彭昌琴 徐玲玲 陳興銀

摘要：采用盆栽方法，用50、100、150、200、250、300 mg/kg這5種濃度的鎘液處理鳳仙花種子，研究叢枝菌根（AM）真菌對鎘脅迫下鳳仙花生理特征的影響。結(jié)果表明，AM真菌能入侵鳳仙花的根部，且接種AM真菌的鳳仙花對不同濃度鎘脅迫的生理響應(yīng)程度不同，隨鎘脅迫濃度的增加，鳳仙花超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）活性均呈先升后降再升的趨勢，過氧化氫酶（CAT）活性呈先降后升的趨勢，丙二醛（MDA）含量總體呈上升趨勢;接種AM真菌時，鳳仙花SOD、POD、CAT活性均在鎘脅迫濃度為300 mg/kg時達到最大，分別為98.84、100.87、31.33 U/（g·min），MDA含量相對最高，為16.84 μmol/g;在200～300 mg/kg較高濃度鎘脅迫處理下，接種AM真菌處理的鳳仙花抗氧化酶活性高于無AM菌處理的，MDA含量低于無AM菌處理的。在鎘脅迫下，鳳仙花與AM真菌共同作用可提高其抗氧化酶活性、降低膜脂過氧化，促進鳳仙花對重金屬鎘的吸收。

關(guān)鍵詞：鎘脅迫;叢枝菌根（AM）;鳳仙花;生理指標;抗氧化酶;MDA含量

中圖分類號： Q945.78;S681.101 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2019）14-0186-03

近年來，我國由于工礦業(yè)與農(nóng)業(yè)等人為活動而導(dǎo)致的土壤環(huán)境污染背景值增高，使得耕地土壤環(huán)境污染問題突出[1]。近期頒布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》顯示，我國南方土壤污染較北方嚴重，且土壤重金屬污染中鎘（Cd）污染程度位居首位，其污染超標率達7%[2]，重金屬鎘污染已嚴重影響植物的正常生長和人類健康[3-4]。土壤中的鎘元素具有極強的生物遷移性，易被植物吸收和積累，還可隨著生物鏈危及人類健康和生存，因此，有關(guān)土壤鎘污染的毒害效應(yīng)已經(jīng)越來越引起人們的關(guān)注[5]，對被重金屬鎘污染的土壤治理問題急待解決。有研究表明，鎘對植物的毒害主要體現(xiàn)在抑制植株生長、影響植物開花、降低植株對逆境的抗性等[6-8]。鳳仙花（Impatiens balsamina L.）為鳳仙花科鳳仙花屬1年生草本花卉，生存力和適應(yīng)性很強。目前，鳳仙花在重金屬脅迫方面的研究多集中在Pb、Cd、Zn方面。有研究發(fā)現(xiàn)，鳳仙花在高濃度Pb、Zn脅迫下生長受到一定影響，但能正常完成生活史，說明鳳仙花對Pb、Zn具有較強的耐性[9]。

叢枝菌根（arbuscular mycorrhizae，AM）真菌是一類可以和陸地上80%以上植物建立共生關(guān)系的微生物，可增強植物對土壤中養(yǎng)分尤其是難移動養(yǎng)分的吸收[10-12]。Feng等研究表明，接種AM真菌可促進玉米生長，增加玉米植株對磷的吸收，使根可溶性糖含量提高[13];接種AM真菌的棉花其耐鹽能力得到一定程度增強[14]。目前，接種AM真菌對鎘脅迫下鳳仙花生理抗性的研究鮮見報道。本試驗以鳳仙花為材料，探究接種AM真菌對鎘脅迫下鳳仙花生理指標的影響，為重金屬污染的植物修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

鳳仙花種子，購買于山東臨沂沃術(shù)花卉園;供試土壤，購買于江蘇徐州江園園藝綠植之家;氯化鎘（CdCl2·2.5H2O），分析純，購買于貴陽市賽蘭博生物試劑公司。AM菌種為摩西球囊霉，由貴州大學(xué)生理實驗室提供。

