馮文靜，高巍*，孫苗苗，趙鵬*，康國(guó)章，劉紅恩，秦世玉，李暢，睢福慶

（1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，鄭州 450002；2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，鄭州 450046）

鎘（Cadmium，Cd）是自然界中廣泛存在的一種毒性較高的重金屬。近幾十年來(lái)，受工業(yè)“三廢”長(zhǎng)期排放、農(nóng)業(yè)含鎘污水的灌溉、化肥和農(nóng)藥的大量施用、重金屬大氣沉降不斷增多等因素影響，重金屬鎘經(jīng)過(guò)擴(kuò)散、沉降并累積在農(nóng)田中，導(dǎo)致農(nóng)田土壤的鎘污染情況日益嚴(yán)重。我國(guó)已有11 個(gè)省份和25 個(gè)地區(qū)涉及到了鎘污染，污染面積達(dá)到2.8×10hm。植物有富集鎘的能力，積累過(guò)量時(shí)會(huì)影響植株體內(nèi)的各種生理生化代謝，如葉片葉綠素含量減少、細(xì)胞膜脂過(guò)氧化加劇、根系礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素吸收受到抑制等，阻礙農(nóng)作物的正常生長(zhǎng)發(fā)育，而且鎘通過(guò)食物鏈傳遞會(huì)對(duì)動(dòng)物和人類健康造成嚴(yán)重威脅。小麥在我國(guó)是僅次于水稻的第二大糧食作物，當(dāng)小麥植株中鎘濃度過(guò)量時(shí)，也會(huì)對(duì)小麥造成毒害，如生長(zhǎng)遲緩、產(chǎn)量下降等，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致作物死亡，所以研究重金屬鎘對(duì)小麥的影響具有重要意義。

茉莉酸鹽（JAs）是由亞麻酸通過(guò)十八烷酸途徑合成的一類環(huán)戊酮化合物，包括茉莉酸甲酯（MeJA）和茉莉酸（JA）。JAs 在一些生物和非生物脅迫下的植物信號(hào)網(wǎng)絡(luò)中有著重要作用。JAs 的外源施用對(duì)作物生長(zhǎng)具有濃度效應(yīng)，高濃度JAs 的外源施用會(huì)抑制植物生長(zhǎng)和光合作用，加速衰老，如高濃度MeJA 的施用抑制了波斯菊在鎘脅迫下干物質(zhì)的積累，且濃度越大，抑制作用越嚴(yán)重；而低濃度JAs 的外源施用可以提高植物對(duì)非生物脅迫的抗性，可以通過(guò)觸發(fā)滲透壓脯氨酸和抗氧化酶的積累，緩解植物受到的Cu脅迫。KERAMAT 等發(fā)現(xiàn)，向大豆噴灑0.01 mmol·L或0.1 mmol·LMeJA 可通過(guò)降低MDA 和HO的含量以及增加抗氧化酶的活性來(lái)減輕鎘誘導(dǎo)的損傷。0.01 mmol·L和0.1 mmol·LMeJA 也可以通過(guò)激活抗氧化系統(tǒng)和調(diào)節(jié)光合作用來(lái)緩解擬南芥鎘和銅脅迫。此外，0.01 mmol·LMeJA 還可以通過(guò)顯著減少鎘在龍葵莖和根中的轉(zhuǎn)運(yùn)/積累來(lái)減輕鎘毒性。0.01 mmol·LMeJA 可以通過(guò)阻抗鎘吸收/轉(zhuǎn)移到葉片、增加抗壞血酸濃度以及提高CAT和APX活性，保護(hù)秋茄幼苗免受鎘脅迫。MeJA通過(guò)增強(qiáng)抗氧化劑和次級(jí)代謝產(chǎn)物的酶活性和基因（如苯丙氨酸解氨酶、多酚過(guò)氧化物酶、肉桂醇脫氫酶及溶氧酶基因）表達(dá)的增加緩解砷對(duì)甘藍(lán)型油菜的氧化損傷。因此，外源施用JAs或者M(jìn)eJA可以通過(guò)提高抗氧化酶活性、葉綠素含量和次生代謝產(chǎn)物以及降低MDA和ROS的含量等，有效減輕重金屬對(duì)植物的傷害。

