摘要：通過土培試驗，以魯花14為材料，采用盆栽方法，設(shè)置010 （CK）、324、735、838、1880 mg/kg 5種土壤鎘濃度，研究了魯花14各器官對土壤鎘的富集效應(yīng)及其鎘在各器官亞細胞的分布。結(jié)果表明：隨著鎘濃度的增加，花生根、莖、葉的鎘含量也持續(xù)增加，不同鎘處理間差異顯著。土壤鎘濃度小于（包含）838 mg/kg時，鎘含量大小順序為葉>根>莖；土壤鎘濃度為1880 mg/kg時，鎘含量大小為根>葉>莖。鎘在根、莖、葉中亞細胞組分中的含量及其分布比例在不同鎘處理間不同。土壤鎘濃度小于（包含）838 mg/kg時，鎘在根、莖、葉中亞細胞組分的鎘含量為細胞壁>細胞器>可溶部分，鎘積累在細胞壁是花生忍耐鎘的主要機制。但在1880 mg/kg時，亞細胞組分的鎘含量為細胞器>細胞壁>可溶部分，說明在高鎘濃度下，花生受到鎘的毒害很嚴重。

關(guān)鍵詞：魯花14；鎘；亞細胞分布

中圖分類號：S5652；X132 文獻標(biāo)識號：A文章編號：1001-4942（2013）01-0086-05

近年來，隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，工業(yè)三廢排放量增加，固體廢棄物處理不善，農(nóng)業(yè)自身污染加劇，農(nóng)田土壤中有毒重金屬含量急劇增加[1]。這些有毒重金屬可能會通過植物吸收經(jīng)生物鏈進入人體，嚴重威脅人類健康[2]。其中鎘（Cd）由于其高移動性和高毒害性尤為人們所關(guān)注，已被公認為是對人類最具威脅的主要有毒重金屬之一。

Cd脅迫條件下植物常會表現(xiàn)出水分和養(yǎng)分的吸收受抑制，光合強度和呼吸強度下降，碳水化合物代謝失調(diào)，及其它一系列生理代謝紊亂，最終表現(xiàn)出植物生長量、產(chǎn)量的下降和品質(zhì)的降低[3～5]?；ㄉ俏覈匾挠土献魑锖统隹趧?chuàng)匯作物，在我國油料作物生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位。近年來，有關(guān)花生籽粒中Cd含量超標(biāo)的問題日益突出，致使我國花生出口創(chuàng)匯能力受到了嚴重影響[6，7]。研究Cd在花生體內(nèi)富集和分配規(guī)律，減少Cd在花生籽粒中的積累，需要了解花生各器官、亞細胞結(jié)構(gòu)中Cd積累模式及在Cd脅迫下的生長反應(yīng)。本試驗主要研究在不同Cd濃度脅迫下花生根、莖、葉及亞細胞結(jié)構(gòu)中Cd含量的變化，旨在探明Cd在花生中的分布特征與累積規(guī)律，以期為綠色和無公害花生生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1材料與方法

11供試材料

供試花生品種為魯花14，由山東省花生研究所提供。盆栽所用肥料為中東高濃度復(fù)合肥料（常州中東化肥有限公司），其N+P2O5+K2O≥45%，未檢測出Cd。盆栽土壤選用山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗地耕層土壤（表層0～20 cm），先將土壤過1 cm孔篩備用，供試土壤理化性狀見表1。

12試驗設(shè)計

盆栽試驗在山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗場進行。Cd以CdCl2·25H2O的形式加入，分別設(shè)010（原始土壤為對照）、324、735、838、1880 mg/kg 5個鎘濃度處理，每處理重復(fù)4次。試驗采用泥陶盆（內(nèi)徑38 cm×高28 cm），每盆裝土15 kg，將氯化鎘配制成一定濃度的溶液，均勻噴施在過1 cm篩的土中，每盆施入復(fù)合肥5 g，充分混勻，然后裝盆，平衡半個月備用。挑選大小一致的花生種子，每盆“品”字形播種3粒。泥陶盆編號并隨機排列，置于網(wǎng)室（上覆陽光板）中，花生整個生育期適時澆水。

