控制顏色性狀的等位基因變異對(duì)芥菜鎘耐受性的影響

中圖分類號(hào)：S637 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001-4942（2025）09-0129-09

Effects of Allelic Variation Controlling Color Trait on Cadmium Tolerance of Brassica juncea L.

Feng Huimin ^1，2，3 ，Xiao Yuanye3，Yuan Xiao’，F(xiàn)eng Jingqi1，Li Haibo ^1，2，3 ， Zeng Honghao’， Zhu Yunnal2，Wang Bin ^1，2

（1.Collge of Biologyand Agriculture，Shaoguan University/Guangdong Provincial Key Laboratoryfor Utilizationand Conservation of Food and Medicinal Resources in Northern Region， Shaoguan 512O05， China; 2.Guangdong Provincial Engineering and Technology Research Center of Special Fruit and Vegetables in Northern Region/EngineringandTechnologyResearch CenterofShaoguan Horticulture，haoguanUniversity，Shaoguan512O5，China; 3.Shaoguan Mustard Engineering Technology Research and Development Center， Shaoguan 512O05，China） AbstractCadmium （Cd）is a kind of non-essential and harmful heavy metal element for the plant，and its accumulation in vegetables significantly impacts food safety.To determine whether the alelic variation controlling color trait afect the Cd tolerance of leaf mustard（Brassca juncea L.），，the near-isogenic lines of purple leaf 2OZ5 and green leaf 2OZ6 as experimental materials to study the effcts of Cd stress on growth physiological characteristicsand leaf colorof the two mustard varieties.Inaddition，the Cd accumulation characteristics and tolerance of the two varieties were also compared.The results showed that Cd stress significantly reduced the indicators such as plant height，fresh weight，dry weight and root length in both of the two mustard varieties，but the biomass decline of purple leaf mustard was notably smaler than that of green leaf variety，indicating that purple leaf mustard had stronger Cd tolerance. Under Cd stress，there were no significant diferences in Cd content，hydrogen peroxide （ H₂O₂ ）level，relative electrical conductivity，and activities of superoxide dismutase（SOD），peroxidase （POD） and catalase（CAT）between the two varieties.However，the relative water content and soluble sugar content in leaves of the purple leaf variety were significantly higher compared to the green leaf variety，while the malondialdehyde content was significantly lower.It suggested that there was no significant diferentce in Cd enrichment capacity between the two varieties，and the stronger osmotic regulation capacity of purple leaf variety might be closely related to its Cd tolerance.Furthermore，the purple leaf variety contained higher level of anthocyanin，indicating that anthocyanin played a crucial role in enhancing the Cd tolerance in purple leaf mustard.The membership function method was used to comprehensively evaluate the Cd tolerance of2OZ5 and 2OZ6，and the results showed that the mean value of membership function was O.5O which was O.46 in green leaf mustard，suggesting stronger Cd tolerance of the purple leaf variety than that of the green leaf variety. In summary，purple leaf mustard exhibited stronger Cd tolerance than gren leaf variety，suggesting that allelic variation controllng anthocyanin synthesis influence Cd tolerance in leaf mustard.

KeyWordsLeaf mustard; Color trait; Allelic variation; Cadmium stress; Antioxidant enzymes

芥菜（Brassica junceaL.）是十字花科蕓臺(tái)屬蔬菜作物，具有生產(chǎn)周期較短、根系發(fā)達(dá)、適應(yīng)性廣等特點(diǎn)，中國(guó)浙江、湖北、四川、廣東、廣西等地廣泛栽培[1]。芥菜含有豐富的糖苷、甾醇、三萜醇和黃酮類及酚類化合物等具有生物活性的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，因其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、風(fēng)味獨(dú)特等優(yōu)點(diǎn)而深受消費(fèi)者青睞[2]。但作物在生長(zhǎng)發(fā)育過程中，常受到多種非生物脅迫的影響，導(dǎo)致生長(zhǎng)發(fā)育受阻，影響產(chǎn)量和品質(zhì)，其中農(nóng)田重金屬污染是影響芥菜產(chǎn)量和食品安全性的重要因素[3]。

