镉胁迫对植物生长及生理生态效应的研究进展
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2023年第18期现代园艺镉胁迫对绣球生长及生理特性的影响吴勇1,颜惠芳2,曹受金2*(1湖南省农作物种质资源保护与良种繁育中心,湖南长沙410219;2中南林业科技大学林学院,湖南长沙410004)摘要:以3年生“无尽夏”绣球实生苗为材料,对其进行不同浓度镉10mg/kg、25mg/kg、50mg/kg处理,以未进行镉处理为对照,探究重金属镉胁迫对其生长及生理特性的影响。
结果表明,所有重金属镉处理下,绣球均未出现生长发育迟缓、叶片发黄卷曲等镉毒害症状,但绣球的株高、地径等生长指标受到不同程度的影响,而相对含水量及地上部生物量相比于对照组均无显著性变化。
随着镉处理浓度的不断增大,绣球叶片叶绿素含量、SOD活性、POD活性、丙二醛含量等指标均在一定范围内呈现显著的差异。
重金属镉胁迫对无尽夏绣球造成了不同程度的膜脂过氧化损伤,抗氧化防御系统均被激活。
关键词院茄科植物;MYB;转录因子随着工业化进程迅速发展,土壤重金属污染成为世界范围影响严重的环境问题之一,给动植物的生长发育及人类健康带来了巨大威胁。
在土壤重金属污染中,镉(Cd)毒性大,影响时间长,在植物体内易累积且难降解,不仅会对植株的正常生长造成严重危害,还会通过食物链危害人体的健康。
目前,对土壤中的重金属吸附和富集作用研究主要集中在农作物、经济作物、水草等方面,木本植物中相关研究较为少见。
但木本植物对重金属的吸收和累积能力高于草本植物,且短时间内不会排放到环境中。
因此,加强对木本植物重金属胁迫的损伤机制及生理响应研究,对土壤修复和农业生产具有重要意义。
绣球()花型饱满,花色丰富,是优良的观赏植物,目前尚未见有关镉胁迫对其生长和生理反应的影响。
本研究以3年生“无尽夏”绣球实生苗为试验材料,通过不同浓度的镉溶液胁迫处理,测量相关生长及生理指标变化,探究重金属镉对绣球的生长及生理影响,以期为监测绣球生长环境、减缓重金属危害提供参考。
1材料与方法1.1试验材料供试的绣球品种为‘无尽夏’(),母株为3年生健壮植株,种植于湖南长沙中南林业科技大学西园苗圃中。
镉胁迫对植物的影响探究作者:姜艺黄琳丽来源:《南方农业·下旬》2020年第10期摘要镉是一种有毒的重金属,容易被动植物吸收,进而对人类产生严重危害。
基于此,分析镉对植物生长、光合作用、植物酶活性及植物细胞等的影响,为今后研究土壤中镉对植物的胁迫效应提供参考。
关键词镉胁迫;植物;耐镉机理中图分类号:S432.2+2 文献标志码:B DOI:10.19415/ki.1673-890x.2020.30.069目前,工业迅猛发展,城镇化进程加快,土壤重金属污染成为世界瞩目的问题,严重威胁着土壤资源的可持续利用和粮食的安全种植。
根据我国环境保护相关部门调查的部分地区的土壤重金属污染状况来看,我国大部分地区普遍存在镉污染问题。
1 镉胁迫对植物生长的影响植物生长受镉胁迫的影响主要表现为“低促高抑”。
不同种类的植物在镉胁迫下的表现有一定差异,但总体上表现为低浓度的镉基本不会影响植物的生长发育,甚至还会提高种子的发芽率,起到促进种子萌发和幼苗生长的作用;在高浓度的镉胁迫下,种子的发芽率会显著降低,幼苗的生长受到一定抑制,甚至完全停止生长。
王明新等人以孔雀草为实验材料,研究在不同浓度的镉胁迫下孔雀草叶片中光合色素和丙二醛含量以及镉积累量与化学形态分布变化[1]。
研究表明,随着培养基中镉浓度的增加,孔雀草叶片中的光合色素含量变化显著,叶绿素呈现先增加后减少的变化趋势,类胡萝卜素的含量变化不大,表明其未受到镉胁迫;叶片中丙二醛的含量则呈线性下降,高浓度镉处理(≥0.1 mmoL·kg-1)对孔雀草生长有明显的胁迫作用[1]。
高芳等人以不同品种的花生为实验对象,研究了土壤中不同浓度的镉胁迫对其生理生化指标和产量品质的影响,实验表明,在低浓度镉胁迫下,两个品种花生的营养生长都受到了促进,在高浓度镉胁迫下,两个品种花生的生长都受到了抑制[2]。
