郭書亞，唐 可，王燕燕，楊顏裴，陳虹宇，倪曉菁，張佩佩，吳玉環(huán)，劉 鵬

(1.浙江師范大學植物學實驗室，浙江 金華 321004；2.杭州師范大學生命與環(huán)境科學學院，杭州 310036；3.中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所，沈陽 110016)

鎘(cadmium, Cd)是常見的重金屬污染物，隨著工業(yè)現代化的不斷推進，燃煤、冶煉、礦業(yè)開采等工程使大量鎘進入水體和土壤，造成局部地區(qū)鎘污染形勢嚴峻。土壤中鎘的遷移性、化學活性較強，易被植物吸收并產生毒害，其毒害作用表現在多個方面，如抑制根系生長、破壞葉綠體結構、打破自由基產生與清除的動態(tài)平衡、損傷染色體、抑制細胞的有絲分裂等。不同植物的耐鎘性存在差異，耐性較強的植株可通過多種機制來抵抗或削弱鎘脅迫程度，從而維持正常生長，如提高抗性酶活、螯合鎘離子，將細胞內鎘離子區(qū)域化等。改善土壤鎘污染刻不容緩，目前鎘污染修復主要有物理、化學、植物、微生物等多種修復技術，植物修復技術近年來獲得廣泛關注，具有成本低、原位、不破壞土壤結構等優(yōu)點。因此，耐鎘性強、富集能力強的植物在修復重金屬污染方面具有較大的潛力。

吲哚乙酸(indole-3-acetic acid, IAA)和激動素(kinetin, KT)是植物激素的典型代表，前者可以調節(jié)生長發(fā)育和生理代謝過程，后者則在促進細胞擴增、誘導分化及延緩衰老中起著關鍵作用。外源激素的作用不只是單一調節(jié)，而是依賴于相互作用的復雜調控網絡。目前，利用植物激素調控作物非生物脅迫下的耐受性已經展開大量研究，在耐鹽性、抗旱性、耐重金屬等方面均有報道。Bao等研究發(fā)現，IAA有效調節(jié)了鎘脅迫下東南景天(Hance)植株的地上部生物量、葉片葉綠素含量和酶活性，增強植株對鎘的吸收和轉運；Aldesuquy等研究證明，KT緩解了高粱((L.)Moench)遭受的鎘毒，提高葉片中光合色素含量和光合活性，且增加谷物的生物量?？芍参锛に卦谧魑锷L發(fā)育中起著必要的調控作用，可以增強對金屬脅迫的耐受性并促進吸收。

菊芋(L.)是菊科(Asteraceae)向日葵屬(L.)多年生宿根性草本植物，其生態(tài)適應性高，具有較強的耐旱能力。菊芋還具有藥用價值，提取出的菊糖可治療糖尿??；塊莖香甜可口，能作為蔬菜食用；其根系具有牢固的抓沙能力，在流動沙丘上長勢良好；同時發(fā)達的根系可編織成一層防護網絡，牢固保持地表層的水土。此外，菊芋也是一種能源植物，地上莖燃點高、熱量大，是農村可利用的燃料，其塊莖經微生物發(fā)酵可轉化為乙醇和碳氫燃料，同時，能夠作為原料制備氫能及多種化學品。菊芋具有鎘積累的潛力，雖然關于菊芋鎘富集的研究不少，但通過IAA和KT來增強菊芋對鎘脅迫的耐受性及其對鎘富集能力的研究還未見相關報道。因此，本項目以耐鎘型榆林菊芋和鎘敏感型成都菊芋作為試驗材料，通過預試驗，得到IAA和KT施用濃度，設置不同激素處理組，通過測定菊芋生長、生理生化及熒光特性等指標的變化，并分析不同條件下菊芋鎘富集能力，以期探明IAA與KT配合施用促進菊芋吸收鎘的作用機理及其內部解毒機制，為多種外源激素協同改良植物修復鎘污染土壤技術的應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗于2019年7月1日至2021年5月30日在浙江師范大學化學與生命科學學院植物逆境生物學實驗室進行。以前期篩選出耐鎘性差異大的2個產地菊芋為試驗對比材料，分別對耐鎘型榆林菊芋和鎘敏感型成都菊芋進行鎘脅迫并外源噴施IAA和KT。