13樣品的分析測定

花生成熟后，將花生植株分為根、莖、葉3部分，分別用自來水、蒸餾水、去離子水沖洗干凈，并用干凈紗布擦干。鮮樣一部分用于亞細胞分離，其余在烘箱中105℃殺青30 min，再用60℃烘至恒重。參照Hans[8]方法進行花生各器官亞細胞組分的分離：分別取一定質(zhì)量的新鮮植物材料，加入緩沖液（葉片、莖料液比為1∶2，根系料液比為1∶4；緩沖液組成： 250 mmol/L的蔗糖，pH 75的Tris-HCl，和1 mmol/L的二硫代蘇糖醇），在4℃下快速研磨，勻漿液在300 g離心30 s，底層碎片為細胞壁組分；將上層懸浮液在20 000 g下離心45 min，底層碎片為細胞器組分，上層懸浮液為可溶部分（含細胞質(zhì)和液泡內(nèi)高分子和大分子有機物質(zhì)及無機離子）。上清液、離心后的沉淀、過濾殘渣及根、莖、葉的粉碎干樣分別消煮，利用原子吸收光譜儀測定Cd含量。所有測定重復(fù)3次。

14數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)的處理統(tǒng)計分析用Microsoft Excel和SPSS130軟件進行。

2結(jié)果與分析

21Cd對花生根、莖、葉中Cd含量的影響

從表2可以看出，隨著土壤Cd濃度的增加，花生根、莖、葉中的Cd含量呈持續(xù)上升趨勢，不同Cd濃度間差異顯著（P<005）。在高Cd濃度（1880 mg/kg）時，根、莖、葉中的Cd含量分別比對照提高3774、3377、2231倍。Cd濃度≤838 mg/kg時，Cd在不同器官的含量大小是：葉>

22Cd在花生根中亞細胞組分的含量及其比例

由圖1A可知，花生根中細胞壁和可溶性部分的Cd含量隨著Cd濃度的增加而增加，而細胞器的Cd含量在735～838 mg/kg有所下降，其余隨Cd濃度的增加而增加，除對照外各組分Cd含量在不同Cd濃度間差異極顯著（P<001）。此外在不同Cd濃度處理間，各組分Cd含量均為細胞壁>細胞器>可溶部分。

不同濃度Cd處理下，Cd在花生根系亞細胞水平的分布比例見圖1B。對照中的可溶部分未檢出Cd，Cd主要分布在細胞壁和細胞器中。Cd處理后，Cd在細胞壁的分布比例為5751%～7257%，在整個細胞亞細胞組分中占絕對優(yōu)勢。細胞器的Cd含量隨Cd處理濃度的升高先增加后下降，分布比例為2172%～3642%。高Cd濃度下，細胞器Cd含量的降低可能是細胞壁發(fā)揮作用，把Cd積累在細胞壁中?；ㄉ髌鞴僭贑d脅迫下可溶部分中的比例較小，且隨Cd脅迫的加強變化不大。

23Cd在花生莖中亞細胞組分的含量及其比例

由圖2A可以看出，花生莖中亞細胞各組分的Cd含量均隨Cd脅迫的加強亦逐漸升高，不同Cd濃度處理間差異極顯著（P<001）。在Cd濃度為324～838 mg/kg下，各組分Cd含量為細胞壁>細胞器>可溶部分。而在Cd濃度為1880 mg/kg時，各組分Cd含量是細胞器>細胞壁>可溶部分，可見在高Cd濃度下，花生受到了嚴重傷害。

從圖2B看出，與根亞細胞分布類似，花生莖中對照可溶部分未檢出Cd，Cd主要分布在細胞壁和細胞器中。Cd處理后，細胞壁、細胞器、可溶部分的Cd分配比例分別為4408%～6720%、2440%～4753%、716%～1034%。隨Cd處理濃度的提高，細胞壁中Cd的分布比例一直下降；細胞器中的分布比例持續(xù)上升；可溶部分的比例是先升后降，但均明顯大于對照。

