俞明宏，王力明，劉 繼，李煥秀，林立金，唐 懿*

（1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，四川 成都 611130；2.成都市農(nóng)林科學(xué)院，四川 成都 611130；3.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)果蔬研究所，四川 成都 611130）

鎘是生物毒性最強的重金屬之一，被列為“五毒”之首。《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》顯示，我國土壤鎘（Cd）污染超標(biāo)嚴(yán)重，其點位超標(biāo)率達7.0%［1］。因蔬菜生產(chǎn)基地多位于城市郊區(qū)，這里是工業(yè)“三廢”和城市垃圾處理的集中地點，所以蔬菜中重金屬含量極易超標(biāo)，蔬菜的生長發(fā)育受到嚴(yán)重威脅［2］。而人體中的鎘70%來源于蔬菜［3］，鎘具有累積效應(yīng)和較強的致癌、致畸、致突變的作用，如果攝入過多會嚴(yán)重影響人體健康［4］。

油菜素內(nèi)酯（BR）是繼生長素、赤霉素、細胞分裂素、脫落酸、乙烯之后的第6種植物激素［5］，表油菜素內(nèi)酯（EBR）是一種人工合成的高活性油菜素內(nèi)酯類似物，具有促進植物生長，促進細胞伸長和分裂，促進植物光合作用，提高植物抗逆性等多種生理功能［6］。目前研究發(fā)現(xiàn)EBR對多種植物重金屬脅迫具有緩解效應(yīng)。尹博等［7］發(fā)現(xiàn)外源EBR能夠緩解銅脅迫對番茄植株生長的抑制作用，提高葉綠素含量和生物量，降低番茄根系對Cu的吸收與轉(zhuǎn)運。高會玲等［8］研究發(fā)現(xiàn)，EBR可明顯提高菊芋的耐鎘水平，主要是因為噴施外源EBR能顯著提高光合色素含量，促進光合作用和提高水分利用效率。Anuradha等［9］研究發(fā)現(xiàn)，EBR能夠緩解高濃度鎘對蘿卜生長的抑制，增加脯氨酸的積累，提高CAT、APX、GPX、SOD的活性。

番茄含有大量的Vc和番茄紅素，能抗癌防衰，提高人體免疫力。番茄品種類型豐富，既可鮮食作蔬菜又可作水果［10］。有研究表明番茄是鎘敏感型的植物［11］，而鎘污染情況日益嚴(yán)重，不僅使番茄等蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)下降，更對人類健康造成威脅［12］。目前關(guān)于EBR緩解番茄鎘脅迫的研究較少，因此，本試驗以番茄幼苗為材料，研究了不同濃度的EBR對鎘脅迫下番茄幼苗生理特性和鎘積累的影響，以期篩選出能有效緩解番茄鎘脅迫的EBR濃度，為鎘污染區(qū)的番茄安全生產(chǎn)提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為番茄幼苗，品種為“紫咖”，是四川農(nóng)業(yè)大學(xué)果蔬研究所自留品系，屬多代自交系，性狀純合穩(wěn)定。土壤為潮土，取自四川省成都市溫江區(qū)農(nóng)田，其基本理化性質(zhì)為：pH值6.29，有機質(zhì)21.16 g/kg，全氮1.09 g/kg，全磷1.20 g/kg，全鉀22.21 g/kg，堿解氮68.12 mg/kg，有效磷16.22 mg/kg，速效鉀156.21 mg/kg，鎘含量0.10 mg/kg，有效態(tài)鎘含量0.028 mg/kg。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2019年4月至6月在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)溫江校區(qū)進行。將所取土壤經(jīng)自然風(fēng)干研磨后過 5 mm 篩，加入形式為分析純CdCl2·2.5H2O，使土壤鎘濃度為10 mg/kg［13］，并與土壤充分混合，保持土壤濕潤，每盆土量3 kg，自然放置4周后再混合均勻備用。EBR濃度設(shè)置參考殷欣等［14］的試驗。在4月進行穴盤育苗，當(dāng)3～5片真葉展開時，挑選長勢良好且均勻一致的番茄幼苗移栽至盆內(nèi)，每盆3株幼苗，并及時澆水保持土壤濕潤。共設(shè)6個處理：不加鎘自然土栽培（CK）、鎘+0 mg/L EBR（T1）、 鎘+0.02 mg/L EBR（T2）、 鎘+0.1 mg/L EBR（T3）、鎘+0.5 mg/L EBR（T4）、鎘+2.5 mg/L EBR（T5）。每組處理5盆，重復(fù)3次，隨機排列。CK和T1葉面噴灑蒸餾水至葉面全濕，有水珠滴落為止，其他各處理噴施相應(yīng)濃度的EBR至有水珠滴落為止，噴施時間為每天18：00，EBR由同一母液稀釋，現(xiàn)配現(xiàn)用。

