅迫下不同硅肥含量下堿蓬過氧化物酶活性

3 討論與結論

3.1 鎘脅迫下不同硅肥濃度對堿蓬幼苗株高及根長的影響

植物的根系作為一種非常重要的吸收和代謝的器官，其生長情況的好與壞不僅直接影響著植物對水分和無機鹽的吸收，同時還制約了植物土壤根上部分的生長。當硅肥濃度在0.975 g/m2時，堿蓬幼苗株高與根長最長，表明了施加硅肥可以減輕鎘對堿蓬幼苗的脅迫作用，當超過堿蓬幼苗耐受范圍的硅肥濃度是濃度，株高及根長均低于對照組，明顯受到抑制。

3.2 鎘脅迫下不同硅肥濃度對堿蓬幼苗鮮重及干重的影響

研究表明，鎘脅迫下植物生長緩慢與根系滲透壓有關，導致葉面積生長緩慢，鮮重和干重顯著下降，施加一定量的硅肥后，堿蓬幼苗的鮮重及干重均表現增加的效果。當硅肥濃度在0.975 g/m2時，鹽地堿蓬幼苗的鮮重及干重均是最大值，表明了硅肥可以有效地改善被重金屬鎘污染過的土壤環境，是堿蓬幼苗在重金屬鎘的脅迫下，仍然可以更好地生長。試驗證明，施加適量的硅肥可以使水稻增產顯著，體現了施加一定量的硅肥后可以使作物達到增產的效果。

3.3 鎘脅迫下不同硅肥濃度對堿蓬幼苗葉綠素含量的影響

在植物的光合作用中，葉綠素能夠對光有接收作用，并且可以將光能進行轉換，對綠色植物的光合能力有影響。本次研究中，施加一定量的硅肥，可以使葉綠素的含量高于對照組。當硅肥濃度在0.975 g/m2時，葉綠素含量最高，但是，當硅肥濃度高于0.975 g/m2時，葉綠素含量降低，說明了施加過高濃度的硅肥也會影響堿蓬幼苗葉綠素的含量。

3.4 鎘脅迫下不同硅肥濃度對堿蓬幼苗蛋白質含量的影響

本次研究表明，在重金屬鎘的脅迫下，施加一定量的硅肥可以使堿蓬幼苗的蛋白質含量增加，在硅肥濃度為0.975 g/m2時，蛋白質含量最高，隨著硅肥的繼續升高，蛋白質含量相應減少，說明硅肥對重金屬鎘有一定的消除，然而過高的硅肥濃度也將會抑制蛋白質的合成，影響植物正常生長。

3.5 鎘脅迫下不同硅肥濃度對堿蓬幼苗丙二醛含量的影響

研究結果表明，堿蓬幼苗在受鎘脅迫影響后，施加硅肥會使堿蓬幼苗丙二醛的含量隨著硅肥濃度的增加呈現先減少后增加的趨勢。在0.975 g/m2的硅肥濃度下丙二醛的含量最低，抵消重金屬脅迫的效果也最明顯。當硅肥濃度繼續升高后，丙二醛的含量相應地增加，堿蓬幼苗受到的毒性效應也增加。但整體上丙二醛的含量變化較小。

3.6 鎘脅迫下不同硅肥濃度對堿蓬幼苗過氧化物酶活性的影響

過氧化物酶(POD)是植物中一種重要的保護酶，它能有效地去除植物代謝過程中產生的活性氧，保護植物免受其他損傷。在本次研究中，施加一定量的硅肥會使植物體內過氧化物酶活性顯著增加，當硅肥濃度為0.975 g/m2時，酶活性達到峰值，表明堿蓬幼苗通過施加適量的硅肥來提高過氧化物酶活性，進而來抵御重金屬鎘的污染，提高堿蓬幼苗的耐重金屬性。但是，數據表明，施加過量的硅肥也會抑制植物的生長和發育。

4 研究展望

試驗結果，可以得出堿蓬對重金屬鎘的脅迫下，加入范圍在0.975 g/m2濃度以內的硅肥，植物表現出適應這種重金屬鎘脅迫的狀態，及相應的生理反應。當超過0.975 g/m2的硅肥濃度時，堿蓬將表現出無法繼續適應狀態，嚴重的影響了植物的生長和發育，對植物造成傷害。本研究將為鹽生植物修復和監測重金屬污染提供理論依據和數據參考，具有一定的經濟價值和社會效益。