同时,两个品种花生叶片中的叶绿素含量均下降,净光合速率及产量也呈下降趋势[2]。
镉胁迫对植物生长发育的影响及其机制植物是生命的载体,生长发育是植物的生命体征之一。
然而,在人类的工业化进程中,很多有毒物质如镉不断被排放,加剧了土壤污染,对植物生长发育产生了严重威胁。
一、镉胁迫对植物生长发育的影响1.1 影响植物的根系镉胁迫会导致植物根毛数量减少、长度缩短、形态异常,同时还会影响根系结构和比表面积,从而使植物的营养吸收能力降低,影响养分的吸收和利用。
1.2 影响植物的光合作用镉胁迫还会影响植物光合作用过程,如破坏光合色素、降低光合酶活性等,导致植物叶片产生黄化,减小叶面积,影响光合作用的产物的形成和运输,影响植物生长。
1.3 影响植物的生长和发育镉胁迫会导致植物的茎秆变软、矮化,叶片变小、厚度减薄等,同时还会影响植物的叶芽、花序、花粉等发育,直接影响植物的繁殖能力。
二、镉胁迫对植物生长发育的机制镉胁迫导致的植物生长发育异常与其机制密切相关。
主要原因包括镉离子的毒性、离子对植物代谢物的影响以及激活氧的介入。
2.1 镉离子的毒性镉离子是植物生长发育受到镉胁迫的主要原因之一。
镉离子与植物的酶、蛋白质、核酸以及维生素等重要物质形成络合物,导致这些物质的功能损害,影响植物的代谢和养分吸收。
2.2 离子对植物代谢物的影响镉离子还可以影响植物代谢物的运输,导致植物代谢物的积累和分布不均,影响植物的生长发育。
2.3 激活氧的介入镉胁迫会导致植物体内激活氧的产生增多,激活氧直接损害植物的细胞壁、膜蛋白等,影响植物细胞的稳定性和透性。
三、镉胁迫对植物的防御机制要想保证植物在镉胁迫下正常的生长发育,必须要采取相应的防御措施,常见的方法包括增强植物的代谢能力、促进植物本身对毒物的解毒和调节化合物的合成。
3.1 增强植物的代谢能力对于受到镉胁迫的植物来说,增强植物自身的代谢能力可以有效地减轻镉离子的毒性。
例如,通过提高酵素活性、增强植物的氮素吸收,增强代谢能力,对植物细胞的应激反应能力进行提高。
3.2 促进植物自身的解毒植物自身含有一系列的解毒酶,能够将镉离子转化为无毒的形式。
镉(Cd)作为一种高度有毒且生物累积性强的重金属污染物,对植物生态系统构成了严重威胁。
在土壤-植物连续体中,镉因其显著的毒性和流动性,引起了土壤科学家和植物营养学家的广泛关注。
为了深入探究镉对植物生长发育及生理机能的影响,本研究以年轻嫩叶蔬菜品种Eruca sativa(芝麻菜)为对象,通过设计盆栽试验,模拟了不同浓度Cd(0、1.5、6和30 μmol/L)对幼苗的施用情境,对其形态、生理及生化适应性进行了详尽的研究。
研究结果显示,在高镉胁迫下,E. sativa幼苗叶片中镉积累显著增加,这种积累可能会对植物细胞结构和生理功能造成严重干扰。
进一步的分析表明,镉胁迫使光合作用受到了显著抑制,表现为光合速率明显下降,同时,叶绿素a、b以及其他色素含量也出现了不同程度的降低。
这暗示镉可能通过损害光合器官结构、抑制光合色素合成以及破坏光合电子传递链,从而削弱了植物的光合能力。
此外,镉胁迫对植物抗氧化防御系统产生了重大影响。
抗氧化酶活性检测结果显示,抗坏血酸过氧化物酶(APX)、愈创木酚过氧化物酶(GPX)、过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)等抗氧化酶活性在镉处理后均呈现出显著降低的趋势。
这些酶在正常情况下起着清除活性氧、维持细胞内氧化还原平衡的关键作用,其活性的降低表明镉胁迫使植物抗氧化防御系统遭受了严重破坏。
与此形成对比的是,植物体内总抗坏血酸(TAS)的浓度在所有Cd施用水平上均有上升,这可能是植物在响应镉胁迫时的一种自然保护机制,试图通过提高抗坏血酸的含量来抵御镉引起的氧化应激。
然而,抗坏血酸(ASA)和脱氢抗坏血酸(DHA)的变化趋势较为复杂,在1.5μmol/L镉处理时不显著增加,而在6和30 μmol/L处理时表现出显著上升,但在最高浓度30 μmol/L镉处理下并未观察到显著下降。
