2种菊科植物对镉胁迫的生长和生理响应

王利芬，孔丛玉，吴思琳，等．２种菊科植物对镉胁迫的生长和生理响应［Ｊ］．江苏农业科学，２０１９，４７（２２）：１６４－１６６．ｄｏｉ：１０．１５８８９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－１３０２．２０１９．２２．０３７

２种菊科植物对镉胁迫的生长和生理响应

王利芬，孔丛玉，吴思琳，王　波，毛建萍

（苏州大学金螳螂建筑学院，江苏苏州２１５０００）

　　摘要：以金盏菊（Ｃａｌｅｎｄｕｌａｏｆｆｉｃｉｎａｌｉｓ）、万寿菊（Ｔａｇｅｔｅｓｅｒｅｃｔａ）为材料，研究水培条件下０．０、０．５、１．０、２．０、４．０ｍｇ／Ｌ不同质量浓度镉（Ｃｄ）胁迫对这２种菊科植物株高、总根长度、总根表面积、总根投影面积、根尖数及叶片中丙二醛（ＭＤＡ）含量、超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）活性、过氧化物酶（ＰＯＤ）活性、过氧化氢酶（ＣＡＴ）活性等指标的影响。结果表明，０．５、１．０ｍｇ／Ｌ低质量浓度Ｃｄ胁迫处理下的万寿菊、金盏菊，其株高增长量高于０．０ｍｇ／Ｌ（对照）处理，２．０、４．０ｍｇ／Ｌ高质量浓度Ｃｄ胁迫处理下的万寿菊、金盏菊，其株高增长量低于对照；随Ｃｄ胁迫质量浓度的增加，２种菊科植物叶片中ＭＤＡ含量及金盏菊ＰＯＤ、ＣＡＴ活性呈先增后减趋势，万寿菊叶片中ＳＯＤ、ＰＯＤ、ＣＡＴ活性及金盏菊ＣＡＴ活性呈下降趋势，Ｃｄ胁迫质量浓度为０．５ｍｇ／Ｌ时２种菊科植物叶片ＭＤＡ含量高于对照；Ｃｄ胁迫质量浓度１．０ｍｇ／Ｌ处理的万寿菊、２．０ｍｇ／Ｌ处理的金盏菊其总根长度、总根表面积、总根投影面积、根尖数根系等生长指标相对较高。金盏菊和万寿菊对镉的耐性生理响应存在差异，金盏菊对Ｃｄ的耐性强于万寿菊。　　关键词：花卉；菊科；镉；胁迫；耐性；生理特性

＋

　　中图分类号：Ｓ６８２．１１０．１　　文献标志码：Ａ　　文章编号：１００２－１３０２（２０１９）２２－０１６４－０３

　　随着社会发展，各类污染问题随之而来，重金属污染便是其中之一。镉（Ｃｄ）作为一种污染范围及生物毒性很大的重金属，不仅会对土壤造成危害，且Ｃｄ随着工农业废水排出时，会给水体带来极大的污染，同时，由于Ｃｄ能够被植物吸收而进入食物链，因此其危害不仅仅是对水土和植物而言的，

１］

对动物、人类甚至各大生态系统都会带来严重影响［，如何

复中的应用提供理论依据。１　材料与方法１．１　试验处理

供试万寿菊品种为“发现”、金盏菊品种为“棒棒”，其种子均来源于虹越花卉股份有限公司。２０１７年１１月上旬进行播种，挑选大小规格均一、饱满的种子，经催芽后播种在海绵块中；将海绵块放入水培盆中，置于培养室内进行培养，温度６～２８℃，光照度为５０００～６０００ｌｘ，光照时间为保持在２

１２ｈ／ｄ，培养液采用霍格兰营养液；当幼苗长出３～４张真叶时，挑选生长状况基本一致的幼苗移栽到含Ｃｄ（试剂为ＣｄＣｌ·２．５ＨＯ）质量浓度分别为０．５、１．０、２．０、４．０ｍｇ／Ｌ的２２不同营养液上进行水培，以Ｃｄ质量浓度为０．０ｍｇ／Ｌ处理为ＣＫ），每处理５株幼苗，重复３次。对照（

