張晗芝

摘 要：鎘是耕地土壤中最主要的土壤污染物之一，嚴(yán)重影響糧食生產(chǎn)安全，進(jìn)而通過(guò)食物鏈危害人類(lèi)健康。蓖麻（Ricinus communis L.）是一種重要的能源作物，而且是一種潛在的鎘污染土壤的修復(fù)作物。該研究采用水培試驗(yàn)，研究外源NO（SNP）對(duì)5 mg·kg-1 Cd鎘脅迫下蓖麻的生長(zhǎng)狀況和富集特征。研究表明，與鎘處理下相比，100 μmol·L-1 SNP顯著緩解鎘的毒性，增加蓖麻生物量14.8%，提高了蓖麻對(duì)鎘的富集能力，降低了鎘的轉(zhuǎn)運(yùn)能力。

關(guān)鍵詞：鎘 蓖麻 富集 一氧化氮

中圖分類(lèi)號(hào)：X173 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）11（b）-0143-02

鎘是一種重要的環(huán)境污染物[1-2]。土壤環(huán)境中的鎘不降解，而且容易通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體危害人類(lèi)健康[2]。因此，針對(duì)鎘污染的農(nóng)田，采取修復(fù)措施或種植經(jīng)濟(jì)作物替代糧食作物的方式，可以有效地阻斷食物鏈，降低農(nóng)田土壤環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，確保糧食安全及人類(lèi)健康。

蓖麻（Ricinus communis L.）是一種具有很高利用價(jià)值的生物能源，而生物能源的生產(chǎn)能降低全球?qū)茉吹男枨蟛⒁种苹剂蟽r(jià)格的不斷上漲，解決全球能源需求逐步增加的難題[4-5]。另外，研究表明，蓖麻是一種潛在的修復(fù)鎘污染農(nóng)田的經(jīng)濟(jì)作物[2，6]。因此，蓖麻具有很廣泛的應(yīng)用前景，而且近幾年研究人員對(duì)蓖麻的研究給與極大的關(guān)注。

一氧化氮（NO）廣泛存在于植物組織中，通過(guò)酶促和非酶促途徑產(chǎn)生，是一種重要的信號(hào)分子，調(diào)節(jié)多種植物生理及發(fā)育過(guò)程，比如：種子萌發(fā)、根系形成、開(kāi)花等[7]。而且NO提高植物耐性，在應(yīng)對(duì)鹽害、干旱、寒冷、重金屬等逆境脅迫方面發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用[8]。

目前，關(guān)于外源NO（硝普鈉作為供體）對(duì)鎘脅迫下蓖麻對(duì)鎘的耐性和富集特征的研究還很少。該研究的目的：（1）研究外源NO影響下蓖麻對(duì)鎘的耐性特征；（2）研究外源NO影響下鎘在蓖麻組織中的富集特征。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

該試驗(yàn)為水培試驗(yàn)，在溫室進(jìn)行。蓖麻品種Zibo-3由山東省淄博市農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。蓖麻種子開(kāi)始播種在人工無(wú)污染的土壤上生長(zhǎng)2～3周，直到種苗具有2片健壯的葉子。選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的蓖麻幼苗轉(zhuǎn)移到含有400 mL50%霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液的1 L盆中。50%霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液的組分如下：2.5 mmol·L-1 Ca（NO3）2，2.5 mmol·L-1 KNO3，0.5 mmol·L-1 KH2PO4，0.5 mmol·L-1 MgSO4，25 μmol·L-1 H3BO3，2.25 μmol·L-1 MnCl2，1.9 μmol·L-1 ZnSO4，0.15 μmol·L-1 CuSO4，0.05 mmol·L-1（NH4）6Mo7O24和5 μmol·L-1 Fe-EDTA。CdCl2 2.5H2O的水溶液作為鎘污染來(lái)源，硝普鈉（SNP）的水溶液作為NO的供體。試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理，分別為對(duì)照、5 mg·kg-1 Cd、5 mg·kg-1 Cd+100 μmol·L-1 SNP；3組處理表示為CK、Cd、Cd+SNP，每個(gè)處理4個(gè)重復(fù)，測(cè)定植株的干物質(zhì)重量和鎘的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。營(yíng)養(yǎng)液的pH值保持在6.0±0.1。營(yíng)養(yǎng)液每3天更換一次，蓖麻幼苗在水培溶液中生長(zhǎng)10天。溫室設(shè)定的溫度為晝夜25/15℃，16h的光周期，光強(qiáng)度為300 mE/m2/s，平均相對(duì)濕度為 65%。

