姚天月，王　丹*，李澤華（1.西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，四川綿陽(yáng)621000；2.西南科技大學(xué)核廢物與環(huán)境安全國(guó)防重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川綿陽(yáng)621000）

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U、Cd單一及復(fù)合污染對(duì)水芹生長(zhǎng)和生理特性影響

姚天月1，2，王丹1，2*，李澤華1，2
（1.西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，四川綿陽(yáng)621000；2.西南科技大學(xué)核廢物與環(huán)境安全國(guó)防重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川綿陽(yáng)621000）

摘要：通過(guò)土壤盆栽試驗(yàn)研究不同濃度的U、Cd單一及其復(fù)合污染對(duì)水芹的生長(zhǎng)、葉綠素含量、根系活力、細(xì)胞膜透性和MDA含量的影響。結(jié)果表明：與對(duì)照相比，隨U、Cd單一及其復(fù)合污染處理濃度的增加，水芹的生長(zhǎng)受到顯著抑制（P＜0.05）；水芹葉綠素含量逐漸減少，其中以Cd元素對(duì)水芹葉綠素b脅迫作用最顯著；水芹根系活力在低濃度（15 mg·kg-1）時(shí)受到促進(jìn)，而在高濃度（150 mg·kg-1）時(shí)受到抑制；葉片相對(duì)電導(dǎo)率處理組數(shù)據(jù)均顯著高于對(duì)照組，U脅迫作用強(qiáng)于Cd；葉片丙二醛含量與對(duì)照相比隨處理濃度的增加呈上升趨勢(shì)。比較U、Cd單一及其復(fù)合處理對(duì)水芹的脅迫效應(yīng)表明，高U高Cd（U150 mg·kg-1+Cd150 mg·kg-1）對(duì)水芹生長(zhǎng)和生理影響最顯著，水芹在低濃度U、Cd脅迫下具有較好的抗逆性，因此，其在低濃度U、Cd單一及其復(fù)合污染的土壤修復(fù)方面具有潛在應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：水芹；鈾；鎘；生理特征

姚天月，王丹，李澤華. U、Cd單一及復(fù)合污染對(duì)水芹生長(zhǎng)和生理特性影響,等.題目［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2016, 35（5）：871-877.

YAO Tian-yue, WANG Dan, LI Ze-hua, et al. Effects of single and combined pollution of uranium and cadmium on growth and physiological characteristics of Oenanthe javanica［J］. Journal of Agro-Environment Science, 2016, 35（5）: 871-877.

核電事業(yè)的迅猛發(fā)展為我們的生活帶來(lái)巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)加劇了人們對(duì)鈾礦開(kāi)采的力度。鈾是一種核素兼具輻射性和化學(xué)毒性［1］，鈾礦開(kāi)采后的尾礦，廢渣、廢水的不合理排放和處理，可誘發(fā)嚴(yán)重的以鈾元素為主還伴有鎘、鋅、銅等其他重金屬元素的土壤和水體污染。因此，土壤重金屬污染并不是單一的，往往是多種重金屬并存的復(fù)合污染，并伴隨元素間的相互作用和生態(tài)效應(yīng)的綜合響應(yīng)［2］。鎘是一種有毒的重金屬，活性較強(qiáng)且易從土壤中向植物體轉(zhuǎn)移［3］，被植物吸收后便會(huì)沿著食物鏈轉(zhuǎn)移，最終危害人體健康。治理重金屬污染一直以來(lái)都是科研的熱點(diǎn)問(wèn)題，植物修復(fù)技術(shù)是一項(xiàng)具有前瞻性的修復(fù)技術(shù)，以植物忍耐和積累或是超量積累某種或某些化學(xué)元素的理論為基礎(chǔ)，利用植物吸收環(huán)境中的污染物從而達(dá)到治理環(huán)境的目的，以綠色環(huán)保成本低廉等多種優(yōu)勢(shì)而被應(yīng)用于治理土壤重金屬污染。然而，該技術(shù)的成功應(yīng)用還有賴(lài)于更多的科學(xué)實(shí)驗(yàn)、大田示范工程和技術(shù)體系的集成。

