劉柿良, 潘遠(yuǎn)智, 楊容孑, 丁繼軍, 何 楊, 王 力， 馬明東

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院，成都 611130)

近年來(lái)， 東南景天(Sedumalfredii)和龍葵(Solanumnigrum)等鎘超富集植物(Hyperaccumulators)在鎘污染土壤的修復(fù)中已被廣泛應(yīng)用， 但這些植物大部分生長(zhǎng)緩慢、 重金屬遷移量較小且景觀價(jià)值不高，僅適合作重金屬抗性機(jī)理的理論研究，不適宜城市大面積污染土壤的修復(fù)[9]。然而園林地被花卉植物具有個(gè)體小、 種類多、 生長(zhǎng)快等特點(diǎn)，生長(zhǎng)一段時(shí)間后被整株移出，不會(huì)造成土壤二次污染， 而且可以獲得景觀和生態(tài)效應(yīng)[10-11]。若能從繁多的花卉資源中篩選出修復(fù)重金屬污染土壤具重要作用的地被植物，將為植物修復(fù)開(kāi)辟新途徑。長(zhǎng)春花(Catharanthusroseus)是我國(guó)廣泛栽培的多年生草本花卉植物， 因其體內(nèi)含有多種具有抗癌活性的生物堿，已成為國(guó)際上研究和應(yīng)用最多的抗癌藥源植物[12]。先前研究發(fā)現(xiàn)， 長(zhǎng)春花對(duì)鎘脅迫具有較強(qiáng)的耐性， 為城市園林綠化和凈化重金屬污染土壤提供了可能[9-10]。目前對(duì)長(zhǎng)春花的研究主要集中在生物半合成[12]和鹽脅迫[13]等方面， 而關(guān)于外源一氧化氮緩解土壤鎘脅迫的研究還尚未見(jiàn)報(bào)道。因此，本研究以長(zhǎng)春花(C.roseus)為材料，采用盆栽試驗(yàn)研究鎘脅迫對(duì)長(zhǎng)春花質(zhì)膜過(guò)氧化、 ATPase活性及礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素吸收的影響，探討外源一氧化氮緩解長(zhǎng)春花鎘脅迫的機(jī)制，以期為Cd 污染的防治提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤采自試驗(yàn)地周邊未開(kāi)墾的自然土壤(不含腐葉根)， 采樣深度0—20 cm。發(fā)酵土由四川省成都市溫江區(qū)花木交易中心提供；供試植物長(zhǎng)春花(C.roseus)幼苗由成都市郫縣靜菊花木服務(wù)有限公司提供；外源NO供體為硝普鈉(SNP，購(gòu)自德國(guó)Merck公司)。添加的Cd2+用CdC12·2.5H2O(分析純)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2012年4月10日至5月16日，將采集的土壤自然風(fēng)干、 搗碎、 剔除雜物，研磨，過(guò)5 mm篩， 按照1 ∶1比例將發(fā)酵土和自然土壤均勻混合成種植土，并用適量多菌靈消毒，堆積靜置45 d。種植土有機(jī)碳含量38.75 g/kg、 全氮0.73 g/kg、 全磷0.52 g/kg、 全鉀3.28 g/kg、 總鎘0.475 mg/kg(有效態(tài)鎘為0.274 mg/kg)、 pH 6.5。試驗(yàn)用盆為帶托盤的塑料盆(下口徑 20 cm、 上口徑30 cm、 深25 cm)，每盆裝種植土(干土)8 kg，備用。

植物恢復(fù)生長(zhǎng)后， 于2012年5月25日開(kāi)始進(jìn)行預(yù)試驗(yàn)。根據(jù)國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和四川盆地重金屬污染發(fā)展概況[1]， 預(yù)試驗(yàn)以不添加鎘作為對(duì)照(CK)，鎘處理水平設(shè)為: PT1(preliminary test 1， 5 mg/kg Cd2+)；PT2(10 mg/kg Cd2+)；PT3(25 mg/kg Cd2+)；PT4(50 mg/kg Cd2+)；PT5(100 mg/kg Cd2+)。按設(shè)計(jì)的Cd2+濃度將分析純 CdCl2·2.5H2O 與蒸餾水配制成500 mL溶液均勻施入相應(yīng)的盆中(滲出液反復(fù)回收澆灌，直到Cd2+與土壤均勻混合)[9-10]，每處理4次重復(fù)。試驗(yàn) 45 d后，根據(jù)幼苗生物量和相對(duì)生長(zhǎng)速率(RGR)[14-15]篩選出25 mg/kg Cd2+為鎘脅迫濃度。