鎘（cadmium，Cd）是一種毒性很強(qiáng)的植物非必需重金屬元素，據(jù)報(bào)道，我國(guó)超過 20% 的農(nóng)田受到不同程度的Cd污染[4]。Cd進(jìn)入生物體后，能與蛋白質(zhì)的硫基結(jié)合，從而改變蛋白的構(gòu)象和生物活性[5]。此外，Cd還誘導(dǎo)生物體產(chǎn)生活性氧自由基，對(duì)細(xì)胞造成氧化損傷，抑制植物的生長(zhǎng)發(fā)育[。芥菜對(duì)多種重金屬具有較強(qiáng)的富集能力，尤其對(duì)鋅和Cd的富集作用最明顯，一些芥菜品種甚至達(dá)到了超累積Cd 的標(biāo)準(zhǔn)[7-8]。例如，印度芥菜（Indianmustard）莖葉中的Cd 富集量能超過1500mg/kg 干重，根中的Cd富集量能超過5000mg/kg 干重，但不同品種芥菜對(duì)Cd的富集能力和轉(zhuǎn)運(yùn)能力存在很大差異[9。芥菜作為蔬菜或油料作物，其重金屬富集特性增加了Cd在組織中積累的風(fēng)險(xiǎn)，以及通過食物鏈進(jìn)入人體產(chǎn)生影響人體健康的風(fēng)險(xiǎn)。因此，不論是基于菜用還是油用用途，研究芥菜品種對(duì)Cd的積累特性和耐受能力對(duì)于保障食品（蔬菜）安全具有重要意義。

芥菜有綠葉和紫葉兩種類型，同一種類芥菜的顏色性狀由一對(duì)顯性等位基因控制[10]。與綠葉芥菜相比，紫葉芥菜葉片中的花青素、酚酸和類黃酮等活性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量顯著高于綠葉芥菜[]。表明紫葉芥菜比綠葉芥菜具有更高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，加之葉片色澤誘人，農(nóng)戶種植紫葉芥菜或許可獲得更高的經(jīng)濟(jì)回報(bào)。但葉片顏色改變是否影響芥菜的Cd富集特性和耐受性，國(guó)內(nèi)外均未見相關(guān)研究報(bào)道。因此，明確不同顏色芥菜品種對(duì)Cd富集特性和耐受性的差異，對(duì)保障芥菜的食用安全和促進(jìn)鄉(xiāng)村振興具有重要意義。本研究以紫葉芥菜（20Z5）和綠葉芥菜（20Z6）為供試材料，采用水培方式比較分析兩種葉色芥菜品種在Cd脅迫條件下的生長(zhǎng)生理變化及對(duì)Cd吸收轉(zhuǎn)運(yùn)的差異，以期為芥菜新品種的選育和安全生產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試兩個(gè)芥菜品種為韶關(guān)學(xué)院自主選育的紫葉芥菜（20Z5）和綠葉芥菜（20Z6），其種子發(fā)芽率均高于 90% 。種植基質(zhì)為湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)湘暉農(nóng)業(yè)技術(shù)研究所研制的通用型育苗基質(zhì)，其非壓縮體積為 50L，pH 值為5.5～7.0，有機(jī)質(zhì)含量 ? 35% 。

1.2 水培條件與Cd脅迫處理

試驗(yàn)于2021年11—12月在韶關(guān)學(xué)院生態(tài)園芥菜育種大棚內(nèi)進(jìn)行。芥菜種子在泡沫育苗盤（ 66cm×33cm×5cm， 136孔）中育苗，待長(zhǎng)出2片真葉后，選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗用海綿定植于24孔泡沫盤，之后置于水培箱（ 40cm×40cm×10cm ）中 16^°C 下恒溫培養(yǎng)。所用營(yíng)養(yǎng)液配方在 W_u 等[12]使用配方的基礎(chǔ)上加以改良，各組分濃度分別為 1.0 mmol/L NH₄H₂PO₄…2.0 mmol/L MgSO₄ 、46.2μmol/LH₃BO₃.9.1μmol/LMnCl_2.0.8μmol/L ZnSO₄?0.3μmol/LCuSO₄?100μmol/LC₁₀H₁₂ FeN₂NaO₈ 和 1.0μmol/L（NH₄）₆Mo₇O₂₄σ （2

供試芥菜在水培條件下預(yù)培養(yǎng)7d，待植株恢復(fù)長(zhǎng)勢(shì)后進(jìn)行Cd脅迫試驗(yàn)。將兩種顏色品種芥菜均分成兩組，一組的營(yíng)養(yǎng)液中加入終濃度為30mg/L 的 CdCl₂ （Cd），一組的營(yíng)養(yǎng)液中不添加CdCl₂ 即為對(duì)照（CK）。每個(gè)品種的CK組和Cd處理組均設(shè)3個(gè)重復(fù)，每重復(fù)有芥菜24株，每 3d 換一次營(yíng)養(yǎng)液，并用氧氣泵供氧。脅迫9d（芥菜出現(xiàn)明顯的黃化萎蔫癥狀）時(shí)取樣用于指標(biāo)測(cè)定與分析。