水芹屬傘形科多年生草本植物，富含多種營(yíng)養(yǎng)元素，是一種栽培廣泛且常見(jiàn)的葉菜類(lèi)蔬菜。水芹能分泌豐富的脂溶性根系分泌物，可有效去除土壤中有機(jī)物［4］，對(duì)重金屬元素具有一定富集能力，屬于高富集蔬菜［5］。本研究以水芹為材料，以植物提取技術(shù)為主要研究手段，模擬土壤污染盆栽試驗(yàn)，研究U、Cd單一及其復(fù)合污染對(duì)水芹的生長(zhǎng)和生理特性的影響，了解植物抗鈾、鎘脅迫機(jī)理，為植物修復(fù)鈾鎘污染的開(kāi)展和應(yīng)用提供理論支持。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

供試植物為水芹［Oenanthe javanica（BI.）DC］，種子購(gòu)于綿陽(yáng)市農(nóng)資批發(fā)市場(chǎng)。

U的施加形式為UO2（CH3CO2）2·2H2O（分析純，湖北楚盛威化工有限公司）；Cd的施加形式為CdCl2· 2.5H2O（分析純，四川生科力有限公司）。試驗(yàn)用土采自西南科技大學(xué)后花園表層土（0～20 cm），土壤類(lèi)型為黃壤土，其pH6.98，有機(jī)質(zhì)含量5.86 g·kg-1，堿解氮、有效磷、有效鉀含量分別為51.67，7.21，21.21 mg· kg-1。土樣經(jīng)自然風(fēng)干，剔除草根、碎石，壓碎混勻后，過(guò)1 cm篩，靜置備用。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1水芹苗的培育

選擇均勻飽滿(mǎn)無(wú)病蟲(chóng)害的水芹種子，進(jìn)行常規(guī)大田育苗，嚴(yán)格控制水肥管理，待幼苗生長(zhǎng)至約12 cm，選擇長(zhǎng)勢(shì)一致且大小均勻的水芹苗備用。

1.2.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用土壤盆栽方式，在四川綿陽(yáng)西南科技大學(xué)溫室棚進(jìn)行。首先，每次定量稱(chēng)取3 kg備用土壤移入塑料盆（口徑20 cm，高20 cm，底部有孔，帶托盤(pán)），并向其施澆清水至田間持水量的60%左右，平衡1周后，把相應(yīng)濃度的UO2（CH3CO2）2·2H2O和CdCl2· 2.5H2O配成溶液，均勻澆灌在栽培盆中（利用托盤(pán)將滲出液回收澆灌），處理濃度以純的U和Cd計(jì)，單位為mg·kg-1，以不添加U、Cd元素為對(duì)照（CK），其余處理保持一致。待沉降2周后，將各處理下的盆土充分?jǐn)嚢柚罸、Cd離子與土壤均勻混合，然后將備用水芹苗（高12 cm）移栽至U、Cd處理的栽培盆中，保持含水量為田間持水量的60%～70%。根據(jù)《中國(guó)土壤元素背景值》中的數(shù)據(jù)，我國(guó)土壤（A層）鈾元素背景值平均為3.03 mg·kg-1，有研究表明我國(guó)鈾礦廢石平均鈾含量比土壤本底值高出4～10倍，鈾尾礦及其污染地范圍內(nèi)的鈾含量普遍在每千克中幾十到幾百毫克，因此試驗(yàn)濃度設(shè)置高（150 mg·kg-1）、低（15 mg·kg-1）兩個(gè)濃度。U、Cd單一及復(fù)合處理濃度如表1所示（共計(jì)9個(gè)處理），每個(gè)處理重復(fù)3次，待植物生長(zhǎng)90 d后收獲。

表1　試驗(yàn)處理因素和水平Table 1 Experimental factors and levels

1.3測(cè)定方法

1.3.1植物生物量

將植株從不同介質(zhì)中連根移出，用去離子水充分清洗瀝干，用毫米刻度尺對(duì)根長(zhǎng)、株高、莖粗進(jìn)行測(cè)量，將根與地上部分開(kāi)，105℃殺青30 min后，75℃下于烘箱中烘干至恒重。

1.3.2植物生理指標(biāo)

葉綠素總含量測(cè)定采用乙醇丙酮浸泡提取法［6］，細(xì)胞膜透性利用電導(dǎo)儀測(cè)定［7］，丙二醛（MDA）含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸（TBA）法［8］。

1.4數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2013對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行平均值和標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算，SPSS 22.0軟件進(jìn)行單因素方差分析和LSD多重比較檢驗(yàn)處理間差異程度，采用Origin Pro 9.0繪圖。

