張 云 王丹媚 王孝源 任晴雯 唐 可 張麗宇 吳玉環(huán) 劉 鵬,*

1 浙江師范大學化學與生命科學學院, 浙江金華 321004; 2 杭州師范大學生命與環(huán)境科學學院, 浙江杭州 310036; 3 中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所, 遼寧沈陽 110016

鎘(Cadmium, Cd)在環(huán)境中無法降解, 毒性強易遷移, 是重金屬污染的研究熱點[1]。隨著城市化和工業(yè)化發(fā)展, 我國遭到破壞的農(nóng)田已有近2000萬公頃,鎘污染面積就達56.65%[2]。植物對它的吸收主要依賴其土壤中的存在形態(tài), 南方紅壤酸度較低[3], 各類結(jié)合態(tài)和穩(wěn)定態(tài)的鎘易轉(zhuǎn)變?yōu)榛顫姷慕粨Q態(tài), 這大大增加了有效態(tài)鎘的遷移[4]。被污染的農(nóng)作物一旦隨食物鏈進入人體, 則會嚴重危害生命健康[5]?，F(xiàn)階段, 生物修復技術(shù)存在超富集植物種類有限、生長周期長、生物量小等問題, 在實際應用中無法發(fā)揮優(yōu)勢[6]。正因如此, 發(fā)掘更多富集型作物以及尋找減輕鎘對植物毒害的方法已經(jīng)刻不容緩。

菊芋(Helianthus tuberosusL.)別名洋姜, 菊科(Compositae)向日葵屬(Helianthus)多年生草本植物,具有生長繁殖快、生物量大等特點, 能生存于各種條件苛刻的自然環(huán)境[7]。遼寧沿海地區(qū)對其大面積種植改良遼南灘涂鹽堿土地, 極大增加了土壤利用率; 此外, 當?shù)仄髽I(yè)采用深加工解決菊糖供不應求的問題, 積極帶動了經(jīng)濟發(fā)展[8]。李俊凱等[9]在探究南京市某鉛鋅礦場內(nèi)14種優(yōu)勢物種時發(fā)現(xiàn), 它還能吸附鎘、鉻、銅、錳、鉛和鋅6種重金屬。陳良等[2]也發(fā)現(xiàn), 南芋5號具有較強的土壤鎘修復能力。由此可見, 菊芋的開發(fā)潛力不可忽視, 其在改善土壤重金屬污染問題中應用前景廣闊。

茉莉酸(jasmonic acid, JA)是一類植物內(nèi)源信號物質(zhì), 由α-亞麻酸代謝, 具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)[10], 能有效改善生物修復法中作物生長緩慢、產(chǎn)量低、修復周期長的缺點[11]。Ali等[12]在提高油菜(Brassica campestrisL.)鎘耐受性時發(fā)現(xiàn), 25 μmol L-1的JA是一種“脅迫改善分子”, 可以減少葉片對鎘的吸收,提高脅迫相關(guān)抗氧化酶活性, 保護葉綠體免受活性氧(reactive oxygen species, ROS)損傷, 植株光合產(chǎn)物增加, 對抗鎘的能力得以增強。目前, 關(guān)于菊芋非生物脅迫的研究主要集中在耐鹽堿和耐干旱領(lǐng)域,有關(guān)其耐鎘機制的涉足較少, 且尚未見使用JA緩解鎘污染對菊芋幼苗生長毒害的相關(guān)報道。基于上述背景, 本研究選用耐鎘性差異較大的2個品種菊芋作為試驗對象, 設(shè)置低、中、高(75、150、300 mg kg-1)3個水平的鎘濃度, 模擬土培脅迫, 采用25 μmol L-1的JA作為緩解因子, 探究該濃度JA對不同程度鎘處理下菊芋的生長指標、光合特性以及鎘積累的影響, 旨在為揭示外源JA提升植物抗鎘機制奠定理論基礎(chǔ), 也為種植菊芋修復土壤鎘污染提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗于2018年6月至2020年7月在浙江師范大學生物園和植物學實驗室內(nèi)進行, 前期以河南開封、四川成都、湖北咸寧、山東濰坊、四川資陽、重慶、江西宜春、陜西榆林、江蘇徐州、河北保定10個不同地區(qū)的菊芋進行篩選, 植株塊莖均在生物園內(nèi)種植1年以上。最終經(jīng)簡單序列重復區(qū)間擴增(inter-simple sequence repeat, ISSR)鑒定遺傳多樣性和耐鎘性分析, 選用親緣關(guān)系較遠且耐鎘差異大的榆林菊芋和成都菊芋作為研究材料, 進行脅迫處理以及葉面噴施JA緩解試驗。參照鮑士旦[13]的方法測定供試土壤基本理化性質(zhì): pH 5.83, 有機質(zhì)21.71 g kg-1, 全氮0.64 mg kg-1, 堿解氮26.13 mg kg-1, 速效磷58.47 mg kg-1, 速效鉀144.79 mg kg-1, 全鎘1.38 mg kg-1, 有效鎘0.95 mg kg-1。