1.2 試驗設計

將2個產地菊芋塊莖用蒸餾水進行沖洗，選擇大小一致且芽眼較多的菊芋種于裝有石英砂的育苗穴盆中，1孔1塊，放置到恒溫光照培養(yǎng)箱進行萌發(fā)，白天溫度22 ℃，夜晚溫度18 ℃，光照12 000 lx，濕度調節(jié)至50%，每日上午8:00和下午5:00，各組沿著植物根部澆灌1/2 Hoagland營養(yǎng)液，待菊芋幼苗莖長至5～7 cm時，選取長勢相近的幼苗移盆至鎘含量為300 mg/kg的石英砂中，花盆高為16.5 cm，外口直徑25 cm，盆底墊濾紙防石英砂漏出，待菊芋幼苗長至4葉期時，葉片噴施外源IAA、KT，濃度分別對應4，8 mg/L，由二因素四水平正交試驗確定激素濃度。共設置5個處理組：CK(空白對照，無Cd)、T1(Cd)、T2(Cd+IAA)、T3(Cd+KT)及T4(Cd+IAA+KT)，每盆定植4株幼苗，每處理組設置3個重復，試驗重復3次。噴施后第10，20，30天進行相關生理指標的檢測，并在終期進行根系活力、切片觀察及鎘含量的測定，每個指標均重復測定3次。

1.3 項目測定與方法

1.3.1 生長特性測定 采用精度為0.05 cm的直尺測量幼苗株高，用蒸餾水洗去葉、根部殘留的沙子并吸干水分，然后用直尺測定主根長度；每株選擇多片功能葉，CanoScan4400F掃描儀掃描植物葉片，獲得TIF格式的葉面積圖，將其導入圖形分析軟件WinFOLIA中，直接讀取總葉面積參數。

1.3.2 光合指標測定

(1)丙酮浸提比色法測定葉綠素含量；(2)PAM-210葉綠素熒光測定儀檢測葉綠素熒光參數，晚上7:00后進行試驗，黑暗條件下放置20 min，隨后測定獲得(初始熒光)、(非光化學猝滅系數)，(PSII最大光化學量子產量或PSII原初光能轉化效率)、(光化學猝滅系數)以及ETR(表觀電子傳遞速率)。

1.3.3 生理指標測定

(1)NBT光化還原法測定超氧化物歧化酶(SOD)活性。各組取葉片0.2 g，放置于預冷的研缽中研磨成勻漿，并加入適當的磷酸緩沖液(PBS)，4 ℃下離心20 min以獲得酶提取液，按照一定比例和濃度配置反應混合液(甲硫氨酸、核黃素、EDTA-Na、氮藍四唑)，將酶提取液與反應液在溫度為25 ℃、光照4 000 lx的培養(yǎng)箱中反應20 min，隨后在560 nm波長下測定OD值；愈創(chuàng)木酚法測定過氧化物酶(POD)活性，酶液提取方法同上，取0.2 g愈創(chuàng)木酚，用中性的PBS定容至100 mL，加熱攪拌使其溶解即得到反應混合液，470 nm波長下測定OD值；紫外吸收法測定過氧化氫酶(CAT)活性，酶液提取方法同上，取適量30%的過氧化氫，PBS定容至100 mL并搖勻，240 nm測定OD值。SOD、POD、CAT均40 s測1次，測定3次，嚴格控制反應時間。

(2)硫代巴比妥酸(TBA)法測量MDA含量。各組取葉片0.5 g，放置于預冷的研缽中研磨成勻漿并加入5 mL三氯乙酸(TCA)溶液，質量分數為10%，4 ℃下離心10 min獲取上清液，取等體積的0.67% TBA與之反應，在450，532，600 nm波長下測定OD值。

(3)茚三酮顯色法測量Pro含量。各組取葉片0.2 g，研磨成勻漿并加入5 mL磺基水楊酸，質量分數為3%，100 ℃水浴加熱10 min獲取Pro提取液，上清液、水、冰乙酸、2.5%茚三酮按照1∶1∶1∶2進行混合，水浴加熱40 min，冷卻后加入甲苯2 mL，振蕩后靜置分層，取上層液體于520 nm波長下測定。

