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(guó)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(guó)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(jià)格昂貴、對(duì)土壤損傷較大、抑制農(nóng)作物生長(zhǎng)等問題[2]。植物修復(fù)技術(shù)因具有花費(fèi)少、效果好、對(duì)土壤無(wú)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(zhǎng)時(shí)期、Cd脅迫時(shí)間、土壤重金屬含量、土壤pH值等對(duì)植物Cd的吸收和分布均有顯著影響[5-6]。Cd對(duì)植物主要的毒害作用表現(xiàn)為葉片枯萎、生長(zhǎng)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(shí)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(huì)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(duì)降低Cd對(duì)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(duì)生長(zhǎng)環(huán)境要求較高，富集程度較低，對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(shí)間對(duì)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)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試苗木為一年生實(shí)生山桃苗(Amygdalusdavidiana)，購(gòu)自河北定州市誠(chéng)信苗圃場(chǎng)。

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。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

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(cè)試樣本，對(duì)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(zhǎng)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(duì)照(CK)。于處理1、15、30、90 d后分別收集各時(shí)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(gè)植株的根系，先用自來(lái)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(cè)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(zhǎng)所需，同時(shí)注意防止雨水污染。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量測(cè)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(zhǎng)處測(cè)定吸光度值。按照公式分別計(jì)算測(cè)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(zhǎng)下的吸光度值；A532：532 nm波長(zhǎng)下的吸光度值；A600：600 nm波長(zhǎng)下的吸光度值。

提取液中MDA濃度=CMDA×反應(yīng)液體積/1 000×測(cè)定時(shí)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(cè)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(cè)定儀(LI-COR 公司，美國(guó))測(cè)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(cè)定時(shí)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(cè)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(rùn)洗殘?jiān)?2～3次，并過濾。用95%乙醇沖洗漏斗中的殘?jiān)翢o(wú)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(duì)照，測(cè)定其在663和645 nm波長(zhǎng)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(cè)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(guó) PerkinElmer公司)測(cè)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(cè)定 參照趙秀峰等[18]的方法測(cè)定山桃幼苗葉片SOD、CAT、POD活性；參照徐瑩[19]的方法測(cè)定谷光甘肽還原酶(glutathione reductase，GR)活性；參照Anderson[20]的方法測(cè)定GSH含量；參照張志良等[16]的方法測(cè)定AsA含量。

1.3.5 硫代謝相關(guān)酶活性和代謝物含量的測(cè)定 參照Khan等[21]的方法測(cè)定ATP硫酸化酶(ATP sulfurylase, ATP-S)活性；參照Giatonde[22]的方法測(cè)定半胱氨酸(cysteine，Cys)含量；參照Z(yǔ)hang等[23]的方法測(cè)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(cè)量長(zhǎng)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(guó)Thermo Scientific公司)測(cè)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(cè)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(guó)Thermo Scientific公司)測(cè)定Cd含量，其中F4組分直接上機(jī)測(cè)定[24]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

所得數(shù)據(jù)為相對(duì)每個(gè)時(shí)期的對(duì)照水平的相對(duì)值。采用SPSS 18.0對(duì)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。

2 結(jié)果與分析

2.1 Cd處理時(shí)間對(duì)山桃幼苗氧化脅迫和光合作用的影響

山桃幼苗葉片葉綠素a、葉綠素b含量隨著Cd處理時(shí)間的延長(zhǎng)整體均呈降低的趨勢(shì)，但15和30 d間無(wú)顯著差異。葉綠素a/b隨著Cd處理時(shí)間的延長(zhǎng)呈先升高后降低的趨勢(shì)，表明在15 d前，Cd處理對(duì)葉綠素b的影響大于葉綠素a，15 d后，Cd處理對(duì)葉綠素a的影響較大。山桃幼苗葉片Pn隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)呈顯著下降的趨勢(shì)。結(jié)果表明，Cd處理可使山桃幼苗光合作用受到抑制。

2.2 Cd處理時(shí)間對(duì)山桃幼苗葉片中與光合作用密切相關(guān)的金屬元素含量的影響

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(huì)對(duì)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(shì)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(cè)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(duì)Mg、Mn的吸收受到抑制有關(guān)。

表1 Cd處理時(shí)間對(duì)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(shí)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(shí)間對(duì)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

2.3 Cd處理對(duì)山桃幼苗葉片抗氧化保護(hù)酶活性和抗氧化物質(zhì)含量的影響

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(wú)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(shí)間的延長(zhǎng)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(shí)間的延長(zhǎng)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(shí)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(shí)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(gè)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。

2.4 Cd處理時(shí)間對(duì)山桃幼苗葉片硫代謝的影響

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(duì)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(wú)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。

2.5 山桃幼苗體內(nèi)Cd含量的分布

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(shí)間的延長(zhǎng)均呈顯著上升的趨勢(shì)，且根中的Cd含量大于葉片，說明根系對(duì)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(gè)亞細(xì)胞組分中，Cd含量均隨著Cd處理時(shí)間的延長(zhǎng)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(shí)間對(duì)山桃幼苗葉片抗氧化保護(hù)酶相對(duì)活性與抗氧化物質(zhì)相對(duì)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(shí)間對(duì)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

3 討論

根據(jù)逆境脅迫的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間，可將植物響應(yīng)逆境脅迫過程分為四個(gè)階段[25]：1)起始預(yù)警階段：該階段會(huì)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(huì)持續(xù)數(shù)天，植物會(huì)發(fā)生各種生理生化代謝反應(yīng)，以建立一個(gè)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(huì)維持在一個(gè)較穩(wěn)定的水平；4)植物由于長(zhǎng)時(shí)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(gè)階段對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)不同植物品種的生理影響，未研究不同Cd脅迫時(shí)期對(duì)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(shí)間的延長(zhǎng)呈先升高后降低的趨勢(shì)，表明Cd處理前期對(duì)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(duì)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(duì)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(shí)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(zhēng)議，一是認(rèn)為Cd脅迫影響植物對(duì)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(huì)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(duì)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(shí)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(zhǎng)時(shí)間Cd脅迫會(huì)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(shì)，但與CK間無(wú)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(duì)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(cè)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(zhǎng)期Cd處理對(duì)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(shì)，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。

4 結(jié)論

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(duì)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(shí)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(duì)植株的毒害。本研究首次研究了不同Cd處理時(shí)期下的山桃幼苗響應(yīng)Cd脅迫的生理特征，對(duì)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(duì)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。