1.2.2 外源一氧化氮試驗(yàn) 2012 年7月7日，按照 1.2.1 的方法進(jìn)行長(zhǎng)春花幼苗移栽。待幼苗恢復(fù)生長(zhǎng)后(約 7 d)，于 2012 年 7 月 16 日進(jìn)行外源一氧化氮(NO)處理試驗(yàn)。在篩選出的25 mg/kg Cd2+脅迫濃度的基礎(chǔ)上，設(shè)置不同濃度的 NO 的處理，該試驗(yàn)共設(shè)7個(gè)處理: 1) CK，不添加 SNP 和 Cd2+；2) Cd，25 mg/kg Cd2+；3)T1，25 mg/kg Cd2++0.45 mg/kg SNP； 4)T2，25 mg/kg Cd2++0.90 mg/kg SNP； 5)T3，25 mg/kg Cd2++1.80 mg/kg SNP； 6)T4， 25 mg/kg Cd2++3.60 mg/kg SNP； 7)T5， 25 mg/kg Cd2++7.20 mg/kg SNP。每處理 4 次重復(fù)，一氧化氮供體為硝普鈉—Na2[Fe(CN)5NO]·2H2O，加入到25 mg/kg Cd2+脅迫溶液中，將其均勻施入到相應(yīng)的塑料盆中。試驗(yàn)期間，精細(xì)管理，防止病蟲害，保證持水量。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 生長(zhǎng)指標(biāo)和生物量測(cè)定 長(zhǎng)春花鎘脅迫試驗(yàn)中，于 2012年 5月 29日和6月8日(即植物鎘脅迫處理后的第 5 d 和第 15 d)隨機(jī)選取不同濃度鎘處理下的植株測(cè)定生長(zhǎng)指標(biāo)，每盆2株。利用 Li-3000C(Li-Cor， Lincoln， Nebraska， USA)便攜式葉面積儀依次測(cè)定植株葉長(zhǎng)和葉寬。用游標(biāo)卡尺測(cè)量根長(zhǎng)(主根長(zhǎng))、 株高(頂端到地面的垂直高度)和基徑，并計(jì)算單株總?cè)~片數(shù)。隨機(jī)選取完整幼苗，整株洗凈，在105℃殺青30 min后在 80℃ 烘箱內(nèi)烘干 48 h 后稱量。根據(jù)第 5 d 和第 15 d 植株總生物量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，計(jì)算相對(duì)生長(zhǎng)速率(RGR)，計(jì)算公式為: RGR=(lnW2-lnW1)/(T2-T1)。式中: W1和 W2分別表示前、 后兩次收獲時(shí)的總生物量; (T2-T1) 表示測(cè)量間隔時(shí)間[16]。

1.3.3 抗氧化酶活性的測(cè)定 取植株地上部和根系樣品，分別剪碎混合后隨機(jī)取 0.5 g，放在研缽中加入5.0 mL 0.05 mol/L pH 值7.8 的Na2HPO4-NaH2PO4磷酸緩沖液(PBS，內(nèi)含1% PVP)及少量石英砂，于冰浴中研磨提取，于15000×g4℃ 下離心 15 min，上清液定容至10 mL，上清液為酶提取液。過(guò)氧化氫酶(CAT)活性的測(cè)定采用紫外吸收法[20]；超氧化物歧化酶(SOD)活性用 NBT(氮藍(lán)四唑)法測(cè)定[21]；過(guò)氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法在 470 nm下測(cè)定[22]；還原型谷胱甘肽(GSH)含量參照 Nagalakshmi 和 Prasad[23]的方法，采用巰基試劑 DTNB (2-硝基苯甲酸)測(cè)定。