《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 15618—2018）中土壤重金屬鎘污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值為0.3～0.6 mg·kg，水培試驗(yàn)中鎘濃度的5μmol·L約等于土培體系下的0.56 mg·kg，濃度較合理。前期試驗(yàn)也表明，該劑量可以產(chǎn)生輕中度毒害表型且不致死，考慮到重金屬鎘對(duì)植物生長(zhǎng)具有“低促高抑”的作用，本試驗(yàn)設(shè)置0.5 μmol·L和5μmol·L兩個(gè)鎘濃度。MeJA 對(duì)緩解植物逆境損傷、促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育的有效濃度范圍在0.01～500μmol·L。前期試驗(yàn)表明，1μmol·L和100μmol·LMeJA 對(duì)緩解小麥鎘毒害效果顯著，因此本試驗(yàn)設(shè)置1 μmol·L和100 μmol·L兩個(gè)MeJA 濃度。本試驗(yàn)主要從植物的光合特性、根系形態(tài)，以及鎘在植物體內(nèi)的賦存形態(tài)等方面，探究葉面噴施MeJA 對(duì)鎘脅迫下小麥幼苗生長(zhǎng)發(fā)育及鎘吸收轉(zhuǎn)運(yùn)的作用及機(jī)制，為進(jìn)一步研究MeJA 緩解小麥鎘毒害的生理機(jī)制提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試材料選用百農(nóng)207 小麥（L.）種子，在蒸餾水中浸泡12 h，記為第0天，在育苗盆中培養(yǎng)7 d 至兩葉一心期，第8 天移入Hoagland 營(yíng)養(yǎng)液中，第10 天噴施含有0.05%吐溫20 的MeJA，MeJA濃度為0、1 μmol·L和100 μmol·L（分別記作Me-JA-0、MeJA-1 和MeJA-100），第12 天進(jìn)行鎘脅迫處理，鎘以CdCl形式加入營(yíng)養(yǎng)液，鎘濃度為0.5 μmol·L和5μmol·L（分別記作Cd 0.5和Cd 5），第28天采樣。試驗(yàn)處理期間，每隔3 d更換一次營(yíng)養(yǎng)液、噴施一次MeJA，每個(gè)處理均噴至葉面滴水為止，約為20 mL。試驗(yàn)共6 個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)4 次，每個(gè)重復(fù)種植10株小麥幼苗。

1.2 樣品采集

培養(yǎng)28 d 后，收獲小麥植株，把地上部與根系分開，根系在2 mmol·L的MES（嗎啉乙磺酸）溶液（0.5 mmol·LCaCl和2 mmol·LMES，pH=5.4 的混合溶液）中浸泡30 min，再用去離子水沖洗干凈，吸干表面水分，一半植株樣品在105 ℃的烤箱中殺青30 min，65 ℃干燥至恒質(zhì)量，測(cè)定干物質(zhì)量、鎘含量。另一半植株樣品置于-80 ℃超低溫冰箱中保存，用于鎘的化學(xué)形態(tài)分析。

1.3 測(cè)定指標(biāo)

1.3.1 地上部及根系生物量

小麥根系在2 mmol·LMES 中浸泡30 min，根系與地上部用蒸餾水沖洗、擦干后，一起放至烘箱105 ℃殺青30 min，然后烘至質(zhì)量恒定稱干物質(zhì)量。

1.3.2 光合參數(shù)的測(cè)定

鎘處理后的第21天，在上午9：00—11：00之間使用光合作用-熒光測(cè)定系統(tǒng)（LI-6400XT，LI-COR，美國(guó)）測(cè)定小麥頂端向下第二片完全展開葉的凈光合速率（Pn，以CO計(jì)）、氣孔導(dǎo)度（Gs，以HO計(jì)）、蒸騰速率（Tr，以HO計(jì)）和胞間CO濃度（Ci，以CO計(jì)）。光合測(cè)定儀光源為紅藍(lán)光源，有效輻射強(qiáng)度設(shè)置為500 mol·m·s。

1.3.3 根系掃描

第28 天收獲植株，將根系和地上部分開，根系用EPSON 全自動(dòng)掃描儀掃描記錄小麥的根系形態(tài)并獲取根系圖像，然后采用WinRHIZO 2009 根系掃描分析系統(tǒng)分析得出小麥幼苗的總根長(zhǎng)、根表面積、根體積、平均根直徑和根尖數(shù)等。