综上所述,面对镉胁迫,E. sativa幼苗被迫将大量能量从生长转移至抗氧化代谢物和渗透调节物质的合成中,以期对抗镉的毒性效应。
镉对植物的生长影响研究现状摘要:土壤镉污染已成为目前较为严重的环境问题之一。
镉是植物生长发育的非必需微量元素,过量镉不仅会影响植物的生长,还可能在植物体内积累,经食物链进入人体后威胁人类的生命健康。
本文介绍了镉对植物生长发育及代谢的影响,并对相关研究领域的重点问题进行了展望。
关键词:镉;植物;影响1前言随着工业化进程的加快、采矿业的扩张、化肥的滥用以及污水灌溉,土壤重金属污染已成为一种普遍现象[1]。
据2014年发布的《全国土壤污染调查公报》显示,中国农用耕地点位超标率为19.4%,其中铜(Cu)、锌(Zn)、镉(Cd)的点位超标率分别为2.1%,4.8%和7.0%。
镉作为主要污染物之一,具有很高的生物可利用性和生物高毒性[2],因此被广泛关注。
土壤中的镉不会发生化学降解或被微生物降解,一旦进入土壤就会在土壤中长期存在[3]。
污染土壤中的镉经植物根系吸收后在植物体内富集,进而影响植物的生长发育。
本文主要从四个方面介绍了镉对植物生长发育的影响。
2镉对植物生长的影响2.1对种子萌发的影响种子萌发是植物生命周期中最重要的活动之一。
研究表明镉会抑制豇豆种子对水的吸收,减少种子胚芽的水分供应[4]。
在镉的胁迫下,豌豆胚芽中将产生氧自由基,进而破坏细胞结构,导致胚芽中丙二醛(MDA)含量增加[5]。
2.2对植物生长发育的影响土壤中的镉会影响多种植物的生长。
例如:鹰嘴豆根瘤中的根瘤菌对镉非常敏感,在镉的作用下鹰嘴豆植株生长受到影响,产量降低[6]。
当施加低浓度镉溶液后,芥菜[7]、玉米[8]和小麦[9]植株的鲜重均出现降低情况。
2.3对养分吸收的影响在镉的胁迫作用下,植物对矿物质营养素的吸收将受阻[10]。
实验表明镉的存在强烈地抑制了豌豆对磷、钾、硫、钙、锌、锰、硼等元素的吸收[11]。
此外,镉与矿质元素的竞争作用抑制了杨树中的转运蛋白对矿质元素的吸收转运[12]。
2.4对植物酶的抑制在镉的胁迫作用下,植物的抗氧化代谢能力减弱[13]是因为土壤中的镉在达到一定浓度后会在植物体内富集,会干扰植物酶系统的活性。
镉对植物的毒害及植物解毒机制研究进展镉(Cd)是一种广泛存在于自然界的重金属元素,大量的镉污染源来自化肥、工业废水、城市污水等。
由于其毒性较大,容易积累并传递给植物,严重影响了植物的生长发育和产量,甚至对人类健康造成潜在危害。
研究镉对植物的毒害及植物解毒机制成为当前植物生态毒理学和环境保护领域的热点问题之一。
一、镉对植物的毒害1. 镉在植物体内的积累镉进入植物体内主要是通过土壤根际渗透和叶片表面吸收两种途径,而且镉以阳离子形式存在,较容易积累于植物体内。
随着土壤中镉浓度的增加,植物对镉的吸收量也会显著增加。
一旦进入植物体内,镉会被吸收并积累在根、茎和叶等部分,从而对植物造成直接毒害。
镉对植物的毒害效应主要表现在植物生长发育、生理生化和分子水平方面。
镉可以抑制植物的生长发育,降低植物产量和品质。
镉还会影响植物的营养代谢,破坏植物的光合作用和呼吸作用,导致叶片脱水、黄化、早衰等。
镉还会对植物的DNA、RNA和蛋白质产生损伤,导致植物细胞凋亡和死亡,最终影响植物的生长发育。
1. 镉积累与解毒植物对抗镉胁迫的一个重要途径是通过积累和解毒。
植物在受到镉胁迫时,可以通过根际分泌物、细胞壁和细胞液中金属螯合物的产生,以及镉离子的转运和储存等方式来积累和解毒镉离子。
金属螯合物是植物对抗镉毒性最主要的方式之一,它可以有效减少镉在植物体内的自由形态,降低对植物的毒害作用。
2. 镉胁迫引发的信号转导和逆境应答植物在受到镉胁迫时,会启动一系列的信号转导和逆境应答机制,以应对镉离子的毒害作用。
植物激活了一些信号转导通路和逆境蛋白,如MAPK通路、Ca2+信号、ROS信号、蛋白激酶和转录因子等,以调节植物的生长发育和抗氧化系统。
还会诱导植物产生一些蛋白质和代谢产物,如拟南芥甘氨酸蛋白酶、谷胱甘肽、蓝藻蛋白和抗氧化酶等,来减轻镉对植物的毒害效应。