耐性指數(shù)（Tolerance index，TI，%）=實(shí)驗(yàn)組根長(zhǎng)均值×100/對(duì)照組根長(zhǎng)均值［9］

2　結(jié)果與分析

2.1U、Cd單一處理對(duì)水芹生長(zhǎng)和生理特性的影響

2.1.1對(duì)水芹生長(zhǎng)的影響

分析表2得知，U、Cd單一處理下水芹的株高和莖粗均隨處理濃度的增加呈下降趨勢(shì)，與對(duì)照CK相比，U、Cd單一處理濃度在150 mg·kg-1條件下，水芹株高分別減少了26.53%和17.01%，莖粗分別減少了44.87%和19.23%，由此可見(jiàn)U對(duì)水芹的株高和莖粗的抑制作用顯著大于Cd。水芹根長(zhǎng)在受到U、Cd單一脅迫時(shí)均呈現(xiàn)低濃度（15 mg·kg-1）促進(jìn)高濃度（150 mg·kg-1）抑制的現(xiàn)象，U濃度15 mg·kg-1條件下水芹根長(zhǎng)達(dá)最大值8.47 cm，是對(duì)照CK的1.28倍，比同濃度Cd處理高出12.39%，耐性指數(shù)也達(dá)到峰值127.63%，顯著高于其他各處理。當(dāng)處理濃度為150 mg·kg-1時(shí)，U、Cd脅迫水芹根長(zhǎng)分別減少23.53%， 14.03%。即無(wú)論U、Cd處理濃度如何，其對(duì)水芹根長(zhǎng)的影響作用為U＞Cd，此結(jié)果與耐性指數(shù)反應(yīng)效果一致。

2.1.2對(duì)水芹葉綠素含量和根系活力的影響

由表3可知，U、Cd單一處理會(huì)減少水芹葉片葉綠素含量，且抑制作用隨處理濃度的增加而增大。水芹葉綠素a、葉綠素b含量與U、Cd濃度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為-0.908（U對(duì)葉綠素a）、-0.996（U對(duì)葉綠素b）、-1.000*（Cd對(duì)葉綠素a）、-1.000*（Cd對(duì)葉綠素b）?？梢?jiàn)Cd與水芹葉綠素含量相關(guān)性比U強(qiáng)。當(dāng)U、Cd濃度為150 mg·kg-1時(shí)，水芹葉綠素a含量分別減少18.34%、21.97%，葉綠素b含量分別減少20.78%、29.02%?？梢?jiàn)葉綠素含量減少作用為Cd＞U。此外，葉綠素a/b的值在處理濃度低時(shí)降低，處理濃度高時(shí)升高，說(shuō)明葉綠素b含量降幅大于葉綠素a，可見(jiàn)水芹葉綠素b對(duì)U、Cd脅迫變化更敏感，因而葉綠素b含量可以作為評(píng)價(jià)水芹耐受U、Cd脅迫能力大小的晴雨表。根是植物吸收水分和養(yǎng)分的主要器官，是植物營(yíng)生的根本，根系活力的改變直接影響地上部莖葉的生長(zhǎng)。分析表3可知，隨U、Cd單一處理濃度的增加，水芹根系活力整體呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，與水芹根長(zhǎng)所受脅迫效應(yīng)一致。在Cd濃度15 mg·kg-1處理下出現(xiàn)峰值2.79 mg·g-1·h-1，是對(duì)照的1.19倍，在U濃度150 mg·kg-1處理下出現(xiàn)最小值，且當(dāng)處理濃度相同時(shí)U、Cd單一處理差異不顯著，說(shuō)明U、Cd對(duì)水芹根系活力的影響主要取決于濃度的大小。在低濃度脅迫下，根系能夠保持較高的根系活力，保持較好的吸收和運(yùn)輸?shù)饶芰Α?/p>