1.3.4 鎘含量的測(cè)定

將烘干樣品稱取0.20 g，置于消煮管中，加入10 mL 配制好的HNO-HClO（∶=4∶1）混合溶液進(jìn)行消煮。消化后的樣品用蒸餾水定容至50 mL，然后使用火焰原子吸收分光光度計(jì)（ZEEnit 700，Analytik Jena AG，德國(guó)）測(cè)定樣品鎘含量，進(jìn)而計(jì)算根系吸鎘能力（整株鎘積累量與根系生物量的比值）以及鎘轉(zhuǎn)移系數(shù)（地上與根部鎘含量之比）。

1.3.5 鎘的化學(xué)提取態(tài)含量測(cè)定

取小麥鮮樣0.25 g 于研缽中，加入少量提取劑研磨成勻漿，并用相應(yīng)提取劑洗滌進(jìn)離心管中（∶=1∶10）。25 ℃條件下振蕩22 h，3 000 r·min離心10 min，取上清液，向殘?jiān)屑尤胂乱患?jí)提取劑進(jìn)行提取。為提取完全，每一級(jí)提取重復(fù)3次，將3次提取的上清液收集在錐形瓶中，將其放在電熱板上，在50 ℃下加熱液體至5～10 mL，再加入HNO-HClO（∶=4∶1）進(jìn)行消化，并用火焰原子吸收分光光度法與石墨爐原子吸收分光光度法測(cè)定各種形態(tài)的鎘含量。

不同的提取劑對(duì)應(yīng)植株中不同形態(tài)的鎘的情況如下：80%乙醇（CHOH）對(duì)應(yīng)硝酸/亞硝酸態(tài)鎘、氯化鎘、氨基酚鎘；去離子水對(duì)應(yīng)水溶態(tài)鎘、有機(jī)酸配合態(tài)鎘、Cd（HPO）；1 mol·LNaCl 對(duì)應(yīng)果膠和蛋白質(zhì)結(jié)合態(tài)鎘；2%醋酸（CHCOOH）對(duì)應(yīng)不溶性磷酸鎘；0.6 mol·LHCl對(duì)應(yīng)草酸態(tài)鎘；其余為殘?jiān)鼞B(tài)鎘。

1.4 數(shù)據(jù)處理及分析方法

采用Excel 2010 軟件進(jìn)行整理分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)并繪制雷達(dá)圖，采用DPS 軟件進(jìn)行處理間差異顯著分析，采用Origin 2018軟件做圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 MeJA對(duì)鎘脅迫下小麥生長(zhǎng)的影響

如圖1 所示，Cd 0.5 和Cd 5 處理植株生物量沒有顯著差異。在Cd 0.5和Cd 5處理下，小麥地上部及根系生物量隨著MeJA 濃度的增大，呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，且在MeJA 濃度為1μmol·L時(shí)達(dá)到峰值；與不噴施MeJA 相比，地上部增幅分別為30.2%和13.2%，根系增幅分別為28.4%和18.8%。由此可見，鎘脅迫下噴施1μmol·LMeJA 可以顯著提高小麥幼苗生物量。

圖1 MeJA對(duì)鎘脅迫下小麥地上部與根系生物量的影響Figure 1 Effects of MeJA on wheat growth and shoot and root biomass under Cd stress

2.2 MeJA對(duì)鎘脅迫下小麥鎘含量及吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

如圖2 所示，Cd 5 處理下地上部和根系鎘含量以及根系吸鎘能力均顯著高于Cd 0.5 處理。兩個(gè)鎘處理?xiàng)l件下，鎘含量隨MeJA 濃度的提高呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢(shì)，在1μmol·L時(shí)達(dá)到最小值。Cd 0.5 處理下，1 μmol·LMeJA 顯著降低地上部和根系鎘含量，降幅分別為40.0%和39.0%；Cd 5 處理下，1μmol·LMeJA降低根部鎘含量達(dá)21.3%。

MeJA可以顯著降低根系吸鎘能力（圖2C），但具有促進(jìn)鎘向地上部轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)（圖2D）。相關(guān)性分析結(jié)果顯示，根系鎘含量（Cd 0.5和Cd 5）和地上部鎘含量（Cd 5）與根系吸鎘能力呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為1.00、0.98和0.97。綜上，噴施1μmol·LMeJA可以通過(guò)抑制小麥根系吸鎘能力降低小麥植株鎘含量。

