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        鎘脅迫下硅肥對鹽地堿蓬幼苗生理特性的影響

        2020-08-19 13:45:34李麗張銘璇楊舒涵侯杰羅志文
        中國林副特產(chǎn) 2020年4期
        關(guān)鍵詞:金屬鎘硅肥丙二醛

        李麗,張銘璇,楊舒涵,侯杰,羅志文

        (佳木斯大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,黑龍江 佳木斯 154007)

        鹽地堿蓬(Suaedasalsa)為一年生草本植物[1],是鹽堿地典型的指示植物,主要分布于我國東北大慶等地。研究表明,堿蓬對重金屬鎘污染具有一定的耐受性。鎘(Cadmium,Cd)是環(huán)境中常見的重金屬元素,被植物吸收后在植物的體內(nèi)聚集,對植物的生長和發(fā)育有抑制[2],而且通過食物進(jìn)入到人體,從而產(chǎn)生毒害。硅肥(Silicon,Si)是一種具備著良好的品質(zhì)肥料、保健肥料和植物調(diào)節(jié)性肥料,是一種新型的多功能的肥料[3]。硅肥既可以作為肥料,來提供植物生長和發(fā)育所需的營養(yǎng),又可以用作為土壤中的調(diào)節(jié)劑,用來改善土壤。硅肥還憑借著它的沒有毒性、沒有味道味、無公無害、不容易變質(zhì)、不容易流失等許多較為且突出的優(yōu)勢,即將要成為開展和完成綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)的高效優(yōu)質(zhì)的肥料。

        本研究以鹽地堿蓬作為測試材料,測定鹽地堿蓬在重金屬鎘的脅迫下硅肥對幼苗生理特性的影響。

        1 材料與方法

        1.1 材料來源

        供試材料鹽地堿蓬采自黑龍江省大慶市荒地草甸環(huán)境中,經(jīng)佳木斯大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院羅志文副教授鑒定為鹽地堿蓬(Suaedasalsa)[4-5]。

        研究中使用了電子天平、分光光度計、離心機等設(shè)備。試劑包括:氯化鎘、速溶硅肥、三氯乙酸、愈創(chuàng)木酚、硫代巴比妥酸、考馬斯亮藍(lán)法G250、過氧化氫(H2O2)等。

        1.2 測定方法

        1.2.1 株高與根長測量。用游標(biāo)卡尺測量幼苗株高和根長(主根長)。

        1.2.2 鮮重和與干重測定。用電子天平直接測量幼苗鮮重,干重需要在105 ℃的干燥箱中處理后再稱重。

        1.2.3 葉綠素含量的測定。采用分光光度計測量吸光度值,根據(jù)Lambert Bill定律來計算提取物中色素的含量[6-8]。

        1.2.4 蛋白質(zhì)含量的測定。采用考馬斯亮藍(lán)法測量吸光度值,采用比色法計算提取物中色素的含量。

        1.2.5 丙二醛含量的測定。采用硫代巴比妥酸法,根據(jù)朗伯-比爾定律:D=k·CL,可測定丙二醛的含量[9-12]。

        1.2.6 過氧化物酶活性的測定。采用H2O2和愈創(chuàng)木酚進(jìn)行處理,采用分光光度法來測定過氧化物酶活性。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 堿蓬幼苗的株高及根長

        鎘脅迫下不同硅肥濃度下堿蓬幼苗的高度及根系長度,如圖1所示,隨著土壤中硅肥濃度的增加,堿蓬幼苗的株高和根長均略呈降低趨勢。當(dāng)硅肥濃度在0.975 g/m2時,株高及根長達(dá)最大值,再次升高硅肥濃度后數(shù)據(jù)有所下降,說明高濃度的硅肥對堿蓬幼苗的株高及根系生長均具有抑制作用[13]。