3. 基因调控与表观遗传学植物在受到镉胁迫时,还会调控一些特定的基因表达和表观遗传学修饰,以应对镉离子的毒害作用。
铜和镉胁迫对植物生长发育的影响研究植物在生长过程中需要一系列的元素和物质维持基本的生长和发育,其中,铜和镉是植物生长发育过程中必需的微量元素。
然而,铜和镉胁迫是目前环境污染中常见的问题之一。
因此,对铜和镉对植物的影响进行研究已经成为了一个热点。
一、铜和镉胁迫的特点及其影响1.铜胁迫的特点及影响铜作为植物生长发育过程中的重要微量元素,能够促进植物的光合作用、呼吸作用、元素转移和储存等重要的生理功能。
但如果过量的铜进入植物体内,就会损害植物的生理过程。
铜胁迫所造成的影响多体现在植物体内的酶活性和氧化还原能力等方面。
2.镉胁迫的特点及影响镉的存在会抑制植物的光合作用和气孔运动,影响植物的水分平衡和营养吸收。
同时,在植物体内,镉会结合硫化物、蛋白质等生化分子,改变它们的结构和功能,从而影响细胞的形态和功能。
二、铜和镉胁迫与植物生长发育的关系1.铜和镉胁迫对植物生长发育的影响铜和镉胁迫对植物的影响非常明显。
在铜和镉的不同浓度下,花卉的生长受到不同的程度的损害。
在高浓度下,植物体内的铜和镉浓度升高,影响植物内部结构和生长发育;在低浓度下,植物生长不会明显受到影响,但当镉和铜共同存在时,对植物的生长发育造成更加明显的影响。
2.铜和镉胁迫的分子机制植物对铜和镉的胁迫响应机制是多方面的。
铜和镉胁迫会导致植物体内铜离子和镉离子的浓度变化,从而引发对应的生理反应;铜和镉胁迫还能够改变植物中氧化还原状态,使植物体内氧化还原反应受到影响;铜和镉还能引起植物中各种酶的活性的改变,从而影响植物的生长发育。
三、对铜和镉胁迫的应对措施1.重要性对铜和镉胁迫采取合理的应对措施,既可以有效地提高植物对污染物的抵抗能力,又能保障农作物的产量和品质。
2.方法(1)育种育种是对铜和镉胁迫进行应对的重要方法之一。
在育种过程中,重点在于从自身种质资源中筛选出对铜和镉污染具有高耐受性的品种,培育新的抗胁迫种质资源,以提高农业生产的抗污染能力。
(2)控制浓度在实际农业生产中,应当对土壤、水源等污染物源入侵的浓度进行严格控制,给植物提供优良的环境条件,降低植物遭受铜和镉胁迫的程度。
植物对重金属胁迫的响应和耐受机制研究随着现代工业的不断发展,大量的重金属污染问题也逐渐浮现出来。
重金属的存在会对植物生长产生严重的影响,但植物可以通过一些响应和耐受机制来应对这种胁迫。
近年来,植物对重金属胁迫的响应和耐受机制的研究不断深入,在这篇文章中,我们将从不同的角度来探讨这一问题。
一、重金属在植物体内的胁迫效应一些重金属,例如铜、锌、镉、铅等,在植物体内达到一定浓度时,会影响植物的吸收、利用、转运和代谢等生理过程。
这些影响可能仅仅是植物形态、生长和产量的减少,也可能导致植物细胞的损伤和器官的坏死甚至死亡。
对于不同的植物来说,它们对重金属的敏感程度不尽相同。
同时,同一种植物在不同的生长阶段和生长环境下对重金属的敏感程度也不同。
因此,在研究植物对重金属胁迫的响应和耐受机制时,需要结合植物的种类、生长阶段和生长环境等多种因素进行考虑。
二、植物对重金属胁迫的响应机制植物对重金属胁迫的响应机制主要有以下几个方面。
1、通过离子调节来维持内环境的稳定。
在外界环境中重金属离子浓度过高的情况下,植物需要对离子通道和离子泵进行调节,以维持细胞内平衡,并防止离子过多进入细胞造成损伤。
2、通过合成和蓄积特定的蛋白质来应对胁迫。
植物可以通过合成和积累一些特定的储氧蛋白、金属载体蛋白、抗氧化酶、转运蛋白等来对重金属胁迫做出反应。
3、通过调节激素水平来影响生长发育。
植物在面对重金属胁迫的情况下,会调节激素水平来影响生长和发育,从而保证其生命机能的维持和修复。
三、植物对重金属胁迫的耐受机制植物对重金属胁迫的耐受性不仅与其生物学特性有关,还涉及到其生长环境和环境修复等方面的因素。
以下是植物对重金属胁迫的耐受机制的一些热点研究。
1、植物内生菌根共生。
内生菌根共生可以增强植物固有的重金属耐受性。
