收稿日期：2013-09-22

基金項目：山東省花生產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目；山東省良種工程項目“花生高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗基因資源發(fā)掘與種質(zhì)創(chuàng)新利用研究”

作者簡介：張廷婷（1981-），女，助理研究員，主要從事花生種質(zhì)資源創(chuàng)新工作。

*通訊作者：萬書波（1962-），男，研究員，主要從事花生栽培生理研究；單世華（1971-），男，博士，博士生導(dǎo)師，研究員，主要從事花生種質(zhì)資源創(chuàng)新利用研究。E-mail：shhshan@sina.com

摘要：采用盆栽試驗，研究了重金屬鎘（處理水平12 mg/kg土壤）脅迫下不同花生品種不同生長時期SOD、POD、CAT活性，葉綠素、MDA含量，電解質(zhì)滲透率等主要生理指標的變化規(guī)律以及花生莢果、籽仁產(chǎn)量和出仁率的變化。結(jié)果表明，鎘脅迫降低了3種抗氧化酶的活性，使MDA含量和電解質(zhì)滲透率升高；降低了葉綠素總含量及莢果、籽仁產(chǎn)量和出仁率。主成分分析結(jié)果確定了葉綠素總含量、MDA含量和POD活性為初步篩選花生鎘污染脅迫的診斷指標。綜合分析，豐花3號、花育20號和魯花12號對鎘脅迫更敏感。

關(guān)鍵詞：花生；鎘；脅迫；抗氧化酶；產(chǎn)量

中圖分類號：S565.201文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2013）12-0048-05

鎘（Cadmium， Cd ）是自然界廣泛存在的一種重金屬微量元素，地殼中的平均含量為0.15～0.20 mg/kg，空氣中為0.002～0.050μg/m³。正常條件下，植物體內(nèi)鎘含量很低，一般不超過1 mg/kg^[1，2]。環(huán)境的鎘污染日益嚴重，主要是因為礦產(chǎn)開采、工業(yè)生產(chǎn)中的“三廢”污染、污水灌溉和土壤施肥，磷肥被認為是農(nóng)業(yè)土壤污染的重要來源；另外，大氣沉降也是環(huán)境鎘來源中一個不可忽視的部分，正逐漸引起人們的重視^[3，4]。

鎘是生物非必需元素。盡管有研究表明在低濃度條件下，它能刺激生物體的生長和發(fā)育，有利于生命系統(tǒng)的生存和發(fā)展，但多數(shù)研究認為其帶來的更多的是有害效應(yīng)^[5～7]。近年來，有關(guān)鎘對植物的毒害作用機理已有較多研究，如鎘通過抑制細胞正常的分裂活動而降低葉綠素的合成，導(dǎo)致植物光合作用下降，進而阻礙植物生長^[8～12]；鎘破壞細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能，導(dǎo)致細胞內(nèi)容物大量外滲，干擾細胞內(nèi)一系列的代謝過程^[13～16]。

我國是世界上重要的花生生產(chǎn)國，也是最大的出口國。隨著花生直接食用和食品加工的不斷增加，國際上對花生籽仁中Cd含量問題越來越關(guān)注^[17]。目前已有很多鎘在作物中的相關(guān)研究，但有關(guān)花生不同生長發(fā)育時期對鎘的生理生化反應(yīng)及耐性機理的研究甚少。本文旨在探討鎘脅迫下花生不同生育期主要生理指標的變化規(guī)律，確定初步篩選鎘污染脅迫花生的診斷指標。這對于花生鎘污染的預(yù)警和監(jiān)測以及防止花生鎘污染超標等方面具有十分重要的意義。

1材料與方法

1.1材料

1.1.1供試花生品種及土壤供試花生品種6個，分別為花育22號、魯花14號、豐花3號、花育20號、花育23號和魯花12號，均由山東省花生研究所提供。

盆栽土壤選用山東省農(nóng)業(yè)科學院試驗農(nóng)場耕層土壤，過1 cm孔篩，備用。供試土壤理化性狀見表1。

1.1.2試劑與儀器磷酸氫二鉀，分析純，天津市巴斯夫化工有限公司；核黃素（FD），生化試劑，天津市巴斯夫化工有限公司；磷酸二氫鉀，分析純，天津市博迪化工有限公司；EDTA-Na、氮藍四唑（NBT）、氯化鎘，均為分析純，上海銳聰科技發(fā)展有限公司；甲硫氨酸（Met），生化試劑，上海展云化工有限公司；愈創(chuàng)木酚、三氯乙酸，分析純，天津市科密歐化學試劑開發(fā)中心；過氧化氫（30%），分析純，天津市廣成化學試劑有限公司；硫代巴比妥酸（TBA），生化試劑，上海遠帆助劑廠；氫氧化鈉，分析純，國藥集團化學試劑有限公司；乙醇，分析純，煙臺三和化學試劑有限公司；其他試劑均為國產(chǎn)分析純。

主要儀器：TU-1800S紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器有限責任公司；DDS-HA電導(dǎo)率儀，上海盛磁儀器有限公司；HHS21.6電熱恒溫水浴鍋，江蘇常熟醫(yī)療器械廠；HPG-280B光照培養(yǎng)箱，哈爾濱市東聯(lián)電子技術(shù)開發(fā)有限公司；DW-86L386超低溫保存冰箱，海爾。