1.2 化學(xué)分析

植物樣品先用自來(lái)水清洗，然后根部放在10 mmol·L-1的乙二胺四乙酸溶液中浸泡5 min清除根系表面吸附的鎘離子，最后用超純水清洗3遍。測(cè)定生物量和鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)的植物樣品在70 ℃烘箱中烘干直至恒重。植物樣品分為兩部分：根和地上部分，其生物量用電子天平稱量（精確度0.1 mg）。

根和地上部分分別磨碎后，稱取一定量的樣品置于三角瓶中并注入濃硝酸，在電熱板上消解。消解溫度開(kāi)始設(shè)定60℃，然后升高到110 ℃并保持直到樣品溶液變澄清（Zhang等，2014）。樣品溶液用去離子水定容到25 mL。鎘濃度用電感耦合等離子體發(fā)射光譜測(cè)定（Optima5300 DV；Perkin-Elmer，Norwalk，CT，USA）。標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07603（GSV-2）用于監(jiān)控樣品中鎘的回收率（90%±10%）。

1.3 分析指標(biāo)

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)分析采用SPSS 16.0軟件（SPSS，Chicago，IL，USA）的方差分析和t檢驗(yàn)方法。所用指標(biāo)采用三個(gè)重復(fù)。數(shù)據(jù)表示為平均值（）誤差，用Duncans檢驗(yàn)顯著性差異（P<0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 鎘脅迫下蓖麻生物量相應(yīng)

相比于對(duì)照，5 mg·kg-1鎘脅迫下，蓖麻植株的生物量顯著減小了26.7%。添加100 μmol·L-1SNP有效地緩解了鎘對(duì)蓖麻的毒害；蓖麻的生物量相比鎘處理?xiàng)l件下顯著增加了11.9%，相比對(duì)照處理?xiàng)l件下降低了14.8%

2.2 蓖麻不同組織中鎘的富集特征

5 mg·kg-1鎘處理?xiàng)l件下，蓖麻根部和地上部分鎘的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1947 mg·kg-1和184 mg·kg-1，根部和地上部分鎘的富集系數(shù)（BCF）分別為389和36.8，轉(zhuǎn)移系數(shù)（TF）為0.0945。添加100 μmol·L-1 SNP的條件下，鎘的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別達(dá)到了2786 mg·kg-1和199 mg·kg-1；BCF分別為557和39.8；TF為0.0714。添加100 μmol·L-1 SNP提高了蓖麻根部和地上部分鎘的富集能力，但降低了鎘從根部到地上部分的轉(zhuǎn)移能力。

3 討論

生物量可能評(píng)價(jià)蓖麻對(duì)鎘的耐性（Shi和Cai，2009）。Zhang等[10]研究發(fā)現(xiàn)，蓖麻根部中鎘的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大約2 000 mg·kg-1時(shí)，蓖麻生物量減少30%。Zhang等[9]研究發(fā)現(xiàn)，蓖麻根部中鎘的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大約2 500 mg·kg-1時(shí)，蓖麻生物量相比對(duì)照減少35%。該研究表明，蓖麻根部中鎘的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1947 mg·kg-1時(shí)，蓖麻生物量相比對(duì)照減少27%，與以前的研究結(jié)果基本一致。SNP能夠緩解Cd脅迫對(duì)植物生長(zhǎng)的抑制作用，提高植物對(duì)Cd的耐性。該研究發(fā)現(xiàn)，添加100 μmol·L-1 SNP條件下，5 mg·kg-1鎘脅迫蓖麻根部鎘的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)2 786 mg·kg-1，而蓖麻生物量相比對(duì)照降低14.8%。100 μmol·L-1 SNP能夠提高蓖麻對(duì)鎘的耐性，提高鎘的富集能力。然而SNP添加降低了蓖麻對(duì)鎘的轉(zhuǎn)運(yùn)能力。冉烈等[7]研究表明，東南景天對(duì)鎘的轉(zhuǎn)運(yùn)能力受介質(zhì)中Cd濃度及外源NO的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

蓖麻是一種潛在的修復(fù)鎘污染農(nóng)田的經(jīng)濟(jì)作物，對(duì)鎘具有很高的耐性。NO是植物體內(nèi)一種重要的生物分子，參與植物響應(yīng)各種逆境環(huán)境?；钚酝庠碞O能夠顯著緩解鎘對(duì)蓖麻的生長(zhǎng)抑制作用。外源NO提高蓖麻對(duì)鎘的富集能力，降低了蓖麻對(duì)鎘的轉(zhuǎn)運(yùn)能力。

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