圖2 MeJA對(duì)小麥地上部和根系鎘含量、轉(zhuǎn)移系數(shù)和根系吸鎘能力的影響Figure 2 Effects of MeJA on Cd concentrations in shoot and root，transfer factor and Cd uptake ability

2.3 MeJA對(duì)鎘脅迫下小麥根系形態(tài)的影響

由表1 可知，未噴施MeJA 情況下，相較于Cd 0.5處理，Cd 5 處理可以顯著增加小麥根直徑約12.0%，對(duì)根長(zhǎng)、根表面積和根體積沒有顯著影響。Cd 0.5 和Cd 5 處理下，MeJA 可增加根長(zhǎng)、根表面積以及根體積，噴施濃度為1μmol·L時(shí)效果最好。Cd 0.5 和Cd 5 處理下根長(zhǎng)增幅分別為38.7%和13.7%，根體積增幅分別為50.8%和21.8%。這表明MeJA 可以通過(guò)促進(jìn)根系生長(zhǎng)發(fā)育，緩解小麥鎘毒害。

表1 MeJA對(duì)鎘脅迫下小麥根系形態(tài)的影響Table 1 Effects of MeJA on root morphology of wheat under Cd stress

相關(guān)性分析結(jié)果表明，Cd 0.5處理下，根直徑與根系吸鎘能力（=-1.00**）、地上部鎘含量（=-0.96**）和地下部鎘含量（=-1.00**）呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)；Cd 5 水平下，根長(zhǎng)（=-0.95*）和根體積（=-0.95*）均與根系吸鎘能力呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。表明MeJA可能通過(guò)影響幼苗根系形態(tài)建成來(lái)影響根系的吸鎘能力，從而降低小麥幼苗鎘含量。

2.4 MeJA對(duì)鎘脅迫下小麥光合特性的影響

由表2 可知，未噴施MeJA 情況下，與Cd 0.5 相比，Cd 5處理抑制小麥幼苗的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO濃度和蒸騰速率，分別降低了11.0%、7.4%、17.3%和15.2%。噴施MeJA 可提高Cd 0.5 及Cd 5 水平下幼苗的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率，降低胞間CO濃度。相關(guān)性分析結(jié)果表明，Cd 0.5 和Cd 5處理下，凈光合速率與氣孔導(dǎo)度（=1.00**和=0.79）和蒸騰速率（=1.00**和=0.81）呈正相關(guān)關(guān)系，與CO濃度（=-0.95 和=-0.85）呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；且鎘轉(zhuǎn)移系數(shù)與氣孔導(dǎo)度（=0.28 和=1.00**）和蒸騰速率（=0.25 和=1.00**）之間呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。結(jié)果表明，鎘脅迫條件下，MeJA 可以通過(guò)提高氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率來(lái)提高幼苗的光合能力，但同時(shí)提高了鎘從根系向地上部的遷移能力。

表2 MeJA對(duì)鎘脅迫下小麥光合特性的影響Table 2 Effects of MeJA on photosynthetic characteristics of wheat under Cd stress

2.5 MeJA對(duì)小麥不同化學(xué)形態(tài)鎘分布的影響

如圖3 所示，小麥幼苗中鎘主要的存在形態(tài)為氯化鈉提取態(tài)、乙醇提取態(tài)、去離子水提取態(tài)和醋酸提取態(tài)，其余形態(tài)所占比例均小于1%。未噴施MeJA情況下，Cd 0.5、Cd 5 處理下，地上部分氯化鈉提取態(tài)鎘（95.2%、83.8%）＞醋酸提取態(tài)鎘（1.8%、8.1%）＞去離子水提取態(tài)鎘（1.6%、5.4%）＞乙醇提取態(tài)鎘（0.9%、1.9%）；Cd 0.5、Cd 5 處理下，根系中氯化鈉提取態(tài)鎘分別為40.3%、31.3%，乙醇提取態(tài)鎘分別為47.6%、14.1%，去離子水提取態(tài)鎘分別為10.5%、52.7%，醋酸提取態(tài)鎘分別為1.2%、1.0%。由此可見，果膠/蛋白質(zhì)吸附鎘是地上部鎘的主要存在方式，根系鎘則主要以游離鎘、有機(jī)酸-鎘復(fù)合物以及果膠/蛋白質(zhì)吸附鎘存在；相較于Cd 0.5，Cd 5 脅迫顯著增加幼苗中有機(jī)酸-鎘復(fù)合物和不溶性磷酸鎘的比例，尤其提高了根系有機(jī)酸-鎘復(fù)合物的比例。

