董姬妃,張帆,胡雨寒,李俊承,李維,王嫻淑

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院,四川 成都 611130)

鎘脅迫下增施氮對(duì)白三葉草生長(zhǎng)的影響和鎘毒害的緩解效應(yīng)研究

董姬妃,張帆*,胡雨寒,李俊承,李維,王嫻淑

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院,四川 成都 611130)

為了解鎘(Cd)脅迫下施加外源氮對(duì)植物生長(zhǎng)生理的影響及解毒機(jī)理, 本研究采用盆栽試驗(yàn), 以白三葉草為材料, 研究了在重金屬鎘(CdCl2·2.5H2O)脅迫下施加氮[CO(NH2)2]對(duì)其生長(zhǎng)、葉綠素含量、抗氧化酶活性、鎘含量、谷胱甘肽(GSH)和植物絡(luò)合素(PCs)含量的影響。結(jié)果表明, 單獨(dú)的Cd處理顯著抑制白三葉草生長(zhǎng)及葉綠素的合成；而鎘脅迫下施加氮顯著促進(jìn)了白三葉草的生長(zhǎng), 其生物量和葉綠素含量顯著提高。同時(shí), 鎘脅迫下增施氮顯著提高了植株過氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)活性及白三葉草植株體內(nèi)鎘含量。單獨(dú)鎘處理顯著增加了PCs含量, GSH含量顯著降低；而鎘脅迫下增施氮使GSH和PCs含量均顯著增加。由此說明, 外源氮素在植物對(duì)重金屬鎘的解毒過程起到了重要的作用, 緩解了鎘對(duì)白三葉草的毒害。

鎘脅迫；氮；白三葉草；生長(zhǎng)生理；GSH；PCs；解毒作用

隨著工業(yè)化和城市化進(jìn)程的快速發(fā)展, 土壤重金屬污染問題已日益突出[1]。重金屬鎘(Cd)污染已嚴(yán)重影響著植物的正常生長(zhǎng)和人類的健康[2-3]。因此, 重金屬鎘污染土壤的治理問題亟待解決。已有研究表明, 鎘對(duì)植物的毒害主要體現(xiàn)在抑制植株生長(zhǎng), 影響植物開花, 降低植株對(duì)逆境的抗性[4-6]。

盡管鎘對(duì)植物有一定的毒性, 但某些植物在長(zhǎng)期的生長(zhǎng)發(fā)育過程中對(duì)Cd脅迫產(chǎn)生了一定的耐性。植物耐鎘機(jī)理主要有：限制鎘的吸收, 細(xì)胞壁或細(xì)胞外碳水化合物對(duì)鎘的固定, 抗氧化防御系統(tǒng)的作用以及氨基酸或抗逆蛋白的合成, 液泡的區(qū)室化作用, 金屬硫蛋白(MTs)或者植物絡(luò)合素(PCs)與Cd2+的結(jié)合[7-10]。

雖然植物對(duì)重金屬鎘具有一定的耐性, 但是當(dāng)土壤中鎘濃度過高時(shí), 植物則受到Cd毒害。因此, 隨著鎘污染日益嚴(yán)重, 找到一種低成本、高效率的土壤修復(fù)方法迫在眉睫。植物修復(fù)是指植物吸收、轉(zhuǎn)移、富集以及降解等機(jī)制來降低土壤中重金屬的含量, 使土壤得到修復(fù)和治理[11-14]。與傳統(tǒng)的物理、化學(xué)修復(fù)方法相比, 植物修復(fù)技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：成本低；不破壞土壤生態(tài)環(huán)境；通過對(duì)植物的集中處理, 不易產(chǎn)生二次污染；易為公眾接受。因此, 用對(duì)Cd具有高富集效應(yīng)的植物來修復(fù)Cd污染土壤是一種經(jīng)濟(jì)、徹底的有效措施。