1.2 試驗設(shè)計

2019年8月30日, 挑選大小相似且具有較多芽眼的菊芋塊莖, 流水洗凈后用蒸餾水沖洗3遍, 采用0.05%的多菌靈進行表面消毒。隨后播種于沙盤中, 將環(huán)境溫度設(shè)置為25℃, 光照強度125 μmol m-2s-1, 光暗交替時間為12 h/12 h, 濕度為(60±5)%,待幼苗長至6 cm大小時移栽入花盆進行脅迫試驗。設(shè)置以下8個處理組: (1) CK組(未加鎘); (2) 75Cd組(75 mg kg-1Cd); (3) 150Cd組(150 mg kg-1Cd); (4)300Cd組(300 mg kg-1Cd); (5) JA組(25 μmol L-1JA);(6) 75Cd+JA組(75 mg kg-1Cd+25 μmol L-1JA); (7)150Cd+JA組(150 mg kg-1Cd+25 μmol L-1JA); (8)300Cd+JA組(300 mg kg-1Cd+25 μmol L-1JA)。鎘離子的供給采用CdCl2·2.5H2O水溶液形式, 濃度以純鎘計算。將pH調(diào)節(jié)至4.5, 每盆施加100 mL, 花盆底部流出的液體需倒回盆內(nèi)。使用25 μmol L-1的JA均勻噴灑葉片正反面, 直至有水珠形成, CK組噴施等量蒸餾水。每組設(shè)9個重復, 每盆定植1株菊芋,花盆(內(nèi)徑15 cm, 高10 cm)盛土量為2 kg, 采用南方紅壤作為育苗基質(zhì), 沙和土的比例為2∶3。每天上午9時每盆噴施JA溶液20 mL, 下午5時澆灌50 mL的1/2 Hongland營養(yǎng)液。脅迫的第7、14和21天測定菊芋的葉綠素含量和氣體交換參數(shù), 21 d后測定生長指標、葉綠素熒光參數(shù)以及各器官的鎘含量。試驗所用鎘濃度和JA濃度均由文獻參考[2,7,10,12]及大量預試驗所得。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 形態(tài)學指標 每個重復隨機選取3株菊芋,去離子水洗凈后用濾紙將表面水分吸干。采用精度為0.1 cm的直尺測量主根長度, 根莖基部到最高頂部的絕對距離為其株高。選取生長點下3~5片功能葉, 隨后使用Li-3000C葉面積儀測定葉面積, 最后再通過ImageJ軟件進行分析計算。將植株置于105℃殺青20 min, 隨后調(diào)節(jié)到80℃烘干至質(zhì)量恒定, 分析秤稱量。各項結(jié)果以平均值為準。