１．２　测定指标及方法

１．２．１　株高　移栽时及之后每隔７ｄ，采用数显游标卡尺测量株高，直至移栽２８ｄ结束，植株株高增长量为培养２８ｄ时植株株高与移栽时株高的差值。

１．２．２　根系生长指标　镉胁迫处理２８ｄ，每处理随机选取植株３株，采用爱普生中国股份有限公司产ＥｐｓｏｎＰｅｒｆｅｃｔｉｏｎ型扫描仪对其根系进行扫描，利用根系分析系统Ｖ７００ＰｈｏｔｏＷｉｎＲＨＩＺＯ得出总根长度、总根表面积、总根投影面积、根尖数。

１．２．３　丙二醛含量和保护酶活性　镉胁迫处理２８ｄ，选取同一部位植株叶片，分别采用硫代巴比妥酸显色法、氮蓝四唑还ＭＤＡ）原法、愈创木酚显色法、紫外分光光度法测定丙二醛（含量、超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）活性、过氧化物酶（ＰＯＤ）活性、

１０－１２］

过氧化氢酶（ＣＡＴ）活性［。

ｄ污染问题亟待解决。在治理重金属污染的有效合理修复Ｃ

众多方法中，相较于物理、化学方法，利用植物进行修复不仅能够改善污染问题，还能美化环境，而且成本低廉、操作简单、不会破坏土壤结构，这使得植物修复受到越来越多环保者的青睐

［２］

。Ｃｄ会对植物产生许多毒害作用，如抑制根系活力，

，筛选出耐Ｃｄ植物对利用植物修复Ｃｄ污染环境

降低叶绿素含量和叶绿体数量，降低碳同化能力和新陈代谢速率等

［３－６］

极为重要。

Ｃａｌｅｎｄｕｌａｏｆｆｉｃｉｎａｌｉｓ）、万寿菊（Ｔａｇｅｔｅｓｅｒｅｃｔａ）是园金盏菊（

花期长、株型紧密、林绿化中常用的２种菊科草本观赏花卉，

易栽培、好管理、适应性强，在生产中得到广泛应用。水培是一种利用营养液栽培植物的方式，可人为控制营养液中的养分、温度、溶解氧、酸碱度等环境条件研和生产中被得到广泛应用

［８－９］

［７］

，相比传统土壤栽培

而言，水培营养吸收有效性高，养分供应充分、迅速，在相关科

。本研究通过水培方式，探

讨营养液中添加不同浓度Ｃｄ对万寿菊、金盏菊生长、抗氧化酶活性及根系生长等生理特性的影响，分析万寿菊和金盏菊在水培条件下对Ｃｄ胁迫的生理响应机制，为其在Ｃｄ污染修

收稿日期：２０１８－０７－２７

基金项目：江苏省苏州市科技计划（编号：ＳＮＧ２０１６０９）。

１９７６—），女，四川资阳人，博士，讲师，从事园林园作者简介：王利芬（艺植物生理生态研究。Ｔｅｌ：（０５１２）６５８８０２０６；Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｌｆ＠ｓｕｄａ．ｅｄｕ．ｃｎ。

１．３　数据分析

采用Ｅｘｃｅｌ２０１０软件对数据进行整理统计及图表制作。

江苏农业科学　２０１９年第４７卷第２２期

２　结果与分析

２．１　Ｃｄ胁迫对２种菊科植物株高增长量的影响

由图１可见，Ｃｄ胁迫处理下，金盏菊、万寿菊植株的生长受到不同程度影响，随Ｃｄ胁迫浓度的增加，２种菊科植物株高增长量呈先增后减趋势，０．５、１．０ｍｇ／Ｌ低质量浓度Ｃｄ处理的２种菊科植物株高增长量都略高于对照，２．０、４．０ｍｇ／Ｌ高质量浓度Ｃｄ处理的２种菊科植物株高增长量都略低于对照，低质量浓度镉胁迫可促进植株的生长，而高质量浓度抑制植株的生长；同一Ｃｄ质量浓度胁迫处理下，金盏菊株高增长

量明显高于万寿菊。

２．２　Ｃｄ胁迫对２种菊科植物根系生长的影响

—１６５—

由表１可见，随Ｃｄ胁迫质量浓度的增加，２种菊科植物总根长、总根投影面积、总根表面积、根尖数等根系生长指标总体呈先增后减趋势；镉胁迫质量浓度为１．０ｍｇ／Ｌ时，万寿菊的总根长、总根投影面积、总根表面积、根尖数相对最大，分别比对照增加６８．５６％、２４．３５％、３５．５２％、７５．５１％，而镉胁迫质量浓度为２．０ｍｇ／Ｌ时，金盏菊的总根长、总根投影面积、７．４４％、总根表面积、根尖数相对最大，分别比对照增加３１１８０％、２５．０６％、３５．９２％。