單純利用植物進(jìn)行重金屬污染土壤的修復(fù)效果不顯著, 因此人工干預(yù)植物修復(fù)以提升修復(fù)效果顯得極為重要。研究表明, 氮素是植物生長(zhǎng)必需營(yíng)養(yǎng)元素之外[15-17], 還能緩解重金屬毒害, 提高植物對(duì)重金屬的富集能力。因此, 在應(yīng)用重金屬超富集植物進(jìn)行土壤重金屬污染修復(fù)時(shí)合理施用氮肥會(huì)使植物修復(fù)土壤的效率得以提高[17-18]。但是氮素在植物解毒過程中的作用機(jī)制尚不明確。因此, 研究氮素在植物的解毒過程中的作用具有重要意義。

在重金屬鎘污染土壤的植物修復(fù)中, 東南景天(Sedumalfredii)、滇苦菜(Picrisdivaricata)及圓錐南芥(Arabispaniculata)等超富集植物已得到廣泛應(yīng)用, 但它們大部分植物生長(zhǎng)緩慢、生物量較低、鎘遷移總量較小且景觀價(jià)值不高, 不適宜大面積鎘污染土壤的修復(fù)[19]。而園林地被植物具有個(gè)體小、種類多、生長(zhǎng)快等特點(diǎn)[20]。生長(zhǎng)一段時(shí)間后可整株移出, 不會(huì)對(duì)土壤造成二次污染。白三葉草(Trifoliumrepens)為多年生草本植物, 其適應(yīng)性廣, 觀賞價(jià)值較高, 主要用于草地建設(shè), 因此具有較好的生態(tài)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值[21-22]。目前, 對(duì)于白三葉草重金屬鎘脅迫方面的研究, 多集中于鎘對(duì)白三葉草粗蛋白種類和含量的影響, 以及鎘對(duì)其養(yǎng)分代謝的影響[21,23], 而關(guān)于氮素在白三葉緩解鎘毒害過程中的作用機(jī)理鮮有報(bào)道。因此, 本研究以白三葉草為材料, 采用盆栽試驗(yàn), 研究鎘脅迫下施加氮對(duì)其生長(zhǎng)生理的影響及對(duì)鎘毒害的緩解效應(yīng), 以期探討氮素在白三葉草重金屬鎘解毒過程中的重要作用, 為鎘污染土壤的植物修復(fù)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1材料

供試植物材料為由四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供的“拉丁諾”白三葉草種子。供試土壤為不含腐根、腐葉的自然土壤。土壤理化性質(zhì)為：pH 6.3、有機(jī)質(zhì)13.87 g/kg、全氮0.58 g/kg, 全磷0.39 g/kg, 全鉀2.95 g/kg, 水解氮36.56 mg/kg, 速效磷19.62 mg/kg, 速效鉀48.34 mg/kg, 鎘含量0.549 mg/kg。

1.2試驗(yàn)方法

2015年10月至2016年9月, 試驗(yàn)在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)成都校區(qū)溫室大棚及五教實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。供試土壤經(jīng)自然風(fēng)干后, 搗碎、剔除雜物、研磨, 過5 mm篩, 裝入內(nèi)徑21.5 cm, 深16.5 cm的圓形塑料花盆中, 每盆裝土2.5 kg。將白三葉草種子消毒后播種于干凈的沙穴盤中。待幼苗長(zhǎng)出5片真葉時(shí)選取生長(zhǎng)良好、生物量一致的白三葉草幼苗移栽至塑料盆, 每盆5株, 種植深度1.5～2.0 cm, 并進(jìn)行常規(guī)養(yǎng)護(hù)管理。待白三葉草恢復(fù)生長(zhǎng)后, 按表1進(jìn)行處理, 共設(shè)置4個(gè)處理, 3次重復(fù)。每隔7 d, 加入濃度為75 mg/kg的Cd2+(0.3810 g CdCl2·2.5H2O)和0.1001 g CO(NH2)2(N含量0.0467 g), 待單獨(dú)鎘處理的植株葉片出現(xiàn)癥狀后進(jìn)行測(cè)定。