1.3 樣品采集

各處理均取長(zhǎng)勢(shì)一致的芥菜5株，用于測(cè)定株高（plantheight，Ph）、根長(zhǎng)（root length，Rl）、莖葉鮮重（shoot fresh weight，Sfw）、根鮮重（root freshweight，Rfw）地上部干重（shoot dry weight，Sdw）、根干重（rootdryweight，Rdw）。另各取葉齡、長(zhǎng)勢(shì)和部位（中下部老葉）一致的15片葉在液氮中混勻速凍，保存于 -80°C 冰箱備用。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.4.1表型性狀與生物量測(cè)定使用刻度尺測(cè)量 Ph 和RI，使用BSA223S型電子天平（賽多利斯科學(xué)儀器有限（北京）公司產(chǎn)品）稱量Sfw、Rfw、Sdw和Rdw，并計(jì)算根冠比（R/S）， R/S= 根鮮重/莖葉鮮重。葉片相對(duì)含水量 （%） （relative watercontent ， Rwc）=100× （鮮重 干重）/（飽和重-干重）。

取第4片新鮮葉片平展在載玻片上，用手捏緊兩個(gè)并排的雙面刀片，迅速切割載玻片上的葉片。將切下的薄片放入盛有清水的培養(yǎng)皿中，用毛筆蘸取最薄的一片，平整展放在滴有清水的載玻片上。蓋上蓋玻片，在顯微鏡（E100，日本Ni-kon公司）下觀察葉片超微結(jié)構(gòu)。

1.4.2 葉片色度和色素含量測(cè)定使用CR-400型色差儀（日本柯尼卡美能達(dá)有限公司產(chǎn)品）測(cè)定葉片正面的色度，在每片葉的3個(gè)不同位置各測(cè)量1次，用3次數(shù)據(jù)的平均值代表該片葉的色度。每重復(fù)測(cè)量5片葉。采用乙醇浸提法測(cè)定葉片葉綠素（chlorophyll，Chl）含量，通過鹽酸-甲醇浸提法測(cè)定葉片花青素（anthocyanin，Ant）含量[13]。

1.4.3葉片相對(duì)電導(dǎo)率測(cè)定參照 Afsar等[14]使用的方法測(cè)定葉片相對(duì)電導(dǎo)率（relativeelectricalconductivity，Rec）。將待測(cè)葉片剪碎后置于50mL 帶蓋離心管中，加入 10mL 蒸餾水浸泡 2h ，測(cè)定電導(dǎo)值C1；然后將其放入 100^qC 恒溫水浴鍋中沸水浴 20min ，待溶液冷卻至室溫后測(cè)定電導(dǎo)值C2。 Rec（%）=100×（C1/C2） 。

1.4.4葉片丙二醛和過氧化氫含量測(cè)定采用四氯化鈦法測(cè)定過氧化氫 （H₂0₂） 含量[15]；采用硫代巴比妥酸法測(cè)定丙二醛（MDA）含量[16]。每處理測(cè)定3次，結(jié)果用3次重復(fù)的平均值表示。

1.4.5葉片脯氨酸和可溶性糖含量測(cè)定采用磺基水楊酸法測(cè)定脯氨酸（proline，Pro）含量；通過檢測(cè)硫代巴比妥酸顯色反應(yīng)產(chǎn)物在 450nm 波長(zhǎng)下的吸光度值計(jì)算可溶性糖（soluble sugar，Ss）含量[16] 。

1.4.6 葉片抗氧化酶活性測(cè)定采用氮藍(lán)四唑法測(cè)定超氧化物歧化酶（superoxidedismutase，SOD）活性；使用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定過氧化物酶（peroxidase，POD）活性；以 H₂O₂ 為反應(yīng)底物通過紫外吸收法測(cè)定過氧化氫酶（catalase，CAT）活性[17] 。

1.4.7 芥菜Cd耐性評(píng)價(jià)參考馮慧敏等[18]的方法測(cè)定芥菜不同部位Cd含量，結(jié)果用 mg/kg DW（干重）表示。地上部Cd含量（S-Cd）和根部Cd含量（R-Cd）分開測(cè)定。Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù) =S-Cd/R- Cd^[19] 。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用SPSS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用皮爾遜相關(guān)系數(shù)（Pearson）分析各指標(biāo)間的相關(guān)性，用單因素方差分析（one-wayANOVA）和 Ψ_t 檢驗(yàn)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)，用MicrosoftExcel2016繪圖。

采用隸屬函數(shù)法對(duì)芥菜的鎘耐性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。正隸屬函數(shù)值計(jì)算公式為 ΔJ（X）=（X-X_min）/ 0 ?X_max-X_min? ，反隸屬函數(shù)值計(jì)算公式為 U（X）= 1-（X-X_min）/（X_max-X_min） 。式中U（X）為測(cè)定指標(biāo)的隸屬函數(shù)值， X，X_min 、 X_max 分別表示該指標(biāo)的平均值、最小值和最大值。若該指標(biāo)與植物的耐鎘能力呈正相關(guān)則用正隸屬函數(shù)值計(jì)算公式計(jì)算，否則用反隸屬函數(shù)值計(jì)算公式計(jì)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 綠葉芥菜和紫葉芥菜的表型差異比較

