張澤錕 張辰陽(yáng) 汪洋 艾艷梅 徐曉陽(yáng) 馮今萍 洪婉悅 宋蘭萍

(皖江流域退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心(安徽師范大學(xué)),蕪湖,241002)

李小平 周際海

(南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心(南京林業(yè)大學(xué))(皖江流域退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心(安徽師范大學(xué)))

隨著工農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展,重金屬污染日趨嚴(yán)重[1]。2014年《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》指出,我國(guó)耕地土壤環(huán)境質(zhì)量較差,部分地區(qū)已存在嚴(yán)重的重金屬污染問(wèn)題,全國(guó)土壤重金屬總超標(biāo)率為16.1%[2]。農(nóng)業(yè)部門(mén)針對(duì)全國(guó)農(nóng)田土壤重金屬污染狀況進(jìn)行了調(diào)查,印發(fā)了《農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地重金屬污染防治實(shí)施方案》。但截至目前,農(nóng)田土壤重金屬污染防治工作仍未取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展[3]。有研究表明,重金屬元素進(jìn)入土壤后,會(huì)產(chǎn)生明顯的生物效應(yīng),土壤被重金屬污染后,通過(guò)土壤-農(nóng)作物-人、土壤-植物-動(dòng)物-人、土壤-水-人等食物鏈形式影響人體健康,引發(fā)疾病甚至導(dǎo)致死亡[4-5]。因此,對(duì)重金屬污染土壤進(jìn)行修復(fù)十分必要。

重金屬污染土壤修復(fù)包括植物修復(fù)、工程治理、化學(xué)修復(fù)。其中,工程修復(fù)工程量大、成本高,不適用于大面積污染的土壤改良,且對(duì)污染土壤處理不當(dāng)又會(huì)造成新的污染;化學(xué)修復(fù)主要包括化學(xué)固定、螯合萃取、氧化還原等方法[6-7],大量使用會(huì)限制植物生長(zhǎng);植物修復(fù)技術(shù)作為迅速成長(zhǎng)的綠色生態(tài)技術(shù),修復(fù)效果好且易操作,適用于各種土壤類(lèi)型。植物修復(fù)技術(shù)不僅具有投入費(fèi)用較低、治理效果顯著的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)兼具較高的研究和應(yīng)用價(jià)值,甚至可以利用修復(fù)土壤的植物創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益,是重金屬土壤污染修復(fù)的重要手段[8]。目前,植物修復(fù)材料大多為草本植物,而采用生物量較大的木本植物作為植物修復(fù)材料的相關(guān)研究較少。

香樟(CinnamomumcamphoraL.)是中國(guó)亞熱帶闊葉林中的重要樹(shù)種,為常綠喬木,主要分布于我國(guó)長(zhǎng)江流域以南各省。目前,對(duì)香樟的研究和開(kāi)發(fā)應(yīng)用涵蓋植物學(xué)、生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、水土保持學(xué)、農(nóng)學(xué)、林學(xué)、藥學(xué)等眾多學(xué)科,并將成為21世紀(jì)較有價(jià)值的生態(tài)工程技術(shù)之一?，F(xiàn)階段,關(guān)于香樟對(duì)礦區(qū)污染土壤中污染物富集的影響已有初步研究[9-12],如周際海等[13]發(fā)現(xiàn),香樟葉片的凈光合速率、葉綠素、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、抗氧化酶系統(tǒng)、丙二醛(MDA)等生理生化特征變化均反映出其具有一定的耐鎘性。因此,運(yùn)用香樟來(lái)修復(fù)Cd2+污染的土壤有較強(qiáng)的應(yīng)用潛力[14]。