1.3.4 質(zhì)膜 ATP酶和5′-核苷酸酶活性的測(cè)定 質(zhì)膜分離參照Wang和Sze[24]的方法并略作改動(dòng)。取2.0 g鮮樣加入2倍(w/v)體積預(yù)冷的磷酸鹽緩沖液[Hepes-Tris 25 mmol/L、 pH 7.6、 甘露醇 250 mmol/L、 EGTA 5.0 mmol/L、 乙二胺四乙酸 (EDTA) 5.0 mmol/L、 KCl 10 mmol/L、 苯甲基磺酰氟 (PMSF) 2.0 mmol/L、 1.5% 聚乙烯吡咯烷酮 (PVP)、 0.5%牛血清蛋白 (BSA)、 抗氧化劑 (BHT) 5 μg/L、 K2S2O55.0 mmol/L、 二硫蘇糖醇 (DTT) 1.0 mmol/L]，冰浴研磨。研磨液經(jīng) 4 層紗布過(guò)濾，濾液于13000×g離心 30 min， 取上清液再于 60000×g離心30 min， 棄上清液， 沉淀懸浮于 1.0 mL的懸浮液 PBS(Hepes-Tris 2.5 mmol/L、 pH 7.6、 甘露醇 250 mmol/L、 EDTA 1 mmol/L、 DTT 1.0 mmol/L)中，置于不連續(xù)梯度有蔗糖溶液(45%、 36% 和22%)中，經(jīng)70000×g離心2 h，36% 和 45% 間帶溶液為質(zhì)膜微囊，取出測(cè)定 ATPase 活性。質(zhì)膜H+-ATPase活性的測(cè)定采用 Wang 和 Sze[24]的方法; 質(zhì)膜Ca2+-ATPase 活性的測(cè)定參照繆穎等[25]的方法; 5'-核苷酸酶(5′-AMPase)的提取及其活性按照潘杰等[26]的方法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均用 SPSS17.0 軟件進(jìn)行單因素方差檢驗(yàn)(One-way ANOVA)和最小顯著性差異法檢驗(yàn)(LSD)，顯著性水平為α=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度鎘脅迫對(duì)長(zhǎng)春花生長(zhǎng)的影響

不同濃度鎘脅迫顯著影響長(zhǎng)春花生物量的生產(chǎn)和分配，且隨著鎘濃度增加先升后降(表1)。與對(duì)照(CK)相比， PT1和PT2處理(5和10 mg/kg Cd2+)并未明顯促進(jìn)長(zhǎng)春花生物量的增加；總生物量和根、 莖生物量在PT3處理(25 mg/kg Cd2+)下降低顯著， 葉生物量則無(wú)顯著變化。相同鎘濃度處理下，葉生物量占總生物量的比例最高， 根系最低。同時(shí)，根/莖比(R/S)對(duì)鎘脅迫差異顯著，PT2處理下達(dá)到最大值， 而后隨著鎘濃度的增加而下降。 PT1與PT2處理下相對(duì)生長(zhǎng)速率(RGR)比CK降低16.16% 和22.82%。PT3處理下RGR比CK降低45.32%， 對(duì)植物生長(zhǎng)造成了嚴(yán)重抑制， 但此時(shí)又能表現(xiàn)出對(duì)重金屬的抗性。因此，選用25 mg/kg Cd2+(PT2)為鎘脅迫的處理濃度。

表1 不同鎘濃度處理對(duì)長(zhǎng)春花生物量和相對(duì)生長(zhǎng)速率的影響Table 1 Effect of biomass and relative growth rate (PGR) of C. roseus under different Cd concentration treatments

注(Note): R/S —Ratio of root to shoot； RGR—Relative growth rate. 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatments at the 5% level.

