中国水仙镉累积特性研究

张琼，陆銮眉，戴清霞，朱丽霞，郑潇潇

(闽南师范大学 生物科学与技术学院，福建 漳州 363000)

中国水仙镉累积特性研究

张琼，陆銮眉，戴清霞，朱丽霞，郑潇潇

(闽南师范大学 生物科学与技术学院，福建 漳州 363000)

以中国水仙为材料，采用水培方法，研究了镉胁迫对水仙生长和镉累积特性的影响。结果表明：随着镉处理浓度的增加，水仙鳞茎和根系生物量显著降低，镉处理对叶片生长没有显著影响；镉对叶片叶绿素含量影响不显著，当镉处理浓度达到2 mg·L-1时，叶片叶绿素a和叶绿素b含量达到最高；水仙各器官镉累积能力较高，随着镉处理浓度的增加，各器官镉含量也在增加，当镉处理浓度达到8 mg·L-1时，根、鳞茎和叶片中镉含量分别为211.028 mg·kg-1、217.695 mg·kg-1和2397.200 mg·kg-1。

中国水仙；镉处理；镉累积

水仙源于中国，属于石蒜科水仙属植物，是我国特色花卉，具有较高的观赏价值和经济价值，栽培历史悠久。国内外对水仙的研究已经在栽培技术、离体培养、分子标记和生物活性物质开发利用等方面取得了大量成果，但对水仙胁迫生理方面研究的较少[1-3]。近年来随着经济的发展，重金属污染问题越来越严重。重金属对生物毒性较强，其机制主要在于金属在生物体内抑制酶活性，抑制细胞分裂、引起膜脂过氧化、干扰营养矿质元素吸收等[4-6]。对重金属污染水体或土壤的治理是当前研究的热点问题，其中利用超积累植物进行植物修复是新兴的污染环境治理技术，具有费用低和无二次污染优势而受到重视[7，8]。重金属超积累植物对重金属有较高的耐性，能够富集大量重金属，耐性机制主要在于植物本身不同的生理机制，包括较高的抗氧化系统、金属离子的区域化、螯合作用等机制[9-11]。重金属超积累植物的筛选是植物修复的基础，在园林植物中筛选重金属超积累植物或者重金属耐性较强植物进行生物修复，在修复污染环境的同时，能够充分发挥园林植物的优势，美化和改善生态环境[12]。重金属镉是生物迁移性较强的重金属，极易被植物吸收积累，通过食物链进入人体，是人体吸收最为严重的重金属。迄今为止，镉对水仙的生理毒害效应和镉累积特点的研究较少，本研究采用水培方式研究水仙对重金属镉耐性特点和镉在水仙体内的分布规律，以期为水仙花栽培和园林绿化中筛选重金属修复植物提供理论参考和依据。

1 材料与方法

1.1 实验设计

选取两年生水仙鳞茎(产地漳州，品种为金盏银台)用Hoagland营养液进行水培，水培过程中用氯化镉设5个处理，镉浓度分别为0.5、1、2、4和8 mg·L-1，记为Cd0.5、Cd1、Cd2、Cd4和Cd8，亦设置镉浓度为0 mg·L-1对照处理(记为Cd0)。水培溶液每三天换一次，并用1 mol·L-1HCl或1 mol·L-1NaOH调节pH至6.0～6.5。处理8周后，植株按处理收获，用去离子水冲洗干净后进行下列试验。

1.2 测定项目与方法

镉处理8周后将所有水仙材料用蒸馏水冲洗干净，105 ℃下杀青20 min，70 ℃下烘至恒重干，测定各器官干重生物量。水仙花叶片中叶绿素含量采用丙酮提取法测定[13]67-69。

干样消解采用高压高温法，水仙干样(根、茎和叶)研磨后，取0.2 g样品，加10 mL硝酸和过氧化氢混合物，两者体积比为1∶1，置于消解罐中消解，采用电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)(PerkinElmer，UK)测定Cd含量。

2 结果与分析

2.1 镉胁迫对水仙生长的影响

如图1所示，镉处理对根系生长影响显著，随着镉处理浓度的增加，根系生物量随之降低；低浓度镉0.5 mg·L-1没有显著抑制鳞茎的生长，当镉处理浓度大于等于1 mg·L-1时，鳞茎生长被显著抑制；而镉处理没有显著影响叶片生长。

2.2 镉胁迫对水仙叶片叶绿素含量的影响

由图2可知，与对照镉0 mg·L-1处理相比，镉2 mg·L-1处理对叶片叶绿素a含量影响显著，叶绿素a含量增加52.6%，而其它镉处理浓度对叶绿素a含量影响不显著；与对照镉0相比，低浓度镉0.5 mg·L-1、镉1 mg·L-1和镉2 mg·L-1处理对叶绿素b含量影响显著，分别增加22.5%、21.3%和55.2%，而镉4 mg·L-1和镉8 mg·L-1处理对叶绿素b含量没有显著影响。