1.3 樣品采集和測定

處理10 d后取適量葉片進行生理指標(biāo)的測定，測定方法參考《植物生理學(xué)實驗教程》［15］。丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法測定；相對電導(dǎo)率采用電導(dǎo)率儀（DDS-307型）測定；過氧化物酶（POD）活性采用愈創(chuàng)木酚比色法測定；過氧化氫酶（CAT）活性采用紫外吸收法測定；脯氨酸（Pro）含量采用磺基水楊酸法測定；可溶性蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍法測定；葉綠素含量采用乙醇浸提法測定。之后，收獲所有番茄幼苗，用自來水沖洗干凈，再用蒸餾水沖洗3次，用吸水紙吸干植株表面的殘留水分，將植株分成地上部分和根系，用1%電子天平先稱鮮重，然后置于烘箱內(nèi)，105℃下殺青30 min，75℃恒溫烘干，冷卻后稱重，稱取生物量后粉碎待測，并計算含水量及根冠比。將植物干樣用硝酸-高氯酸（體積比為4∶1）放置12 h后消化至溶液透明，過濾，定容至50 mL，用iCAP 6300 型 ICP 光譜儀（Thermo scientific，USA）測定地上部分和根系鎘含量。

1.4 統(tǒng)計處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2010進行繪圖，用SPSS 22.0軟件進行數(shù)據(jù)處理，并進行Duncan差異顯著性分析。地上部分含水量（%）=（地上部分鮮重-地上部分干重）/地上部分鮮重×100，根系含水量（%）=（根系鮮重-根系干重）/根系鮮重×100，根冠比=根系生物量/地上部分生物量（干重），轉(zhuǎn)運系數(shù)=地上部分鎘含量/根系鎘含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 EBR對鎘脅迫下番茄幼苗生物量的影響

如表1所示，與CK相比，鎘處理后幼苗的地上部分干重和根系干重分別下降了28.0%（P＜0.05）和78.1%（P＜0.05），地上部分含水量和根系含水量分別下降了0.6%（P＜0.05）和1.6%（P＜0.05），根冠比下降了70.3%（P＜0.05）。當(dāng)EBR濃度為0.5 mg/L（T4）時，地上部分干重和根系干重比單獨鎘脅迫（T1）分別顯著增加22.9%（P＜0.05）和139.4%（P＜0.05），地上部分含水量和根系含水量分別上升了0.5%（P＜0.05）和1.2%（P＜0.05），根冠比上升了94.7%（P＜0.05）。表明外源噴施EBR可以有效緩解鎘脅迫對番茄幼苗影響，促進番茄幼苗生長，提高含水量和根冠比，0.5 mg/L（T4）效果最明顯。

表1 EBR對鎘脅迫下番茄幼苗生物量的影響

2.2 EBR對鎘脅迫下番茄幼苗鎘積累和轉(zhuǎn)運的影響

由表2可知，與CK相比，鎘處理后番茄幼苗鎘積累量明顯增加。與T1相比，噴施不同濃度的EBR后，番茄幼苗的地上部分和根系鎘含量均有所增加，說明噴施外源EBR對該品種番茄幼苗的鎘吸收有一定的促進作用，其中，當(dāng)EBR濃度為0.5 mg/L（T4）時，地上部分和根系鎘含量分別比T1增加了50.0%（P＜0.05）和93.4%（P＜0.05），轉(zhuǎn)移系數(shù)最低，為0.45，說明EBR能阻礙重金屬鎘從根系轉(zhuǎn)移到地上部分，濃度為0.5 mg/L （T4）時效果最好。

表2 EBR對鎘脅迫下番茄幼苗鎘積累和轉(zhuǎn)運的影響

2.3 EBR對鎘脅迫下番茄幼苗葉片中光合色素含量的影響

如表3所示，與CK相比，T1番茄幼苗葉綠素a、b、類胡蘿卜素含量和葉綠素總量分別顯著下降了42.4%（P＜0.05）、50.4%（P＜0.05）、48.0%（P＜0.05）和46.1%（P＜0.05），葉綠素a/b值上升了13.8%（P＜0.05）。當(dāng)噴施的EBR濃度為0.5 mg/L（T4）時，葉綠素a、b、類胡蘿卜素含量和葉綠素總量比T1顯著提升66.7%（P＜0.05）、36.4%（P＜0.05）、42.3%（P＜0.05） 和56.6%（P＜0.05）。 當(dāng) 噴施的EBR濃度為0.1 mg/L（T3）時，葉綠素a/b比T1顯著提升了47.5%（P＜0.05）。表明噴施外源EBR可以通過提高光合色素含量來提高番茄幼苗對鎘脅迫的耐受性，0.1 mg/L（T3）和0.5 mg/L（T4）效果均良好。