2.1.3對(duì)水芹細(xì)胞膜透性和MDA含量的影響

由圖1可知，U、Cd單一處理下水芹葉片的相對(duì)電導(dǎo)率隨處理濃度的增加呈逐漸增大趨勢(shì)，各處理組數(shù)據(jù)均顯著高于對(duì)照。U濃度150 mg·kg-1時(shí)水芹葉片相對(duì)電導(dǎo)率達(dá)各處理峰值88.33%，是對(duì)照的4.48倍，是同濃度Cd處理的1.62倍，可見(jiàn)U、Cd對(duì)水芹細(xì)胞膜透性影響為U＞Cd，U更能使水芹細(xì)胞膜過(guò)氧化，增大膜透性，使胞內(nèi)電解液外滲增加。MDA是膜質(zhì)過(guò)氧化主要產(chǎn)物之一，如圖2所示，水芹葉片MDA含量隨U、Cd單一處理濃度的增加呈上升趨勢(shì)，U、Cd濃度在150 mg·kg-1條件下水芹MDA含量分別為15 mg·kg-1處理下的0.99倍和1.06倍，在P＜0.05水平上差異顯著，然而低濃度（15 mg·kg-1）處理與對(duì)照組CK差異不顯著，可見(jiàn)水芹對(duì)低濃度U、Cd毒害作用具有一定耐受性。此外，在P＜0.05水平上比較處理濃度相同的U、Cd元素對(duì)水芹葉片MDA含量的影響，差異不顯著，說(shuō)明兩者對(duì)水芹葉片MDA含量影響無(wú)明顯差異（P＞0.05）。

表2　U、Cd單一處理對(duì)水芹生長(zhǎng)的影響Table 2 Effects of U and Cd single treatments on growth of Oenanthe javanica

表3　U、Cd單一處理對(duì)水芹葉綠素含量和根系活力的影響Table 3 Effects of U and Cd single treatments on chlorophyll content and root activity of Oenanthe javanica

2.2U、Cd復(fù)合處理對(duì)水芹生長(zhǎng)和生理特性的影響

2.2.1對(duì)水芹生長(zhǎng)的影響

U、Cd復(fù)合處理下水芹的株高、莖粗和根長(zhǎng)均受到抑制，處理濃度越高對(duì)水芹生長(zhǎng)抑制作用越強(qiáng)。分析表4可知，水芹生長(zhǎng)各指標(biāo)數(shù)據(jù)在低U低Cd（U 15 mg·kg-1+Cd15 mg·kg-1）復(fù)合處理下最大，高U高Cd （U150 mg·kg-1+Cd150 mg·kg-1）復(fù)合處理下最小，前者是后者的1.67～2.55倍，差異顯著（P＜0.05）。水芹株高對(duì)U、Cd復(fù)合處理脅迫響應(yīng)最顯著（P＜0.05），各處理差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05）。水芹莖粗在U濃度一定時(shí)不隨Cd濃度的增加表現(xiàn)顯著差異（P＜0.05）。與對(duì)照CK相比U、Cd復(fù)合處理下水芹根長(zhǎng)在低濃度（U15 mg·kg-1+Cd15 mg·kg-1）處理下促進(jìn)根伸長(zhǎng)，是對(duì)照的1.11倍，當(dāng)處理濃度高時(shí)顯著抑制（P＜0.05）。U、Cd單一和復(fù)合處理均可抑制水芹生長(zhǎng)，且同元素條件下處理濃度越高其對(duì)水芹生長(zhǎng)抑制作用越強(qiáng)，同濃度條件下不同元素復(fù)合脅迫效應(yīng)大于單元素脅迫效應(yīng)。

圖1　U、Cd單一處理對(duì)水芹細(xì)胞膜透性的影響Figure 1 Effects of U and Cd single treatments on relative electrical conductivity of Oenanthe javanica

圖2　U、Cd單一處理對(duì)水芹MDA含量的影響Figure 2 Effects of U and Cd single treatments on MDA content of Oenanthe javanica

表4　U、Cd復(fù)合處理對(duì)水芹生長(zhǎng)的影響Table 4 Effects of U-Cd combinations on growth of Oenanthe javanica

