羅彩云 王建武
(榆林學(xué)院/陜西省陜北礦區(qū)生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 榆林 719000)
重金屬是嚴(yán)重影響外界環(huán)境的主要污染因子之一,其中以鎘(Cd)污染最為嚴(yán)重。據(jù)報(bào)道,我國農(nóng)業(yè)土壤的Cd位點(diǎn)污染率已達(dá)到7%,Cd已成為我國土壤重金屬污染的首要污染物[1]。前人嘗試應(yīng)用多種物理和化學(xué)方法修復(fù)Cd污染土壤,但這些方法普遍存在價格昂貴、對土壤損傷較大、抑制農(nóng)作物生長等問題[2]。植物修復(fù)技術(shù)因具有花費(fèi)少、效果好、對土壤無損害等特性[3-4],已成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)之一。
研究表明,植物修復(fù)土壤Cd污染的主要途徑是將一定量的Cd從地下部位吸收轉(zhuǎn)移至地上部位,從而降低土壤中Cd含量。不同植物品種的吸收能力存在差異,且植物生長時期、Cd脅迫時間、土壤重金屬含量、土壤pH值等對植物Cd的吸收和分布均有顯著影響[5-6]。Cd對植物主要的毒害作用表現(xiàn)為葉片枯萎、生長抑制、呼吸作用和氮代謝紊亂、抑制光合作用、影響水分和礦質(zhì)元素吸收等,同時導(dǎo)致活性氧(reactive oxygen species, ROS)含量上升而誘導(dǎo)氧化脅迫,繼而造成膜脂質(zhì)過氧化、蛋白氧化、酶活降低、核酸降解等[7-8]。為緩解ROS誘導(dǎo)的氧化脅迫,植物將會發(fā)揮多種抗氧化酶,如超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、抗壞血酸過氧化物酶(ascorbate peroxidase,APX)、過氧化氫酶(catalase,CAT)等,以及抗氧化劑[如抗壞血酸(ascorbic acid,AsA)、還原型谷胱甘肽(reduced glutathione,GSH)、類胡蘿卜素(carotenoid)等]的作用,以清除過量ROS[9]。此外,非蛋白硫醇(non-protein thiol,NPT)和植物螯合素(phytochelatins,PCs)的螯合作用,以及細(xì)胞壁固定作用和液泡的區(qū)室化作用對降低Cd對植物的毒害效應(yīng)亦具有重要意義[10-11]。
目前已報(bào)道的Cd超積累植物包括三葉鬼針草、龍葵、東南景天等草本植物,但其生物量較小,對生長環(huán)境要求較高,富集程度較低,對土壤重金屬修復(fù)效果有限[12-14]。因此,篩選出生物量大,且對Cd具有一定積累、富集能力的木本植物已成為研究熱點(diǎn)[15]。前期研究發(fā)現(xiàn),榆林山桃樹對陜北麻黃梁礦區(qū)土壤中的Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、As等重金屬污染物具有一定修復(fù)效應(yīng),尤其對Cd吸附能力較強(qiáng),可使土壤中Cd含量降低62.61%。然而,其生理機(jī)制尚不清晰。因此,本研究以一年齡的山桃樹為試驗(yàn)材料,探討不同Cd脅迫時間對山桃幼苗光合作用、氧化還原水平、內(nèi)源硫代謝物含量等的影響,以及Cd在山桃體內(nèi)的分布情況,以期揭示山桃抗Cd脅迫的作用機(jī)理,為山桃在土壤重金屬污染修復(fù)中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。
供試苗木為一年生實(shí)生山桃苗(Amygdalusdavidiana),購自河北定州市誠信苗圃場。
供試土壤為沙壤土,基本理化性質(zhì)為pH值6.12、有機(jī)質(zhì)24.29 g·kg-1、全氮1.24 g·kg-1、堿解氮131.04 mg·kg-1、有效磷16.58 mg·kg-1、速效鉀158.36 mg·kg-1,土壤Cd含量為0.018 mg·kg-1。
采用盆栽試驗(yàn),將山桃苗根系土壤沖洗干凈(盡量避免根系損傷),移栽至裝有5 kg園土的花盆(38 cm×31 cm×13 cm)中,每盆種植1株苗,澆施足量水以后,進(jìn)行常規(guī)管理。為獲得足夠的測試樣本,對照(CK)和Cd處理分別種植80株,種植培養(yǎng)條件一致。待苗木全部恢復(fù)生長后進(jìn)行Cd脅迫處理。各處理均重復(fù)3次。