1.2 試驗方法

試驗在貴州大學(xué)生物技術(shù)實驗室進行，試驗時間為3—6月，采用盆栽方法。挑選大小一致的鳳仙花種子，用0.5%高錳酸鉀消毒3～5 min，蒸餾水反復(fù)沖洗干凈;取口徑為21 cm的塑料盆，放置于托盤上以防止鎘溶液滲出，盆內(nèi)鋪上1層濾紙，向每個盆中放入500 g等量基質(zhì)，基質(zhì)由經(jīng)高溫滅菌、尼龍篩過篩的營養(yǎng)土分別與滅菌（無AM真菌）、不滅菌的AM菌劑土按比例10 ∶ 1混勻制成;將等量、濃度分別為50、100、150、200、250、300 mg/kg的Cd2+溶液加入塑料盆中，以加入等量蒸餾水為空白對照;將鳳仙花種子播種在土壤里，每盆20粒，重復(fù)3次;用少許土掩蓋種子以促進發(fā)芽，每隔1～2 d澆1次等量的蒸餾水。

1.3 AM侵染的檢測

鳳仙花培養(yǎng)3個月，用蒸餾水將鳳仙花根部清洗干凈，置于離心管中;向離心管中加入10% NaOH溶液，水浴鍋中 90 ℃ 水浴6～10 min;用蒸餾水清洗5～6次，再向離心管中加入30% H2O2溶液，水浴加熱直至根部完全漂白;蒸餾水沖洗干凈，用寶品紅染色5 min，再清洗干凈，并制成臨時玻片，在OLYPUS光學(xué)顯微鏡下觀察并拍照，考察菌根侵染情況。

1.4 生理指標的測定

超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）活性分別采用氮藍四唑（NBT）光化還原法、愈創(chuàng)木酚法、紫外吸收法測定[15-17];丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法測定[15]。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采樣Excel 2010軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計處理，采用Adobe Photoshop軟件對圖片進行裁剪。

2 結(jié)果與分析

2.1 AM真菌在鳳仙花根部的形態(tài)

AM真菌容易從比較幼嫩的根部侵入植物體內(nèi)，尤其是根冠及根尖分生區(qū)，也有從根毛區(qū)侵入的。由圖1可知，沒有接種AM真菌的鳳仙花根部細胞排列緊密，且細胞內(nèi)沒有囊泡、叢枝結(jié)構(gòu)等存在（圖1-A）;接種AM真菌初期，AM真菌開始萌發(fā)，在鳳仙花根部形成泡囊結(jié)構(gòu)（圖1-B），后繼續(xù)萌發(fā)成菌絲，形成叢枝結(jié)構(gòu)（圖1-C），這也說明真菌已入侵到鳳仙花根部內(nèi)。

2.2 AM真菌對鎘脅迫下鳳仙花抗氧化酶活性的影響

2.2.1 SOD活性 SOD是生物體中清除氧自由基的重要酶之一，可保護生物膜、防止生物膜脂過氧化，其活性大小與逆境生長下植物的抗逆性強弱密切相關(guān)[18]。由圖2可知，無AM真菌處理下，隨鎘溶液濃度的增加，鳳仙花SOD活性呈先降后升的趨勢，50 mg/kg鎘脅迫時鳳仙花的SOD活性相對最小，為30.22 U/（g·min），300 mg/kg鎘脅迫時達到最大，為98.84 U/（g·min）;接種AM真菌處理時，隨使用鎘濃度的增加，鳳仙花SOD活性呈先升后降再升的趨勢，鎘濃度為0 mg/kg （CK）處理時相對最小，為33.83 U/（g·min），300 mg/kg 鎘脅迫時達到最大，為113.50 U/（g·min）;接種AM真菌處理的鳳仙花SOD活性整體高于無菌處理的，說明接種AM真菌可提高鳳仙花的SOD活性。

2.2.2 POD活性 POD的作用主要是將過氧化氫分解成H2O等物質(zhì)，以減輕過氧化氫對植物體的傷害，POD活性應(yīng)激性變化可反映逆境脅迫下植物受傷害的程度[19]。由圖3可知，無AM真菌處理下，0、50、100、150、200、250、300 mg/kg鎘脅迫處理的鳳仙花的POD活性分別為28.93、35.40、35.72、40.53、68.00、72.67、68.86 U/（g·min），呈先升后降的趨勢，經(jīng)鎘脅迫處理的鳳仙花的POD活性均高于對照;接種AM真菌處理時，隨使用鎘濃度的增加，鳳仙花POD活性呈先升后降再升的趨勢，除0、50 mg/kg鎘脅迫處理的鳳仙花POD活性低于無菌處理的外，其他濃度鎘脅迫處理的鳳仙花的POD活性均高于無菌處理，說明接種AM真菌可提高鳳仙花對鎘的吸收;接種AM真菌處理下，鎘濃度為0 mg/kg時鳳仙花POD活性最小，為21.2 U/（g·min），300 mg/kg鎘脅迫時鳳仙花POD活性達到最大，為100.87 U/（g·min）。