1.3指標(biāo)測(cè)定及方法

1.3.1生長(zhǎng)量與生物量的測(cè)定 采用游標(biāo)卡尺測(cè)量主根長(zhǎng)及地上部高度。將收獲的植株用蒸餾水充分洗凈植株上附著的雜質(zhì), 根系在20 mmol/L乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-Na2)溶液中浸泡30 min, 以去除根系表面黏附的金屬離子(Cd2+), 再用去離子水沖洗干凈, 瀝去水分后, 將植株分為根、莖、葉三部分(莖稈與葉片為地上部), 將每部分放置于烘箱中105 ℃殺青30 min, 然后在80 ℃下烘干至恒重, 分別稱量每部分干重。3次重復(fù)。

1.3.2葉綠素含量測(cè)定 采用抽提法測(cè)定葉綠素含量。取成熟葉片去主脈, 稱取0.200 g 放入具塞試管。加入25 mL 80%丙酮和95%乙醇混合提取液(體積比為1∶1)后放入溫度為35 ℃的振蕩培養(yǎng)箱中, 暗處浸提12 h, 當(dāng)葉片呈蒼白色時(shí)測(cè)OD663 nm和OD645 nm, 參照熊慶娥[24]的方法分別測(cè)定葉綠素a 和b的含量。3次重復(fù)。

表1 白三葉草在重金屬鎘處理下增施氮的試驗(yàn)方案Table 1 Experimental design of nitrogen supplement on T. repens under Cd stress

1.3.3抗氧化酶活性測(cè)定 稱取植物材料1.0 g, 加入0.02 mol/L磷酸緩沖液(PBS)5 mL, 研磨成勻漿, 以3000 r/min離心10 min, 上清液即為酶液。1)取1 mL酶液和3 mL反應(yīng)混合液(取50 mL 0.1 mol/L PBS于燒杯中, 加入28 μL愈創(chuàng)木酚, 加熱攪拌至溶解, 待溶液冷卻后, 加入19 μL 30%過氧化氫), 測(cè)OD470 nm。計(jì)算過氧化物酶(POD)活性。2)取0.05 mL酶液和2.95 mL反應(yīng)混合液(130 mmol/L 甲硫氨酸溶液、750 μmol/L 氮藍(lán)四唑溶液、100 μmol/L EDTA-Na2、20 μmol/L 核黃素溶液各0.3 mL, 0.5 mol/L PBS 1.5 mL及蒸餾水0.25 mL)混合后在4000 lx日光下反應(yīng)20 min, 避光測(cè)OD560 nm。計(jì)算超氧化物歧化酶(SOD)活性。3)取0.1 mL酶液和3 mL反應(yīng)混合液(取200 mL PBS, 加入0.3092 mL H2O2搖勻), 測(cè)定OD240 nm(測(cè)定40 s)。計(jì)算過氧化氫酶(CAT)活性。POD、SOD和CAT活性均參照熊慶娥[24]的方法測(cè)得。3次重復(fù)。

1.3.4鎘含量的測(cè)定 稱取烘干磨細(xì)植物樣品0.3000 g于三角瓶中, 加HNO3-HClO4(體積比為4∶1)混合液20 mL, 靜置≥5 h。蓋上漏斗, 在電熱板上加熱0.5 h, 直到瓶?jī)?nèi)有大量白煙, 繼續(xù)加熱, 使白煙慢慢消失, 溶液呈無色透明尚有2 mL時(shí)停止加熱。冷卻后用蒸餾水洗入25 mL容量瓶, 定容。用原子發(fā)射光譜儀(ICP)測(cè)定植物Cd含量。3次重復(fù)。

稱取土樣1.0000 g于聚四氟乙烯坩堝內(nèi), 加幾滴蒸餾水潤(rùn)濕, 再加15 mL氫氟酸(HF)與10 mL HClO4-HNO3(體積比為1∶1)混合液消化至干, 再加5 mL HNO3, 消化至干, 加5 mL 2 mol/L鹽酸, 溶解搖勻, 定容至25 mL容量瓶。用原子發(fā)射光譜儀(ICP)測(cè)定土壤Cd含量。3次重復(fù)。