２．３　Ｃｄ胁迫对２种菊科植物叶片ＭＤＡ含量保护酶活性的影响

２．３．１　ＭＤＡ含量　由图２可见，随Ｃｄ胁迫质量浓度的增２种菊科植物叶片中ＭＤＡ含量呈先增后减趋势；Ｃｄ胁迫加，

质量浓度为０．５、１．０ｍｇ／Ｌ时，万寿菊叶片ＭＤＡ含量高于对照，且在Ｃｄ质量浓度为０．５ｍｇ／Ｌ时ＭＤＡ含量相对最高，为对照植株的２．８３倍，Ｃｄ胁迫质量浓度为２．０、４．０ｍｇ／Ｌ时，ＤＡ含量低于对照；Ｃｄ胁迫对金盏菊叶片万寿菊叶片中Ｍ

ＭＤＡ含量的影响没有万寿菊明显，Ｃｄ胁迫质量浓度为０．５ｍｇ／Ｌ时，金盏菊叶片中ＭＤＡ含量高于对照，其他质量浓度胁迫处理均略低于对照。

表１　不同质量浓度Ｃｄ胁迫对万寿菊、金盏菊根系生长的影响

镉质量

浓度（ｍｇ／Ｌ）０．００．５２．０４．０

万寿菊

总根长

（ｃｍ）７５．１５±１１．２７９５．９７±１２．５５８８．８７±３．７４８８．３８±１０．８０

总根投影面积

２ｃｍ）（８．０９±１．１９８．６５±１．０６７．６２±１．２５８．２４±１．０４

总根表面积

２（ｃｍ）

根尖数

（个）

总根长

（ｃｍ）

金盏菊

总根投影面积

２ｃｍ）（９．３２±２．００８．２１±０．５８

总根表面积

２（ｃｍ）

根尖数

（个）

９．２９±１．０８２３１．３３±２０．１０８５．４５±７．６２１０．８３±１．４４４０４．００±４５．６０７７．４６±５．９４

９．０２±１．６７３３８．６７±４６．１０９．４４±０．４２４６１．００±２６．１６１１．２２±２．０９４３８．６７±３８．８６１１．２８±０．３９４６０．３３±３６．７７８．８３±１．４６３４４．００±２９．７０

１．０１２６．６７±１６．１４１０．０６±１．３６１２．５９±２．６５４０６．００±５６．２４１０２．０６±１８．８２９．１５±１．２２１１．２５±２．０８２５３．３３±３１．９７１１７．４４±２２．０２１０．４２±２．０２１１．１５±１．８６３３４．６７±３７．５８７４．２３±１１．８７８．４３±０．６６

２．３．２　ＳＯＤ活性　由图３可见，随Ｃｄ胁迫质量浓度的增加，万寿菊叶片中ＳＯＤ活性呈下降趋势，Ｃｄ胁迫质量浓度为４．０ｍｇ／Ｌ时，其ＳＯＤ活性相对最低，仅为５．４０Ｕ／ｇ；与万寿菊不同，随Ｃｄ胁迫质量浓度的增加，金盏菊叶片中ＳＯＤ活性Ｃｄ胁迫质量浓度为０．５ｍｇ／Ｌ时，金盏菊叶呈先增后降趋势，

片中ＳＯＤ活性相对最高，略高于对照，而其他Ｃｄ质量浓度胁迫处理均低于对照，且下降幅度较小。

２．３．３　ＰＯＤ活性　过氧化物酶是植物产生的一类氧化还原酶，与呼吸作用、光合作用等许多植物生长发育过程中的重要

反应相关，其酶活性高低与植物代谢强度有密切关系，可使生

１３］

物活性氧维持在一个较低水平上，以防止活性氧的伤害［。

由图４可见，随Ｃｄ胁迫质量浓度的增加，万寿菊叶片中ＰＯＤ活性呈下降趋势，ＰＯＤ活性由对照的１０８７．５０Ｕ／ｇ下降到Ｃｄ胁迫质量浓度为４．０ｍｇ／Ｌ处理时的７１０．１４Ｕ／ｇ，下降幅度为３４．７０％，这与其ＳＯＤ活性规律相似；随Ｃｄ胁迫质量浓度的增加，金盏菊叶片中ＰＯＤ活性呈先增后降趋势，与对照相比，总体增减幅度相对较小，ＰＯＤ活性维持在２２４．０７～１６８．６７Ｕ／ｇ，Ｃｄ胁迫质量浓度为０．５、１．０ｍｇ／Ｌ时金盏菊叶