1.3.2 光合指標 選取幼苗生長點下第3片新葉,利用SPAD-502PLUS葉綠素儀測定其葉綠素的相對含量[14]。上午8:00—11:00光線充足期間, 采用Li-6400便攜式光合作用測量儀測定葉片凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)以及蒸騰速率(Tr), 葉室溫度設(shè)置為25℃, 光照強度1500 μmol m-2s-1, CO2量濃度控制為(400±5) μmol mol-1, 相對濕度為70%左右[15]。植株進行暗處理30 min, 隨后使用葉綠素熒光儀PAM-210測定葉片的初始熒光(Fo), PSII有效光化學電子產(chǎn)量(Fv/Fm),光化學猝滅系數(shù)qP), 非光化學猝滅系數(shù)(qN)以及光合相對電子傳遞速率(ETR), 每個處理至少選取4個葉片[16]。

1.3.3 鎘富集及轉(zhuǎn)移系數(shù) 取樣后用蒸餾水洗凈根、莖、葉, 恒溫烘干研磨, 與土壤樣品分別過20目篩(20孔/645.16 mm2), 采用HNO3-HClO4(體積比為3∶1)進行濕法消解。各試樣經(jīng)水相針式濾器過濾,使用火焰原子吸收分光光度計進行測定, 最后帶入標準曲線計算鎘含量, 每個樣品重復3次。生物富集率(bioconcentration factor, BCF)=植物組織中Cd含量/土壤中的Cd含量。轉(zhuǎn)移系數(shù)(translocation factor, TF)=葉或莖中Cd含量/根中Cd含量[15]。

1.3.4 葉片鎘離子分布 將洗凈的新鮮葉片浸泡于2 mmol L-1熒光探針(Probe)與有機溶劑DMSO的混合液中30 s, 迅速取出置于激光共聚焦顯微鏡下成像, 觀察鎘離子的分布情況[17]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 2019整理數(shù)據(jù)及繪制圖表,借助SPSS 22.0進行方差分析和顯著性檢驗(P<0.05),采用最小顯著差異法(LSD)進行多重比較, 使用Origin 9.0軟件繪圖以及Photoshop進行圖像調(diào)整。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源JA對菊芋鎘脅迫下生長特性的影響

葉面噴施25 μmol L-1JA不僅有利于植株生長,而且對鎘脅迫下菊芋各形態(tài)學指標的恢復具有促進作用(表1)。無鎘條件下, 2個品種菊芋JA組株高出現(xiàn)一定程度增加, 成都菊芋的葉面積和根長顯著提升(P<0.05), 其干重為CK組的1.23倍, 榆林菊芋上述指標變化不明顯。脅迫組中, 低鎘刺激了根系生長; 中高鎘組, 成都菊芋株高較對照組下降10.40%和24.45%, 榆林菊芋下降6.03%和15.46%; 兩干重均隨鎘濃度的增大不斷減小, 葉面積則呈先升后降趨勢。噴施JA后, 成都菊芋的葉面積在中高鎘下分別較脅迫組提升15.23%和10.68%; 根長同樣為中高鎘組緩解效果最佳; 其干重在3個水平下分別為脅迫組的1.21、1.17和1.26倍。榆林菊芋株高雖有所增長, 但未達到顯著水平; 葉面積在低中鎘組效果明顯, 根長則在中鎘下改善最突出。說明, 即便在高濃度鎘脅迫下, 這2個品種的菊芋仍能存活, 但二者長勢嚴重受損, JA能有效減輕不同程度鎘污染對植株的毒害, 并且對耐鎘性弱的成都菊芋緩解效果優(yōu)于耐鎘性強的榆林菊芋。

表1 外源JA對鎘脅迫下菊芋生長特性的影響Table 1 Effects of exogenous JA on growth characteristics of Helianthus tuberosus L. under cadmium stress