        表1 鎘脅迫下不同硅肥含量下堿蓬幼苗的株高及根長

        2.2 堿蓬幼苗的鮮重和干重

        鎘脅迫下不同硅肥濃度下堿蓬幼苗的鮮重,烘干后測定其干重,如圖2。堿蓬幼苗的鮮重和干重均低于對照組(CK),兩者均呈現(xiàn)先升高后下降趨勢,當(dāng)硅肥濃度在0.975 g/m2時,鮮重達(dá)到最大值,干重也達(dá)到最大值,說明鎘脅迫下硅肥對堿蓬幼苗的鮮重和干重均有較大影響。

        表2 鎘脅迫下不同硅肥含量下堿蓬幼苗的鮮重和干重

        2.3 堿蓬幼苗的葉綠素含量

        測定鎘脅迫下不同硅肥濃度下堿蓬幼苗的葉綠素含量,結(jié)果如表3。在不同硅肥濃度下,堿蓬幼苗葉綠素含量呈現(xiàn)先升后降,在硅肥濃度在0.975 g/m2時,幼苗葉綠素含量達(dá)到0.537 mg/g,與對照組CK相比,葉綠素含量有明顯增加,但整體變化不大。

        表3 鎘脅迫下不同硅肥含量下堿蓬幼苗葉綠素含量

        2.4 堿蓬幼苗的蛋白質(zhì)含量

        測定鎘脅迫下不同硅肥含量下堿蓬幼苗的蛋白質(zhì)含量,結(jié)果如表4。隨著土壤中硅肥濃度的不斷增加,堿蓬幼苗的蛋白質(zhì)含量也同樣表現(xiàn)出先增后減的趨勢,當(dāng)硅肥濃度0.975 g/m2時,蛋白質(zhì)含量最高,達(dá)到8 472 μg/g。硅肥濃度再次上升后,蛋白質(zhì)含量逐漸下降,且趨勢顯著。

        表4 鎘脅迫下不同硅肥含量下堿蓬幼苗蛋白質(zhì)含量

        2.5 堿蓬幼苗的丙二醛含量

        測定鎘脅迫下不同硅肥濃度下堿蓬幼苗的丙二醛含量,結(jié)果如表5。在不同濃度的硅肥含量下,隨著硅肥濃度的增加,堿蓬幼苗的丙二醛含量先降低后升高。當(dāng)硅肥濃度在0.975 g/m2時,MDA含量最低,達(dá)到0.00092 μmol/L。再增加硅肥濃度后,丙二醛含量增加。

        表5 鎘脅迫下不同硅肥含量下堿蓬幼苗丙二醛含量

        2.6 堿蓬幼苗的過氧化物酶活性

        測定鎘脅迫下不同硅肥含量下堿蓬幼苗的過氧化物酶活性,結(jié)果如表6。隨著土壤中硅肥濃度的增加,過氧化物酶活性呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。當(dāng)硅肥濃度在0.975 g/m2時,過氧化物酶活性最高,達(dá)到5522 u/g·min。當(dāng)硅肥含量再次升高,過氧化物酶活性呈急劇下降的趨勢。當(dāng)硅肥濃度在1.424 g/m2時,嚴(yán)重的影響了堿蓬的生長。

        表6 鎘脅迫下不同硅肥含量下堿蓬過氧化物酶活性

        3 討論與結(jié)論

        3.1 鎘脅迫下不同硅肥濃度對堿蓬幼苗株高及根長的影響

        植物的根系作為一種非常重要的吸收和代謝的器官,其生長情況的好與壞不僅直接影響著植物對水分和無機鹽的吸收,同時還制約了植物土壤根上部分的生長。當(dāng)硅肥濃度在0.975 g/m2時,堿蓬幼苗株高與根長最長,表明了施加硅肥可以減輕鎘對堿蓬幼苗的脅迫作用,當(dāng)超過堿蓬幼苗耐受范圍的硅肥濃度是濃度,株高及根長均低于對照組,明顯受到抑制。