前期預(yù)試驗(yàn)篩選得到Cd2+處理最優(yōu)濃度為10.0 mg·kg-1土壤。稱取適量的CdCl2·2.5H2O(分析純,上海邁瑞爾化學(xué)技術(shù)有限公司)配置成10.0 mg·L-1濃度的溶液,每盆植株澆施500 mL處理液,以未添加Cd處理的山桃幼苗為對照(CK)。于處理1、15、30、90 d后分別收集各時期的CK和處理組的山桃幼苗葉片,每株植物取葉片2~3片。輕輕刨開山桃幼苗,收集整個植株的根系,先用自來水沖洗干凈,然后將根浸入10 mmol·L-1EDTA-Na2溶液中交換20 min,將根系表面吸附的Cd去除,再去離子水沖洗次3次,吸水紙吸干根部表面水分,用于組織及亞細(xì)胞Cd含量的測定。Cd處理后的培養(yǎng)過程,用等量去離子水進(jìn)行養(yǎng)護(hù),以維持山桃生長所需,同時注意防止雨水污染。
丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量測定:參照張志良等[16]的方法。稱取0.5 g山桃葉片組織,加入10 mL 0.5%(m/v)三氯乙酸進(jìn)行充分研磨,將研磨液倒入10 mL離心管中,3 000×g離心10 min,取2 mL上清液與2 mL 0.67%(m/v)硫代巴比妥酸(thiobarbituric acid,TBA)充分混勻后,100℃水浴鍋中反應(yīng)30 min,于冰上迅速冷卻,3 000×g離心10 min,取上清液,利用紫外分光光度計(jì)在450、532和600 nm波長處測定吸光度值。按照公式分別計(jì)算測定液中MDA濃度(CMDA,μmol·L-1)和提取液中MDA濃度(μmol·mL-1):
CMDA=6.45(A532-A600)-0.56A450
(1)
式中,A450:450nm波長下的吸光度值;A532:532 nm波長下的吸光度值;A600:600 nm波長下的吸光度值。
提取液中MDA濃度=CMDA×反應(yīng)液體積/1 000×測定時提取液用量
(2)。
按照公式計(jì)算樣品中MDA含量(μmol·g-1FW):
MDA含量=提取液中MDA濃度×提取液總量/植物組織鮮重
(3)。
1.3.2 葉片光合作用和葉綠素含量測定 選取充分伸展的山桃最上端葉片,利用LI-6400XT便攜式光合測定儀(LI-COR 公司,美國)測定凈光合速率(net photosynthetic rate, Pn, mmol CO2·m-2·s-1)、蒸騰速率(transpiration rate, Tr, mmol·m-2·s-1)、氣孔導(dǎo)度(stomatal conductance, Gs, mol·m-2·s-1)、胞間CO2濃度(intercellular CO2concentration, Ci, mol·mol-1),選用紅藍(lán)光源,光強(qiáng)為1 000 μmol·m-2·s-1。葉室溫度約25℃,每次測定時間為10:00-14:00。
參照文獻(xiàn)[15]的方法進(jìn)行山桃幼苗葉片葉綠素的提取和測定:稱取0.2 g山桃葉片于研缽中,加入適量石英砂、碳酸鈣粉和2~3 mL 95%乙醇,研磨成勻漿,然后加入9~10 mL 95%乙醇,繼續(xù)研磨至組織變白,靜置3~5 min,過濾至25 mL棕色容量瓶中,用乙醇潤洗殘?jiān)?2~3次,并過濾。用95%乙醇沖洗漏斗中的殘?jiān)翢o色,加乙醇于容量瓶中,定容至25 mL。搖勻后,以95%乙醇為空白對照,測定其在663和645 nm波長下的吸光度值。按照公式分別計(jì)算葉綠素a(Cchla,mg·g-1FW)、葉綠素b(Cchlb,mg·g-1FW)含量:
Cchla=A ×提取液體積(mL)/組織鮮重(g)
(4)
Cchlb=B×提取液體積(mL)/組織鮮重(g)
(5)
式中,A=12.72OD663-2.69OD645;B=22.88OD645-4.68OD663。
1.3.3 葉片礦質(zhì)元素含量測定 取新鮮葉片用雙蒸水沖洗干凈,110℃殺青1 h,70℃烘干至恒重,用研缽將干葉研成粉末。準(zhǔn)確稱取0.5 g葉片粉末,加入5 mL HNO3-H2SO4-HClO4消解完全[17],定容至25 mL,利用 OPTIMA 2000A ICP-OES電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(美國 PerkinElmer公司)測定樣品中Mg、Cu、Fe、Mn的含量。
