鎘對(duì)菜心葉綠素、蒸騰速率及光合速率的影響

江俊勇，李樂林

（1.江西生物科技職業(yè)學(xué)院，江西南昌 330200；2.江西省豐城市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)服務(wù)中心，江西豐城 331100）

隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，“三廢”的排放使環(huán)境污染日益嚴(yán)重，造成農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)下降、優(yōu)良品種退化迅速，嚴(yán)重制約農(nóng)業(yè)的發(fā)展[1]。鎘是生物毒性最強(qiáng)的重金屬之一，極易被植物吸收并累積，尤其是葉菜類蔬菜，超過一定限度不僅嚴(yán)重影響植株的正常生長(zhǎng)，降低作物產(chǎn)量和品質(zhì)，而且通過食物鏈富集后危害人體健康。本研究以葉菜類蔬菜代表——菜心（BrassicacampestrisL.ssp.chinensisvar.utilisTsen et Lee）為材料，研究不同濃度鎘對(duì)菜心光合速率、蒸騰速率及葉綠素含量的影響，旨在為菜心鎘暴露后生長(zhǎng)變化研究及菜心的食品衛(wèi)生安全提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

菜心：品種為名優(yōu)408，由廣州市愛普農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn)。

1.2 試劑與儀器

FA2004電子天平，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；Li-6400便攜式光合作用測(cè)定儀，美國(guó)LI-COR公司；UV1000紫外可見分光光度計(jì)，尤尼柯（上海）儀器有限公司。氯化鎘、乙醇、丙酮，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用土壤盆栽試驗(yàn)法，每缽裝土5 kg，將菜心種子播種于營(yíng)養(yǎng)缽內(nèi)，待長(zhǎng)至四片真葉時(shí)開始施加營(yíng)養(yǎng)液，每缽每次加500 mL，施加頻率為7 d一次。

營(yíng)養(yǎng)液元素組成：Mg 48.78 mg/L，B 0.52 mg/L，Mn 0.49 mg/L，Zn 0.05 mg/L，Cu 0.012 7 mg/L，Mo 0.007 9 mg/L，Na 0.003 8 mg/L，F(xiàn)e 0.2 mg/L，Ca 105.214 mg/L，S 112.089 45 mg/L，N 273 mg/L，P 50 mg/L，K 429 mg/L。

以外源鎘的方式加入營(yíng)養(yǎng)液中，共設(shè)5個(gè)處理，每個(gè)處理1缽，每缽留1株菜心，重復(fù)3次。Cd2+處理濃度分別為0.2 mg/L、0.4 mg/L、0.8 mg/L和1.6 mg/L，以清水為對(duì)照（CK）。

1.4 測(cè)定方法

（1）光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）采用便攜式光合作用測(cè)定儀測(cè)定。

（2）葉綠素含量的測(cè)定：將菜心葉片剪成1～2 mm2的碎片，用浸提劑（乙醇∶丙酮∶水體積比為4.5∶4.5∶1.0）浸提48 h，葉片變白后，分別在分光光度計(jì)663 nm、645 nm處比色測(cè)定浸提液的吸光值，計(jì)算葉綠素a、葉綠素b的含量，計(jì)算公式如（1）和（2）所示。單位為mg/g。

式中，ω1和ω2分別為葉綠素a含量和葉綠素b含量，mg/g；A1和A2分別為試液在663 nm和645 nm處的吸光度值；V為試液體積，mL；m為試樣質(zhì)量，g。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析方法

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2003和DPS軟件進(jìn)行處理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鎘脅迫對(duì)菜心葉綠素含量的影響

葉綠素存在于光合作用的重要器官——葉綠體中，它直接影響植物光合作用的強(qiáng)度，同時(shí)植株葉片葉綠素的含量也與植物的營(yíng)養(yǎng)狀況和干物質(zhì)的積累密切相關(guān)，葉綠素的含量是反應(yīng)污染物對(duì)植物傷害程度的一個(gè)重要指標(biāo)。由表1可知，菜心葉綠素含量隨鎘濃度的增加而呈減少態(tài)勢(shì)。與對(duì)照組相比，在0.2 mg/L鎘濃度處理下，葉綠素a含量降低了10.84%，葉綠素b含量降低了11.11%，說明低鎘濃度下，葉綠素b對(duì)鎘脅迫更敏感。而當(dāng)鎘濃度超過0.2 mg/L，均表現(xiàn)為葉綠素a的含量降低率大于葉綠素b的含量降低率，說明較高濃度的鎘脅迫對(duì)葉綠素a的影響比葉綠素b更大。