根部和地上部鎘的生物富集系數(shù)(BCF)的計(jì)算公式如下：

1.3.5谷胱甘肽(GSH)、植物絡(luò)合素(PCs)含量測(cè)定 1)稱取1.0 g材料置于研缽中, 加入5 mL預(yù)冷后的50 g/L 三氯醋酸(TCA)(含0.05 mol/L EDTA-Na2),冰浴研磨, 于4 ℃、17600 r/min離心20 min。取上清液根據(jù)熒光法測(cè)定GSH含量[25]。2)取0.5 g材料, 加少量5%磺基水楊酸(SSA), 冰浴研磨, 于4 ℃、17600 r/min離心30 min。所得上清液參照Rama等[26]的方法測(cè)定非蛋白巰基總量(NPT), 參照郝建軍等[27]的方法測(cè)定總谷胱甘肽含量(還原型谷胱甘肽GSH+氧化型谷胱甘肽GSSG)。PCs的含量=非蛋白巰基總量-總谷胱甘肽含量, 即采用差減法[28]。3次重復(fù)。

1.4數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2003進(jìn)行相關(guān)性分析；采用DPS數(shù)據(jù)軟件進(jìn)行方差分析和LSD法分析差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

圖1 氮素對(duì)鎘脅迫下白三葉草生長(zhǎng)及生物量的影響Fig.1 Effects of nitrogen on growth and biomass of T. repens under Cd stress 圖中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05), 不同大寫字母表示處理間差異極顯著(P<0.01)。下同。Data in the figure are means±SE. Different lowercase letters indicate significant difference among the treatments (P<0.05); Different capital letters indicate extraordinarily significant difference among treatments (P<0.01). The same below.

2.1氮素對(duì)鎘脅迫下白三葉草生長(zhǎng)及生物量的影響

由圖1可知, 單獨(dú)的鎘處理(T1)顯著抑制了白三葉草的生長(zhǎng), 其地上部高、主根長(zhǎng)、生物量分別比對(duì)照降低20.46%, 29.30%和31.61%。與對(duì)照相比, 單獨(dú)氮處理(T2)顯著增加了地上部高和生物量, 分別增加了30.54%和14.05%, 但主根長(zhǎng)與對(duì)照相比無顯著差異。而鎘脅迫下增施氮(T3)顯著促進(jìn)了白三葉草的生長(zhǎng), 與對(duì)照相比, 其地上部高、主根長(zhǎng)、生物量分別增加了28.75%, 25.99%和14.05%。此外, 鎘脅迫下增施氮(T3)處理, 其地上部高和生物量均極顯著高于單獨(dú)鎘處理(T1), 主根長(zhǎng)極顯著高于單獨(dú)氮處理(T2)(P<0.01)。由此說明高濃度的Cd處理抑制了植物的生長(zhǎng), 但鎘脅迫下增施氮能緩解Cd對(duì)白三葉草生長(zhǎng)的抑制作用。

2.2氮素對(duì)鎘脅迫下白三葉草葉綠素含量的影響

由圖2可知, 單獨(dú)鎘處理嚴(yán)重影響了葉綠素的合成, 尤其是葉綠素a。其葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素分別比對(duì)照降低了40.98%, 19.80%和33.99%。與對(duì)照相比, 單獨(dú)氮處理(T2)中葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量顯著提高, 分別增加了32.68%, 19.80%和28.43%。而鎘脅迫下增施氮處理, 其植株葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素分別比對(duì)照高26.83%, 28.71%和27.45%, 與單獨(dú)氮處理均無顯著差異。此外, 鎘脅迫下增施氮(T3)處理, 其葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素均極顯著高于單獨(dú)鎘處理(T1)(P<0.01)。說明高濃度的Cd處理影響葉綠素合成, 尤其是葉綠素a, 而鎘脅迫下施加氮能增加葉綠素的含量, 緩解重金屬鎘對(duì)白三葉草的毒害作用。2.3氮素對(duì)鎘脅迫下白三葉草抗氧化酶系統(tǒng)的影響