1.3.4 抗氧化酶活性和抗氧化物質(zhì)含量測定 參照趙秀峰等[18]的方法測定山桃幼苗葉片SOD、CAT、POD活性;參照徐瑩[19]的方法測定谷光甘肽還原酶(glutathione reductase,GR)活性;參照Anderson[20]的方法測定GSH含量;參照張志良等[16]的方法測定AsA含量。
1.3.5 硫代謝相關(guān)酶活性和代謝物含量的測定 參照Khan等[21]的方法測定ATP硫酸化酶(ATP sulfurylase, ATP-S)活性;參照Giatonde[22]的方法測定半胱氨酸(cysteine,Cys)含量;參照Zhang等[23]的方法測定非蛋白硫醇(non-protein thiol,NPT)和植物螯合素含量(phytochelatins,PCs)。
1.3.6 Cd在植物組織的含量和亞細(xì)胞分布 分別收集脅迫處理后的山桃葉片、根,稱量鮮重,測量長度,110℃殺青1 h,70℃烘干至恒重,稱量干重。干樣用HNO3-HClO4(4∶1,v/v)消煮(160℃)至澄清,定容后,利用iCETM3300 AAS原子吸收分光光度計(jì)(美國Thermo Scientific公司)測定各組織中Cd含量。
采用差速離心法分離不同的亞細(xì)胞組分:稱取0.2 g山桃葉片或根于預(yù)冷的研缽中,加入10 mL預(yù)冷的提取緩沖液[250 mmol·L-1蔗糖、50 mmol·L-1Tris-HCl (pH值7.5)和10 mmol·L-1二硫蘇糖醇],研磨至勻漿,300 r·min-1離心10 min,沉淀即為細(xì)胞壁組分(F1),取上清液于2 000 r·min-1離心15 min,沉淀為細(xì)胞核與葉綠體部分(F2),上清液于10 000×g離心20 min,沉淀為線粒體部分(F3),上清液即為含有液泡的可溶性組分(F4)。F2與F3合為細(xì)胞器組分。將提取出的各組分進(jìn)行微波消解,利用原子吸收法測定Cd含量,消解液組成為5 mL HNO3和1 mL H2O2,消解后利用iCETM3300 AAS原子吸收分光光度計(jì)(美國Thermo Scientific公司)測定Cd含量,其中F4組分直接上機(jī)測定[24]。
所得數(shù)據(jù)為相對每個時期的對照水平的相對值。采用SPSS 18.0對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,各處理間數(shù)據(jù)采用方差分析,顯著性差異水平為P<0.05。
山桃幼苗葉片葉綠素a、葉綠素b含量隨著Cd處理時間的延長整體均呈降低的趨勢,但15和30 d間無顯著差異。葉綠素a/b隨著Cd處理時間的延長呈先升高后降低的趨勢,表明在15 d前,Cd處理對葉綠素b的影響大于葉綠素a,15 d后,Cd處理對葉綠素a的影響較大。山桃幼苗葉片Pn隨著處理時間的延長呈顯著下降的趨勢。結(jié)果表明,Cd處理可使山桃幼苗光合作用受到抑制。
Mg、Fe、Cu、Mn在光合電子傳遞鏈中和葉綠素的形成起著重要的作用,缺乏任何一種元素都會對植物的光合作用造成較大影響。由表2可知,Mg和Mn在Cd處理后1 d較CK分別顯著下降33.63%和43.94%,在處理后15、30 d的下降趨勢均較為平緩,90 d后下降速度加快。Cu和Fe含量在Cd處理后均顯著上升,其中Cd處理后1 d的含量均急劇增加,而在Cd處理后15、30和90 d上升幅度均趨于平緩。推測Cd處理誘導(dǎo)的山桃幼苗光合抑制和葉綠素含量降低與山桃對Mg、Mn的吸收受到抑制有關(guān)。
表1 Cd處理時間對山桃幼苗葉片氧化脅迫和光合作用的影響Table 1 Effects of Cd treatments time on oxidative stress and photosynthesis in Amygdalus davidiana seedlings
注:同行不同小寫字母表示各處理時間間差異顯著(P<0.05)。下同。
Note:Different lowercase letters in the same line indicate significant difference among treatment time at 0.05 level. The same as following.