2.2 外源JA對菊芋鎘脅迫下葉綠素含量的影響

葉綠素是光合作用的重要場所, 植物光合能力強弱與其含量有著密切聯(lián)系。由圖1可知, 各時間段兩菊芋品種JA組的SPAD值明顯高于CK組。脅迫處理時, 成都菊芋第7天和第14天的葉綠素含量僅在高鎘組下降到顯著水平(P<0.05), 分別較對照組減少27.16%和30.37%, 第21天時, 其低中高鎘組的SPAD值均大幅降低, 榆林菊芋各組的下降趨勢與其一致。JA緩解后, 二者的葉綠素含量持續(xù)增加,榆林菊芋在75 mg kg-1Cd+25 μmol L-1JA處理的第7天達到最大值, 為脅迫組的1.27倍, 相同條件下,成都菊芋在第21天才達到最大增長量。表明, 隨著鎘濃度升高以及脅迫時間延長, 植株葉綠素含量會受到較大影響, 外源JA能有效緩解鎘脅迫下葉綠素合成障礙, 并對各時間段3個鎘濃度下兩品種菊芋的促生效應均較為顯著。

2.3 外源JA對菊芋鎘脅迫下葉綠素熒光參數(shù)的影響

葉綠素熒光參數(shù)的變化, 能反映重金屬對植物光合生理的抑制程度。由表2可知, JA組2個品種菊芋的初始熒光(Fo)、光化學淬滅系數(shù)(qP)以及電子傳遞速率(ETR)無顯著變化(P>0.05)。脅迫組中, 隨著鎘濃度升高, 二者的PSII最大光化學量子產(chǎn)量(Fv/Fo)顯著降低, 并在300Cd組出現(xiàn)最小值; 成都菊芋Fo在低中高鎘組分別較對照組增加22.60%、53.11%和91.53%, 榆林菊芋增加13.97%、34.93%和67.25%; 高鎘下, 成都菊芋qN(非光化學淬滅系數(shù))為CK組的1.55倍, 榆林菊芋為1.40倍, 且二者qP最低。JA作用后,Fo恢復至正常水平,Fv/Fm及qP大幅回升; 除低鎘處理組, 榆林菊芋中高脅迫組的qN持續(xù)減小; 成都菊芋ETR在低高濃度鎘處理下緩解效果最好, 分別較脅迫組提升16.32%和5.53%。說明, 除Fo和qN與鎘濃度呈正比關(guān)系, 其余各指標均隨脅迫程度的加重不斷減小, 外源JA減輕了重金屬鎘對菊芋光合生理的抑制作用, 且以高鎘脅迫下的緩解效應更佳。

表2 外源JA對菊芋鎘脅迫下葉綠素熒光參數(shù)的影響Table 2 Effects of exogenous JA on chlorophyll fluorescence parameters of Helianthus tuberosus L. under cadmium stress

2.4 外源JA對菊芋鎘脅迫下氣體交換參數(shù)的影響

JA可以促進2個品種菊芋凈光合速率(Pn)以及蒸騰速率(Tr)的提升, 并隨處理時間的延長不斷增大,胞間CO2濃度(Ci)下降不顯著(P>0.05), 氣孔導度(Gs)未呈現(xiàn)出上升曲線, 推測JA對這2個指標的效能存在一定閾值(圖2)。脅迫組Pn在高鎘后期出現(xiàn)最小值, 成都菊芋為CK組的58.15%, 榆林菊芋為60.50%; 此外, 榆林菊芋Tr降幅明顯小于成都菊芋,說明其耐鎘性高于成都菊芋; 二者Ci都隨鎘濃度的增加表現(xiàn)出先升后降的趨勢, 暗示重金屬鎘對菊芋光合作用的抑制為非氣孔限制型。JA緩解后, 成都菊芋Pn除第14天中鎘組未達顯著水平, 其余各組的緩解效果均較為顯著; 榆林菊芋Gs在75 mg kg-1Cd+JA處理的第7天、第14天以及第21天時, 分別為脅迫組的111.82%、121.76%和114.05%; 成都菊芋Ci在后期中鎘組減少9.66%, 榆林菊芋處理中后期均為高鎘組效果最佳; 兩菊芋品種的Tr值在各處理組各時間段的提升效果均較為顯著。說明, 鎘脅迫減小了2個耐受性不同菊芋的Pn、Gs和Tr值, 而Ci呈上升趨勢, 外源JA能有效促進植株的氣體交換參數(shù)恢復至正常水平。