        3.2 鎘脅迫下不同硅肥濃度對堿蓬幼苗鮮重及干重的影響

        研究表明,鎘脅迫下植物生長緩慢與根系滲透壓有關(guān),導(dǎo)致葉面積生長緩慢,鮮重和干重顯著下降,施加一定量的硅肥后,堿蓬幼苗的鮮重及干重均表現(xiàn)增加的效果。當(dāng)硅肥濃度在0.975 g/m2時,鹽地堿蓬幼苗的鮮重及干重均是最大值,表明了硅肥可以有效地改善被重金屬鎘污染過的土壤環(huán)境,是堿蓬幼苗在重金屬鎘的脅迫下,仍然可以更好地生長。試驗證明,施加適量的硅肥可以使水稻增產(chǎn)顯著,體現(xiàn)了施加一定量的硅肥后可以使作物達(dá)到增產(chǎn)的效果。

        3.3 鎘脅迫下不同硅肥濃度對堿蓬幼苗葉綠素含量的影響

        在植物的光合作用中,葉綠素能夠?qū)庥薪邮兆饔茫⑶铱梢詫⒐饽苓M(jìn)行轉(zhuǎn)換,對綠色植物的光合能力有影響。本次研究中,施加一定量的硅肥,可以使葉綠素的含量高于對照組。當(dāng)硅肥濃度在0.975 g/m2時,葉綠素含量最高,但是,當(dāng)硅肥濃度高于0.975 g/m2時,葉綠素含量降低,說明了施加過高濃度的硅肥也會影響堿蓬幼苗葉綠素的含量。

        3.4 鎘脅迫下不同硅肥濃度對堿蓬幼苗蛋白質(zhì)含量的影響

        本次研究表明,在重金屬鎘的脅迫下,施加一定量的硅肥可以使堿蓬幼苗的蛋白質(zhì)含量增加,在硅肥濃度為0.975 g/m2時,蛋白質(zhì)含量最高,隨著硅肥的繼續(xù)升高,蛋白質(zhì)含量相應(yīng)減少,說明硅肥對重金屬鎘有一定的消除,然而過高的硅肥濃度也將會抑制蛋白質(zhì)的合成,影響植物正常生長。

        3.5 鎘脅迫下不同硅肥濃度對堿蓬幼苗丙二醛含量的影響

        研究結(jié)果表明,堿蓬幼苗在受鎘脅迫影響后,施加硅肥會使堿蓬幼苗丙二醛的含量隨著硅肥濃度的增加呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢。在0.975 g/m2的硅肥濃度下丙二醛的含量最低,抵消重金屬脅迫的效果也最明顯。當(dāng)硅肥濃度繼續(xù)升高后,丙二醛的含量相應(yīng)地增加,堿蓬幼苗受到的毒性效應(yīng)也增加。但整體上丙二醛的含量變化較小。

        3.6 鎘脅迫下不同硅肥濃度對堿蓬幼苗過氧化物酶活性的影響

        過氧化物酶(POD)是植物中一種重要的保護(hù)酶,它能有效地去除植物代謝過程中產(chǎn)生的活性氧,保護(hù)植物免受其他損傷。在本次研究中,施加一定量的硅肥會使植物體內(nèi)過氧化物酶活性顯著增加,當(dāng)硅肥濃度為0.975 g/m2時,酶活性達(dá)到峰值,表明堿蓬幼苗通過施加適量的硅肥來提高過氧化物酶活性,進(jìn)而來抵御重金屬鎘的污染,提高堿蓬幼苗的耐重金屬性。但是,數(shù)據(jù)表明,施加過量的硅肥也會抑制植物的生長和發(fā)育。

        4 研究展望

        試驗結(jié)果,可以得出堿蓬對重金屬鎘的脅迫下,加入范圍在0.975 g/m2濃度以內(nèi)的硅肥,植物表現(xiàn)出適應(yīng)這種重金屬鎘脅迫的狀態(tài),及相應(yīng)的生理反應(yīng)。當(dāng)超過0.975 g/m2的硅肥濃度時,堿蓬將表現(xiàn)出無法繼續(xù)適應(yīng)狀態(tài),嚴(yán)重的影響了植物的生長和發(fā)育,對植物造成傷害。本研究將為鹽生植物修復(fù)和監(jiān)測重金屬污染提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)參考,具有一定的經(jīng)濟(jì)價值和社會效益。

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