表2 Cd處理時間對山桃幼苗葉片礦質(zhì)元素含量的影響Table 2 Effect of Cd treatment time on mineral content in leaves of Amygdalus davidiana seedlings
由表3可知,SOD和CAT活性在Cd處理后1 d急劇上升,在處理后15 d進(jìn)一步得到提升,在處理后30 d,二者活性均明顯下降,但仍高于CK。POD活性在Cd處理后15 d前雖有所上升,但與CK間無顯著差異,在Cd處理15 d后,其活性顯著提升,其中Cd處理90 d的POD活性較CK顯著提升2.73倍。GR活性隨著Cd處理時間的延長而顯著增強(qiáng)。Cd脅迫下,山桃幼苗葉片中抗氧化物質(zhì)AsA和GSH含量隨著Cd處理時間的延長均顯著增加,在Cd處理后15~30 d二者的增幅度變緩,在Cd處理后30~90 d時AsA與GSH含量的增幅均有所提升。結(jié)果表明,在山桃幼苗葉片中,不同抗氧化保護(hù)酶和抗氧化物質(zhì)在各Cd處理時期所起的作用存在差異,處理前期(15 d前)以SOD、CAT和GR為主,而后期主要發(fā)揮POD和GR的功能,抗氧化物質(zhì)AsA和GSH在整個Cd脅迫響應(yīng)過程中均發(fā)揮了重要作用,以維持山桃幼苗葉片中ROS水平的穩(wěn)定。
ATP-S是植物體內(nèi)硫同化過程中的關(guān)鍵酶,Cys是植物體內(nèi)硫醇化合物合成的基礎(chǔ)成分。由表4可知,山桃幼苗中ATP-S活性和Cys含量在Cd處理后1~90 d之間均顯著上升,尤其是在處理后1 d內(nèi),ATP-S活性和Cys含量較CK分別增加1.12倍、1.04倍,Cd處理后30 d增幅有所減緩,但與CK間均存在顯著差異。結(jié)果表明,Cd處理可以顯著提升山桃幼苗葉片硫同化代謝。對山桃幼苗葉片中重金屬螯合劑NPT和PCs而言, 二者含量在Cd處理15 d前,與CK間均無顯著差異;在Cd處理30 d后,其含量均顯著上升;在處理后90 d,NPT和PCs含量分別是CK的1.96倍和2.43倍。結(jié)果表明,在山桃幼苗葉片中,NPT和PCs在Cd處理后期才發(fā)揮其功能,以緩解Cd毒害。
由表5可知,山桃幼苗根和葉片的組織、亞細(xì)胞中的Cd含量隨著Cd處理時間的延長均呈顯著上升的趨勢,且根中的Cd含量大于葉片,說明根系對Cd的吸收積累能力強(qiáng)于葉片。進(jìn)一步分析Cd在山桃幼苗體內(nèi)亞細(xì)胞分布情況發(fā)現(xiàn),根細(xì)胞壁的Cd含量最多,其次是含有液泡的可溶性組分,細(xì)胞器組分中的Cd含量最低。葉片中Cd主要分布在含有液泡的可溶性組分中,細(xì)胞壁中Cd含量也較高。在葉片與根的3個亞細(xì)胞組分中,Cd含量均隨著Cd處理時間的延長而增加。綜上,細(xì)胞壁和液泡是山桃幼苗富集Cd的主要部位。
表3 Cd處理時間對山桃幼苗葉片抗氧化保護(hù)酶相對活性與抗氧化物質(zhì)相對含量的影響Table 3 Effects of Cd treatment time course on relative activity of antioxidant enzymes and relative content of antioxidants in leaves of Amygdalus davidiana seedlings
表4 Cd處理時間對山桃幼苗葉片硫代謝的影響Table 4 Effect of Cd treatment time course on S-metabolism in Amygdalus davidiana seedlings