2.5 外源JA對菊芋生物富集和鎘轉(zhuǎn)運的影響

從表3可知, 2個不同菊芋品種各器官鎘含量大小為根>葉>莖, 且耐鎘性強的榆林菊芋生物富集系數(shù)(BCF)明顯高于耐鎘性弱的成都菊芋。高鎘脅迫下, 二者各器官鎘含量都達到了峰值, 成都菊芋BCF與土壤鎘濃度成正比, 轉(zhuǎn)移系數(shù)(TF)變化曲線與榆林菊芋相同, 均呈先增大后減小的趨勢; 榆林菊芋各器官鎘含量與脅迫程度無直接關(guān)聯(lián), 其根部表現(xiàn)為先降后升,而葉部與之相反, 莖部則呈持續(xù)下降趨勢。JA緩解組中, 2個品種菊芋各部位的鎘含量持續(xù)減少, BCF顯著降低(P<0.05)。二者各器官鎘含量顯著下降, 除莖部外,其余組織的BCF仍大于1, TF小于1。表明, 菊芋的鎘吸附能力較強, 且體內(nèi)的鎘多貯存于根部, 外源JA通過減少鎘離子的向上轉(zhuǎn)移, 從而減輕光合作用的抑制效應, 以此加強植株對鎘毒的耐受能力。

表3 外源JA對菊芋根莖葉中鎘含量的影響Table 3 Effect of exogenous JA on cadmium content in root stem and leaves of Helianthus tuberosus L. under cadmium stress

2.6 外源JA對菊芋葉片中鎘離子分布的影響

采用熒光探針(probe)能更直觀地判斷葉片中鎘離子的分布情況。從圖3可知, 激光共聚焦顯微鏡下DMSO無法激發(fā)出熒光信號, 但溶解于其中的探針可以, 葉片中鎘離子激發(fā)的熒光在氣孔處聚集,并呈現(xiàn)出一定的規(guī)律。CK組和單獨JA處理組均未出現(xiàn)任何熒光信號; 而脅迫組中, 隨著鎘濃度升高,氣孔周圍散發(fā)的綠色熒光愈加明顯; 此外, 葉片氣孔開合度顯著減小, 保衛(wèi)細胞也變得皺縮干癟。比較2個品種菊芋發(fā)現(xiàn), 不同程度鎘脅迫下, 榆林菊芋激發(fā)的熒光信號明顯強于成都菊芋; 噴施JA后,二者葉片中鎘離子激發(fā)的熒光信號逐漸向保衛(wèi)細胞中擴散, 并在胞內(nèi)形成星星點點的光斑; 與此同時,氣孔開合度有了一定程度的增大, 保衛(wèi)細胞也恢復到充盈狀態(tài)。綜上, 鎘離子隨著蒸騰作用大量積聚在氣孔處, 這不僅限制了保衛(wèi)細胞的開合, 還嚴重影響了植株的氣體交換, JA信號減少了根系對鎘的吸收, 減輕鎘毒脅迫。

