镉胁迫对八角金盘生长及生理特性的影响_张敏.pdf

分子植物育种，2023 年，第 21 卷，第 3 期，第 978-987 页Molecular Plant Breeding,2023,Vol.21,No.3,978-987研究报告Research Report镉胁迫对八角金盘生长及生理特性的影响张敏李燕宁朋程小毛黄晓霞*西南林业大学园林园艺学院,国家林业与草原局西南风景园林工程技术研究中心,昆明,650224*通信作者,摘要本研究通过对常用绿化植物八角金盘一年生实生苗进行不同浓度 CdCl2溶液 CK(0 mol/L Cd2+),Cd1(20 mol/L Cd2+),Cd2(40 mol/L Cd2+),Cd3(80 mol/L Cd2+)和 Cd4(120 mol/L Cd2+)处理，探究镉胁迫对八角金盘生长及生理特性的影响。结果显示，20 mol/L 镉胁迫对八角金盘植株影响较小，表现为株高、叶片数、叶面积、最大光化学效率(Fv/Fm)、实际光化学效率(Y()等变化不显著；40、80 mol/L 镉胁迫处理下，其生长指标下降，丙二醛(MDA)含量上升，抗氧化酶活性和可溶性蛋白含量上升，说明此浓度下植株可通过自身抗氧化机制等来适应镉胁迫；120 mol/L 镉胁迫下，植株株高、叶面积显著降低，叶绿素含量、Fv/Fm、Y()、可溶性蛋白含量均显著下降至最低，MDA 含量累积较高，说明在高浓度镉胁迫下植株生长严重受抑，且膜脂过氧化严重。本研究结果可为八角金盘在镉污染土壤条件下的推广种植提供理论参考。关键词八角金盘(Fatsia japonica);镉胁迫;生长形态;生理特性Effects of Cadmium Stress on Growth and Physiological Characteristics ofFatsia japonicaZhang MinLi YanNing PengCheng XiaomaoHuang Xiaoxia*Southwest Landscape Architecture Engineering Research Center of State Forestry and Grassland Administration,College of Landscape Architecture,Horticulture Southwest Forestry University,Kunming,650224*Corresponding author,DOI:10.13271/j.mpb.021.000978AbstractIn this study,in order to investigate the effect of cadmium stress on the growth and physiologicalcharacteristics of Fatsia japonica,we treated their seeding plants with different concentration of CdCl2solutionCK(0 mol/L Cd2+),Cd1(20 mol/L Cd2+),Cd2(40 mol/L Cd2+),Cd3(80 mol/L Cd2+)and Cd4(120 mol/LCd2+)under cadmium stress.The results showed that cadmium stress with 20 mol/L Cd2+had little effect on F.japonica growth and physiological indexes,and showed no significant changes in plant height,number of leaves,the leaf areas,the maximum photochemical efficiency of PSII(Fv/Fm)and actual photochemical efficiency(Y().Under the 40 and 80 mol/Lcadmium stresses,the growth index decreased significantly,while the malondialdehyde(MDA)content,antioxidant enzyme activities and soluble protein content increased,indicating that the plantscould improve its own antioxidant mechanism to adaption the cadmium stress.Under the stress of 120 mol/Lcadmium,the plant height,leaf area,the chlorophyll contents,Fv/Fm,Y()and soluble protein content weresignificantly reduced to the lowest level,while MDA content was highly accumulated,which suggested that thegrowth of F.japonica plant was seriously inhibited and membrane lipid peroxidation was serious under the highconcentration of cadmium stress.It provides theoretical reference for the popularization of F.japonica planting in基金项目：本研究由西南林业大学校级重点科研项目(111126)资助引用格式：Zhang M.,Li Y.,Ning P.,Cheng X.M.,and Huang X.X.,2023,Effects of cadmium stress on growth and physiologicalcharacteristics of Fatsia japonica,Fenzi Zhiwu Yuzhong(Molecular Plant Breeding),21(3):978-987.