生長(zhǎng)素是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的植物生長(zhǎng)激素[15]。吲哚乙酸(IAA)屬于生長(zhǎng)素中的一類(lèi),能夠促進(jìn)植物細(xì)胞伸長(zhǎng)、分裂、分化,提高植物抗逆性,促進(jìn)植物根系發(fā)育,增加葉片生物量,對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育和生理生化有著重要影響[16]。有研究顯示,生長(zhǎng)素等植物激素可以利用特殊的生理性能刺激植物對(duì)環(huán)境養(yǎng)分的吸收,激發(fā)植物在逆境環(huán)境中的耐性潛力[17]。生長(zhǎng)素能通過(guò)細(xì)胞膜質(zhì)子泵三磷酸腺苷(ATP)酶激活質(zhì)外體酸化,進(jìn)而刺激相關(guān)蛋白酶修飾細(xì)胞壁,提升細(xì)胞壁的延展能力,促進(jìn)植物細(xì)胞伸長(zhǎng),增大根系表面積[18]。李文靜等[19]研究發(fā)現(xiàn),噴施吲哚乙酸后,鋁脅迫下栝樓(TrichosantheskirilowiiMaxim.)的光合參數(shù)得以改善,葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高,植物抗氧化酶活性增強(qiáng),丙二醛積累量減少,Al毒害程度得以減輕。也有研究表明,施用生長(zhǎng)素后土壤酶活性恢復(fù)穩(wěn)定,能夠緩解逆境對(duì)土壤微環(huán)境的破壞[20],這一現(xiàn)象說(shuō)明,生長(zhǎng)素的施加能夠增強(qiáng)植物在逆境中的抗氧化酶活性及細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,從而穩(wěn)定土壤微生態(tài)環(huán)境,提高重金屬污染土壤的修復(fù)效率?，F(xiàn)有研究認(rèn)為,生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的主要作用機(jī)制是當(dāng)其作用于植物細(xì)胞后,會(huì)激發(fā)細(xì)胞膜上激素分子受體的感知,進(jìn)而激活下游信號(hào)傳導(dǎo)途徑,并通過(guò)上調(diào)相關(guān)傳導(dǎo)基因,促進(jìn)植物產(chǎn)生螯合肽以螯合或緩解鎘毒性[21]。有研究發(fā)現(xiàn),噴施不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的吲哚乙酸對(duì)Al脅迫下紫花苜蓿(Medicagosativa)幼苗的生長(zhǎng)具有不同程度的促進(jìn)效果[22]。Pan et al.[23]指出,Cd脅迫下施加吲哚乙酸可激活谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶活性,使植物更好地應(yīng)對(duì)應(yīng)激反應(yīng)。低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的吲哚乙酸可以促進(jìn)植物生長(zhǎng),而高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的吲哚乙酸則會(huì)抑制植物生長(zhǎng),甚至導(dǎo)致死亡。目前,關(guān)于吲哚乙酸聯(lián)合植物進(jìn)行重金屬污染修復(fù)方面的研究較少,尤其是外源添加吲哚乙酸對(duì)香樟修復(fù)Cd污染土壤的應(yīng)用研究涉及不多。本研究通過(guò)盆栽試驗(yàn),對(duì)香樟施加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)吲哚乙酸,探討Cd脅迫下1年生香樟幼苗生理特性變化,為香樟和添加外源激素對(duì)重金屬污染土壤的聯(lián)合修復(fù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試植物為從浙江省嘉興市海寧市鹽官鎮(zhèn)香樟苗圃園購(gòu)買(mǎi)的長(zhǎng)勢(shì)均勻、高度為1 m的同批1年生香樟實(shí)生苗。栽種前將香樟側(cè)枝、葉片及根系進(jìn)行修剪,保留3條側(cè)枝,由幼苗莖基部向上截取高約50 cm的主干莖。于2021年4月種植幼苗。

供試土壤采集于安徽省馬鞍山市和縣農(nóng)田,剔除石塊、大中型土壤動(dòng)物及根茬等殘?bào)w后,風(fēng)干過(guò)2 mm篩待用。土壤pH為5.21,全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.81 g·kg-1,全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.48 g·kg-1,全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.63 g·kg-1,未檢出Cd。在幼苗度過(guò)50 d緩苗生長(zhǎng)期后,對(duì)盆栽土壤進(jìn)行污染處理。精確配制質(zhì)量濃度為2 g·L-1的CdCl2·2.5H2O(分析純)溶液作為母液(溶液質(zhì)量濃度以Cd2+量計(jì)算),按照試驗(yàn)設(shè)計(jì),均勻澆灌于香樟盆栽土壤中,使土壤Cd污染質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20 mg·kg-1(以Cd2+量計(jì)算),達(dá)到土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)篩選限值(GB3660-2018)。

水溶性肥料購(gòu)于中國(guó)史丹利農(nóng)業(yè)集團(tuán)股份有限公司,主要成分為w(N+P2O5+K2O)>60%,w(N)∶w(P)∶w(K)=1∶1∶1,w(Zn+Fe+Mn+B)為0.2%～3.0%。