3 討論

3.1 JA對鎘脅迫下菊芋生長特性的影響

植株生長特性受多種因素影響, 是評價環(huán)境質(zhì)量和重金屬脅迫的關(guān)鍵指征。鎘污染危害巨大, 根系將其轉(zhuǎn)運至葉肉細胞, 導致葉綠體受損, 葉綠素合成障礙, 氣孔開放減小, 光合作用隨之減弱, 植株表現(xiàn)為失綠發(fā)黃, 生物量和生產(chǎn)量嚴重降低[18]。菊芋生長快, 生物量大, 在土壤修復中具有廣闊前景[9]。本研究2個品種菊芋在300 mg kg-1重鎘污染下仍能存活, 但株高、根長、葉面積和干重均隨脅迫程度的加重不斷下降, 高會玲等[7]同樣發(fā)現(xiàn)鎘脅迫下南芋2號和南芋5號生長受限。本試驗中, 低鎘組榆林菊芋的根長較CK組增長8.57%, 成都菊芋增長38.26%, 蔣漢明等[19]也論述了低鎘刺激互花米草(Spartina alternifloraLoisel.)、小麥(Triticum aestivumL.)、小白菜(Brassica chinensisL.)等根系的生長。隨著鎘濃度增加, 二者的葉面積呈先升后降趨勢, 說明在一定范圍內(nèi), 植株通過增大葉面積維持光合產(chǎn)物供給, 但脅迫加劇會超出植株生理可調(diào)節(jié)范圍, 這也許是該指標后期下降的原因[20]。噴施25 μmol L-1JA后, 成都菊芋的株高在低鎘組達到峰值,為CK組的1.26倍, 榆林菊芋變化不顯著(P>0.05)。二者的根長、葉面積和干重均以耐鎘性弱的成都菊芋緩解效果更突出。綜上, JA可以通過增大葉面積增加光合產(chǎn)物積累, 維持根系生長確保水分和營養(yǎng)物質(zhì)供給, 從而增強菊芋耐鎘性, 但品種間的效果存在差異。

3.2 JA對鎘脅迫下菊芋葉綠素及光合特性的影響

葉綠素是光合作用的重要色素, 其含量高低反映了葉片對光的吸收和轉(zhuǎn)化能力[21]。本試驗中, 鎘抑制了菊芋葉綠素合成, JA緩解后SPAD值大幅提升, 榆林菊芋低鎘組第7天達到最大值, 為脅迫組的1.27倍, 成都菊芋第21天才達到峰值。根據(jù)鄭黎明等[20]對鎘脅迫下荻葉綠素合成受阻的論述, 分析這是因為不同品種對JA信號的響應存在差異, 誘導葉綠素合成相關(guān)酶的時間不同。通常植株的Fv/Fm較為恒定, 而逆境下顯著減小[22]。隨著鎘濃度升高,該值和qP減小,Fo和qN增大, ETR先升后降, 劉星星[23]在鎘脅迫下菊芋的生理響應中也有相似發(fā)現(xiàn)?？梢? 高鎘抑制了葉片對光的捕獲能力, 電子傳遞受阻, 光能無法轉(zhuǎn)換, 植株以熱能形式耗散剩余能量以防光損傷。噴施JA后, 兩品種菊芋的Fv/Fm及ETR明顯增大,Fo和qN恢復至CK組水平, 推測JA保護了類囊體膜的完整性, 電子傳遞速率加快, 促進了光化學轉(zhuǎn)化效率, 這為暗反應的光合碳同化積累更多物質(zhì)能量, NADPH減少, 避免了超氧陰離子造成的器官損害[24]。由此可知, JA可能直接或間接地參與了菊芋葉片對光能的吸收、轉(zhuǎn)化和傳遞, 而其對NADPH/NADP+的比例以及光合碳同化的影響還需更深入的研究。

3.3 JA對鎘脅迫下菊芋氣體交換的影響

胞間CO2是植物光合碳同化的物質(zhì)來源, 氣體交換參數(shù)也是評價光合作用的重要指標。本試驗中,2個品種菊芋脅迫組的Gs及Tr較CK組明顯減小,Pn在高鎘后期出現(xiàn)最低值, 成都菊芋為CK組的58.15%, 榆林菊芋為60.50%, 說明葉片單位面積光合同化能力受損, 這與葉綠素含量下降、光攝取能力以及電子傳遞速率減弱等結(jié)果對應。Gs減小會導致CO2供應不足, 造成光合速率減慢。成都菊芋脅迫組的Gs大幅下降, 榆林菊芋各處理組雖不斷減小,但未達顯著水平。二者的Ci并未隨氣孔導度的下降出現(xiàn)趨同變化, 判斷鎘對菊芋光合作用的抑制是由非氣孔因素造成, 陳良等[2]和高會玲等[7]對菊芋耐鎘性的研究也證實了這一點。研究表明, 外源JA能有效減輕鎘脅迫下水稻(Oryza sativaL.)[25]、玉米(Zea maysL.)[26]的光損傷。本試驗以葉面噴施25 μmol L-1JA的方式對鎘脅迫下的菊芋進行處理, 結(jié)果顯示各品種菊芋的Pn、Gs以及Tr逐漸升高, 而Ci明顯下降(圖2), 表明葉片的氣體擴散阻力減小, 蒸騰速率增快, 胞間CO2濃度隨之降低, 植株的光合碳同化能力得以恢復。麻云霞等[27]在H2O2對酸棗幼苗鎘脅迫下生長及生理特性的相關(guān)研究中得出,Ci下降可能是H2O2通過調(diào)節(jié)光合碳同化關(guān)鍵酶活性,保證CO2的穩(wěn)定和運輸, 從而減少胞間CO2所占的份額, 推測JA對菊芋也存在類似的作用。