根據(jù)逆境脅迫的強(qiáng)度和持續(xù)時間,可將植物響應(yīng)逆境脅迫過程分為四個階段[25]:1)起始預(yù)警階段:該階段會導(dǎo)致植物的快速應(yīng)激反應(yīng),使植物的抗逆能力下降;2)適應(yīng)階段:該階段會持續(xù)數(shù)天,植物會發(fā)生各種生理生化代謝反應(yīng),以建立一個新的內(nèi)穩(wěn)態(tài)系統(tǒng);3)維持期:新建立的內(nèi)穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)在該階段會維持在一個較穩(wěn)定的水平;4)植物由于長時間的逆境脅迫,將導(dǎo)致建立的新的內(nèi)穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)紊亂,從而進(jìn)入衰退期。每一個階段對應(yīng)植物不同的生理響應(yīng)機(jī)制。
植物在逆境脅迫下維持葉片葉綠素含量的穩(wěn)定,對維持植株正常的光合作用和提升植株抗逆能力至關(guān)重要,其中葉片中葉綠素a/b值的變化是關(guān)鍵。葉綠素a/b值越高,表明葉綠素a分子被光能激發(fā)的越多,由于葉綠素a對遠(yuǎn)紅光的吸收可直接參與光化學(xué)反應(yīng),因此葉綠素a/b值越高,植株光合效率越高。葉綠素b主要吸收藍(lán)紫光,作為天線色素之一對植物的光合作用亦起著至關(guān)重要的作用[28]。研究發(fā)現(xiàn),Cd脅迫下的楊樹、樟樹葉片葉綠素a、葉綠素b和葉綠素a/b值顯著降低[15, 29-31],這與本研究結(jié)果不同。這是因?yàn)樯鲜鰣?bào)道均是研究不同Cd處理濃度對不同植物品種的生理影響,未研究不同Cd脅迫時期對植物光和色素的影響。本研究中,Cd脅迫可導(dǎo)致山桃幼苗葉片葉綠素a和葉綠素b含量顯著降低,而葉綠素a/b值隨著Cd處理時間的延長呈先升高后降低的趨勢,表明Cd處理前期對山桃幼苗葉綠素b合成的抑制作用大于葉綠素a,抑制了山桃幼苗對藍(lán)紫光的吸收;后期主要影響葉綠素a的合成,抑制山桃幼苗對遠(yuǎn)紅光的吸收,最終導(dǎo)致光合作用受到抑制,光合速率降低。
表5 Cd脅迫下山桃幼苗組織和亞細(xì)胞中Cd分布情況Table 1 The tissue and subcellular distribution of Cd in Amygdalus davidiana seedlings under Cd stress
注:同列不同小寫字母表示同一器官不同處理時間間差異顯著(P<0.05)。
Note: Different lowercase letters in the same column indicate significant difference among different treatment time with the same organ at 0.05 level.
目前,關(guān)于Cd誘導(dǎo)葉綠素含量降低的機(jī)理主要存在2種爭議,一是認(rèn)為Cd脅迫影響植物對Fe、Mg、Mn、Cu等礦質(zhì)元素的吸收,間接抑制了葉綠素的生物合成而使葉片失綠;另一種則認(rèn)為Cd脅迫誘導(dǎo)葉綠體合成抑制而間接導(dǎo)致失綠癥[31]。本研究發(fā)現(xiàn)在Cd脅迫下的山桃幼苗葉片中Fe、Cu含量均顯著上升,而Mg和Mn含量顯著降低。Mg是葉綠素a和葉綠素b中卟啉環(huán)的重要組成部分,Mn是葉綠素合成的酶促反應(yīng)輔助因子,說明Cd脅迫誘導(dǎo)的葉綠素含量降低不是由Fe、Cu引起的,而與Mn和Mg的吸收受抑制有關(guān)。Mn不僅參與葉綠素的合成,還是放氧復(fù)合體(oxygen-releasing complex,OEC)的重要組成部分,而OEC是光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)的最主要結(jié)構(gòu)單元,Mn聚集體的破壞會抑制H2O的光解,導(dǎo)致電子傳遞受阻,PSII氧化端的電子供給不足,影響光能與電能之間的轉(zhuǎn)換,最終導(dǎo)致光合作用受限[18, 31]。因此,本研究中山桃幼苗葉片中Mg和Mn含量的降低是光合速率降低的主要原因。這與Cd處理導(dǎo)致楊樹對Mn2+吸收受到抑制,從而影響楊樹葉片葉綠素合成,脅迫使PSⅡ反應(yīng)中心氧化端出現(xiàn)電子傳遞障礙的研究結(jié)果一致[31]。