共生菌通过在植物根系内形成菌根,与植物之间形成一种共生关系。
菌根可以增加植物对重金属的吸收和转运能力,并保证其生物学特性的正常发挥。
2、重金属耐受性基因工程研究。
镉对植物的毒害及植物解毒机制研究1. 引言1.1 镉对植物的毒害镉是一种常见的重金属污染物,对植物生长和发育造成严重危害。
镉对植物的毒害主要表现在多个方面:镉会干扰植物的生长发育过程,抑制根系生长,导致植物株高减矮,叶片变黄、落叶等现象。
镉还会对植物的生理代谢产生负面影响,影响植物的光合作用、呼吸作用和营养物质的吸收和转运。
特别是在土壤中积累过高浓度的镉会导致植物对镉的超吸收,进而引起植物组织中镉积累过量,对植物健康造成危害。
实验证明,短期内植物对镉的耐受性较差,会导致植物生长停滞,甚至死亡。
镉污染已经成为制约植物生长和发育的重要因素之一。
镉对植物的毒害不容忽视,对环境和人类健康造成一定危害。
在解决镉污染问题的过程中,了解镉对植物的毒害机制,研究植物的解毒机制,可以有效保护植物生长和发育,维护生态平衡,促进环境的净化和人类健康的保护。
【2000字】1.2 植物解毒机制研究植物解毒机制研究是一个备受关注的领域,随着环境污染的加剧和人类对植物资源的需求增加,植物对镉等重金属的解毒能力变得尤为重要。
镉是一种常见的重金属污染物,大量的镉会对植物的生长和生理代谢产生严重影响,因此植物如何解毒镉成为了研究的热点之一。
植物的解毒机制主要包括排除、沉积和结合三种方式。
排除是指植物通过根系调控离子通道的活性,减少镉的进入,或者通过蒸腾作用将镉排出体外。
沉积是指植物将镉离子积累在细胞壁或细胞液中,从而减少其对细胞内结构和功能的影响。
结合则是指植物通过螯合剂将镉离子结合成为不可溶性物质,如蛋白质或有机酸结合镉形成的复合物,以减少镉对细胞的损害。
通过研究植物的解毒机制,可以帮助我们更好地了解植物如何应对环境中的污染物,为环境保护和人类健康提供参考。
随着技术的发展和研究的深入,相信植物解毒机制的研究会为我们带来更多的启示和机遇。
2. 正文2.1 镉对植物生长的影响镉是一种广泛存在于环境中的有毒重金属元素,对植物生长具有显著的影响。
镉胁迫对植物生长及生理生态效应的研究进展作者:宋建金凤媚薛俊刘仲齐来源:《天津农业科学》2014年第12期摘要:镉(Cd)污染对植物的生长发育可产生较大影响,低浓度的Cd胁迫可在一定程度上促进植物的生长,但高浓度的Cd胁迫对植物生长有抑制效应;在超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)等保护性酶的调节下,可以在一定程度上缓解Cd 胁迫对植物膜脂的过氧化伤害作用。
本文在总结国内外相关研究的基础上,就 Cd 胁迫对植物的生长发育及生理生态效应进行了简要综述,并指出了存在的问题与发展前景。
关键词:镉;植物;生理生态效应中图分类号:X173 文献标识码: A DOI 编码:10.3969/j.issn.1006-6500.2014.12.005重金属污染是全球面临的严峻问题之一,是仅次于农药污染的第二大污染。
其中镉(Cd)因周期长、移动性大、毒性高、难降解等而备受关注。
土壤中的镉污染主要是随着采矿冶炼和电镀工业的不断发展而积累起来的[1]。
镉不是植物生长发育所必需的营养元素,但易被植物吸收,过量的镉会对植物产生毒害,导致作物减产。
镉进入植物体内能够被根系和叶片吸收,然后在各组织部位积累,进而通过食物链进入人体积累,加剧人的衰老进程,引发多种疾病,给人类健康带来巨大危害[2]。
关于重金属镉的污染问题,国内外做了大量的研究工作。
目前研究主要集中在Cd的吸收、富集以及其对植物生长发育、生理生化的影响等方面。
1 Cd在植物体内的富集特征及分布不同植物对Cd的吸收累积效应大不相同,通常采用富集系数来说明某种植物对Cd的吸收累积能力。
土壤Cd被植物吸收后,大部分富集在根部,迁移至地上部的一般较少[3]。
Wang等[4]在研究6种蔬菜对Cd的富集吸收能力时发现,叶菜类蔬菜如大白菜、青菜和蕹菜比非叶菜类蔬菜如丝瓜、茄子和豇豆具有较高的富集系数,表明叶菜类蔬菜比非叶菜类蔬菜更容易吸收土壤中的Cd。