由圖3 可知，MeJA 可以顯著影響在植物體內(nèi)鎘的化學(xué)形態(tài)，且存在劑量效應(yīng)。MeJA 可以顯著提高地上部乙醇+去離子水提取態(tài)鎘比例，最高可提高605%，提高醋酸提取態(tài)鎘高達(dá)149%，降低氯化鈉提取態(tài)鎘比例20%，顯著降低根系乙醇+去離子水提取態(tài)鎘比例44%，提高氯化鈉和醋酸提取態(tài)鎘比例，分別提高94%和157%。如表3 所示，相關(guān)性分析結(jié)果表明，MeJA 可以通過(guò)提高根系不溶性草酸鎘和果膠/蛋白質(zhì)吸附鎘，緩解鎘毒害，促進(jìn)根系的生長(zhǎng)和形態(tài)建成。除此以外，根據(jù)相關(guān)分析結(jié)果，Cd 0.5 處理下，鎘的轉(zhuǎn)移系數(shù)與根系有機(jī)酸-鎘復(fù)合物比例呈顯著正相關(guān)（=0.96*），表明1 μmol·LMeJA 顯著降低了根系活性鎘的比例，減少了鎘從根系向地上部的轉(zhuǎn)移。

表3 根系NaCl及HCl提取態(tài)鎘占比與根系形態(tài)及根系生物量的相關(guān)性分析Table 3 MeJA-induced correlation between the proportion of NaCl and HCl extraction Cd oxidate and morphology/biomass of root

圖3 MeJA對(duì)小麥不同化學(xué)形態(tài)鎘分配比例的影響Figure 3 Effects of MeJA on the distribution of different Cd speciations in wheat

3 討論

3.1 MeJA對(duì)小麥幼苗根系形態(tài)及鎘吸收的影響

根系是植物吸收、代謝營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及毒性成分的主要器官，其形態(tài)關(guān)系到植物對(duì)養(yǎng)分、重金屬的吸收能力，并表現(xiàn)出高度的響應(yīng)環(huán)境變化的發(fā)育可塑性。鎘脅迫對(duì)植物生長(zhǎng)具有“低促高抑”的作用，中重度鎘脅迫會(huì)導(dǎo)致根長(zhǎng)、根表面積、根體積和總根尖數(shù)的下降，增加根系平均直徑，即植物受到鎘脅迫后表現(xiàn)出根變短變粗、根毛缺乏、側(cè)根分枝減少等癥狀。根系生長(zhǎng)的抑制主要是由于鎘脅迫抑制根尖分生細(xì)胞的有絲分裂，導(dǎo)致染色體畸變，形成了表皮和皮層細(xì)胞以及細(xì)胞間隙的不對(duì)稱。輕中度鎘脅迫會(huì)引起根系出現(xiàn)代償性增生，導(dǎo)致作物的根長(zhǎng)、根表面積、根直徑、根體積增加，促進(jìn)對(duì)營(yíng)養(yǎng)或水分的吸收，以維持作物的生長(zhǎng)。本試驗(yàn)結(jié)果表明，鎘處理僅增加了根系直徑，對(duì)其他根系形態(tài)參數(shù)無(wú)顯著影響，與郭俊娒等的研究結(jié)果一致。鎘脅迫誘導(dǎo)根直徑增加，一方面由于鎘誘導(dǎo)小麥根部皮層細(xì)胞數(shù)量增多，另一方面由于鎘脅迫下根毛及側(cè)根減少，主根在根系中相對(duì)比重增大，使得根系平均直徑增加。