表1 不同濃度鎘對(duì)菜心葉組織中葉綠素含量的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，低濃度鎘處理對(duì)菜心葉綠素含量的影響不大，葉綠素含量與對(duì)照組差異不顯著；當(dāng)鎘濃度達(dá)到0.4 mg/L，菜心葉綠素含量顯著降低，表明菜心葉綠素含量受鎘劑量效應(yīng)影響。高濃度的鎘可能破壞了菜心葉綠體結(jié)構(gòu)功能，并影響葉綠素酶的活性，使葉綠素發(fā)生了分解，這與王霞等[2]和TRUONG等[3]研究發(fā)現(xiàn)的葉綠素生物合成受抑制的生理模式一致。楊居榮等[4]發(fā)現(xiàn)鎘降低植物總?cè)~綠素含量及葉綠素a/b比值，但對(duì)葉綠素b影響不大，鎘會(huì)破壞葉綠體膜系統(tǒng)。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，總?cè)~綠素含量隨著鎘濃度的升高而減少，且葉綠素a比葉綠素b的變化幅度更大，葉綠素a/b比值的改變降低了光合速率。

2.2 鎘脅迫對(duì)菜心光合速率的影響

光合速率是植物最重要的光合作用指標(biāo)。由表2可知，光合速率隨鎘濃度的增加而降低。鎘濃度為0.2 mg/L時(shí)，對(duì)光合速率影響較小；當(dāng)鎘濃度達(dá)到0.4 mg/L，菜心的光合速率顯著低于對(duì)照組；鎘濃度達(dá)到0.8 mg/L、1.6 mg/L時(shí)，其光合速率與對(duì)照組差異極顯著。

表2 不同濃度鎘處理對(duì)菜心光合速率的影響

CHUGH等[5]發(fā)現(xiàn)，在鎘離子脅迫下，豌豆光合速率比光合作用其他參數(shù)（如葉面積、葉鮮重和葉綠素含量）下降更為顯著。許多研究報(bào)告指出，鎘脅迫下水稻、綠豆、豬屎豆、玉米以及豌豆等植物光合速率下降，但植物在不同生育期光合速率受鎘影響效果不同[6]。研究指出，鎘對(duì)光合作用能力的抑制在于降低光合作用中關(guān)鍵性的核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶活性[7]。鎘對(duì)不同的植物光合速率影響基本相同，但是影響程度取決于鎘劑量。本研究中，隨著鎘濃度的逐漸升高，光合速率顯著下降，表明鎘對(duì)菜心光合速率有抑制作用，高濃度鎘抑制菜心光合速率可能是非氣孔因素引起的。

2.3 鎘脅迫對(duì)菜心蒸騰速率的影響

植物蒸騰量主要取決于個(gè)體發(fā)育情況，鎘能破壞植物體內(nèi)水分平衡。由表3可知，蒸騰速率隨鎘濃度的增加而降低。當(dāng)鎘濃度達(dá)到0.4 mg/L，試驗(yàn)組蒸騰速率與對(duì)照組出現(xiàn)顯著差異，說明0.4 mg/L鎘濃度對(duì)菜心蒸騰速率來(lái)說是一個(gè)重要的拐點(diǎn)。在鎘濃度為0.2 mg/L時(shí)，蒸騰速率僅下降6.04%；當(dāng)鎘濃度達(dá)到0.4 mg/L、0.8 mg/L和1.6 mg/L時(shí)，下降幅度分別為21.43%、35.16%和64.29%，說明濃度越高的鎘脅迫對(duì)菜心蒸騰作用的毒害作用越顯著。

表3 不同濃度鎘對(duì)菜心蒸騰速率的影響

由試驗(yàn)結(jié)果可知，低鎘濃度對(duì)蒸騰速率影響不明顯，當(dāng)鎘濃度達(dá)到0.4 mg/L時(shí)，蒸騰作用下降幅度驟增。原因可能是植物葉片水勢(shì)、相對(duì)含水量受鎘影響而降低，從而降低蒸騰速率[8]。此外，鎘對(duì)蒸騰作用的影響可能是通過調(diào)控葉片氣孔行為實(shí)現(xiàn)的，在低濃度下，細(xì)胞稍收縮，氣孔阻力很小，蒸騰速率減少緩慢；當(dāng)濃度超過0.4 mg/L后，氣孔阻力增大或氣孔關(guān)閉，蒸騰強(qiáng)度驟然降低[9]。

3 結(jié)論

鎘是生物毒性最強(qiáng)的重金屬之一，葉菜類蔬菜能吸收鎘并在植物體內(nèi)蓄積，影響植株的正常生長(zhǎng)，降低作物產(chǎn)量和品質(zhì)。本文研究了不同濃度的鎘對(duì)菜心葉組織的葉綠素含量、蒸騰速率及光合速率的影響，結(jié)果表明隨著鎘濃度的逐漸增加，葉綠素含量、蒸騰速率和光合速率均呈現(xiàn)不同程度的下降趨勢(shì)；當(dāng)鎘濃度≥0.4 mg/L時(shí)，上述生理指標(biāo)均呈現(xiàn)出顯著性差異。因此，應(yīng)盡量避免在土壤鎘濃度較高的地塊種植菜心等葉菜類蔬菜。