由圖3可知, 單獨(dú)鎘處理的植株, 其POD、SOD及CAT活性分別比對(duì)照降低了31.71%, 32.91%和41.59%, 其中POD和CAT活性與對(duì)照差異達(dá)極顯著(P<0.01)。說明高濃度的鎘降低了抗氧化酶的活性, 導(dǎo)致活性氧積累, 從而毒害植株。而鎘脅迫下增施氮處理, 其POD、SOD及CAT活性與對(duì)照相比, 差異不顯著(P>0.05), 但與單獨(dú)鎘處理相比, 差異達(dá)極顯著。說明鎘脅迫下增施氮能顯著提高白三葉草體內(nèi)抗氧化酶活性, 以維持體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生與清除的動(dòng)態(tài)平衡, 進(jìn)而緩解鎘對(duì)植株的毒害。

圖2 氮素對(duì)鎘脅迫下白三葉草葉綠素含量的影響Fig.2 Effects of nitrogen on chlorophyll content of T. repens under Cd stress

圖3 氮素對(duì)鎘脅迫下白三葉草抗氧化酶系統(tǒng)的影響Fig.3 Effects of nitrogen on the antioxidant enzyme activities of T. repens under Cd stress

2.4氮素對(duì)鎘脅迫下白三葉草鎘積累的影響

由表2可知, 與單獨(dú)鎘處理(T1)相比, 鎘脅迫下增施氮處理(T3)植株地上部鎘含量和根系鎘含量分別增加了53.03%和74.17%, 而土壤鎘含量降低了6.17%。說明氮素能提高白三葉草對(duì)Cd的吸收。

此外, T3處理白三葉草的地上部轉(zhuǎn)移系數(shù)和根系轉(zhuǎn)移系數(shù)分別比T1處理植株增加了80.00%和100.00%(表2)。說明氮素能輔助鎘在植物體內(nèi)的遷移, 從而提高白三葉草對(duì)Cd的富集能力, 促進(jìn)植物對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)。

表2 氮素對(duì)鎘脅迫下白三葉草鎘積累的影響Table 2 Effects of nitrogen on cadmium accumulation capacity of T. repens under Cd stress

注：表中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。同列中數(shù)值后不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05), 不同大寫字母表示處理間差異極顯著(P<0.01)。

Note：Data in the table are means±SE. Different lowercase letters in the same column indicate significant difference among the treatments (P<0.05); Different capital letters indicate extraordinarily significant difference among treatments (P<0.01).

圖4 氮素對(duì)鎘脅迫下白三葉草GSH和PCs含量的影響Fig.4 Effects of nitrogen on GSH and PCs content of T. repens under Cd stress

2.5氮素對(duì)鎘脅迫下白三葉草GSH和PCs含量的影響

由圖4可知, 單獨(dú)鎘處理顯著影響白三葉草中谷胱甘肽(GSH)及植物絡(luò)合素(PCs)含量(P<0.05)。與對(duì)照相比, 其GSH降低了81.25%, PCs增加了132.30%。說明高濃度鎘脅迫下, 白三葉草以提高自身PCs含量來抵抗鎘的毒害, 而作為PCs合成的底物GSH, 其含量極顯著降低。此外, 鎘脅迫下增施氮處理, 植株的GSH、PCs含量與對(duì)照相比均極顯著增加, 分別增加了193.75%和279.21%。由此說明, 增施氮能促進(jìn)白三葉草GSH的合成, 提高PCs含量, 從而增強(qiáng)植株對(duì)重金屬鎘的解毒能力。

3 討論

土壤中鎘含量過多會(huì)使植物受到毒害, 造成植物生長(zhǎng)緩慢、植株矮小、葉片失綠等[29]。植物吸收過量的鎘會(huì)誘導(dǎo)植株產(chǎn)生過氧化氫類物質(zhì), 破壞抗氧化系統(tǒng)的防御功能, 導(dǎo)致氧化還原失衡, 造成氧化脅迫[30]。本研究表明, 高濃度Cd顯著降低了白三葉草的生長(zhǎng)量、干重、葉綠素含量、抗氧化酶(POD、SOD、CAT)活性, 這與多數(shù)植物受鎘脅迫的毒害情況基本一致[31-32]。