图1 镉处理对水仙花生长的影响

图2 镉处理对水仙花叶片叶绿素含量的影响

注：字母是对不同镉处理间进行多重比较的结果，不同字母表示差异达(P<0.05)显著水平。下同。

2.3 水仙各器官镉累积量

图3～5显示随着镉处理浓度的提高，水仙镉含量显著升高，当镉处理浓度到达8 mg·L-1时，叶片累积镉含量为211.03 mg·kg-1，鳞茎和根部镉含量分别为217.70 mg·kg-1和2 397.2 mg·kg-1。鳞茎镉向叶片转移率随着镉处理浓度的增加先增加后降低，根向鳞茎转移率先降低后增加。

图3 镉处理对水仙根镉含量的影响

图4 镉处理对水仙鳞茎镉含量的影响 图5 镉处理对水仙叶片镉含量的影响

3 讨论

镉抑制植物生长，导致叶片失绿，根系褐化变短，这种毒害作用可能由于镉和蛋白结合导致蛋白活性改变，也可能由于镉离子引起的渗透胁迫和离子胁迫造成一系列次级胁迫[14]。不同植物对镉耐性不同，比如较高浓度镉胁迫明显抑制花生地上部分生长，而对根系生长影响较小[15]。一些研究显示随着镉处理浓度的增加，叶绿素含量也随着降低，其机制主要在于细胞遭受的氧化胁迫破坏叶绿素的结构和功能，或者镉与酶的巯基结合，抑制叶绿素合成，或者镉直接取代叶绿素中的必需元素，降低叶绿素含量[16]。本研究结果显示，镉处理抑制根系和鳞茎生长，镉处理浓度越高，根系和鳞茎镉含量增加，根系和鳞茎受到的毒害作用也越大；镉处理虽然显著增加叶片镉含量，但对叶片生长影响不显著。由此可知水仙地下部分对镉较为敏感，而地上部分对镉耐性较高。水仙地上部分耐镉性较强，虽然叶片镉含量随着镉处理浓度增加而显著增加，但叶绿素含量没有被镉处理抑制，当镉处理浓度为2 mg·L-1时，叶绿素含量达到最高。镉对植物毒性较大，体内镉含量在3～10 mg·kg-1时即对许多植物产生伤害，本研究中水仙叶片镉含量高达211.03 mg·kg-1时，叶绿素含量没有被显著抑制，由此可见水仙叶片对镉具有特定的解毒机制。

镉超积累植物应具备三个特征：一是地上部分镉含量超过100 mg·kg-1；二是地上部分镉含量远高于根部含量；三是植物对镉具有较强耐性、生长快速[17]。水仙根系镉含量高于地上部分，但叶片中镉含量在镉处理浓度在4 mg·L-1时，叶片镉含量达到140.37 mg·kg-1，超过镉超积累植物镉含量标准，随着镉处理浓度的增加，叶片中镉含量也随着增加，镉处理浓度8 mg·kg-1时，叶片镉含量达到211.03 mg·kg-1，鳞茎中镉含量也达到217.70 mg·kg-1，根系镉富集能力更强，由此可知水仙可作为轻度镉污染土壤或水体的修复植物。

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[责任编辑 韦杨波]

Characteristics of cadmium tolerance and accumulation in Narcissus tazetta var. chinensis

ZHANG Qiong， LU Luanmei， DAI Qingxia， ZHU Lixia， ZHENG Xiaoxiao

(School of Biological Science and Biotechnology, Minnan Normal University，Zhangzhou， Fujian 545004,China )

The effects of cadmium (Cd) with different concentration (0, 0.5, 1, 2, 4, 8 mg L-1 ) on growth and Cd concentration in organs of daffodil were stedied by hydroponic culture method in order to providing theoretical reference and foundation for daffodil cultivation and the screening of phytoremediation of heavy metal. The results showed that the concentration of Cd in organs increased as the concentration of cadmium treatment does; as the concentration of cadmium treatment increased, the biomass of bulbs and roots decreased, but leaf did not be affected by cadmium; the content of did not significantly decreased by cadmium treatment.

narcissustazetta; cadmium stress; cadmium concentration

Q946

A

1672-9021(2017)02-0027-04

张琼(1980-)，女，河南郑州人，闽南师范大学生物科学与技术学院讲师，博士，主要研究方向：植物生理生态和污染生态。

福建省科技厅自然科学基金青年创新基金(2016J05084)；福建省教育厅中青年教师教育科研项目(JA15322)；漳州市科技局自然基金资助项目(ZZ2016J01)；校级博士科研启动基金资助项目(2006L21432)。

2016-12-18