(张敏,李燕,宁朋,程小毛,黄晓霞,2023,镉胁迫对八角金盘生长及生理特性的影响,分子植物育种,21(3):978-987.)cadmium contaminated soil.KeywordsFatsia japonica;Cadmium stress;Growth and morphology;Physiological characteristics近年来，由于人类活动的加剧和工农业现代化的发展，全球面临着严重的环境污染问题(陈思奇等,2020)，其中重金属污染对环境和生态的破坏最为严重。据相关统计显示，目前中国约有 60%的耕地面积存在着重金属污染问题，有超过 1.01103kg 的粮食受到重金属污染(张仕军,2020,资源节约与环保,(9):93-94)。在土壤重金属污染中，以镉污染影响最严重，点位超标率最高(Sanitand Gabbrielli,1999)。镉(Cd)具有毒性大、隐蔽强、影响时间长和不可逆的特点，且其易积累、难降解(姜婧,2020,农村实用技术,(2):178-179)。重金属镉不是植物生长所必需的物质，但植物吸收后会在其体内积累，不仅损坏细胞膜的通透性，导致细胞内酶的失调，还破坏植株叶绿体结构，使其光合作用受阻(罗东华等,2017,绿色科技,(12):120-122)。但在一定 Cd2+浓度范围内，植株可通过自身抗氧化防御系统等进行调节，以减少镉胁迫带来的伤害，不仅能使植株正常生长还能达到吸附土壤中 Cd2+的目的。因此，植株对镉胁迫的生理响应机制对土壤修复有着极为重要的作用。地被植物生长低矮、种类丰富，具有降低噪音、调节小气候、固土护坡、减少水土流失等基本生态功能(王健,2020,安徽建筑,27(7):195-196)。此外，相关研究表明地被植物还有富集重金属、修复土壤的能力。如 Liu 等(2015)对地被植物忍冬的研究指出，忍冬在重度 Cd2+浓度(125 mg/kg)下都能保持良好的生长能力，说明忍冬对镉胁迫有良好的耐性，对修复被镉污染的土壤有较高的潜力。Mihailovic 等(2015)在含有 Ni、Pb 和 Zn 的土壤上种植马齿苋的结果表明，土壤中重金属转运能力较强，重金属在根系中积累显著，马齿苋对重金属具有良好的耐受性和积累能力。八角金盘(Fatsia japonica)为五加科八角金盘属，亚热带常绿落叶灌木(李士洪,2013,中国园艺文摘,29(5):167-173)。八角金盘原产于日本，因其优良的观赏特性和美好的寓意被广大城市引种栽培(邱士明等,2014,现代农业科技,(11):173)。当前，对八角金盘的研究以农林栽培、抗癌、治疗痛风、绿化种植为主(张博等,2020)，而对八角金盘抗性方面的研究鲜少。八角金盘作为园林观赏中优良的地被植物，是否也可以应用于重金属污染区域的绿化修复，目前还未有报道。本实验通过对八角金盘植株进行不同浓度的 Cd2+胁迫处理，探究其叶片的生长状况及生理响应，可为该植物在镉污染土壤条件下的推广种植及镉污染土壤的修复提供理论参考。1结果与分析1.1镉胁迫对八角金盘植株生长形态的影响八角金盘幼苗在移栽种植过程中对环境胁迫较为敏感，是提高移栽存活率的主要限制因素之一，因此本研究针对其一年生的实生苗对镉胁迫的适应性进行研究。结果显示(表 1)，不同浓度的镉胁迫处理一个月后，随着 Cd2+浓度的增加，株高逐渐降低，与CK相比，Cd1和Cd2的株高差异不显著；但在更高Cd2+浓度处理下的 Cd3 和 Cd4 处理组的株高表现出显著降低(P0.05)，比 CK 分别降低了 33%和 49%。与 CK相比，Cd2 处理组的叶片数、总叶面积和单叶面积无显著区别，但在 Cd3 和 Cd4 处理组中却显著降低，在Cd3 处理组中叶片数、总叶面积及单叶面积比 CK 分别降低了 29%、39%和 15%，在 Cd4 处理组中，分别表 1 镉胁迫对八角金盘植株生长形态的影响Table 1 Effects of cadmium stress on growth and morphology of F.japonica处理组TreatmentCKCd1Cd2Cd3Cd4株高(cm)Plant height(cm)6.350.17a5.950.05a5.710.10a4.280.39b3.220.20c叶片数Leaf number4.670.33a4.330.33ab3.670.33bc3.330.33c3.000.00c总叶面积(cm2)Total leaf area(cm2)60.693.76a54.075.51a41.012.97b36.884.01bc28.392.04c单叶面积(cm2)Single leaf area(cm2)13.050.52a12.430.29ab11.230.30b11.060.48b9.460.68c注:同一列中不同字母代表差异显著(P0.05);每个值表示 5 个重复的平均值标准误Note:The different letters in the same column indicate significant differences(P0.05);Each value represents an averagestandard er-ror of five replicates镉胁迫对八角金盘生长及生理特性的影响Effects of Cadmium Stress on Growth and Physiological Characteristics of Fatsia