20Z5和20Z6是近等位基因系的兩個(gè)芥菜品種，其主要表型差異體現(xiàn)在葉片色澤上。芥菜葉片的綠色和紫色性狀由一對(duì)定位在細(xì)胞核的顯性等位基因控制[10]。20Z5 的葉片呈深紫色，正面的紫色比背面更深，葉片中的花青素主要在葉表皮細(xì)胞中合成積累（圖1）。

2.2 Cd脅迫對(duì)綠葉芥菜和紫葉芥菜表型性狀和生物量的影響

芥菜生物量是衡量其Cd耐受性的最直觀指標(biāo)。由表1可以看出，無(wú)脅迫（CK組）條件下，紫葉芥菜株高、地上部鮮重、地上部干重和根干重顯著小于綠葉芥菜，兩個(gè)品種芥菜根長(zhǎng)、根鮮重?zé)o顯著差異，但紫葉芥菜的根冠比顯著大于綠葉芥菜，這說(shuō)明綠葉芥菜比紫葉芥菜具有更高的地上部生物量。與其CK相比，Cd脅迫下綠葉芥菜株高、根長(zhǎng)、地上部鮮重、根鮮重、地上部干重和根干重分別降低 37.86%，11.37%，73.28%，47.88%，46.91% 和66.67% ;與其CK相比，Cd 脅迫下紫葉芥菜株高、根長(zhǎng)、地上部鮮重、根鮮重、地上部干重和根干重較其CK分別降低 30.59%.9.37%.58.19%.36.76% 40.43% 和 50.00% 。可見，Cd脅迫降低紫葉芥菜生物量的幅度明顯低于綠葉芥菜，說(shuō)明Cd脅迫下紫葉芥菜比綠葉芥菜具有更強(qiáng)的Cd耐受性。

圖1綠葉芥菜和紫葉芥菜的表型差異

A：綠葉芥菜整株和葉片表型；B：紫葉芥菜整株和葉片表型；C：綠葉芥菜葉片橫切面超微結(jié)構(gòu);D：紫葉芥菜葉片橫切面超微結(jié)構(gòu)。

表1Cd脅迫下綠葉芥菜和紫葉芥菜的表型性狀和生物量

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示處理間差異顯著（ Plt;0.05 ），下同。

2.3 Cd脅迫對(duì)綠葉芥菜和紫葉芥菜葉片色度的影響

Cd脅迫通常會(huì)損害植物葉綠體，導(dǎo)致葉綠素降解，并損害光合系統(tǒng)，降低光合效率[20]，導(dǎo)致葉片黃化。葉片色度測(cè)定結(jié)果（表2）顯示，除綠葉芥菜的a*值外，Cd脅迫顯著提高兩種顏色品種芥菜葉片的 b^? 值、 L^* 值、C值、h值及紫葉芥菜葉片的a*值，說(shuō)明Cd脅迫促進(jìn)兩種顏色品種芥菜的葉片黃化。

圖2顯示，與各自CK相比，Cd脅迫均顯著降低兩個(gè)品種芥菜葉片的葉綠素a和總?cè)~綠素含量，但對(duì)葉綠素b、類胡蘿卜素含量沒有顯著影響。綠葉品種中，Cd處理葉片葉綠素a、總?cè)~綠素含量比其CK分別降低 26.76% 和 25.05% ，而紫葉品種中，Cd處理葉片葉綠素a、總?cè)~綠素含量比其CK分別降低 25.90% 和 25.85% 。兩個(gè)芥菜品種中，Cd脅迫導(dǎo)致的葉綠素含量降幅差異不明顯。此外，綠葉芥菜（CK）僅檢測(cè)到微量花青素含量 ），而紫葉芥菜（CK）中的花青素含量高達(dá) 1.66mg/g ，且Cd脅迫沒有顯著降低兩個(gè)品種芥菜的花青素含量。

表2Cd脅迫對(duì)綠葉芥菜和紫葉芥菜葉片色度的影響

柱上不同小寫字母表示處理間差異顯著（ Plt;0.05） ，下同。

圖2Cd脅迫對(duì)綠葉芥萊和紫葉芥菜色素含量的影響

2.4 Cd脅迫下綠葉芥菜和紫葉芥菜的抗?jié)B透能 力比較

抗?jié)B透能力與植物抗逆性密切相關(guān)，可溶性糖和脯氨酸是重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)[21]。為比較Cd脅迫下綠葉和紫葉兩種芥菜抗?jié)B透能力的差異，對(duì)其葉片相對(duì)含水量、可溶性糖含量和脯氨酸含量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果（圖3）顯示，Cd脅迫顯著降低兩個(gè)品種芥菜的葉片相對(duì)含水量，顯著提高其可溶性糖和脯氨酸含量。綠葉品種中，與其CK相比，Cd處理葉片相對(duì)含水量下降 34.79% ，可溶性糖、脯氨酸含量分別增加 82.66% 和 55.18% ；紫葉品種中，Cd處理葉片相對(duì)含水量下降 26.07% ，可溶性糖、脯氨酸含量分別增加 73.96% 和54.55% 。Cd脅迫下紫葉芥菜葉片相對(duì)含水量的降幅明顯比綠葉芥菜小，而可溶性糖、脯氨酸含量的增幅也比綠葉芥菜小。