1.2試驗設(shè)計

試驗采用塑料盆（內(nèi)徑38 cm×28 cm），每盆裝10 kg供試土壤。由前期不同鎘處理水平對花生品質(zhì)影響試驗得出12 mg/kg是花生鎘耐受最高臨界值，本試驗即以每千克土加入12 mg Cd（CdCl ₂ ·2.5H ₂ O）進行處理，重復(fù)3次，以未加鎘處理的為對照（CK）。先把相應(yīng)量的CdCl ₂配成稀溶液，均勻澆于盆內(nèi)（盆下放花盆蓄水墊盤，滲出液反復(fù)澆灌，直到鎘離子與土壤均勻混合），平衡半個月備用。塑料盆編號并隨機排列，置于網(wǎng)室（上覆陽光板防雨）中，每盆“品”字形播種3粒種子?；ㄉ麄€生育期適時澆水，并分別于播種期和開花期施肥。分別于結(jié)莢期、飽果期和收獲期采集樣品并保存于超低溫冰箱中，備用。

1.3測定方法

抗性指標測定參考植物生理學實驗指導(dǎo)^[15]：SOD活性采用氮藍四唑 （NBT）光化還原法；POD活性采用H ₂ O ₂愈創(chuàng)木酚法；CAT活性采用紫外吸收法；葉綠素含量采用乙醇浸提分光光度法；MDA含量采用硫代巴比妥酸（TBA）顯色法；電解質(zhì)滲透率采用電導(dǎo)率法測定?；ㄉa(chǎn)量均以盆（3株）為單位進行統(tǒng)計。

1.4數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用SPSS 13.0軟件， 對不同處理樣本間采用一維方差分析及多重分析比較，取P<0.05為有統(tǒng)計學意義，當P<0.05，差異顯著，P<0.01，差異極顯著。

2結(jié)果與分析

2.1鎘脅迫對抗氧化酶活性的影響

從圖1可以看出，不同品種間花生葉片SOD、POD和CAT活性存在差異，均隨著鎘脅迫時間的延長而降低，結(jié)莢期和收獲期間的酶活性差異達顯著水平；與對照相比，結(jié)莢期和飽果期鎘處理組SOD、POD和CAT活性雖有所降低，但未達顯著水平，而收獲期鎘處理組中花育20號的SOD、POD和CAT以及豐花3號的CAT活性顯著降低，分別降低了45%、 61%、 78% 和 62%。

SOD、POD和CAT是植物體內(nèi)重要的抗氧化酶，三者相互協(xié)調(diào)，可有效清除鎘脅迫產(chǎn)生的活性氧自由基，消除其對細胞造成的傷害。但抗氧化酶體系對膜系統(tǒng)的這種保護是有一定限度的，當鎘濃度超過一定的范圍，酶活性降低。

2.2鎘脅迫對葉綠素總含量的影響

從表2中可以看出，從結(jié)莢期到收獲期，花生葉片葉綠素總含量呈遞減趨勢，鎘處理均顯著降低了葉綠素總含量。鎘進入植株體內(nèi)， 可通過影響葉綠素酸酯還原酶的活性而抑制葉綠素的合成，也可誘導(dǎo)葉綠素酶活性的增加導(dǎo)致葉綠素的降解，從而影響植物的光合作用 。

2.3鎘脅迫對細胞膜的傷害作用

細胞膜系統(tǒng)是植物抵御外界傷害的第一道屏障，其穩(wěn)定性是細胞進行正常生理功能的基礎(chǔ)。丙二醛（MDA）是細胞膜脂質(zhì)過氧化的產(chǎn)物，反映細胞膜的受損程度。從表3中可以看出，隨著花生生育期的推進，葉片MDA含量增加；鎘脅迫均增加了葉片MDA含量，但只有收獲期豐花3號、花育20號和魯花12號達顯著水平，分別比對照高19%、11%和18%。

細胞膜受損會顯著提高電解質(zhì)的滲透率。圖2結(jié)果顯示，鎘脅迫顯著提高了細胞電解質(zhì)滲透率，增幅達43%～64%，品種間存在一定差異。鎘脅迫促進了細胞的膜脂過氧化，降低了膜的完整性，導(dǎo)致電解質(zhì)滲透率升高^[18～22]。

2.4鎘脅迫對花生產(chǎn)量的影響

從表4可以看出，鎘處理對花生結(jié)莢數(shù)的影響不顯著，但卻明顯降低了莢果產(chǎn)量、籽仁產(chǎn)量和出仁率，其中豐花3號和花育20號3個指標均顯著或極顯著低于對照，魯花14號和魯花12號的籽仁產(chǎn)量和出仁率顯著或極顯著低于對照，而花育22號和花育23號僅出仁率顯著低于對照。鎘處理能夠顯著降低花生葉片的葉綠素總含量，影響光合作用，抑制了莢果的充實，從而降低了花生莢果和籽仁產(chǎn)量。

2.5鎘脅迫花生收獲期抗性指標的主成分分析

從表5中可以看出，第一主成分為葉綠素總含量、MDA含量和POD活性；第二主成分為細胞膜電解質(zhì)滲透率；第三主成分為SOD和CAT活性。表明，葉綠素總含量、MDA含量和POD活性是對鎘比較敏感的指標，可作為初步診斷鎘脅迫危害程度的主要指標。

綜合上述分析，可以得出供試花生品種豐花3號、花育20號和魯花12號比其它3個品種對鎘更敏感。

3結(jié)論

本研究采用鎘處理水平12 mg/kg土壤盆栽試驗，研究了鎘脅迫條件下不同花生品種的生理響應(yīng)。結(jié)果表明，鎘脅迫降低了SOD、POD、CAT的活性和葉片葉綠素總含量、莢果籽仁產(chǎn)量及出仁率，品種間存在差異。主成分分析結(jié)果表明葉綠素總含量、MDA含量及POD活性為花生產(chǎn)量的第一主要影響因素，對鎘敏感，可作為花生鎘污染脅迫的初步診斷指標。綜合分析，花育22號、魯花14號和花育23號相對于豐花3號、花育20號和魯花12號為鎘不敏感品種。

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