Arthur等[5]根据体内镉的积累量把植物分为:低积累型—豆科;中等积累型—禾本科、百合科、葫芦科、伞形科;高积累型—十字花科、藜科、茄科、菊科。
刘恩玲等[6]通过盆栽法研究了番茄不同部位对土壤镉的吸收能力差异,发现Cd在番茄体内的分布规律是:根≥叶>茎>果实,这与Cd在植物体内各器官的浓度分布特点是相吻合的[7]。
2 Cd对植物生长发育的影响在Cd胁迫下,植物的生长受到抑制,导致植株矮小,生长缓慢,分蘖数减少,生物量下降。
当镉超过一定浓度后,植物的生殖生长受到抑制从而导致物候期推迟,结实率、千粒质量降低,甚至会使生殖生长完全停止。
王凯荣等[8]研究发现花生受镉毒害后,叶片失绿变黄、植株瘦小、生物量显著降低;严重时,可造成植株死亡。
阎雨平等[9]的研究结果表明,当土壤镉含量低于1 mg·kg-1时,水稻减产不明显,当镉含量达到5 mg·kg-1时水稻减产10%以上。
小麦受镉胁迫,叶片先出现发黄、灼烧、枯斑、叶脉发白,最后叶片脱落,分蘖减少,严重时则导致不开花结实的现象发生[10]。
高芳等[11]研究了土壤不同浓度镉胁迫对花生生理特性和产量品质的影响,结果表明轻、中度镉胁迫(1.0 mg·kg-1和2.5 mg·kg-1)促进花生营养生长,重、高度镉胁迫(7.5 mg·kg-1和15.0 mg·kg-1)抑制营养生长;镉胁迫同时降低了两品种的荚果和籽仁产量,并且导致花生体内镉含量增加。
丁效东等[12]通过水培方法研究不同浓度Cd胁迫下柽柳对重金属镉的吸收和分泌特点,发现与对照相比,较低浓度镉处理下柽柳的生长量、含水率均没有显著变化;而当浓度增加至50 μmol·L-1时对柽柳产生了较强的毒害作用,柽柳的生长量、植株含水率均明显下降,在处理第12 d时营养枝开始发黄,出现镉中毒症状。
肖艳辉等[13]通过水培方法研究不同镉浓度处理对薄荷生理指标及薄荷对镉的吸收累积的影响,结果表明,薄荷株高、最大叶长和最大叶宽都随着镉浓度升高呈增大趋势,整株鲜质量和干质量则随着镉处理浓度增加而降低。
3 Cd对植物的生理生化效应3.1 Cd对叶绿素含量及光合系统的影响叶绿素含量是反映植物叶片进行光合作用的重要生理指标,其含量的高低可在一定程度上反映光合作用的水平。
Cd通过抑制叶绿体色素生物合成及光合电子传递而影响叶绿体的正常功能[14]。
肖艳辉等[13]的研究表明,高浓度镉胁迫破坏薄荷叶片中的叶绿体结构和叶绿素合成,使叶绿素含量降低,降低了光合强度,从而导致薄荷光合能力减弱。
张微等[15]研究发现,随着镉胁迫浓度增加,4种基因型番茄幼苗的叶片叶绿素含量显著下降。
郭智等[16]通过盆栽法研究镉胁迫对龙葵幼苗光合特性的影响时发现,镉处理显著降低龙葵幼苗叶片色素含量,叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量随着镉浓度的升高都出现不同程度的下降趋势。
王欣等[17]在研究不同浓度Cd胁迫对水稻和杂草稻植株的生理生化效应时发现叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量均在低浓度镉胁迫(3.2 Cd对植物丙二醛含量的影响脂质过氧化是膜上不饱和脂肪酸中所发生的一系列活性氧反应,其产物丙二醛(MDA)含量是反映脂质过氧化作用强弱的一个重要指标[18]。
许多研究表明[19-21],植物在重金属胁迫下,叶片膜脂质过氧化作用加剧,膜透性增加,MDA含量增高。
王正秋等[22]研究发现在Cd胁迫下,伴随着芦苇体内MDA含量升高,O2在叶片和根中积累,同时膜透性增大。
郑世英等[23]研究表明,棉花幼苗丙二醛的含量随着Cd质量浓度逐渐升高呈升高的趋势。
张超兰等[24]通过水培试验研究4种湿地植物对重金属镉胁迫的生理生化响应,发现随着镉质量浓度的升高,4种植物的丙二醛含量升高,丙二醛与重金属镉质量浓度呈明显正相关。