2.2.2對(duì)水芹葉綠素含量和根系活力的影響

由表5分析得知，與對(duì)照CK相比，U、Cd復(fù)合處理下水芹葉綠素含量顯著低于對(duì)照，可見(jiàn)復(fù)合處理對(duì)水芹葉綠素合成具有抑制作用，此結(jié)果與單元素處理效果一致。在低濃度U、Cd復(fù)合處理（U15 mg·kg-1+ Cd15 mg·kg-1，U15 mg·kg-1+Cd150 mg·kg-1）中，葉綠素b含量顯著下降，且小于相應(yīng)濃度下U、Cd單一處理，表現(xiàn)為拮抗效應(yīng)，可見(jiàn)低濃度的U、Cd復(fù)合處理可顯著抑制葉綠素b合成。在高濃度復(fù)合處理（U150 mg· kg-1+Cd15 mg·kg-1，U150 mg·kg-1+Cd150 mg·kg-1）中，U150 mg·kg-1+Cd15 mg·kg-1處理下葉綠素a、b含量略有升高，分別是單一U（U150 mg·kg-1）處理下的1.09 和1.16倍，可見(jiàn)一定濃度Cd元素的加入可緩解高濃度U對(duì)水芹葉綠素的破壞作用。水芹根系活力隨復(fù)合處理濃度的增加呈下降趨勢(shì)，低濃度復(fù)合處理（U15 mg·kg-1+Cd15 mg·kg-1）下水芹根系活力略高于對(duì)照CK，說(shuō)明U、Cd復(fù)合處理濃度低時(shí)，水芹根尚可保持較好的根系活力，但小于同水平單元素處理下根系活力。在高濃度復(fù)合處理中（U150mg·kg-1+Cd15mg·kg-1，U150 mg·kg-1+Cd150 mg·kg-1），U、Cd復(fù)合脅迫的毒害效應(yīng)小于同濃度下U、Cd單一脅迫且差異顯著，說(shuō)明在處理濃度高（150 mg·kg-1）時(shí)U、Cd復(fù)合處理對(duì)水芹根系活力影響比單一元素影響作用弱，主要原因可能是U、Cd復(fù)合污染對(duì)水芹根系活力表現(xiàn)拮抗作用。

表5　U、Cd復(fù)合處理對(duì)水芹葉綠素含量和根系活力的影響Table 5 Effects of U-Cd combinations on chlorophyll content and root activity of Oenanthe javanica

2.2.3對(duì)水芹細(xì)胞膜透性和MDA含量的影響

比較U、Cd復(fù)合處理對(duì)水芹葉片相對(duì)電導(dǎo)率和MDA含量的影響，分析圖3得知，復(fù)合處理濃度越高，水芹葉片相對(duì)電導(dǎo)率越大，細(xì)胞膜透性越強(qiáng)，但U、Cd復(fù)合處理組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均低于相應(yīng)濃度下的U、Cd單一處理?？梢钥闯?，水芹葉片細(xì)胞膜透性，U、Cd單一處理＞U、Cd復(fù)合處理，更能使葉片膜脂過(guò)氧化，破壞膜系統(tǒng)，增加膜透性。U、Cd復(fù)合處理下水芹葉片MDA含量變化與水芹葉片相對(duì)電導(dǎo)率變化趨勢(shì)一致（圖4），U、Cd復(fù)合脅迫下水芹MDA含量介于單元素濃度15 mg·kg-1和150 mg·kg-1處理之間，說(shuō)明水芹MDA含量在高濃度復(fù)合處理下，U、Cd間表現(xiàn)為拮抗作用而在低濃度復(fù)合處理下表現(xiàn)為協(xié)同作用。

圖3　U、Cd復(fù)合處理對(duì)水芹細(xì)胞膜透性的影響Figure 3 Effects of U-Cd combinations on relative electric conductivity of Oenanthe javanica

圖4　U、Cd復(fù)合處理對(duì)水芹MDA含量的影響Figure 4 Effects of U-Cd combinations on MDA content of Oenanthe javanica

3　討論

研究U、Cd單一及其復(fù)合污染處理下水芹生長(zhǎng)狀況，發(fā)現(xiàn)隨U、Cd處理濃度的增加，水芹株高和莖粗均受到明顯抑制作用，水芹的根長(zhǎng)對(duì)U、Cd脅迫的響應(yīng)表現(xiàn)為低濃度（15 mg·kg-1）促進(jìn)高濃度（150 mg· kg-1）抑制現(xiàn)象。此現(xiàn)象在多數(shù)研究中都有報(bào)道［10-12］。其主要原因是低濃度的U、Cd可提高或加速根系生理生化反應(yīng)從而促進(jìn)根的伸長(zhǎng)［13］，然而當(dāng)金屬離子在植物根部過(guò)量積累時(shí)，會(huì)抑制根尖細(xì)胞伸長(zhǎng)并加快細(xì)胞木質(zhì)化進(jìn)程，導(dǎo)致根長(zhǎng)變短［14］。水芹對(duì)重金屬脅迫的響應(yīng)因重金屬的種類(lèi)、脅迫濃度、作用時(shí)間以及重金屬?gòu)?fù)合處理下金屬離子間相互作用效應(yīng)而各有差異［15-16］，試驗(yàn)中U元素對(duì)水芹生長(zhǎng)脅迫效應(yīng)大于Cd，且U、Cd復(fù)合處理下脅迫毒害效應(yīng)大于相應(yīng)濃度下單元素處理，復(fù)合處理中U、Cd元素間表現(xiàn)為協(xié)同效應(yīng)。此結(jié)果與何芳芳等［17］研究結(jié)果一致。水芹生長(zhǎng)狀況對(duì)U、Cd脅迫響應(yīng)差異的原因可能是Cd遷移性較強(qiáng)易于被植物吸收［18］，而U分子量較大，不容易在植物體中轉(zhuǎn)移，其單位面積積累濃度高，毒性強(qiáng)。

