多年生黑麥草對鎘和砷復合脅迫的響應及酶學機理

中圖分類號：S53;X173;S543.6 文獻標志碼：A 文章編號：2095-6819（2025）05-1354-12 doi：10.13254/j.jare.2024.0450

Response and enzymatic mechanisms of Lolium perenne L.to combined cadmium and arsenic stress

XIE Xiaoyan1，DENGJiangdi2，QIHuacai1，LIANGXinran1，WANGLei1，LIYuan1*，LI Zuran3* （1.CollgeofsosdEviont，uagiclalUivesityKuingi;.Fcultyfialid Technology，YanAgiculturalUiversityKunming0lhina;3olgefanscapendHorticulture，Yuanlal University，Kunming ， China）

Abstract：Theimpactofsingletoxictraceelementsonforagegrasshasreceivedwidespreadatention，butstudiesontheresponseof LoliumperenneL.toCd-Ascombinedtressaresarce.ToinvetigateteftsofCd-Asobindstressonthegrowhracteistics photosynthesis，enzyme mechanism and transporter of perennial ryegrass，in this study， L_* perenne‘Nicaragua’and L. perenne‘Venus' were grown in a greenhouse with the following treatment groups ： control group（Cd 0mg?kg^-1 ，As 0mg?kg^-1 ）， Cd3As60（Cd 3 mg·kg^-1 ，As 60mg?kg^-1 ），Cd3As120（Cd 3mg?kg^-1 ，As 120mg?kg^-1 ），andCd3As180（Cd 3mg?kg^-1 ，As 180mg?kg^-1 ）.Theaccumulation characteristics ofCd and Asin L_* perenne，as wellas their enzymatic mechanisms，were analyzed.The results showed that compared with Cd3As60，underhigh-concentrationCd-Asstress，thecontentofMDAintheshootsof‘icaragua’and‘Venus’significantlyinceased （ 12.93%-24.73% and 16.02%-29.98% ），the activity of antioxidant system was enhanced.The chloroplast stroma thylakoid arrangement wasdisorderedlalldfdsulidosiscd28.32% and 1.75%-7.20% ）and reduced biomass（ 36.22%-54.56% and 2.96%-17.82% ）.The content of Lsil protein in the shoot and root of‘Nicaragua’significantly increased by （12.23%-20.26% ）and （13.39%-15.64% ），which increased the proportion of As in the soluble fractions（ 2%-11% and 1%-12% ），thereby the As toxicity to cells was alleviated.Compared with Cd3As6O，under highconcentrationCdrssiteasfslstttiitto‘Veadtelleveld， the contentsof GSH，PCs，NPT，CAXandNrampreduced，whichdecreasedtheaccumulationof Cdinshootsandroots（8. 96%-13.18% and 9.47%-18.59% ）and its proportion in soluble fractions （ 1%-9% and 0%-2% ）. Cd-As stress could induce oxidative stress and cell membranestructuredamage，decreasethecontentofthiolsubstancesandtransportproteins，esultingineducedacumulationofCdand As in L. perenne.

Keywords：Cd-As combined stress; photosynthesis; enzymatic mechanism; transporter

鎘（Cd）和碑（As）均被國際癌癥研究機構列為I級致癌物1，其主要通過金屬冶煉、礦山開采和污水灌溉等工農業活動在土壤中不斷積累，導致農作物嚴重減產。我國農田Cd和As超標率達 7.0% 和 2.7%^[2] O自然界的重金屬污染通常不是單獨存在的，Cd-As復合污染普遍存在于我國西南、華南地區，已成為我國南方土壤重金屬污染的主要形式3。國務院發布的《王壤污染防治行動計劃》指出在2030年對污染耕地的安全利用率應達到 95% ，以保障我國農田土壤環境質量和農產品質量安全。

多年生黑麥草（LoliumperenneL.）是廣泛種植的重要牧草，其生長快、生物量大、適應性強，對重金屬有一定的耐受性和富集能力，在低濃度Cd脅迫下能正常生長。Cd和As脅迫導致黑麥草的光合色素含量降低，抑制其生長[4-5]，且As濃度升高對黑麥草生長的抑制更明顯。Cd、As復合脅迫下玉米總葉綠素含量呈現低促高抑的規律。Cd和As污染會破壞植物葉綠體類囊體膜結構從而降低葉綠素含量。隨Cd和As脅迫濃度增加，植物葉片葉綠體腫脹加劇，線粒體出現空洞現象，雙層膜結構模糊。研究表明Cd脅迫下，黑麥草的葉綠體數量減少，且與細胞壁發生質壁分離，液泡略微縮小[10]。多年生黑麥草的生長狀況與Cd和As在其細胞中的分布密切相關[]。

天然抗性巨噬細胞蛋白（Nramp）是廣泛存在于植物中的二價金屬轉運蛋白家族[12]。Nramp5蛋白定殖于質膜上，并在根系中高表達，參與根系對Cd的吸收和運輸[13]。重金屬ATP酶（HMA）和陽離子/H+交換體（CAX）是植物體內重要的Cd排出蛋白?！?br>