根系的吸鎘能力是指單位質(zhì)量根的鎘積累量。結(jié)果表明MeJA能夠通過(guò)促進(jìn)小麥幼苗根系形態(tài)建成降低根系吸鎘能力，原因可能是MeJA 通過(guò)降低促進(jìn)鎘吸收的基因的表達(dá)，減少根系對(duì)鎘的吸收，導(dǎo)致整株鎘積累量下降，也可能是MeJA 促進(jìn)酚類化合物等有機(jī)化合物的積累/分泌。據(jù)報(bào)道，洋甘菊植株地上部分酚類化合物的大量產(chǎn)生可以顯著抑制莖中鎳和鎘的積累，MeJA 也可以通過(guò)增加倒卵形秋茄幼苗中的酚類化合物，抑制葉片對(duì)鎘的吸收，因此MeJA 可能通過(guò)促進(jìn)根系形態(tài)的建成，促進(jìn)根系中酚類化合物的增加或者促進(jìn)了根系向營(yíng)養(yǎng)液中分泌酚類化合物，導(dǎo)致根系對(duì)鎘的吸收能力下降。此外，根系形態(tài)的良好建成可能會(huì)使根系細(xì)胞膜的選擇透過(guò)性更強(qiáng)，導(dǎo)致進(jìn)入根系中的鎘減少，即降低了根系吸鎘能力。

3.2 MeJA對(duì)小麥幼苗氣孔及鎘吸收轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

重金屬脅迫會(huì)抑制植株的光合作用，進(jìn)而影響干物質(zhì)的積累。光合作用由氣孔限制因子和非氣孔限制因子共同控制，氣孔促進(jìn)CO/HO 交換開放和關(guān)閉，其開關(guān)主要與保衛(wèi)細(xì)胞、輔助細(xì)胞和表皮細(xì)胞的形態(tài)相關(guān)；非氣孔限制因子主要指CO的同化反應(yīng)，負(fù)責(zé)將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。FARQUHAR 等提出胞間CO濃度與凈光合速率變化趨勢(shì)的一致，可用于說(shuō)明引起光合作用變化的主要原因?yàn)闅饪紫拗埔蜃樱駝t為非氣孔限制因子導(dǎo)致，即葉肉細(xì)胞光合活性的改變。本試驗(yàn)結(jié)果表明，相對(duì)于0.5μmol·L鎘處理，5μmol·L鎘處理顯著降低了小麥幼苗凈光合能力、氣孔導(dǎo)度和胞間CO濃度，表明鎘脅迫主要是通過(guò)降低氣孔導(dǎo)度影響了葉片光合能力。大量研究表明，重金屬脅迫對(duì)植物光合作用的影響機(jī)制可能包括以下幾個(gè)方面：引起K從保衛(wèi)細(xì)胞流入輔助細(xì)胞，導(dǎo)致保衛(wèi)細(xì)胞失去膨壓，最終導(dǎo)致氣孔關(guān)閉；抑制葉綠素的生物合成和Rubisco 活性；增加葉片中可溶性己糖濃度，抑制光合基因，降低CO同化速率。鎘脅迫引發(fā)的Rubisco活性降低與鎘取代碳酸酐酶的活性中心Zn有關(guān)。碳酸酐酶是在細(xì)胞內(nèi)催化CO可逆水合反應(yīng)的一種含鋅金屬酶，能夠加速無(wú)機(jī)碳向羧化酶活性部位的擴(kuò)散，提高羧化酶周圍無(wú)機(jī)碳的濃度，從而增加CO的固定速率。

植物激素在提高鎘脅迫條件下小麥光合能力、緩解鎘毒害的過(guò)程中具有重要作用。脫落酸是氣孔運(yùn)動(dòng)過(guò)程的主要調(diào)控因子，并與茉莉酸和水楊酸等植物激素發(fā)生協(xié)同作用。大量試驗(yàn)表明，MeJA 可以通過(guò)調(diào)節(jié)氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率和葉綠素合成代謝等因素來(lái)參與植物的光合作用，緩解鎘對(duì)植物生長(zhǎng)的抑制作用。如表2 所示，0.5 μmol·L鎘脅迫下噴施MeJA 顯著提高了小麥幼苗的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度，但顯著降低胞間CO濃度；5μmol·L鎘脅迫下，噴施MeJA 顯著提高小麥葉片凈光合速率，可能是由于小麥幼苗在較高鎘濃度下培養(yǎng)周期較短，噴施MeJA 對(duì)氣孔導(dǎo)度、胞間CO濃度及蒸騰速率的促進(jìn)或抑制效果并不顯著，但氣孔導(dǎo)度與蒸騰速率較清水對(duì)照有升高趨勢(shì)，胞間CO濃度有下降趨勢(shì)，可以說(shuō)明鎘脅迫下噴施MeJA主要是通過(guò)調(diào)節(jié)非氣孔限制因素促進(jìn)凈光合速率的提高，其原因可能是MeJA 提高了Rubisco活性，提高了CO與RuBP 的羧合的同化速率，進(jìn)而導(dǎo)致胞間CO濃度的降低。相似研究表明，鎘脅迫條件下，外源SA和MeJA可以提高植物葉片的Rubisco活性，提高CO固定率。氣孔行為不僅是維持光合作用的關(guān)鍵點(diǎn)，也會(huì)通過(guò)影響蒸騰速率，影響植物體內(nèi)水分利用效率和植物體內(nèi)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)運(yùn)，同時(shí)土壤含水量也是影響蒸騰速率的重要原因之一，本研究是基于營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)，水分充足，因此添加鎘處理及噴施MeJA對(duì)蒸騰速率的影響均未達(dá)到顯著。本試驗(yàn)研究表明，鎘脅迫條件下，MeJA 可以通過(guò)提高氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率，提高幼苗的光合能力，但同時(shí)增加了鎘從根系向地上部遷移的可能性。