2.5 Cd脅迫下綠葉芥菜和紫葉芥菜的抗氧化能力比較

Cd不僅直接影響生物大分子的構(gòu)象，還會(huì)刺激植物產(chǎn)生過量的活性氧，對(duì)植物細(xì)胞造成氧化損傷，植物的活性氧清除能力與Cd耐受性密切相關(guān)[22]。圖4顯示，與其CK相比，Cd 脅迫下兩個(gè)芥菜品種的葉片相對(duì)電導(dǎo)率、 H₂O₂ 含量和MDA含量均顯著提高，SOD、POD活性提高且綠葉芥菜的SOD活性增幅達(dá)到顯著水平。Cd脅迫下綠葉和紫葉芥菜葉片的SOD、POD、CAT活性和相對(duì)電導(dǎo)率、 H₂O₂ 含量沒有顯著差異，但紫葉芥菜的MDA含量顯著低于綠葉芥菜。這表明，Cd脅迫促進(jìn)芥菜葉片中 H₂O₂ 的生成積累，降低細(xì)胞膜完整性，并影響抗氧化酶活性，但Cd脅迫下紫葉芥菜的細(xì)胞膜脂過氧化程度低于綠葉芥菜。

圖3Cd脅迫下兩個(gè)品種芥菜的葉片相對(duì)含水量、可溶性糖含量和脯氨酸含量

圖4Cd脅迫對(duì)兩個(gè)品種芥菜抗氧化能力的影響

2.6 兩個(gè)品種芥菜Cd耐受性綜合評(píng)價(jià)

由表3可以看出，綠葉和紫葉兩個(gè)芥菜品種CK中均未檢出Cd，Cd處理間的地上部Cd含量、根Cd含量和轉(zhuǎn)運(yùn)指數(shù)均沒有顯著差異。這說(shuō)明控制顏色性狀的等位基因變異不會(huì)影響芥菜的Cd富集能力單一指標(biāo)不能準(zhǔn)確反映植物的Cd耐受性。

表3綠葉芥菜和紫葉芥菜的Cd富集能力

注：表中“—”表示Cd在該樣品中未檢出。

為系統(tǒng)評(píng)價(jià)兩個(gè)品種芥菜Cd耐受性的差異，采用隸屬函數(shù)法對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果（表4）表明，紫葉芥菜的隸屬函數(shù)均值為0.50，綠葉芥菜的為0.46，可見紫葉芥菜的Cd耐受性強(qiáng)于綠葉芥菜。

表4綠葉芥菜和紫葉芥菜的Cd耐受性綜合評(píng)價(jià)

由相關(guān)性分析結(jié)果（表5）可知，地上部Cd含量、根Cd含量與株高、莖葉鮮重、根鮮重、相對(duì)含水量、葉綠素含量、花青素含量呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，與根冠比、相對(duì)電導(dǎo)率、丙二醛含量、脯氨酸含量、SOD活性、POD活性呈顯著或極顯著正相關(guān)；地上部Cd含量與可溶性糖含量、 H₂O₂ 含量分別呈顯著、極顯著正相關(guān)。