重金屬鎘對(duì)植物造成毒害的同時(shí), 植物也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的解毒機(jī)制。植物合成的含巰基化合物, 如谷胱甘肽(GSH)和植物絡(luò)合素(PCs), 在植物對(duì)重金屬鎘的解毒過程中起到了重要作用[33]。谷胱甘肽通過谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶完成對(duì)有害物質(zhì)的解毒作用, 并將其排出體外[34-37]。植物絡(luò)合素是由以GSH為底物的酶促反應(yīng)合成[38-39]。PCs對(duì)重金屬解毒的機(jī)理是重金屬離子進(jìn)入植物體后, 細(xì)胞內(nèi)的PCs與之結(jié)合形成復(fù)合物, 然后轉(zhuǎn)運(yùn)到特定的細(xì)胞器(主要為液泡), 進(jìn)行區(qū)室化固定, 從而降低重金屬對(duì)植物的毒害[38,40]。因此, 谷胱甘肽和植物絡(luò)合素含量在一定程度上可以反映植物對(duì)鎘的抗性[41]。本研究中, 單獨(dú)鎘處理的PCs含量顯著高于對(duì)照, 而GSH的含量顯著低于對(duì)照。這與Jackon等[42]對(duì)曼陀羅(Daturastramonium)的研究結(jié)果相一致。GSH含量的降低可能是由于大量用于合成PCs造成的。

GSH的生物合成主要通過兩步依賴于ATP的酶催化反應(yīng)完成, 即谷氨酸、半胱氨酸在 γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶(γ-GCS)GSH I催化下生成γ-谷氨酰半胱氨酸；γ-谷氨酰半胱氨酸和甘氨酸在谷胱甘肽合成酶(GS)GSH II 的催化下生成GSH[37]。GSH在植物絡(luò)合素合酶(PCS)的催化下進(jìn)一步合成植物絡(luò)合素。而GSH前體物谷氨酸和甘氨酸的合成需要氮的參與, 因此氮素對(duì)GSH的合成具有重要作用[43]。然而, 氮素(谷氨酸)不僅用于合成GSH, 也參與葉綠素和核酸、蛋白質(zhì)的合成[44-45]。正常情況下, GSH、葉綠素以及核酸、蛋白質(zhì)的合成過程對(duì)N的利用處于一種平衡狀態(tài)。當(dāng)植物受到鎘脅迫時(shí), 氮素不足會(huì)造成以下兩種情況：1)植株大量合成GSH和PCs用于螯合Cd2+, 導(dǎo)致用于合成葉綠素、蛋白質(zhì)的氮素減少, 植株生長(zhǎng)受抑制, 葉片失綠；2)葉綠素、蛋白質(zhì)合成消耗N, GSH和PCs合成受阻, 大量Cd2+抑制植株對(duì)Ca2+、Fe2+、Zn2+等必需元素的吸收, 使蛋白質(zhì)變性, 打破細(xì)胞內(nèi)的氧化還原平衡, 對(duì)植物造成嚴(yán)重的毒害[46-48]。若此時(shí)氮元素供應(yīng)充足, 植物能夠合成足夠的谷氨酸使得GSH、葉綠素和核酸、蛋白質(zhì)的合成均不受影響, 那么植物生長(zhǎng)不會(huì)出現(xiàn)中毒癥狀, 植物細(xì)胞不會(huì)遭受破壞, 即實(shí)現(xiàn)了氮素緩解重金屬鎘對(duì)植物的毒害作用。本試驗(yàn)中, 氮素緩解了Cd對(duì)白三葉草生長(zhǎng)的抑制, 顯著提高了白三葉草對(duì)Cd的富集能力, 植株生長(zhǎng)量、干重、葉綠素含量、抗氧化酶活性基本恢復(fù)到對(duì)照水平, 甚至優(yōu)于對(duì)照。而且, 鎘脅迫下增施氮使植物體內(nèi)GSH和PCs含量均極顯著高于對(duì)照和單獨(dú)鎘處理。這與白瑞霞等[49]、翟晶[50]、張圓圓等[18]以及Gutiérrez-Gamboa等[51]的研究結(jié)果基本一致。然而氮素以何種形態(tài)起作用, 是否能夠緩解其他種類重金屬對(duì)植物造成的毒害, 均有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