生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑(IAA)購(gòu)于上海阿拉丁生化科技股份有限公司。在光照條件較差的傍晚,準(zhǔn)確稱(chēng)量吲哚乙酸并用超純水配置出相應(yīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的吲哚乙酸溶液并將其施加到Cd污染土壤中。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)用18 cm(徑)×19 cm(高)花盆裝土2 kg(干質(zhì)量)栽種幼苗。于2021年6月1日—2021年7月15日進(jìn)行為期45 d的培養(yǎng)試驗(yàn),測(cè)定香樟生長(zhǎng)、生理生化相關(guān)指標(biāo)。試驗(yàn)共設(shè)有5個(gè)處理,分別為:CK(未污染土壤)、C0(添加Cd 20 mg·kg-1+未添加吲哚乙酸)、C1(添加Cd 20 mg·kg-1+添加吲哚乙酸5 mg·kg-1)、C2(添加Cd 20 mg·kg-1+添加吲哚乙酸10 mg·kg-1)、C3(添加Cd 20 mg·kg-1+添加吲哚乙酸40 mg·kg-1)。

每個(gè)處理分別設(shè)置5個(gè)重復(fù),按農(nóng)田常規(guī)施肥量(添加N 300 kg·hm-2,添加P 150 kg·hm-2)計(jì)算,將水溶性肥料稀釋后作基肥施用。香樟生長(zhǎng)期間通過(guò)稱(chēng)量澆水的方式澆灌去離子水,保持土壤持水量約為最大含水量的60%,夜晚一次性在土壤中施加吲哚乙酸溶液。

1.3 指標(biāo)測(cè)定方法

丙二醛質(zhì)量摩爾濃度采用硫代巴比妥酸顯色法測(cè)定[24];葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用95%乙醇浸提法測(cè)定;超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍(lán)四唑比色法測(cè)定[25];過(guò)氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚比色法進(jìn)行測(cè)定[26];可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用考馬斯亮藍(lán)G-250比色法測(cè)定;可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用蒽酮比色法測(cè)定[27];抗壞血酸(ASA)采用分光光度計(jì)法測(cè)定[28];谷胱甘肽(GSH)使用DTNB比色法測(cè)定[29]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Microsoft Excel 2010對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理;IBM SPSS Statistics 26.0軟件進(jìn)行相關(guān)分析和單因素方差分析;采用鄧肯多重比較分析不同處理間的差異,差異顯著水平為5%。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)吲哚乙酸對(duì)Cd脅迫下香樟葉片可溶性蛋白和可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

由表1可知,單Cd污染土壤處理(C0)的香樟葉片可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)比CK顯著增加了117.99%;C1、C2處理的葉片可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)與C0相比分別顯著下降了34.39%、57.70%;C3與C0處理間可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)無(wú)顯著性差異;C1、C2處理與CK間無(wú)顯著性差異。C0處理與CK相比,可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著增加了17.44%;而C1、C2、C3處理與C0相比,可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著下降,分別下降了10.30%、34.89%、29.72%;C1處理與CK相比,可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)無(wú)顯著性差異;C2、C3處理與CK相比分別顯著降低了23.54%、17.45%。

表1 不同處理時(shí)香樟葉片中可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)和可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)

2.2 外源施加吲哚乙酸對(duì)Cd脅迫下香樟葉片光合作用的影響

由表2可知,在單Cd污染的條件下(C0)香樟葉片的葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)與CK相比,分別顯著降低了27.71%、27.15%、27.57%。C1、C0處理的葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)無(wú)顯著性差異。C2處理與C0處理相比,葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù),分別顯著增加了60.67%、60.13%、32.85%;C3處理與C0處理相比,葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù),分別顯著增加了58.58%、30.93%、31.33%。C3處理與CK相比,葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)無(wú)顯著性差異。C1、C2、C3處理,與CK間的葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)、w(葉綠素a)∶w(葉綠素b)無(wú)顯著性差異。

另外,w(可溶性糖)∶w(可溶性蛋白)變化趨勢(shì),與葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素變化趨勢(shì)一致,呈現(xiàn)先下降后上升再下降的趨勢(shì)。其中,在Cd污染條件下,C2處理的比值最高,且在該處理時(shí)葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高。

2.3 施用不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)吲哚乙酸對(duì)Cd脅迫下香樟葉片丙二醛質(zhì)量摩爾濃度的影響

由表3可以看出,單Cd污染土壤(C0)香樟葉片的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度與CK相比顯著增加了31.04%。處理C2、C3與C0處理相比,丙二醛質(zhì)量摩爾濃度分別顯著降低了22.22%、25.91%,與CK相比則無(wú)顯著性差異。隨著施加吲哚乙酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高,丙二醛質(zhì)量摩爾濃度逐漸降低,但無(wú)顯著性差異。C1、C2、C3處理與CK相比,丙二醛質(zhì)量摩爾濃度無(wú)顯著性差異。