表3 EBR對鎘脅迫下番茄幼苗葉片中光合色素含量的影響

2.4 EBR對鎘脅迫下番茄幼苗葉片膜脂過氧化的影響

由表4可知，與CK相比，T1番茄幼苗葉片中的POD、CAT活性分別下降了12.6%（P＜0.05）和16.1%（P＜0.05），MDA含量和相對電導(dǎo)率分別顯著上升了69.4%（P＜0.05）和174.5%（P＜0.05），噴施外源EBR后能提高POD、CAT活性，當(dāng)EBR濃度為0.1 mg/L（T3）POD活性均較單獨鎘處理（T1）顯著升高 15.4%（P＜0.05）、65.4%（P＜0.05），說明外源EBR能通過提高抗氧化酶活性來提高番茄幼苗鎘脅迫的耐受性，濃度為0.1 mg/L（T3）時提高抗氧化酶活性最明顯。而噴施外源EBR可有效降低MDA含量和相對電導(dǎo)率，當(dāng)噴施EBR濃度為0.5 mg/L（T4）時，番茄幼苗葉片中MDA含量和相對電導(dǎo)率較單一鎘處理（T1）下降了55.5%（P＜ 0.05）和27.6%（P＜0.05），說明EBR能對鎘脅迫造成的膜脂過氧化傷害起到一定的緩解作用，降低質(zhì)膜透性，濃度為0.5 mg/L（T4）時效果最好。

表4 EBR對鎘脅迫下番茄幼苗葉片膜脂過氧化的影響

2.5 EBR對鎘脅迫下番茄幼苗葉片中滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

由圖1和圖2可知，與CK相比，T1番茄幼苗葉片中的可溶性蛋白和脯氨酸含量顯著升高96.0%（P＜0.05）和156.8%（P＜0.05）。T4番茄幼苗葉片中的可溶性蛋白比T1下降37.4%（P＜0.05），T3番茄幼苗葉片中的脯氨酸含量比T1顯著增加了26.7%（P＜0.05）。說明外源EBR可以使細胞膜滲透損傷降低，0.5 mg/L EBR（T4）對降低可溶性蛋白含量最有效，0.1 mg/L EBR（T3）對提高脯氨酸含量最有效。

圖1 EBR對鎘脅迫下番茄幼苗葉片中可溶性蛋白含量的影響

圖2 EBR對鎘脅迫下番茄幼苗葉片中脯氨酸含量的影響

3 討論

鎘是植物生長過程中非必需元素，當(dāng)植株體內(nèi)蓄積了一定量的鎘后，就會導(dǎo)致植物葉片退綠、植株生長遲緩、生物量、產(chǎn)量和品質(zhì)下降等現(xiàn)象［16］。Hasan等［17］研究發(fā)現(xiàn)EBR能改善鎘脅迫下番茄幼苗的生長狀況。本試驗結(jié)果表明，鎘處理后番茄幼苗的生物量降低，噴施外源EBR可以有效緩解鎘對番茄幼苗的影響，增加其干重，提高含水量和根冠比，促進番茄幼苗的生長，這與Hayat 等［18］研究結(jié)果一致。EBR能促進植物生長可能是因為它能夠調(diào)節(jié)細胞壁合成和修飾從而影響了細胞的伸長和分裂［19］。

不同基因型的番茄對鎘的吸收存在差異［20］，由于處理濃度和時間不同，EBR對植物鎘積累的影響也不同。Ahammed等［21］研究發(fā)現(xiàn)施用EBR后，番茄葉片和根系中鎘含量顯著降低。但本試驗中噴施外源EBR對該品種番茄吸收積累鎘有一定的促進作用，無論是地上部分還是根系部分鎘含量均有所增加，這可能是因為番茄的品種不同而導(dǎo)致番茄對鎘的積累不同。竇巧惠等［22］研究發(fā)現(xiàn)外施EBR能促進番茄根系有機酸分泌，有機酸可以作為螯合劑與鎘螯合后阻止其以共質(zhì)體途徑橫向運輸，進而減少鎘向地上部分轉(zhuǎn)移［23］，本試驗中一定濃度的EBR能降低鎘的轉(zhuǎn)運系數(shù)可能與EBR能促進番茄體內(nèi)螯合劑的分泌有關(guān)，但EBR對番茄幼苗鎘積累及轉(zhuǎn)運機制還有待進一步探究。