(4)甲烯藍法檢測根系活力，用排水法測定根系體積，約10倍根系體積的0.000 2 mol/L甲烯藍溶液倒入燒杯中，洗凈擦干的根系并浸入燒杯中，放置約1.5 min，隨后取出根系并讓甲烯藍溶液回流至燒杯，各組吸取1 mL甲烯藍溶液且稀釋10倍，660 nm下測定吸光度，由標準曲線計算甲烯藍濃度。

1.3.5 鎘含量測定 各組菊芋植株的根、莖、葉分別進行烘干，加入液氮使之研磨充分，各器官取0.2 g樣品，用硝酸—氫氟酸進行消解，體積比為5∶1，原子熒光光譜儀測定鎘含量。富集系數=植物組織中鎘含量/石英砂中鎘含量；植物鎘提取效率=植物組織中鎘的累積量/(石英砂中鎘含量×石英砂質量)；鎘轉運系數=葉與莖中的鎘含量/根部鎘含量。

1.4 數據處理

試驗數據采用SPSS 21.0統(tǒng)計軟件進行處理，通過單因素方差分析(one-way ANOVA)和Duncan法計算平均值和標準誤，分析顯著性差異(=0.05及=0.01)，利用Origin 8.5軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 外源IAA、KT對鎘脅迫下菊芋生長的影響

由表1可知，2個產地菊芋T1組(Cd)的株高伸長率、葉面積、根系伸長率及干重較CK處理均有所下降，榆林菊芋各指標降幅分別為61.75%，9.02%，8.16%，30.14%，成都菊芋降幅分別為30.51%，7.72%，53.38%，32.27%，表明鎘處理后2個產地植株的生長均受到抑制，但各指標的降幅存在明顯差異。將T2(Cd+IAA)、T3(Cd+KT)處理與T1處理對比得出，IAA與KT單獨噴施時可緩解菊芋鎘脅迫，2個產地菊芋在T2處理下的4個指標值高于T1處理，榆林菊芋增幅分別為185.60%，5.72%，214.64%，31.83%，成都菊芋增幅分別為48.93%，7.80%，219.82%，21.80%；T3處理各指標值高于T1處理，榆林菊芋4個生長指標的增幅分別為86.62%，3.62%，174.39%，13.12%，成都菊芋分別為188.90%，15.19%，386.77%，43.15%?？梢钥闯?，IAA對榆林菊芋的緩解效果較好，而KT則有利于鎘脅迫下成都菊芋的生長。IAA和KT同時噴施(T4)處理對鎘脅迫下植物的緩解效果最為理想，成都菊芋各指標增幅(與T1處理比較)分別為242.53%，23.87%，898.44%，55.73%，是榆林菊芋的1.21，2.47，2.19，1.19倍，外源激素IAA和KT更加適用于鎘敏感型成都菊芋。

表1 不同激素處理對鎘脅迫下菊芋生長的影響

2.2 外源IAA、KT對鎘脅迫下菊芋光合特性的影響

2.2.1 外源IAA、KT對鎘脅迫下菊芋葉綠素含量的影響 葉綠素是植物進行光合作用的重要色素，其含量的高低直接反映植株光合能力的強弱。由圖1可知，隨著脅迫時間的延長，榆林菊芋T4～T2處理的葉綠素含量先升后降，鎘敏感型成都菊芋T3～T2處理呈下降趨勢，其T1處理較CK降幅可達16.26%；而耐鎘型榆林菊芋能通過內調節(jié)提高葉綠素的含量來緩解毒害，其T1處理較CK的增幅可達101.86%。處理30天時，榆林菊芋T2處理的葉綠素含量較CK增加132.52%，成都菊芋T2處理的葉綠素含量較CK增加16.45%；T4處理30天時，2個產地菊芋葉綠素含量較T1處理增幅分別為162.87%，82.36%。同時間下，IAA與KT共同噴施的緩解效果優(yōu)于單一噴施，榆林菊芋T4處理葉綠素含量較T1處理增長30.22%，成都菊芋T4處理葉綠素含量較T1處理增長114.39%。2個產地菊芋的葉綠素含量均在IAA、KT共同噴施20天時最高。因此，需要合理控制激素的作用時間。