表5芥菜各指標(biāo)間的相關(guān)性

注： * 表示在 Plt;0.05 水平上顯著相關(guān)， ^** 表示在 Plt;0.01 水平上極顯著相關(guān)。

3 討論

蔬菜作物對(duì)Cd的富集嚴(yán)重影響食品安全，芥菜對(duì)Cd具有較強(qiáng)的富集能力[23]，因此研究不同品種芥菜對(duì)Cd的富集特性和耐受性，對(duì)于芥菜新品種選育具有重要意義。盡管一些芥菜品種表現(xiàn)出較強(qiáng)的Cd富集能力，但Cd脅迫會(huì)使芥菜的生長(zhǎng)發(fā)育受阻，導(dǎo)致生物量變小[24]。Cd對(duì)印度芥菜生長(zhǎng)的抑制作用與Cd處理濃度呈正相關(guān)，Cd濃度越大，對(duì)芥菜生長(zhǎng)的抑制作用就越強(qiáng)，芥菜干重則隨土壤Cd含量增加顯著降低[25]。此外，Cd 富集能力高的芥菜品種（BN064）地上部生物量顯著高于Cd富集能力低的品種（BN067）［26]。本研究表明，非脅迫條件（CK）下紫葉品種芥菜的生物量小于綠葉品種，Cd脅迫下綠葉品種生長(zhǎng)受到的抑制作用更強(qiáng)，紫葉芥菜具有更強(qiáng)的Cd耐受性。進(jìn)一步通過隸屬函數(shù)分析綜合評(píng)價(jià)證實(shí)，紫葉品種芥菜的Cd耐受性比綠葉品種強(qiáng)。但Cd脅迫下綠葉品種和紫葉品種芥菜的Cd含量及Cd轉(zhuǎn)運(yùn)能力沒有顯著差異，表明控制顏色性狀的等位基因變異不會(huì)影響芥菜對(duì)Cd的富集特性。Cd脅迫下兩個(gè)品種芥菜的總?cè)~綠素含量均顯著降低，表明Cd脅迫降低了芥菜的光合效率，這與Cd脅迫影響其他植物光合效率[27-28]的結(jié)果一致。

滲透調(diào)節(jié)能力與植物抗逆性密切相關(guān)，可溶性糖和脯氨酸是兩種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，對(duì)調(diào)節(jié)胞內(nèi)外滲透平衡和保護(hù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)具有重要作用[29]。植物在受到非生物脅迫后，通常會(huì)積累更多的可溶性糖和脯氨酸以應(yīng)對(duì)不利環(huán)境，可見提高滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量是植物適應(yīng)非生物脅迫的重要機(jī)制[30]。溪口花籽油菜在受到Cd 脅迫后，地上部的脯氨酸含量顯著增加[31]。 200mg/L? Cd處理芥菜30、60d和90d時(shí)，與未受Cd脅迫的對(duì)照相比，脯氨酸含量分別提高 45.16% ） 56.80% 和65.40% [32]。本研究中，Cd脅迫使兩個(gè)品種芥菜的葉片相對(duì)含水量顯著下降，脯氨酸含量和可溶性糖含量顯著增加，且Cd脅迫下紫葉品種的葉片相對(duì)含水量和可溶性糖含量顯著高于綠葉品種表明，紫葉芥菜比綠葉芥菜的滲透調(diào)節(jié)能力更強(qiáng)，這可能是紫葉芥菜具有更強(qiáng)Cd耐受性的原因之Cd脅迫會(huì)擾亂植物正常氧化還原反應(yīng)的平衡，刺激植物產(chǎn)生大量的活性氧（reactiveoxygenspecies，ROS），導(dǎo)致膜脂過氧化，使細(xì)胞膜完整性和流動(dòng)性下降，對(duì)植物造成不可逆的傷害[33]。因此，ROS清除能力的強(qiáng)弱是衡量植物Cd耐受性的重要指標(biāo)。CAT、POD和SOD是植物體內(nèi)清除ROS自由基的關(guān)鍵酶，高活性的CAT、POD和SOD等抗氧化酶能及時(shí)清除Cd誘導(dǎo)的 ROS^[34] 低劑量Cd脅迫條件下，芥菜SOD、POD和CAT活性在脅迫初期增加，但其活性隨著Cd濃度增加而降低[35]。另一項(xiàng)研究顯示，隨Cd處理濃度增加，芥菜 SOD 活性增加，而CAT 活性降低[32]。本研究中，與CK相比，Cd脅迫明顯提高兩個(gè)品種芥菜的 SOD 和POD 活性，顯著提高 H₂O₂ 含量和葉片相對(duì)電導(dǎo)率，輕微降低CAT活性。但在Cd脅迫下，綠葉和紫葉芥菜葉片的POD、SOD、CAT活性和 H₂O₂ 含量、相對(duì)電導(dǎo)率均沒有顯著差異，這表明兩個(gè)品種芥菜的ROS代謝活性沒有顯著差異，紫葉芥菜具有更強(qiáng)的Cd耐受性可能與抗氧化酶活性關(guān)系不大。

花青素具有很強(qiáng)的ROS代謝活性，在逆境條件下產(chǎn)生的ROS使花青素發(fā)生氧化還原反應(yīng)，能保護(hù)其他生物大分子物質(zhì)免受氧化損傷[36]。本研究結(jié)果表明，紫葉品種芥菜的花青素含量顯著高于綠葉品種，且花青素主要在葉片表皮細(xì)胞累積，Cd脅迫處理不會(huì)顯著降低花青素含量。細(xì)胞膜完整性對(duì)細(xì)胞功能至關(guān)重要，MDA通常作為細(xì)胞膜脂過氧化程度的指示指標(biāo)，MDA含量增加說(shuō)明細(xì)胞膜脂過氧化程度加劇[37]，細(xì)胞膜功能受到損害。本試驗(yàn)中，Cd脅迫均顯著提高兩個(gè)品種芥菜的MDA含量，但紫葉芥菜的MDA含量顯著低于綠葉品種。表明Cd脅迫條件下紫葉芥菜的膜脂過氧化程度顯著低于綠葉品種，其原因可能歸于，紫葉品種富含花青素，而高含量的花青素能緩解細(xì)胞氧化應(yīng)激，有助于緩解細(xì)胞膜脂過氧化。