表2 不同處理時(shí)香樟葉片色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)及w(可溶性糖)∶w(可溶性蛋白)

表3 不同處理時(shí)香樟葉片丙二醛質(zhì)量摩爾濃度

2.4 施用不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)吲哚乙酸對(duì)Cd脅迫下香樟葉片超氧化物歧化酶和過(guò)氧化物酶活性的影響

由表4可知,單Cd污染土壤處理(C0)時(shí),香樟葉片的超氧化物歧化酶活性與CK相比顯著增加了19.54%;添加吲哚乙酸的3個(gè)處理與C0相比,超氧化物歧化酶活性略有降低但無(wú)顯著性差異。C0處理的香樟葉片過(guò)氧化物酶活性與CK相比,顯著增加了107.49%;C1與C0處理相比,過(guò)氧化物酶活性略有升高的趨勢(shì),但二者間無(wú)顯著性差異;C2、C3與C1處理相比,過(guò)氧化物酶活性分別顯著降低了37.79%、53.70%,且與CK無(wú)顯著差異。

表4 不同處理時(shí)香樟葉片超氧化物歧化酶和過(guò)氧化物酶活性

2.5 施用不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)吲哚乙酸對(duì)Cd脅迫下香樟葉片抗壞血酸和谷胱甘肽質(zhì)量摩爾濃度的影響

由表5可知,C0處理與CK相比,抗壞血酸質(zhì)量摩爾濃度顯著增加了50.24%;C1、C2與C0處理相比,抗壞血酸質(zhì)量摩爾濃度分別顯著降低了63.49%、28.55%,C3與C0處理相比則無(wú)顯著性差異。C1、C2、C3處理的抗壞血酸質(zhì)量摩爾濃度存在顯著性差異,隨著施加的吲哚乙酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加,抗壞血酸質(zhì)量摩爾濃度顯著升高。C0處理與CK相比,谷胱甘肽質(zhì)量摩爾濃度顯著增加了50.24%;C1、C2、C3與C0處理相比,谷胱甘肽質(zhì)量摩爾濃度分別顯著下降了56.42%、66.03%、63.14%,C1、C2、C3處理間無(wú)顯著性差異。

表5 不同處理時(shí)香樟葉片抗壞血酸和谷胱甘肽質(zhì)量摩爾濃度變化

2.6 香樟生理生化指標(biāo)相關(guān)性

香樟葉片的過(guò)氧化物酶活性,與超氧化物歧化酶活性、可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著正相關(guān)(P<0.05),與可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。超氧化物歧化酶活性,與可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著正相關(guān)(P<0.05),與w(可溶性糖)∶w(可溶性蛋白)呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)。丙二醛質(zhì)量摩爾濃度,與可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)、谷胱甘肽質(zhì)量摩爾濃度呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),與總?cè)~綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)?？扇苄蕴琴|(zhì)量分?jǐn)?shù),與谷胱甘肽質(zhì)量摩爾濃度呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),與總?cè)~綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)?？扇苄缘鞍踪|(zhì)量分?jǐn)?shù),與w(可溶性糖)∶w(可溶性蛋白)呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01),與抗壞血酸質(zhì)量摩爾濃度呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),與總?cè)~綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)。w(可溶性糖)∶w(可溶性蛋白)與抗壞血酸質(zhì)量摩爾濃度呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)。谷胱甘肽質(zhì)量摩爾濃度與總?cè)~綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)。

表6 香樟葉片生理生化指標(biāo)的相關(guān)性

3 討論

植物葉片中葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)在一定程度能夠反映植物進(jìn)行光合作用的強(qiáng)度,與植物的生長(zhǎng)發(fā)育有著密切的關(guān)系[30]。本研究發(fā)現(xiàn),受到Cd污染后,1年生香樟葉片的葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著下降,這是因?yàn)橹亟饘俦恢参镂蘸?會(huì)抑制葉綠素合成酶的活性,同時(shí)促進(jìn)葉綠素分解酶活性的提高,從而導(dǎo)致葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降[31]。3種不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的生長(zhǎng)素均使香樟葉片的葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著增加,其中C2處理時(shí)增加最為顯著,原因是施加外源生長(zhǎng)素有利于促進(jìn)植物光合色素的合成[32],較高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的生長(zhǎng)素與Cd產(chǎn)生協(xié)同,對(duì)植物葉綠素的合成產(chǎn)生了抑制[33]。通過(guò)觀察ω(可溶性糖)∶ω(可溶性蛋白)變化情況可以發(fā)現(xiàn),C2處理的香樟生長(zhǎng)狀況最好,原因是加入10 mg·kg-1生長(zhǎng)素后促進(jìn)了香樟葉片細(xì)胞的分裂分化,其葉片所需蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加,同時(shí),該處理增強(qiáng)了葉片的光合作用,提高了糖類(lèi)積累量[34]。C3處理的ω(可溶性糖)∶ω(可溶性蛋白)與C2相比有所下降,說(shuō)明添加高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的生長(zhǎng)素對(duì)Cd脅迫的緩解作用不明顯。