光合色素的含量可以作為衡量植物對重金屬脅迫耐受性的一個重要指標(biāo)。有研究發(fā)現(xiàn)鎘脅迫后大麥幼苗葉綠素含量下降，而在噴施EBR后葉綠素含量上升，說明EBR可以在一定程度上保護光合系統(tǒng)，緩解鎘脅迫對葉綠素的降解［24］。本試驗中，鎘處理后番茄幼苗葉片的葉綠素和類胡蘿卜素含量均降低，噴施一定濃度的EBR后葉綠素總量上升，葉綠素a/b值升高。說明EBR可以通過提高光合色素的含量，防止葉綠素降解，促進光合作用來提高番茄幼苗對鎘脅迫的耐受性。這可能是因為EBR激活了葉綠素合成過程中某些酶的活性或誘導(dǎo)了葉綠素合成酶特定基因的表達［25］。

當(dāng)植物受到重金屬脅迫時，體內(nèi)會產(chǎn)生大量的活性氧自由基（ROS），當(dāng)ROS含量增加時會引起脂質(zhì)過氧化，MDA是細胞膜脂質(zhì)過氧化的最終產(chǎn)物，其含量高低反映了脂質(zhì)過氧化的強弱程度，電導(dǎo)率是衡量植株細胞內(nèi)容物擴散的一項生理指標(biāo)［26］，而POD和CAT可以清除活性氧自由基來抵御ROS對細胞膜造成的傷害。王芳等［27］研究發(fā)現(xiàn)，鎘脅迫下玉米幼苗POD、CAT活性都有大幅度下降，MDA含量和質(zhì)膜透性顯著升高，加入一定濃度的EBR后抗氧化酶活性升高，MDA含量和質(zhì)膜透性顯著降低。本試驗中，鎘處理后番茄幼苗葉片中的POD、CAT活性明顯下降，噴施一定濃度的EBR后POD、CAT活性均較單獨鎘處理顯著升高，說明EBR可以通過增加抗氧化酶的活性，來提高番茄對鎘脅迫的耐受性。這可能是因為EBR的應(yīng)用誘導(dǎo)了H2O2的升高，從而激活了抗氧化酶合成的代謝途徑［28］。本試驗結(jié)果表明EBR對鎘脅迫造成的番茄幼苗脂膜過氧化傷害能起到有效地緩解作用，這與李曉科等［24］的研究結(jié)果類似。

可溶性蛋白和脯氨酸是兩種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，重金屬脅迫下會迅速積累，調(diào)節(jié)細胞滲透壓，從而抵消重金屬所造成的傷害，維持細胞正常的結(jié)構(gòu)和功能［29］。本試驗中，鎘處理后番茄幼苗的可溶性蛋白和脯氨酸含量顯著升高可視為番茄幼苗對鎘脅迫的生理性保護性適應(yīng)。有研究發(fā)現(xiàn)鎘可以提高蛋白水解酶的活性，使原有蛋白質(zhì)分解；同時鎘對蛋白合成的眾多酶系均有毒害和鈍化作用，抑制新蛋白的合成［27］，所以本試驗中噴施一定量的EBR后，番茄幼苗葉片中的可溶性蛋白含量下降可能是因為EBR促進了鎘的吸收積累而導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成受阻。本試驗中噴施EBR后脯氨酸含量上升可能是因為脯氨酸參與了番茄體內(nèi)活性氧自由基的清除［30］，這與竇巧惠等［22］的研究結(jié)果一致。

4 結(jié)論

噴施外源EBR可以有效緩解鎘脅迫對番茄幼苗的影響，促進番茄幼苗生長，促進對鎘吸收但能降低鎘的轉(zhuǎn)移系數(shù)，提高光合色素的含量，增加抗氧化酶的活性，修復(fù)損傷細胞膜，緩解脂膜過氧化傷害，降低葉片電導(dǎo)率，還能使?jié)B透程度降低，可溶性蛋白減少，脯氨酸含量增加。當(dāng)EBR濃度為0.5 mg/L（T4）時，緩解番茄幼苗鎘脅迫效果最明顯。