3.4 JA對菊芋鎘積累的影響

應用富集型植物解決土壤鎘污染是生態(tài)保護的關(guān)鍵, 植株耐受性決定了體內(nèi)的重金屬含量。龍葵(Solanum nigrumL.)、馬蘭(Kalimeris indica(L.) Sch.Bip.)、鬼針草(Bidens pilosaL.)對鎘的吸收存在差異,這是它們的遺傳特性所致[28]。選取耐鎘性不同且親緣關(guān)系較遠的2個品種菊芋作為試驗對象, 結(jié)果具有代表性。二者各器官鎘含量大小為根>葉>莖, 猜測根部細胞壁固定限制了鎘離子遷移, 蒸騰作用減弱, 木質(zhì)部的運輸量減少, 進而減輕地上部損傷[29]。方繼宇等[30]在馬纓丹(Lantana camaraL.)鎘脅迫下的生長響應中發(fā)現(xiàn), 植株地上部的鎘主要儲存于莖內(nèi), 葉片中的含量相對較低。李志賢等[14]觀察龍葵地上部的鎘聚集在葉片, 本試驗菊芋地上部鎘富集的器官同樣為葉片。噴施JA后, 2個品種菊芋的鎘含量降低, BCF和TF明顯減小, Lei等[31]證實JA能使擬南芥地上部和地下部的鎘含量減少。激光共聚焦顯微觀察可知, 鎘離子主要聚集在保衛(wèi)細胞周圍,氣孔開合受限, 這與鎘對菊芋光合作用的抑制屬于非氣孔限制型契合, 暗示鎘離子可能通過質(zhì)外體或共質(zhì)體途徑向上轉(zhuǎn)移。JA緩解后, 明顯看到氣孔處的熒光信號減弱, 保衛(wèi)細胞恢復飽滿, 植株鎘富集和轉(zhuǎn)移系數(shù)下降,Gs和Tr有所回升。推測外源JA一方面促進了根尖細胞分泌有機酸, 絡(luò)合游離鎘離子,減少植株對鎘的吸收和轉(zhuǎn)移, 另一方面也可能是JA信號調(diào)控了離子通道蛋白以及氣孔的開合, 鎘離子被轉(zhuǎn)運至胞內(nèi), 通過液泡區(qū)室化等作用進行解毒,具體機制還需進一步的研究加以驗證。

4 結(jié)論

高鎘污染下, 菊芋生長受限, 噴施25 μmol L-1JA增強了植株抗鎘性。榆林菊芋的葉綠素含量在低鎘組第7天最大, 成都菊芋第21天才達到峰值, 推測它們對JA信號的響應存在差異, 適當?shù)匮娱L處理時間, 對耐鎘性較弱的菊芋具有一定意義。二者的葉綠素熒光參數(shù)、氣體交換參數(shù)顯著提升(P<0.05),各器官鎘含量大小為根>葉>莖, 除莖部外其余組織BCF均大于1, TF小于1。氣孔周圍的熒光信號減弱,保衛(wèi)細胞恢復充盈。綜上, 25 μmol L-1的JA能減少菊芋對鎘的吸收和轉(zhuǎn)運, 減輕氣體交換以及光合速率的抑制, 并對耐鎘性差異較大的兩個品種菊芋低中高鎘污染下各具有一定作用。