3.3 Cd对植物保护性酶活性的影响植物保护酶系统包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT),它们是植物适应各种逆境胁迫的重要酶类。
镉胁迫下,植物体内会形成过量的氧自由基,从而影响抗氧化酶活性,破坏质膜系统和生物大分子,抑制植株生长[25]。
植物细胞通过植物保护酶系统清除细胞代谢过程中产生的超氧化物自由基及一些有机氢过氧化物,使得生物自由基维持在一个低水平,从而防止细胞受自由基的毒害。
王正秋等[22]的研究表明,在镉胁迫下芦苇叶片内SOD活性随时间的延长先升高后下降,同时POD活性随胁迫时间的延长先升高、再下降然后又升高,保护酶系统 SOD 和 POD 活性的升高可能是芦苇抗过氧化的主要机理之一。
赵首萍等[26]通过水培方法研究Cd对不同基因型番茄活性氧清除系统影响的基因型差异,发现高Cd积累品种的POD和CAT在Cd胁迫后显著增加,而低Cd积累品种的POD 没有显著变化,CAT则显著降低,SOD都是先增加后降低。
付世景等[27]通过研究板蓝根种子在镉污染下萌发时的抗氧化系统酶的变化发现,在重金属镉胁迫下萌发时CAT和POD的活性变化趋势一致,随重金属Cd浓度的增大,酶的活性先降低再升高,然后再降低,但SOD的活性变化随重金属 Cd 浓度的升高而降低。
陶毅明等[28]通过水培实验研究镉胁迫下木榄幼苗的生理生化特性发现,随着Cd浓度的升高POD和SOD活性先增强后减弱,而低浓度Cd胁迫就能显著抑制CAT活性。
综上所述,对于Cd胁迫下植物的生理生态研究目前已经取得了一些进展,但还存在着待改进之处以及一些尚未解决的难题。
首先是目前的研究方法大多采用盆栽与水培等模拟试验,今后应加大Cd污染区的实地种植试验。
其次虽然利用一些生理生化指标可以加快耐镉新品种的选育进度,但这些指标与生长及遗传性状的关系还有待于进一步深入研究。
最后,植物对Cd吸收既有被动吸收也有主动运输,目前还没有发现针对Cd2+转运的专一载体[29]。
在今后的研究工作中,应该对Cd离子的专一转运载体做更加深入的研究,从而通过现代生物技术手段,降低植物对Cd的吸收和富集,实现Cd污染土壤的无害化农业生产。
参考文献:[1] 罗绪强,王世杰,张桂玲.土壤镉污染及其生物修复研究进展[J].山地农业生物学报,2008,27( 4): 357-361.[2] Wanger G J. Accumulation of cadmium in crop plants and its consequences to human health [J] . Adv Agron, 1993, 51:173-205.[3] 王焕校.污染生态学基础[M].云南大学出版社,1990:71-148.[4] Wang G, Su M Y, ChenY H, et al. Transfer characteristics of cadmium and lead from soil to the edible parts of six vegetable species in southeastern China[J].Environmental Pollution,2006,144:127-135.[5] Arthur E, Crews H, Mogran C. Optimizing plant genetic strategies for minimizing Environmental contamination in the food chain[J]. International J phytoremediation, 2000,2(1):1-21.[6] 刘恩玲,王亮,孙继,等.土壤-番茄体系中Cd、Pb 的累积特征研究[J].土壤通报,2009(2):189-193.[7] Kelly J M, Parker G R, McFee W W. Heavy metal accumulation and growth of seedlings of five forest species as influenced by soil cadmium level[J].Journal of Environmental Quality, 1979( 8): 361-364.