镉胁迫对国槐生理特性的影响

摘要：采用盆栽方法研究了镉对国槐(Sophora japonica)生理特性的影响。结果表明：国槐幼苗的株高及地径随镉浓度的增加表现出先增加后下降的趋势，在浓度50 mg・kg-1时，株高和地径显著低于对照。镉处理导致国槐叶片气孔关闭、气体交换和水分散失降低、叶绿素含量下降，最终导致光合速率降低。高浓度镉处理(＞30 mg・kg-1)使国槐植株SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性显著下降，MDA含量、相对电导率、脯氨酸含量显著上升，表明国槐幼苗受害明显加重。

关键词：国槐；镉胁迫；生理特性

Effects of cadmium stress on the physiological characteristics in Sophora japonica

Wei Li

Shandong Yingcai University, Jinan 250100, China

Abstract：We studied the effects of cadmium stress on the physiological characteristics of Sophora japonica under different concentration treatments by using pot-culture method. The results showed that: the plant height and ground diameter of Sophora japonica exhibited an increasing trend followed by declining with increasing cadmium stress. When the concentration of cadmium were 50 mg・kg-1, the plant height and ground diameter had an extremely significantly difference respectively in comparison with control. Cadmium treatment resulted in Sophora japonica leaf stomatal closure, gas exchange， water loss and chlorophyll content decreased, resulting in reduced photosynthetic rate. High concentrations of cadmium treatments (> 30 mg・kg-1) resulted the decrease of the SOD, POD, and CAT activity, and the MDA, relative conductivity and proline contents ascended sharply, indicating Sophora japonica suffer significant injury. .

Key words：Sophora japonica ; cadmium stress; physiological characteristics

中图分类号：TU986文献标识码： A

随着采矿、冶金以及Cd处理等工业的发展，Cd污染问题日益严重，每年都有大的Cd进入土壤。Cd易被植物吸收，并在体内富集[1]。当积累到一定程度时，植物就会表现毒害症状，包括植物褪绿、矮化、物候期延迟和生物产量下降甚至死亡等[2]。水稻叶片Cd含量在2 mg・kg-1时，可使产量降低25%；菠菜、大豆、莴苣在土壤含Cd量为4～13 mg・kg-1时，产量降低20%以上。当植物受Cd胁迫后，SOD、POD和CAT等抗氧化酶也会发生变化。例如，当土壤Cd含量超过22 mg・kg-1时，SOD活性降低；当Cd含量达到145 mg・kg-1时，POD活性也明显下降。近几年的研究显示， Cd还能引起植物细胞分裂出现障碍或不正常分裂，表现为细胞分裂周期延长，产生染色体断裂、畸变、粘连等[3]；Cd还能与核酸结合，破坏核仁结构，抑制DNase和RNase活性，并使植物体DNA合成受阻[4]；高浓度的Cd可使叶绿体垛叠无规律，皱缩成球形，膜系统崩溃，使线粒体肿胀、崩解[5]。但也有研究发现，当Cd浓度较低时，作物产量反而有所增加[6]。可见，Cd对植物生长发育的影响，与植物种类及发育时期有关。

然而，已有研究主要以农作物为主，关于园林植物Cd污染研究的报道很少。本研究旨在通过Cd对国槐幼苗生长及叶片叶绿素含量、光合特性、抗氧化酶活性、脯氨酸、丙二醛以及质膜透性等进行分析，初步揭示Cd胁迫对国槐生长及生理特性的影响，探讨在Cd胁迫下国槐的适应机制和伤害机理，为受污染地区绿化树种的选择提供借鉴依据

1. 材料与方法

1.1土壤样品

供试土壤（0～20 cm深）为田园土，风干后过2 mm筛，土壤理化性质和Cd含量见表1。

表1 供试土壤理化性质及Cd含量

pH值 有机质 有机碳 全Cd

6.79 46.23 mg.g-1 25.87 mg.g-1 0.08 mg.kg-1

1.2供试材料及Cd胁迫处理

选择基本一致的2年生国槐植株，用蒸馏水将根系冲洗干净。土样过筛后充分混匀。采用30 cm (径) × 30 cm (高) 花盆，每盆装土10 kg (干重)，栽1株苗木。移植后将盆放于棚内，保持正常通风、光照。待苗木恢复生长2个月后浇灌不同浓度CdCl2・2.5H2O水溶液，制成Cd浓度为0、10、20、30、40、50 mg・kg-1的污染土壤，每处理3个重复。处理90 d 后取样，测定各生理指标。

1.3 生理指标测定

叶绿素含量采用丙酮浸提法[7]。光合速率、蒸腾速率和气孔导度选在晴天上午用CIRAS-I型光合仪测定，光强为400 µmol・m-2s-1.

酶液提取及测定：称取0.5 g真叶加4 ml磷酸缓冲液（PH=7.8）冰浴研磨，于10000 r/min，4 ℃离心15 min，上清液即酶提取液。采用Health方法[8]测定SOD活性，POD活性按照Omran的方法[9]测定，CAT活性测定参照Cakmark方法[10]。

细胞膜透性采用电导法进行测定[11]。以相对电导率表示细胞膜透性大小。脯氨酸采用酸性茚三酮法测定[7]，丙二醛测定采用硫代巴比妥酸法[7]。

1.4 数据整理与统计分析

采用Excel 2003软件和 Spss13.0统计软件分析。

2 结果与分析

2.1 Cd胁迫对国槐植株生长的影响

表2 Cd胁迫对国槐株高和地茎的影响

Cd浓度（mg.kg-1） 株高(m) 地茎(cm)

0 1.33bA 1.13cB

10 1.36aA 1.22aA

20 1.34abA 1.17bAB

30 1.25cB 1.10cdBC

40 1.20dC 0.97dC

50 1.11eD 0.86eD

注：表中数据为3次重复的平均值。差异显著性用Duncan检验，同一列不同大写字母和小写字母分别表示在0.01 和0.05 水平上差异显著。下同。