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用和機(jī)體正常代謝活動(dòng)的重要保障，葉綠素含量的高低直接決定了光合作用的強(qiáng)弱及有機(jī)物合成的速率。試驗(yàn)中，水芹葉綠素含量隨U、Cd單一及其復(fù)合處理濃度的增加而減小。張艷等［19］通過(guò)水培試驗(yàn)研究了不同濃度U、Cd復(fù)合脅迫對(duì)豌豆葉綠素含量的影響，結(jié)果表明豌豆對(duì)低濃度復(fù)合污染具有一定抗性，然而隨U、Cd復(fù)合處理濃度的增加葉綠素含量表現(xiàn)下降趨勢(shì)。根據(jù)Somashekaraish等［20］的研究，其可能原因是U、Cd在水芹體內(nèi)大量積累，抑制了葉綠素酸酯還原酶和氨基-r-酮戊酸活性，使葉綠素的合成受阻，植物體葉綠素含量減少，光合速率降低，水芹有機(jī)質(zhì)合成減少。這也印證了水芹在高濃度U、Cd脅迫時(shí)株高和莖粗降低的現(xiàn)象。試驗(yàn)中水芹葉綠素含量減少作用為Cd＞U，有研究表明Cd可以抑制植物氣孔開(kāi)放，損害光合器官，特別是捕光色素蛋白復(fù)合體Ⅱ［21］，抑制環(huán)式和非環(huán)式光合磷酸化［22］，破壞葉綠體結(jié)構(gòu)，影響植物光合作用［23］。

植物根系具有錨定植株，吸收和運(yùn)輸土壤中水分及養(yǎng)分，合成和貯藏營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等重要功能［24］。根系活力的強(qiáng)弱一定程度上反映植物對(duì)脅迫環(huán)境適應(yīng)能力的大小。本研究中，水芹根系活力隨處理濃度的增加，表現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，在濃度15 mg·kg-1時(shí)根系活力最大，且U和Cd在同一處理濃度下水芹根系活力差異不顯著（P＜0.05），與U、Cd脅迫下水芹根長(zhǎng)變化情況一致。有研究表明水芹能分泌豐富的脂溶性根系分泌物［4］，因此在低濃度脅迫條件下水芹對(duì)U、Cd產(chǎn)生一定應(yīng)激性，高濃度時(shí)水芹根系活力明顯下降，可能原因是根部積累大量U、Cd元素直接影響了根系細(xì)胞的有絲分裂，使根系代謝紊亂，抑制了植物生長(zhǎng)，降低根系活力。

正常情況下，植物細(xì)胞膜的選擇透性對(duì)維持細(xì)胞正常代謝和微環(huán)境起著重要的作用。當(dāng)植物受到逆境影響時(shí)，細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)遭到破壞，膜透性增大，從而使細(xì)胞內(nèi)的電解質(zhì)外滲，導(dǎo)致植物細(xì)胞浸提液的電導(dǎo)率增大。試驗(yàn)結(jié)果表明U、Cd脅迫下水芹葉片相對(duì)電導(dǎo)率均高于對(duì)照，U、Cd可顯著破壞細(xì)胞膜透性，并隨處理濃度的增加而增強(qiáng)，與鐘鉬芝等研究的蠶豆結(jié)論一致［25］。U濃度150 mg·kg-1條件下水芹細(xì)胞膜透性最大，是同濃度Cd處理的1.62倍，可見(jiàn)U對(duì)細(xì)胞膜透性的影響顯著強(qiáng)于Cd（P＜0.05）。有研究表明鈾對(duì)生物細(xì)胞具有很強(qiáng)的化學(xué)毒性［26］，可導(dǎo)致植物體活性氧如氧氫自由基（HO2·）和超氧陰離子（O-2·）的增加［27］，水芹抗氧化系統(tǒng)失衡，膜透性增大，細(xì)胞內(nèi)電解質(zhì)外滲液積累，水芹葉片相對(duì)電導(dǎo)率增大。