丙二醛是植物細(xì)胞膜脂過(guò)氧化的產(chǎn)物,其質(zhì)量摩爾濃度的高低反映了植物細(xì)胞受氧化損害程度的大小[35]。本研究中,在添加了Cd污染后,香樟葉片的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度顯著上升,說(shuō)明Cd脅迫使香樟受到了明顯的氧化損傷;施加了低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的生長(zhǎng)素后略微緩解了重金屬Cd對(duì)香樟的毒害作用,但作用并不明顯;添加了較高及高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的生長(zhǎng)素后明顯緩解了重金屬Cd對(duì)香樟的毒害作用,且添加的吲哚乙酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高,對(duì)重金屬Cd毒害的緩解效果越明顯。

超氧化物歧化酶是植物體內(nèi)酶促防御體系中的膜保護(hù)酶之一[36],其可以將植物體中的氧自由基轉(zhuǎn)化為H2O2和O2,從而減輕環(huán)境脅迫對(duì)植物細(xì)胞組織的毒害[37]。在Cd污染的脅迫下,香樟葉片的超氧化物歧化酶活性顯著上升,說(shuō)明Cd脅迫促進(jìn)了香樟的酶促防御體系的啟動(dòng),使其更好地適應(yīng)脅迫環(huán)境。但是,施加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的生長(zhǎng)素后未對(duì)香樟葉片超氧化物歧化酶活性產(chǎn)生影響,而是使其活性維持在了一定水平,這是因?yàn)橄阏恋目姑{迫能力較強(qiáng),已經(jīng)適應(yīng)脅迫環(huán)境,或者是香樟通過(guò)其他途徑緩解了重金屬Cd對(duì)自身的毒害作用。過(guò)氧化物歧化酶是植物體內(nèi)的一種氧化還原酶,其作用是催化有毒物質(zhì)氧化分解。過(guò)氧化物歧化酶活性在植物受到Cd脅迫時(shí)會(huì)升高,這是因?yàn)镃d進(jìn)入植物后產(chǎn)生了對(duì)自身有害的過(guò)氧化物,而過(guò)氧化物歧化酶則可以利用H2O2來(lái)催化過(guò)氧化物的氧化分解。因此,隨著植物體內(nèi)過(guò)氧化物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,過(guò)氧化物歧化酶活性也隨之增加[38]。在本研究中,Cd脅迫時(shí)香樟葉片的過(guò)氧化物歧化酶活性顯著增加,而隨著添加的生長(zhǎng)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加,香樟葉片的過(guò)氧化物歧化酶活性顯著下降,說(shuō)明外源施加生長(zhǎng)素在香樟的抗氧化過(guò)程中起到了重要的作用。

可溶性糖在植物體內(nèi)具有滲透保護(hù)、碳儲(chǔ)存、清除自由基的作用?？扇苄缘鞍鬃鳛榧?xì)胞的重要組成部分,可以對(duì)外界脅迫產(chǎn)生響應(yīng),且可溶性蛋白與植物細(xì)胞的滲透調(diào)節(jié)機(jī)制有關(guān)[39]。本研究中,Cd脅迫時(shí)香樟葉片的可溶性糖和可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著增加,說(shuō)明在Cd脅迫下,香樟可通過(guò)可溶性糖和可溶性蛋白等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來(lái)降低細(xì)胞滲透勢(shì)以緩解Cd對(duì)植物造成的傷害[40]。在施加了不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的生長(zhǎng)素后,香樟葉片的可溶性蛋白和可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)。C2處理的香樟葉片可溶性蛋白和可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低,對(duì)重金屬毒害緩解效果最為明顯;C3處理的香樟葉片可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著上升,可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)略有上升。綜上,與Cd污染處理相比,施加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的生長(zhǎng)素對(duì)Cd脅迫有不同程度的緩解。在添加低質(zhì)量分?jǐn)?shù)和較高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的生長(zhǎng)素后,可有效緩解重金屬Cd對(duì)香樟的脅迫,而添加高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的生長(zhǎng)素對(duì)Cd脅迫的緩解作用不明顯。