重金屬鎘脅迫下, 白三葉草的生長(zhǎng)明顯受抑制, 植株矮小, 葉片失綠, 新陳代謝速率降低, 無法合成足夠的谷胱甘肽, 植株出現(xiàn)中毒癥狀；而在鎘脅迫下增施氮能讓植物各生理指標(biāo)恢復(fù)到對(duì)照水平, 顯著增加谷胱甘肽和植物絡(luò)合素含量, 提高植株抗氧化能力和對(duì)鎘的富集能力。說明氮素在白三葉草的重金屬鎘解毒機(jī)制中具有重要作用, 能夠緩解鎘對(duì)植株的毒害, 提高植株對(duì)鎘的富集能力, 這為白三葉草的生產(chǎn)應(yīng)用提供了理論參考, 為城市園林綠化及Cd污染土壤的修復(fù)提供了理論依據(jù)。

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Effectofnitrogensupplementationongrowthofwhitecloverundercadmiumstressandalleviationofcadmiumtoxicity

DONG Ji-Fei, ZHANG Fan*, HU Yu-Han, LI Jun-Cheng, LI Wei, WANG Xian-Shu

CollegeofLandscapeArchitecture,SichuanAgriculturalUniversity,Chengdu611130,China

We investigated the effect of exogenous nitrogen on the growth of white clover (Trifoliumrepens) under cadmium stress and on Cd toxicity. White clover plants grown in pots were treated with N and/or Cd, and their growth, biomass, chlorophyll content, antioxidant enzyme activity, Cd content, glutathione (GSH) content, and phytochelatins content were determined. Treatment with Cd significantly inhibited the growth and decreased the chlorophyll content of white clover. However, applications of both Cd and N to the soil promoted white clover biomass and chlorophyll content, as compared with the control. The addition of N under Cd stress enhanced plant growth and chlorophyll content, and increased the activities of peroxidase, superoxide dismutase, and catalase, as well as increasing the Cd content. Treatment with Cd alone increased the phytochelatins content and significantly reduced the GSH content. Treatment with N increased the GSH and phytochelatins contents under Cd stress. These results indicated that exogenous N can effectively alleviate Cd toxicity to white clover.

cadmium stress; nitrogen,Trifoliumrepens; growth; GSH; PCs; detoxification

10.11686/cyxb2016461

http://cyxb.lzu.edu.cn

董姬妃, 張帆, 胡雨寒, 李俊承, 李維, 王嫻淑. 鎘脅迫下增施氮對(duì)白三葉草生長(zhǎng)的影響和鎘毒害的緩解效應(yīng)研究. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2017, 26(9): 83-91.

DONG Ji-Fei, ZHANG Fan, HU Yu-Han, LI Jun-Cheng, LI Wei, WANG Xian-Shu. Effect of nitrogen supplementation on growth of white clover under cadmium stress and alleviation of cadmium toxicity. Acta Prataculturae Sinica, 2017, 26(9): 83-91.

2016-12-08；改回日期：2017-02-11

國(guó)家自然科學(xué)

基金項(xiàng)目(31300514)，四川省“十三五”科技攻關(guān)項(xiàng)目林木新品種選育(2016YZGG)和四川農(nóng)業(yè)大學(xué)科研興趣培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目(04054487)資助。

董姬妃(1992-)，女，浙江臺(tái)州人，在讀碩士。E-mail：15608037874@163.com*通信作者Corresponding author. E-mail：nolady@163.com