2.2 鎘脅迫下外源一氧化氮(NO)對(duì)長(zhǎng)春花形態(tài)和生物量的影響

表2顯示，與CK相比，鎘脅迫下葉性狀(葉數(shù)、 葉長(zhǎng)、 葉寬)， 根長(zhǎng)， 株高和基徑顯著降低，表明25 mg/kg Cd2+鎘脅迫明顯抑制了植株生長(zhǎng)。當(dāng)添加0.45 mg/kg (T1)、 0.90 mg/kg(T2)、 1.80 mg/kg(T3)SNP時(shí)，生長(zhǎng)抑制現(xiàn)象得到了明顯緩解，特別是T3處理更為顯著。T3處理與Cd相比葉數(shù)、 葉長(zhǎng)、 葉寬、 根長(zhǎng)、 株高和基徑分別提高了6.69%、 2.63%、 8.65%、 21.52%、 14.57% 和7.04%。隨著SNP處理濃度的升高，T4和T5處理(添加3.60和7.20 mg/kg SNP)的植株形態(tài)參數(shù)逐漸降低。同時(shí)，植株生物量具有與植株形態(tài)相似的變化趨勢(shì)(圖1)。

表2 鎘脅迫下不同濃度SNP對(duì)長(zhǎng)春花的葉數(shù)、 葉長(zhǎng)、 葉寬、 根長(zhǎng)、 株高和基徑的影響Table 2 Effect of different concentrations of SNP supply on leaf number, leaf length, root length, plant height, leaf width and basal diameter of C. roseus under Cd stress

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatments at the 5% level.

圖1 鎘脅迫下不同濃度SNP處理對(duì)長(zhǎng)春花生物量的影響Fig.1 Effects of different concentrations of SNP supply on biomass production of C. roseus under Cd stress[注(Note)： 柱上不同小寫字母表示相同部位生物量在不同處理間差異達(dá)5%顯著水平 Different small letters above the bars indicate significant among different treatments for the same tissue at the 5% level; 柱上不同大寫字母表示相同處理下地上部和根系生物量間差異達(dá)5%顯著水平Different capital letters indicate significant in biomass of shoots and roots under the same treatments at the 5% level.]

圖2 鎘脅迫下不同濃度SNP處理對(duì)長(zhǎng)春花鎘富集量的影響Fig.2 Effects of different concentrations of SNP supply on Cd accumulation of C. roseus under Cd stress[注(Note)： 柱上不同小寫字母表示相同部位在不同處理間差異達(dá)5%顯著水平 Different small letters above the bars indicate significant among different treatments for the same tissue at the 5% level; 柱上不同大寫字母表示相同處理下地上部和根系間Cd富集量差異達(dá)5%顯著水平Different capital letters indicate significant in Cd accumulation of shoots and roots under the same treatments at the 5% level.]

2.3 鎘脅迫下外源一氧化氮(NO)對(duì)長(zhǎng)春花鎘富集量的影響

地上部和根系鎘富集量較CK顯著升高(圖2)。T3(添加1.80 mg/kg SNP)處理的地上部鎘富集量最低，較Cd處理降低56.76%; 根系的鎘富集量最高，較Cd處理升高68.67%。表明適當(dāng)濃度的外源NO能影響對(duì)鎘的吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)。相同處理下，根系鎘含量顯著高于地上部，鎘趨于富集在植物的根部。

圖3 鎘脅迫下不同濃度SNP處理對(duì)長(zhǎng)春花鎘富集率的影響Fig.3 Effects of different concentrations of SNP supply on cadmium accumulation rate of C. roseus

2.4 鎘脅迫下外源一氧化氮(NO)對(duì)長(zhǎng)春花礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)吸收的影響

表3 鎘脅迫下不同濃度SNP對(duì)長(zhǎng)春花礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的影響(g/kg)Table 3 Effects of different concentrations of SNP on mineral nutrition in shoots and roots of C. roseus under Cd stress

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同小、 大寫字母分別表示處理間差異達(dá)5%和1%顯著水平 Values followed by different small and capital letters in same column mean significant at the 5% and 1% levels, respectively.