在植物的抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)中,抗壞血酸是重要的抗氧化物質(zhì),其能與谷胱甘肽進(jìn)行偶聯(lián)以增強(qiáng)植物對(duì)活性氧的清除能力。本研究中,香樟在Cd污染條件下抗壞血酸質(zhì)量摩爾濃度顯著上升,而添加了低質(zhì)量分?jǐn)?shù)和較高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的生長(zhǎng)素后,香樟的抗壞血酸質(zhì)量摩爾濃度出現(xiàn)不同程度的下降,說(shuō)明了添加低質(zhì)量分?jǐn)?shù)和較高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的生長(zhǎng)素可以有效緩解香樟的重金屬脅迫。而添加了高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的生長(zhǎng)素對(duì)香樟所受脅迫的緩解不顯著,出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因是高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的生長(zhǎng)素對(duì)香樟產(chǎn)生了脅迫,再次破壞了香樟中活性氧自由基產(chǎn)生與清除之間的平衡關(guān)系[41]。谷胱甘肽也是抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)中的一種重要的抗氧化劑,主要功能是參與H2O2的清除。谷胱甘肽是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸組成的巰基三肽[42-43],是植物螯合肽合成的底物,在植物Cd解毒中起著重要作用。有研究表明,往往在谷胱甘肽減少的同時(shí)伴隨著植物螯合肽的生成[44]。植物螯合肽的主要功能是絡(luò)合金屬元素[45],植物可以通過(guò)絡(luò)合作用來(lái)消除過(guò)量重金屬離子對(duì)本體的傷害。不同分子質(zhì)量的多肽對(duì)重金屬的絡(luò)合能力有所不同,單肽不具有絡(luò)合重金屬的能力或作用很小[46]。有研究認(rèn)為Cd2+在植物體內(nèi)能夠直接與產(chǎn)生的植物螯合肽相結(jié)合[47]。本研究中,添加了Cd污染后,香樟的谷胱甘肽質(zhì)量摩爾濃度顯著上升,說(shuō)明香樟一方面可以通過(guò)抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)系統(tǒng)清除活性氧物質(zhì),另一方面通過(guò)螯合Cd2+,將其運(yùn)輸隔離至細(xì)胞液泡中,形成耐Cd、避Cd的雙途徑。在施加了3種不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的生長(zhǎng)素溶液后,香樟葉片的谷胱甘肽質(zhì)量摩爾濃度均顯著下降,這是因?yàn)檫M(jìn)入細(xì)胞的Cd激活了植物螯合肽合成酶[48],進(jìn)而促進(jìn)了植物螯合肽的合成,導(dǎo)致谷胱甘肽質(zhì)量摩爾濃度減少[49]。谷胱甘肽質(zhì)量摩爾濃度的降低有助于減少膜脂氧化產(chǎn)物如丙二醛等的積累,進(jìn)而提高植物抗氧化脅迫能力以抵御鎘毒害[50]。也有研究表明,添加外源物能夠定向調(diào)控植物谷胱甘肽的分配與利用,使其更好、更高效地促進(jìn)植物生長(zhǎng)[51]。因此,在施加生長(zhǎng)素后改變了谷胱甘肽的作用途徑,使得香樟葉片谷胱甘肽質(zhì)量摩爾濃度下降。

4 結(jié)論

Cd脅迫明顯抑制了香樟的生長(zhǎng)和光合作用。隨著添加外源生長(zhǎng)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,香樟的可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)、可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)、超氧化物歧化酶活性、葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)、抗壞血酸質(zhì)量摩爾濃度、谷胱甘肽質(zhì)量摩爾濃度呈現(xiàn)先降低后升高趨勢(shì)。施加了10 mg·kg-1的吲哚乙酸對(duì)Cd脅迫的緩解效果最為明顯,該處理顯著提高了香樟葉片的葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù),有利于促進(jìn)香樟的光合作用,顯著降低香樟葉片的可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)、可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)、谷胱甘肽質(zhì)量摩爾濃度。而施加質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的吲哚乙酸溶液(40 mg·kg-1)對(duì)香樟Cd脅迫的緩解效果不明顯。