注：圖中不同字母表示不同處理間差異顯著(p<0.05)。下同。

2.2.2 外源IAA、KT對鎘脅迫下菊芋葉綠素熒光特性的影響 單鎘處理10天時，2個產地菊芋T1組的(初始熒光)、(非光化學猝滅系數)、ETR(表觀電子傳遞速率)較CK顯著升高(<0.05)，而(PSII最大光化學量子產量或PSII原初光能轉化效率)、(光化學猝滅系數)明顯下降(表2)。30天時，榆林菊芋T1處理對應的5種熒光參數較CK處理變化不同，增加10.53%、、、及ETR的下降程度依次為3.14%，15.95%，7.22%，18.47%，表明鎘脅迫下植物進行了熱耗散，PSII結構受到破壞，電子傳遞效率降低。外源IAA、KT同時噴施30天的緩解效果優(yōu)于單獨噴施，2個產地菊芋在T4～T2處理所測值均高于T1處理。T4處理條件下，榆林菊芋較T1處理增加46.03%，成都菊芋增加9.52%；榆林T4處理的與ETR較T1處理分別增加6.73%，24.06%，成都菊芋分別增加5.29%，7.92%，且T4處理的2個指標值總體高于T3～T1處理?？梢钥闯觯k破壞菊芋葉片PSII結構，抑制電子傳遞效率，促進植物的熱耗散，外源激素可增強植物的逆境耐受能力，且IAA與KT共同噴施對鎘脅迫下榆林菊芋熒光特性的緩解效果優(yōu)于成都菊芋。

表2 不同激素處理對鎘脅迫下菊芋葉綠素熒光特性的影響

2.3 外源IAA、KT對鎘脅迫下菊芋Pro含量和MDA含量的影響

植株自身具有一定抗逆性，Pro和MDA含量是衡量其抗鎘能力的重要指標之一。由表3可知，激素噴施后鎘脅迫下菊芋的Pro有所增加，與T1處理相比，T2、T3處理中成都菊芋Pro含量均在處理30天時的增幅最大，分別為67.21%，90.08%，T4處理中，榆林菊芋在20天時增幅可達223.94%，成都菊芋為112.73%。鎘脅迫30天時，榆林菊芋T4～T2處理的Pro含量較T1處理的增長率分別為106.47%，70.82%，57.31%，成都菊芋分別為192.38%，90.08%，67.21%，后者的增長幅度明顯更大。此外，單鎘脅迫下MDA含量始終維持在較高水平，激素噴施后榆林菊芋、成都菊芋的降幅分別可達39.13%，38.35%，且在T4條件下處理30天時出現。MDA含量的變化趨勢與Pro相反，鎘處理30天后，榆林菊芋T4～T2處理降幅分別為39.13%，26.09%和28.26%，成都菊芋降幅分別為38.39%，33.93%，33.93%。綜上，適當IAA和KT處理能通過增加植株體內Pro含量并減少MDA含量緩解鎘毒，以二者共同噴施使菊芋獲得更強的抗逆性。

表3 不同激素處理對鎘脅迫下菊芋Pro和MDA含量的影響 單位：μmol/g

2.4 外源IAA、KT對鎘脅迫下菊芋抗氧化酶的影響

抗氧化酶系統(tǒng)能有效抵抗脅迫下由活性氧自由基所造成的傷害，與植物抗逆性密切相關。由圖2～圖4可以看出，激素噴施后2個產地菊芋的抗氧化酶活性出現不同程度的變化，這與菊芋對鎘的耐受性有關。處理30天后，榆林菊芋T3、T2處理SOD活性的變化趨勢相同，較T1處理分別下降11.15%，11.04%，POD活性則分別增長42.54%，83.57%，CAT分別上升0.87%和1.65%；成都菊芋T3、T2處理的SOD活性分別提升13.81%，17.47%，POD活性分別增加30.99%，13.87%，CAT活性的增幅分別為12.05%，14.98%。受鎘毒害30天后，T3、T2處理中只有榆林菊芋的SOD活性降低，2個產地植株的CAT、POD活性均增加。榆林菊芋POD、CAT活性在T4處理下的增幅分別可達315.12%和400.72%，成都菊芋則分別為16.24%和368.91%。