2.2.3 CAT活性 CAT主要存在于過氧化物酶體、線粒體和細胞質(zhì)等處，是植物細胞內(nèi)一個重要的抗氧化酶，主要功能是清除細胞內(nèi)過量的過氧化氫，將其分解為H2O等物質(zhì)[18]。由圖4可知，無AM真菌處理下，隨使用鎘濃度的增加，鳳仙花CAT活性整體呈上升趨勢，50 mg/kg鎘脅迫時鳳仙花CAT活性相對最小，為10.97 U/（g·min），300 mg/kg鎘脅迫時達到最大，為22.72 U/（g·min）;接種AM真菌處理時，隨使用鎘濃度的增加，鳳仙花CAT活性呈先降后升趨勢，鎘濃度為0、50、150 mg/kg時鳳仙花CAT活性接低于無菌處理的，且相互間相差不大，說明AM真菌在低濃度鎘脅迫時作用不明顯，而在鎘濃度為200、250、300 mg/kg時接菌處理的鳳仙花的CAT活性明顯高于無菌處理，說明AM真菌在高濃度鎘脅迫作用下，可促進鳳仙花對重金屬鎘的吸收。

2.3 AM真菌對鎘脅迫下鳳仙花MDA含量的影響

MDA是植物膜脂過氧化的重要產(chǎn)物，是衡量細胞膜受損的重要指標[20]。由圖5可知，無論接種AM真菌與否，隨使用鎘濃度的增加，鳳仙花MDA含量總體呈上升趨勢，且接種AM真菌處理的均低于無菌處理，說明AM真菌在一定程度上可減輕鎘對鳳仙花的傷害;無菌處理下，鳳仙花MDA含量在0 mg/kg鎘脅迫時相對最小，為6.89 μmol/g，在鎘濃度為300 mg/kg時相對最大，為16.84 μmol/g;接菌處理時，0、50、100、150、200、250、300 mg/kg鎘脅迫處理的鳳仙花MDA含量分別為5.36、5.33、5.56、7.52、8.68、9.01、10.03 μmol/g，鎘濃度為0～100 mg/kg時鳳仙花MDA含量相差不大。

3 結(jié)論與討論

重金屬對植物來說是一種逆境脅迫，在逆境中，植物會啟動一系列防御機制來抵抗或者減輕逆境對自身的傷害。植物在良好的生長環(huán)境中，體內(nèi)產(chǎn)生的自由基含量很少，可通過植物自身的抗氧化系統(tǒng)及時清除以維持自由基的相對平衡[21];植物在惡劣的環(huán)境中會產(chǎn)生大量自由基，此時自身的保護系統(tǒng)無法及時清除，多余的活性氧自由基就會對植物造成毒害作用，阻礙植物生長和代謝。研究發(fā)現(xiàn)，叢枝菌根（AM）真菌通過提高宿主植物抗氧化酶活性來清除重金屬毒害產(chǎn)生的自由基，減少膜脂過氧化，調(diào)節(jié)細胞正常的滲透壓，進而提高宿主植物的耐受性[22]。本研究中，接種AM真菌條件下，鳳仙花超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）活性均隨使用鎘濃度的增加而多有明顯上升，抗氧化酶系統(tǒng)的活性相比無菌處理呈現(xiàn)不同程度的增加趨勢，鎘脅迫濃度為300 mg/kg時達到最大，分別為98.84、100.87、31.33 U/（g·min），說明在重金屬脅迫下，AM真菌能提高抗氧化酶的活性以增強對活性氧的清除能力，從而達到減輕植物受傷害的目的[23];接種AM真菌的鳳仙花，其MDA含量隨使用鎘濃度的增加而增大，但與無菌處理相比，鳳仙花MDA含量明顯低于未接菌處理的，說明AM真菌可降低膜脂過氧化作用，減少重金屬由根部向地上部的積累，也有可能AM真菌和重金屬形成絡(luò)合物，不利于重金屬穿過細胞膜，從而減輕了對細胞膜的傷害[24]。

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