抗氧化酶促反應(yīng)(SOD、CAT、POD等)和抗氧化物質(zhì)非酶促反應(yīng)(AsA、GSH等)是清除逆境脅迫誘導(dǎo)植物產(chǎn)生過量ROS的兩種主要方式,但抗氧化酶活性和抗氧化物質(zhì)含量隨植物物種、逆境脅迫種類、脅迫濃度和時間的變化而不同[26]。研究發(fā)現(xiàn),SOD、CAT、POD活性的提高是一種應(yīng)急解Cd毒措施,以免植物遭受ROS誘導(dǎo)的氧化脅迫,但其調(diào)節(jié)Cd毒害的能力有限,高濃度Cd環(huán)境或者長時間Cd脅迫會使這些抗氧化酶活性和抗氧化物質(zhì)含量顯著降低[15]。本研究中,在Cd處理1和15 d后,山桃幼苗葉片SOD、CAT活性均顯著上升,在Cd處理30和90 d則降低,POD活性在Cd處理15 d前呈上升趨勢,但與CK間無差異顯著,而在Cd處理15 d后顯著上升,表明SOD、CAT在山桃幼苗響應(yīng)前期Cd脅迫中起主要作用,而在Cd處理30 d后POD發(fā)揮重要作用。此外,GSH-AsA循環(huán)在小白菜抵抗Cd誘導(dǎo)產(chǎn)生的ROS而引發(fā)的氧化脅迫過程中具有重要作用,而GR是催化GSH-AsA循環(huán)的關(guān)鍵酶,其活性在Cd處理后的小白菜幼苗中顯著上升,從而促進(jìn)了基于GSH-AsA循環(huán)的ROS清除系統(tǒng)功能[32],這與本研究結(jié)果一致。
植物體內(nèi)NPT、PCs等硫醇類化合物可與重金屬Cd進(jìn)行螯合,然后將其轉(zhuǎn)運(yùn)至液泡中,從而降低Cd對植物的傷害,因此NPT、PCs在解Cd毒過程中發(fā)揮著重要作用[33]。研究表明,NPT和PCs含量在Cd、Pb、Zn等脅迫后的植物體內(nèi)顯著上升[33],這與本研究結(jié)果不同。本研究中,ATP-S和Cys含量在Cd處理后顯著上升,硫醇代謝物NPT和PCs含量在Cd處理前期變化不顯著,在處理30 d后顯著上升,但GSH在Cd處理后的山桃幼苗葉片中顯著上升。推測在Cd處理早期(15 d前),山桃幼苗葉片中的硫同化過程主要以合成GSH為主,而在Cd處理30 d后,需要發(fā)揮NPT、PCs和GSH的功能,以緩解長期Cd處理對山桃幼苗造成的傷害。
細(xì)胞壁的草酸氧化酶、果膠、半纖維素可以與Cd2+結(jié)合,構(gòu)成植物重金屬防御的第一道屏障[24]。本研究發(fā)現(xiàn)山桃幼苗根中Cd含量顯著大于葉片,表明根是山桃幼苗吸附Cd的主要部位。亞細(xì)胞分布情況表明,根中Cd主要富集在細(xì)胞壁中,液泡的區(qū)室化作用也發(fā)揮了重要功能,而在葉片中,Cd主要富集在液泡中,尤其是在Cd處理30 d后,液泡中的Cd含量極顯著增加。這與Cd處理后期葉片中NPT、PCs含量的變化趨勢,以及Cd在水稻幼苗體內(nèi)分布的結(jié)果一致[24],表明細(xì)胞壁吸附和液泡的區(qū)室化作用在山桃幼苗的響應(yīng)Cd脅迫過程中起著重要作用。
本研究結(jié)果表明,Cd脅迫導(dǎo)致山桃幼苗葉片ROS水平上升,并影響植株對Mn、Mg離子的吸收,導(dǎo)致葉綠素合成受限,從而影響其光合作用。山桃幼苗Cd脅迫響應(yīng)前期(15 d),主要以抗氧化酶(SOD、CAT)和抗氧化物質(zhì)(GSH、AsA)的作用,清除Cd脅迫誘導(dǎo)產(chǎn)生的過量ROS。而在Cd處理后期,主要發(fā)揮抗氧化酶POD和抗氧化物質(zhì)(GSH、AsA)的ROS清除功能,同時NPT、PCs與Cd的螯合作用,可促進(jìn)Cd向液泡中轉(zhuǎn)運(yùn),從而降低Cd對植株的毒害。本研究首次研究了不同Cd處理時期下的山桃幼苗響應(yīng)Cd脅迫的生理特征,對山桃作為潛在的重金屬植物修復(fù)材料具有重要的理論指導(dǎo)意義。但對其中的生理機(jī)制還需從分子水平作進(jìn)一步的科學(xué)驗(yàn)證。