2.5 鎘脅迫下外源一氧化氮(NO)對(duì)長(zhǎng)春花丙二醛和活性氧的影響

表4 礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素鉀、 鈣、 鎂、 鐵、 銅、 鋅之間的相關(guān)性(n=42)Table 4 Pearson correlations between mineral nutrient elements K, Ca, Mg, Fe, Cu and Zn in shoots and roots of C. roseus (n=42)

注(Note): 表中結(jié)果根據(jù)地上部和地下部在7個(gè)處理水平的數(shù)據(jù)計(jì)算Results in the table are calculated based on data of seven treatments in shoots and roots. *—P<0.05 (雙側(cè)bilateral); **—P<0.01 (雙側(cè)bilateral); ns—P> 0.05.

圖4 鎘脅迫下不同濃度SNP處理對(duì)長(zhǎng)春花丙二醛和活性氧的影響Fig.4 Effects of different concentrations of SNP supply on malondialdehyde content and reactive oxygen species generation of C. roseus under Cd stress [注(Note)： 柱上不同小寫字母表示相同部位在不同處理間差異達(dá)5%顯著水平 Different small letters above the bars indicate significant among different treatments for the same tissue at the 5% level; 不同大寫字母表示相同處理下地上部和根系間差異達(dá)5%顯著水平Different capital letters indicate significant in shoots and roots under the same treatments at the 5% level.]

2.6 鎘脅迫下外源一氧化氮(NO)對(duì)長(zhǎng)春花質(zhì)膜過(guò)氧化的影響

2.7 鎘脅迫下外源一氧化氮(NO)對(duì)長(zhǎng)春花ATP酶活性的影響

表5 鎘脅迫下不同濃度SNP對(duì)長(zhǎng)春花抗氧化酶(CAT、 POD、 SOD)活性和抗氧化物(GSH)含量的影響Table 5 Effects of different concentrations of SNP on the activities of antioxidant enzymes (CAT， POD， SOD) and antioxidants (GSH) content of C. roseus under Cd stress

注(Note): CAT—Catalase；POD—Peroxidase ; SOD—Superoxide dismutase；GSH—Glutathione. 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatments at the 5% level.

表6 長(zhǎng)春花地上部和地下部活性氧 丙二醛(MDA)以及抗氧化物之間的相關(guān)性(n=42)Table 6 Pearson correlations between malondialdehyde (MDA), reactive oxygen and antioxidant substance in shoots and roots of C. roseus (n=42)

圖5 鎘脅迫下不同濃度SNP處理對(duì)長(zhǎng)春花質(zhì)膜 ATP酶和 5′-AMP酶活性的影響Fig.5 Effects of different concentrations of SNP supply on plasma membrane ATPase and 5′-AMPase activities of C. roseus under Cd stress [注(Note)： 柱上不同小寫字母表示相同部位在不同處理間差異達(dá)5%顯著水平 Different small letters above the bars indicate significant among different treatments for the same tissue at the 5% level; 不同大寫字母表示相同處理下地上部和根系間差異達(dá)5%顯著水平Different capital letters indicate significant in shoots and roots under the same treatments at the 5% level.]

表7 不同濃度SNP處理濃度與長(zhǎng)春花質(zhì)膜 ATPase 和 5′-AMPase 活性的回歸方程和相關(guān)性Table 7 Regression equation and correlations between different concentrations of SNP supply and the activities of the plasma membrane ATPase and 5′-AMPase of C. roseus.

注(Note):x—SNP處理濃度SNP treatment concentration;y—質(zhì)膜酶Plasma membrane enzyme. *—P<0.05；**—P<0.01.