4結(jié)論

本研究結(jié)果顯示，Cd脅迫均會(huì)顯著降低兩個(gè)品種芥菜的生物量，但Cd脅迫下紫葉芥菜生物量的降幅明顯小于綠葉品種，隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果也表明，紫葉芥菜具有更強(qiáng)的Cd耐受性。Cd脅迫下，綠葉紫葉兩個(gè)品種芥菜體內(nèi)的Cd含量沒有顯著差異，表明控制顏色性狀的等位基因變異不會(huì)影響芥菜對(duì)Cd的富集特性。Cd脅迫下，紫葉品種的抗?jié)B透能力比綠葉品種更強(qiáng)，細(xì)胞膜脂過氧化程度比綠葉品種更低，其葉片含有豐富的花青素，但兩個(gè)品種的抗氧化酶活性沒有顯著差異，表明紫葉品種具有更強(qiáng)的Cd耐受性可能與花青素的生物活性有關(guān)。綜之，紫葉芥菜比綠葉芥菜品種的Cd耐受性更強(qiáng)，控制花青素合成的等位基因變異影響芥菜的Cd耐受性，但不影響Cd富集特性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張?zhí)?芥菜紫葉基因Bj.Pur定位及候選基因分析［D].武 漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2017.

[2] 楊巍，趙麗芬，唐兵，等.芥菜SRO基因家族全基因組鑒定 與表達(dá)分析[J].生物技術(shù)通報(bào)，2024，40（8）：129-141.

[3] ShehzadJ，KhanI，ZaheerS，etal. Insightsinto heavymetal tolerance mechanisms of Brassica species：physiological，biochemical，and molecularinterventions[J].Environmental Scienceand Pollution Research，2023，30：108448-108476.

[4] WangB，WangYK，Yuan X，et al. Comparative transcriptomic analysisprovides key genetic resources in clove basil（Ocimum gratissimum） under cadmium stress[J]. Frontiers in Genetics， 2023，14：1224140.

[5] Charkiewicz AE，Omeljaniuk WJ，Nowak K，etal.Cadmium toxicityand health effects：a briefsummary[J]. Molecules， 2023，28（18） ：6620.

[6] WangX，DuHX，Ma M，etal.Thedual roleofnitricoxide （NO）in plant responses to cadmium exposure[J].Science of The Total Environment，2023，892：164597.

[7］孫濤，張玉秀，柴團(tuán)耀.印度芥菜（Brassica juncea L.）重金屬 耐性機(jī)理研究進(jìn)展[J]．中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2011，19（1）： 226-234.

［8］黃治皓，劉婷婷，董旭杰，等.芥菜HMA 家族基因鑒定及其 在鎘脅迫下的表達(dá)分析[J]．園藝學(xué)報(bào)，2023，50（6）：1230- 1242.

[9] Zhang C，He F，Chen L Z. Phytoremediation of cadmium-trichlorfon co-contaminated water by Indian mustard （Brassica juncea）：growth and physiological responses[J]. International Journal of Phytoremediation，2024，26（2） ：263-272.

[10］李海渤，楊桂玲，朱云娜，等.紫葉和綠葉水東芥菜遺傳規(guī) 律及其品質(zhì)差異分析[J].中國(guó)蔬菜，2022（3）：58-64.

[11]Di H M，Zhao Y T，Zhou A L，et al. Integrated metabolome and transcriptome analysis revealed color formation in purple leaf mustard（Brassca juncea）[J]. Scientia Horticulturae，2024， 337：113526.

[12]Wu Z C，Zhao X H，Sun X C，et al. Antioxidant enzyme systems and the ascorbate-glutathione cycle as contributing factors to cadmium accumulation and tolerance in two oilseed rape cultivars （Brassica napus L.） under moderate cadmium stress[J]. Chemosphere，2015，138：526-536.

[13］馮慧敏，朱云娜，謝景，等.紫色與綠色芥菜種質(zhì)間色素差 異及其相關(guān)品質(zhì)評(píng)價(jià)[J].中國(guó)蔬菜，2023（9）：86-97.

[14]Afsar S，Bibi R，Ahmad R，et al. Evaluation of salt tolerance in Eruca sativa accessions based on morpho-physiological traits [J]. PeerJ，2020，8：9749.

［15］侯福林.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教程[M].第三版.北京：科學(xué)出 版社，2015.