3.3 MeJA對(duì)小麥幼苗鎘賦存形態(tài)及鎘吸收轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

MeJA 除了影響根系形態(tài)、光合作用、氧化，也可以通過(guò)影響重金屬的賦存形態(tài)有效減輕重金屬對(duì)植物的傷害（表2）。鎘在植物體內(nèi)的賦存形態(tài)會(huì)影響鎘在植物體內(nèi)的遷移轉(zhuǎn)化特征，以及鎘對(duì)植物的毒害程度。本試驗(yàn)采用分級(jí)提取的方式，乙醇主要提取無(wú)機(jī)態(tài)鎘、氨基酸態(tài)鎘等物質(zhì)，去離子水主要提取水溶有機(jī)酸提取態(tài)鎘等，氯化鈉主要提取與蛋白質(zhì)結(jié)合或吸附態(tài)以及果膠酸結(jié)合態(tài)鎘等，醋酸主要提取難溶于水的磷酸鎘，鹽酸提取草酸態(tài)鎘等。其中乙醇和去離子水提取態(tài)鎘生物毒性和遷移活性顯著高于不溶解的磷酸鎘和草酸鎘，易使植物受到毒害。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，鎘的化學(xué)形態(tài)分配特征具有顯著的組織特異性。幼苗地上部分80%以上的鎘可能主要與果膠上的羧基和蛋白質(zhì)巰基發(fā)生結(jié)合，進(jìn)而阻礙鎘進(jìn)入原生質(zhì)；根系中的鎘則主要以游離鎘、有機(jī)酸-鎘復(fù)合物以及果膠/蛋白質(zhì)吸附鎘的形式存在。地上部鎘含量與不溶性磷酸鎘比例（=0.91**）、根系鎘含量與殘?jiān)鼞B(tài)鎘比例（=0.82**）呈顯著正性相關(guān)，表明液泡中不溶性磷酸鎘的形成可能是小麥幼苗應(yīng)對(duì)鎘脅迫的應(yīng)答機(jī)制之一。磷肥的施用可以降低鎘的轉(zhuǎn)移系數(shù)。MeJA 可以通過(guò)改變根系中鎘的賦存形態(tài)影響鎘的遷移及毒害能力。1μmol·LMe-JA能夠顯著降低根系活性鎘的比例，抑制鎘從根系向地上部的遷移，并通過(guò)提高不溶性草酸態(tài)鎘和果膠/蛋白質(zhì)吸附態(tài)鎘的比例緩解根系毒害，有助于根系形態(tài)建成。

4 結(jié)論

（1）葉面噴施1μmol·L茉莉酸甲酯可以提高小麥幼苗鎘抗性，降低鎘積累。

（2）茉莉酸甲酯主要通過(guò)促進(jìn)小麥幼苗根系形態(tài)建成，間接抑制根系對(duì)鎘的吸收能力；通過(guò)增強(qiáng)CO同化，提高幼苗的光合能力，促進(jìn)干物質(zhì)積累；通過(guò)促進(jìn)可溶性鎘向惰性鎘的轉(zhuǎn)化，緩解根系鎘毒害，并平衡了由于氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率增強(qiáng)所引起的鎘向地上部遷移。