[8] 王凯荣,曲伟,刘文龙,等.镉对花生苗期的毒害效应及其品种间差异[J].生态环境学报,2010,19(7):1 653-1 658.[9] 阎雨平,蔡士悦,史艇.广东赤红坡、红壤含镉的农作物污染效应及其临界含量研究[J].环境科学研究,1992,5(2):49-52.[10] Ebbs S D, Lasat M M, Brady D J. Phytoextraction of cadmium and zinc from a contaminated soil[J]. Journal of Environmental Quality 1997,26(5):1 424-1 430.[11] 高芳,林英杰,张佳蕾,等.镉胁迫对花生生理特性、产量和品质的影响[J].作物学报,2011,37(12): 2 269-2 276.[12] 丁效东,高东瑞,冯固.柽柳对镉胁迫的生理生态响应[J].植物生态学报,2007,31(1):145-149.[13] 肖艳辉,何金明,潘春香,等.镉处理对薄荷植株生长及镉吸收累积的影响[J].江苏农业科学,2013,41(3): 159-160,359.[14] 何冰,何计兴,何新华,等.铅胁迫对杨梅生理特性的影响[J].农业环境科学学报,2009,28(6):1 263-1 268.[15] 张微,吕金印,柳玲.不同基因型番茄幼苗对镉胁迫的生理响应及镉吸收差异[J].农业环境科学学报,2010,29(6):1 065-1 071.[16] 郭智,原海燕,奥岩松.镉胁迫对龙葵幼苗光合特性和营养元素吸收的影响[J].生态环境学报,2009,18(3):824-829.[17] 王欣,周守标,程龙玲,等.水稻和杂草稻对镉胁迫反应的比较研究[J].农业环境科学学报,2012,31(4):661-666.[18] McGirr LG,O Brien P J. Mechanisms of membrane lipid peroxidation[M]//Packer L. Recent advances in biological membrane studies. New York: Plenum Press.[19] 胡金朝,施国新,王学,等.Cd对槐叶苹的生理影响及外源La、Ca的缓解效应比较[J].广西植物,2005,25(2): 156-160.[20] 刘鹏,Yang Y S,徐根娣,等.南方4种草本植物对铝胁迫生理响应的研究[J].植物生态学报,2005,25(4): 644-651.[21] 刘云国,汤春芳,曾光明,等.镉诱导萝卜幼苗活性氧产生、脂质过氧化和抗氧化酶活性的变化[J].广西植物,2005,25(2): 164-168.[22] 王正秋,江行玉,王长海.铅、镉和锌污染对芦苇幼苗氧化胁迫和抗氧化能力的影响[J].过程工程学报,2002,2(6):558-563.[23] 郑世英,张秀玲,王丽燕,等.Pb2+,Cd2+胁迫对棉花保护酶及丙二醛含量的影响[J].河南农业科学,2007(8):43-45,63.[24] 张超兰,陈文慧,韦必帽,等.几种湿地植物对重金属镉胁迫的生理生化响应[J].生态环境,2008,17(4): 1 458-1 461.[25] 章秀福,王丹英,储开富,等.镉胁迫下水稻SOD活性和MDA含量的变化及其基因型差异[J].中国水稻科学,2006,20(2):194-198.[26] 赵首萍,张永志,于国光,等.Cd胁迫对2种基因型番茄幼苗活性氧清除系统的影响[J].中国农学通报,2011,27(19):166-171.[27] 付世景,宗良纲,张丽娜,等.镉、铅对板蓝根种子发芽及抗氧化系统的影响[J].种子,2007,26(3):14-17.[28] 陶毅明,陈燕珍,梁士楚,等.镉胁迫下红树植物木榄幼苗的生理生化特性[J].生态学杂志,2008,27(5):762-766.。