[16］王學(xué)奎.植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M].北京：高等教 育出版社，2006.

[17]Ma C，Pei Z Q，Bai X，et al. Involvement of NO and Ca²⁺ in the enhancement of cold tolerance induced by melatonin in winter turnip rape （Brassica rapa L.）[J]. Plant Physiology and Biochemistry，2022，190：262-276.

[18］馮慧敏，李海渤，萬(wàn)正杰，等.不同芥菜品種（系）對(duì)鎘脅迫 的響應(yīng)[J].中國(guó)土壤與肥料，2021（5）：214-222.

[19］郭雄昌，隋秀玉，伍祎翌，等．水培條件下不同普通白菜品 種鎘鉛累積和轉(zhuǎn)運(yùn)差異[J].中國(guó)蔬菜，2022（12）：64-73.

[20]Wang B，Lin L N，Yuan X，et al. Low-level cadmium exposure induced hormesis in peppermint young plant by constantly activating antioxidant activity based on physiological and transcriptomic analyses[J].Frontiers in Plant Science，2023，14： 1088285.

[21] Ozturk M，Turkyilmaz UB，Garcia-Caparrós P，et al. Osmoregulation and its actions during the drought stress in plants[J]. Physiologia Plantarum，2021，172（2） ：1321-1335.

[22]Huo L Q，Guo Z J，Wang Q，et al. The protective role of MdATG1O-mediated autophagy in apple plant under cadmium stress[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety，2O22，234： 113398. through Brassica juncea L.under different consortia of plant growth-promoting bacteria from different ecological niches[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety，2022，237：113541.

[24]Yang Z，Tan P P，Huang Z H，et al. Metabolic profiles in the xylem sap of Brassica juncea exposed to cadmium[J]. Physiologia Plantarum，2023，175（2） ：e13886.

[25] Zhang C L，Chen YQ，Xu W H，et al. Resistance of alfalfa and Indian mustard to Cd and the correlation of plant Cd uptake and soil Cd form[J].Environmental Science and Pollution Research，2019，26（14） ：13804-13811.

[26］李莉.高鎘積累油菜品種耐受鎘脅迫的生理及分子機(jī)制 [D].長(zhǎng)沙;湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2021.

[27]Han T W，Tseng C C，Cai M，et al. Effects of cadmium on bioaccumulation，bioabsorption，and photosynthesisin Sarcodia suiae[J]. International Journal of Environmental Research and Public Health，2020，17（4） ：1294.

[28]Li H，Zhang L L，Wu B C，et al. Physiological and proteomic analyses reveal the important role of arbuscular mycorrhizal fungi on enhancing photosynthesis in wheat under cadmium stress [J].Ecotoxicology and Environmental Safety，2023，261： 115105.

[29]Siddiqui M H，Al-Khaishany MY，Al-Qutami M A，et al. Response of different genotypes of faba bean plant to drought stress [J]. International Journal of Molecular Sciences，2O15，16（5） ： 10214-10227.

［30］丁凱鑫，王立春，田國(guó)奎，等.烯效唑緩解植物干旱損傷的 研究進(jìn)展[J].生物技術(shù)通報(bào)，2023，39（6）：1-11.

[31] Wang Q，Ge C F， Xu S A，et al. The endophytic bacterium Sphingomonas SaMR12 alleviates Cd stress in oilseed rape through regulation of the GSH-AsA cycle and antioxidative enzymes[J].BMC Plant Biology，2020，20（1） ：63.

[32] Ahmad P，Sarwat M， Bhat N A，et al. Alleviation of cadmium toxicity in Brassica juncea L.（Czern. amp; Coss.） by calcium application involves various physiological and biochemical strategies[J]. PLoS ONE，2015，10（1） ：e0114571.

[33］李承青，溫廣超，鄭炳松，等.褪黑素緩解植物鎘脅迫機(jī)制 研究進(jìn)展[J].植物生理學(xué)報(bào)，2023，59（9）：1749-1759.

[34]Gu Q，Wang C Y，Xiao Q Q，et al. Melatonin confers plant cadmium tolerance：an update[J]. International Journal of Molecular Sciences，2021，22（21） ：11704.

[35] Du J，Guo Z Y，Li R H，et al. Screening of Chinese mustard （Brassica juncea L.） cultivars for the phytoremediation of Cd and Zn based on the plant physiological mechanisms[J]. Environmental Pollution，2020，261：114213.

[36] Zhao Y，Jiang C Q，Lu J Y，et al. Research progress of proanthocyanidins and anthocyanidins[J]. Phytotherapy Research， 2023，37（6） ：2552-2577.

[37]Davey M W，Stals E，Panis B，et al. High-throughput determination of malondialdehyde in plant tissues[J]. Analytical Biochemistry，2005，347（2） ：201-207.