24Cd在花生葉中亞細胞組分的含量及其比例

由圖3A可以看出，花生葉中細胞壁Cd含量隨Cd處理濃度的增加逐漸升高，可溶部分Cd含量是先增加后降低，而細胞器為先增加后降低然后又持續(xù)增加，不同濃度Cd處理間差異極顯著（P<001）。在Cd濃度為324～838 mg/kg之間，葉中各組分Cd含量大小與莖中一樣，為細胞壁>細胞器>可溶部分。而在Cd濃度為1880 mg/kg時，各組分Cd含量是細胞器>細胞壁>可溶部分，可見在高Cd濃度下，花生細胞器受到了嚴重破壞。

不同濃度Cd處理下，Cd在花生葉中亞細胞水平的分布比例見圖3B。在對照組中，只有細胞壁組分中檢驗出Cd。Cd處理后，細胞壁、細胞器、可溶部分的Cd分配比例分別為4038%～7503%、1724%～5498%、312%～973%。隨Cd脅迫的加強，細胞壁中Cd的分布比例先升后降；細胞器中的分布比例先降后升；可溶部分的比例是先升后降，并且在Cd濃度為838 mg/kg最大。

本研究表明，隨著土壤Cd濃度的提高，花生根、莖和葉中的Cd含量也持續(xù)升高，不同濃度Cd處理間差異顯著。但花生不同器官Cd含量的大小卻與土壤Cd處理濃度有關(guān)。土壤Cd濃度≤838 mg/kg時，Cd在魯花14不同器官的含量大小是：葉>根>莖，這與Cd含量在油菜[9]各器官的分布規(guī)律相似，而與擬南芥[10]和小麥[11]中各器官Cd含量分布規(guī)律不同，說明不同作物不同器官中Cd的吸收積累是不同的。Cd濃度為1880 mg/kg時，Cd含量大小為：根>葉>莖。由于Cd污染土壤花生葉和莖的Cd含量較大，不宜再用于飼料或者漚肥，可以用作造紙及編織工藝品等，避免其重新進入食物鏈中。

Cd對植物的危害程度與其在亞細胞中的分布密切相關(guān)[12]，細胞的區(qū)室化作用對減輕Cd毒害或增強植物對Cd御性有著重要的意義[13]。一些學(xué)者認為Cd主要積累在細胞壁中[14～16]，另外一些研究者卻認為，Cd在植物細胞內(nèi)除由細胞壁部分吸附外，大部分的Cd積累于液泡，使植物細胞免除毒害[17、18]。在煙草[19]、小麥[20]、大豆和玉米[21]等植物中，細胞中的Cd大部分分布于細胞質(zhì)（可溶部分），僅有少量Cd分布于細胞壁和細胞器等不溶組分。研究結(jié)果的不一致可能是不同植物有不同的解毒機制。

本試驗結(jié)果表明，Cd脅迫下，花生各器官Cd主要分布在細胞壁中，細胞器和可溶部分相對較少。細胞壁積累Cd最多可能是因為其含有豐富的親重金屬物質(zhì)，如纖維素、半纖維素、木質(zhì)素，還含有與重金屬關(guān)聯(lián)的陽離子交換位點，能對經(jīng)過的重金屬離子產(chǎn)生吸收、固定作用，通過細胞壁對Cd的吸收、固定，減少了重金屬離子的跨膜運輸，從而減少進入細胞內(nèi)的Cd離子的量[22]。雖然可溶部分并不是亞細胞Cd分布中的主要部分，但是莖葉可溶部分Cd含量所占的比例隨著Cd濃度的增大，是有規(guī)律變化的，呈先升高后降低的趨勢，當(dāng)Cd處理濃度為735 mg/kg時，莖葉可溶部分的含Cd量所占的比例達到最大值。液泡中含有機酸，可以與Cd結(jié)合，鈍化Cd離子，從而降低Cd的生物毒性[23，24]。隨著Cd脅迫的加強，葉片液泡有著積累和固定一定Cd離子的作用，但如果超過了植物的自身忍耐范圍，就會向細胞器中轉(zhuǎn)移，阻止和破壞細胞的生理生化過程，造成細胞的傷害。

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