3 討論

鎘(Cd)可與植物生長(zhǎng)過(guò)程中關(guān)鍵酶或蛋白活性中心的巰基結(jié)合，取代金屬硫蛋白反應(yīng)中心的必需金屬元素 鈣(Ca)、 鐵(Fe)、 鋅(Zn)、 鎂(Mg) 等，釋放自由離子[27]，誘導(dǎo)內(nèi)脂氧合酶和還原性輔酶II(NADPH)氧化酶活性升高[19]，導(dǎo)致質(zhì)膜過(guò)氧化和生物大分子損傷，抑制植株的生長(zhǎng)。研究表明，25 mg/kg Cd2+鎘脅迫下植株葉性狀(葉數(shù)、 葉長(zhǎng)、 葉寬)， 根長(zhǎng)， 株高和基徑均受到抑制，長(zhǎng)春花生長(zhǎng)發(fā)育受到影響，與多數(shù)植物受鎘脅迫現(xiàn)象一致(表1，表2)。然而，外源一氧化氮(NO)可通過(guò)質(zhì)外體直接作用使細(xì)胞壁松弛，提高膜的流動(dòng)性和離子的選擇性[28]，增強(qiáng)與外界信息交流和次生代謝產(chǎn)物區(qū)域化。試驗(yàn)中添加低濃度SNP (T1、 T2、 T3, 即0.45、 0.90、 1.80 mg/kg SNP，下同)可以緩解鎘脅迫對(duì)幼苗生長(zhǎng)的抑制，生物量逐步恢復(fù)到對(duì)照水平，而高濃度(T4和T5，即3.60和7.20 mg/kg SNP，下同)的SNP 對(duì)植株的緩解效應(yīng)卻不顯著，這證實(shí)了外源NO 對(duì)植物的雙相劑量-效應(yīng)現(xiàn)象，與Wang 等[2]的研究結(jié)果一致。

一般而言，大多數(shù)帶正電的重金屬離子易與組織中帶負(fù)電的化合物結(jié)合，產(chǎn)生顯著的截留作用而使重金屬累積在根系，這已為眾多的研究所證實(shí)[2,16]。本研究結(jié)果也表明，長(zhǎng)春花根系吸收并截留了絕大多數(shù)的 Cd2+(圖2、 圖3)。這種將Cd2+富集于根系是植物阻止Cd2+毒害的生存策略，減輕了土壤鎘通過(guò)植物向生態(tài)系統(tǒng)遷移的風(fēng)險(xiǎn)。施用低濃度SNP 能顯著增加根系鎘含量，降低地上部積累，表明NO 參與了鎘脅迫下植物對(duì)重金屬離子的吸收與轉(zhuǎn)移，通過(guò)誘導(dǎo)基因表達(dá)，從而減輕對(duì)地上部的毒害[29]。由于長(zhǎng)春花的根系較為發(fā)達(dá)，在城市土壤修復(fù)中可以收獲其地下部分并集中處理，通過(guò)連續(xù)種植使土壤中鎘含量降低到可以接受的水平，這也為城市鎘污染土壤的植物修復(fù)開(kāi)辟了新思路。但朱涵毅等[30]對(duì)鎘脅迫下的粳稻品種ZH11施加外源SNP后發(fā)現(xiàn)，地上部鎘含量略有升高，根部鎘含量卻降低。不同的結(jié)果表明，外源NO對(duì)鎘在不同植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)移和分配機(jī)制的影響不同，其機(jī)理有待進(jìn)一步研究。Cd2+在植物體內(nèi)可能與礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素競(jìng)爭(zhēng)根部的吸收位點(diǎn)，從而影響植物對(duì)養(yǎng)分的吸收[8]。Zn2+(0.83?) 和Cd2+(1.03?) 化學(xué)性質(zhì)相似，在根系表面具有類似的吸收位點(diǎn)，易發(fā)生拮抗作用而進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)性吸收[31]。鎘脅迫下根系中Cd2+濃度顯著增加，占據(jù)了大量吸收位點(diǎn)，從而影響 Zn的吸收(圖2、 表3)。同時(shí)，Cu與Zn是植物生長(zhǎng)所必需的微量元素，但吸收積累過(guò)多會(huì)造成重金屬毒害。本研究中，鎘脅迫促進(jìn)幼苗對(duì)Cu的吸收，但抑制了對(duì)Zn的吸收，而施加SNP可以減少對(duì)Cu的吸收而增加對(duì)Zn的吸收(表3)。表明鎘脅迫下幼苗可通過(guò)吸收Cu2+來(lái)促進(jìn)某些抗氧化酶的合成；而NO可參與活性氧的清除，施加SNP會(huì)降低對(duì)Cu2+的吸收[32]。Cui等[33]認(rèn)為，植物在缺Zn 土壤中極易吸收Cd, 而添加 Zn 則會(huì)顯著降低對(duì)Cd的吸收。該結(jié)論也說(shuō)明植物對(duì)Cd和Zn 的吸收存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，本研究的結(jié)果也證實(shí)了該觀點(diǎn)。鎘脅迫導(dǎo)致對(duì)大量元素 K、 Ca、 Mg吸收量的降低 (表3)，可能是Cd2+破壞細(xì)胞膜上的離子通道和載體，降低了礦質(zhì)元素運(yùn)輸速率; 或是Cd2+抑制參與礦質(zhì)元素運(yùn)輸?shù)南嚓P(guān)蛋白或酶的活性[34]，其原因有待進(jìn)一步研究。本研究中，鎘脅迫顯著降低質(zhì)膜H+-ATPase和Ca2+-ATPase活性(圖5)，使跨膜電化學(xué)勢(shì)梯度和細(xì)胞酸度失衡，降低細(xì)胞壁酸化能力從而影響跨膜運(yùn)輸[8]。 然而，Wdowikowska等[6]研究卻發(fā)現(xiàn)，鎘脅迫造成胞內(nèi)Ca2+水平上升，由于胞內(nèi)Ca調(diào)素(CaM)含量下降導(dǎo)致質(zhì)膜Ca2+-ATPase 活性下降，高濃度Ca2+無(wú)法有效泵出細(xì)胞，于是通過(guò)信號(hào)傳導(dǎo)降低質(zhì)膜H+-ATPase mRNA轉(zhuǎn)錄水平，導(dǎo)致H+-ATPase活性降低。添加低濃度的SNP 能夠增強(qiáng) K、 Ca和Mg的吸收，NO通過(guò)提高質(zhì)膜ATPase和5′-AMPase活性水解產(chǎn)生大量質(zhì)子并泵出細(xì)胞質(zhì)，提高溶質(zhì)的次級(jí)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)速率[7,33]。同時(shí)，當(dāng)植物受到鎘脅迫時(shí)經(jīng)常伴隨失綠癥的出現(xiàn)，而失綠癥很可能是由缺Fe引起的。Wang等[2]指出，過(guò)量的鎘脅迫顯著抑制黑麥草對(duì)Fe 的吸收，Cd 與 Fe存在拮抗作用。 Graziano等[35]研究發(fā)現(xiàn)，外源 NO 對(duì)植物葉片中 Fe 向葉綠體分配具有重要作用。本研究表明，外源 SNP 能夠增加地上部和根系中 Fe 含量，但長(zhǎng)春花是否在增加外源 NO時(shí)通過(guò)提高葉綠素含量以增加對(duì) Fe 的吸收，還有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