逆境脅迫條件下，植物體產(chǎn)生的大量活性氧，攻擊細(xì)胞原生質(zhì)膜中的不飽和脂肪酸雙鍵而發(fā)生過(guò)氧化反應(yīng)產(chǎn)生大量MDA，使植物細(xì)胞膜透性增大［28-29］。本研究中，U、Cd脅迫使水芹體內(nèi)活性氧自由基積累，引發(fā)膜質(zhì)過(guò)氧化作用產(chǎn)生大量MDA，MDA具細(xì)胞毒性，其含量在一定程度上反映植物的抗脅迫能力［30］。當(dāng)U、Cd單一濃度為15 mg·kg-1時(shí)，水芹MDA含量與對(duì)照CK無(wú)顯著差異（P＜0.05），可見(jiàn)水芹對(duì)低濃度U、Cd脅迫具有一定抗性。隨著處理濃度增加，水芹MDA含量不斷增加，水芹抗脅迫能力逐漸降低，可能是水芹體內(nèi)累積的鈾、鎘與酶蛋白中巰基（-SH）結(jié)合，抑制了抗氧化酶的合成，破壞了酶結(jié)構(gòu)。

4　結(jié)論

U、Cd元素對(duì)水芹生長(zhǎng)抑制效果一致，處理濃度越高脅迫效應(yīng)越顯著。但U、Cd元素對(duì)水芹生理脅迫效應(yīng)因作用部位的不同而略有差異，兩者對(duì)水芹根系活力的影響表現(xiàn)為拮抗作用，對(duì)MDA含量的影響表現(xiàn)為協(xié)同作用，Cd元素能顯著抑制葉綠素b合成，U元素則對(duì)水芹葉片膜質(zhì)過(guò)氧化作用更顯著。此外，水芹在低濃度U、Cd單一及其復(fù)合污染處理下均能保持較好的抗逆性，因此水芹在修復(fù)低濃度鈾鎘污染土壤方面具有潛在應(yīng)用價(jià)值。

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中圖分類(lèi)號(hào)：X591

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-2043（2016）05-0871-07

doi:10.11654/jaes.2016.05.008

收稿日期：2015-11-02

基金項(xiàng)目：國(guó)防科工局國(guó)家核設(shè)施退役及放射性廢物治理科研重點(diǎn)項(xiàng)目（14ZG6101）

作者簡(jiǎn)介：姚天月（1990—），女，新疆奎屯人，碩士研究生，從事輻射生物效應(yīng)及其生物修復(fù)研究。E-mail：531801450@qq.com

*通信作者：王丹E-mail：wangdan@swust.edu.cn

Effects of single and combined pollution of uranium and cadmium on growth and physiological characteristics of Oenanthe javanica

YAO Tian-yue1,2, WANG Dan1,2*, LI Ze-hua1,2
（1.Life Science and Engineering College, Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621000, China; 2.State Defense Key Laboratory of the Nuclear Waste and Environmental Security, Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621000, China）

Abstract：The growth, chlorophyll content, root activity, cell membrane permeability and MDA content of Oenanthe javanica（Blume）DC were studied under uranium（U）and cadmium（Cd）alone and in combination in pot experiment. Results showed that U and Cd stresses significantly inhibited the growth of O. javanica（P＜0.05）when compared with the control. The inhibition increased with increasing concentrations of U and Cd. The chlorophyll content of O. javanica decreased remarkably under U and Cd stresses. Cadmium reduced the content of chlorophyll b of O. javanica more significantly than U did. The activity of O. javanica roots was enhanced by low concentrations（15 mg·kg-1）of U and Cd, but significantly inhibited at high concentrations（150 mg·kg-1）. The relative electrical conductivities of leaves were higher under U and Cd stresses than under CK, with U showing greater effect than Cd. Leaf MDA content increased as U and Cd concentrations increased. Combined applications of U and Cd（U150 mg·kg-1+Cd 150 mg·kg-1）had greater influences on O. javanica’s growth and physiological characteristics than their single. The present findings showed that O javanica has high resistance to U and Cd, which has potential to remediate U and Cd single and combined pollution soils.

Keywords：Oenanthe javanica; uranium; cadmium; physiological characteristic