—１６６—

ＯＤ活性略低于对照。金盏菊叶片Ｐ

江苏农业科学　２０１９年第４７卷第２２期

过氧化物酶（ＰＯＤ）、过氧化氢酶（ＣＡＴ）是植物体内活性氧清除系统的组成部分，能有效清除植物体内的自由基和过氧化

１６］

。本试验结果表明，随Ｃｄ胁迫质量浓度的增加，金盏菊物［

片ＰＯＤ活性略高于对照，２．０、４．０ｍｇ／ＬＣｄ质量浓度处理的

叶片中ＰＯＤ、ＣＡＴ活性呈先增后减趋势，万寿菊叶片中ＳＯＤ、ＰＯＤ、ＣＡＴ活性呈下降趋势，且高质量浓度Ｃｄ胁迫下，ＰＯＤ、ＣＡＴ活性下降明显，这可能是由于植物体内产生的活性氧不能被及时清除而质子化成毒性更强的·ＯＨ自由基有关，这

１７］

与田治国等的研究结论［较为吻合。

种菊科植物对Ｃｄ毒害响应存在明显万寿菊、金盏菊这２的品种差异，对Ｃｄ的耐受质量浓度有所不同，相对而言，金盏菊对Ｃｄ胁迫具有较高的耐性，可作为绿化植物在城市镉污染水体或土壤严重的地区种植，以用于对土壤或水体的修复。

２．３．４　ＣＡＴ活性　由图５可见，随Ｃｄ胁迫质量浓度的增加，万寿菊叶片中ＣＡＴ活性呈明显下降趋势，对照叶片中ＣＡＴ活性相对最高，为８２．１５Ｕ／ｇ，Ｃｄ胁迫质量浓度为４．０ｍｇ／Ｌ时ＣＡＴ活性相对最低，仅为１３．４８Ｕ／ｇ，为对照的１６．４１％；金盏菊叶片中ＣＡＴ活性变化规律与万寿菊相似，但其ＣＡＴ活性值明显低于万寿菊；Ｃｄ胁迫质量浓度为０．５、１．０ｍｇ／Ｌ时，金盏菊叶片中ＣＡＴ活性略低于对照，Ｃｄ胁迫质量浓度增加到２．０ｍｇ／Ｌ时，金盏菊叶片中ＣＡＴ活性较对照下降明显，Ｃｄ胁迫质量浓度达到４．０ｍｇ／Ｌ时，其ＣＡＴ活性仅为０．４６Ｕ／ｇ。

３　结论与讨论

镉作为一种非必需元素，可能与植物必需营养元素竞争根部的吸收位点，或通过影响植物生理生化过程来影响植物的正常生长，从而在高质量浓度下造成植物生物量的下降

［１４］

。本试验结果表明，随Ｃｄ胁迫质量浓度的增加，万寿

菊、金盏菊植株高度增长量呈先增后降的规律，０．５ｍｇ／ＬＣｄ质量浓度处理的万寿菊、１．０ｍｇ／ＬＣｄ质量浓度处理的金盏菊，其植株株高增长量相对最大；从根系生长状况看，低质量浓度Ｃｄ胁迫可以促进万寿菊、金盏菊这２种菊科植物根系的生长，根系总根长、总投影面积、总表面积、根尖数的最大值出现时万寿菊Ｃｄ胁迫质量浓度为１．０ｍｇ／Ｌ，而金盏菊则为２．０ｍｇ／Ｌ。这在一定程度上反映根系对Ｃｄ的耐受质量浓度高于植株地上部分，金盏菊对Ｃｄ的耐受能力强于万寿菊。

重金属胁迫等不良环境能诱发植物代谢过程产生自由基，从而对植物膜产生伤害作用，而植物自身的保护酶系统能够清除自由基，以减轻其危害

［１５］

。超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）、

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