本研究表明，25 mg/kg Cd2+鎘脅迫抑制長(zhǎng)春花生長(zhǎng)，誘導(dǎo)質(zhì)膜過(guò)氧化，干擾活性氧代謝，增加質(zhì)膜透性，影響礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收和積累。低濃度外源 NO 能夠有效緩解鎘脅迫對(duì)長(zhǎng)春花產(chǎn)生的毒害作用，其可能機(jī)理為: 1)通過(guò)提高鎘脅迫下抗氧化酶(CAT、 SOD、 POD)活性與抗氧化物質(zhì)(GSH)含量，增強(qiáng)活性氧的清除能力；2)增加對(duì)K、 Ca、 Mg、 Fe 的吸收，降低對(duì)微量元素 Cu 和 Zn 的吸收，阻礙 Cd2+在地上部和根系間的轉(zhuǎn)運(yùn)；3)增強(qiáng)質(zhì)膜 ATPase 和 5′-AMPase 活性，加強(qiáng)離子跨膜運(yùn)輸和 Ca2+信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，緩解了鎘脅迫對(duì)長(zhǎng)春花的毒害作用。盡管這些結(jié)果并沒(méi)有完全揭示外源 NO 對(duì)鎘脅迫下長(zhǎng)春花的緩解作用機(jī)理，但為深入研究外源 NO 緩解城市土壤鎘污染提供了思路。因此，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城市鎘污染土壤的植物修復(fù)技術(shù)中適當(dāng)提高植物 一氧化氮(NO )含量或?qū)⑹蔷徑馔寥梨k污染的可行途徑。

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