圖2 各處理下菊芋SOD活性

圖3 各處理下菊芋POD活性

圖4 各處理下菊芋CAT活性

由此可得，IAA和KT共同噴施能提升菊芋清除自由基的能力，且不同產地菊芋在耐受性方面存在差異。

2.5 外源IAA、KT對鎘脅迫下菊芋根系活力的影響

植物根系是活躍的吸收合成器官，最先接受外界脅迫信號，根系活力能夠直接反映作物的生長情況和耐鎘能力。由圖5可知，T1處理下，榆林菊芋的根系活力較CK處理增長20.96%，成都菊芋的根系活力較CK處理下降16.06%；在T3、T2處理下榆林菊芋的根系活力最大增幅為31.14%，成都菊芋的根系活力最大降幅為11.18%，成都菊芋受鎘毒影響根系活力下降，單一激素噴施均能緩解根系損傷，且增強鎘脅迫下榆林菊芋的根系活力；激素共同噴施后，2個產地菊芋根系活力分別上漲39.00%，9.10%。各處理組中榆林菊芋的根系活力始終高于成都菊芋，單鎘脅迫下榆林菊芋的根系活力上升，成都菊芋的根系活力下降，IAA對植株鎘毒的緩解效果優(yōu)于KT?？梢?，IAA和KT共同噴施能有效緩解鎘對成都菊芋根系的毒害，且增強耐鎘型榆林菊芋的根系活力。

圖5 各處理下菊芋根系活力的變化

2.6 外源IAA、KT對鎘脅迫下菊芋莖橫切片的影響

莖是根和葉之間起輸導和支持作用的重要營養(yǎng)器官，在逆境條件下根部鎘含量增加使根系結構受損，造成堵塞，阻礙水分運輸，因此，在顯微鏡下能觀察到莖橫切片髓部形成氣泡。從圖6可以看出，單一噴施外源激素后，榆林菊芋、成都菊芋黑色區(qū)域增幅可分別達85.19%，343.75%；T4處理下，2個產地植株黑色區(qū)域較T1處理分別擴增142.59%，700.00%，成都菊芋的擴增幅度遠大于榆林菊芋。由此得出，IAA和KT共同噴施后莖部水分運輸受阻愈發(fā)嚴重，推測激素促進菊芋根部對鎘的吸收，引起根系損傷，進而影響根系從環(huán)境中獲取水分。

圖6 不同激素處理對鎘脅迫下榆林菊芋、成都菊芋莖橫切片的影響

2.7 外源IAA、KT對鎘脅迫下菊芋鎘富集效能的影響

富集系數和轉運系數表示鎘的累積和轉運，鎘提取效率則直觀表明植株的鎘富集能力。由表4可知，菊芋各器官鎘含量的大小依次為根>莖>葉。T4處理中，榆林菊芋鎘含量較T1處理增幅為21.05%～32.23%，成都菊芋鎘含量較T1處理增幅為20.29%～27.19%，均大于T2、T3處理。可見，外源激素增強菊芋的鎘富集能力，IAA與KT共同噴施后榆林菊芋的吸鎘能力明顯升高。T4處理下，2個產地菊芋的鎘富集系數分別為5.24～7.51，4.10～6.83，轉運系數均大于1。2個產地菊芋的鎘提取效率均在T4處理出現最大值，與T1～T3處理相比達到顯著水平(<0.05)，分別為6.05%，5.02%，榆林菊芋T4處理的鎘提取效率分別是T3～T1處理的2.52，1.70，3.29倍，成都菊芋T4處理的鎘提取效率分別是T3～T1處理的2.52，1.79，3.72倍。由此可知，IAA和KT共同噴施可增強菊芋鎘富集、轉運能力及鎘提取效率，且2種激素對2個產地菊芋的增強效果相近。

表4 不同激素處理對鎘脅迫下菊芋鎘富集效能的影響

3 討 論

3.1 外源IAA、KT對鎘脅迫下菊芋生長特性及光合特性的影響

鎘對植物的毒害作用直觀表現為阻抑生長發(fā)育，同時破壞葉綠體膜，改變葉綠素含量和熒光參數，限制光合作用的進行。Alyemeni等研究發(fā)現，鎘對植株的生長具有負面影響，同時鎘積累導致葉綠體結構受損，從源頭遏制光合作用，阻礙有機物的合成，而外源激素能有效減輕毒害效果，本次試驗也得出相似結果。T1處理下菊芋的生長受到抑制，表現為株高伸長率、葉面積、根系伸長率及干重低于CK處理，葉片葉綠素含量降低，施用外源激素后則明顯升高，且在共同噴施時達到最大。IAA是植物體內的一種內源生長素，合成前體為色氨酸或非色氨酸物質，主要通過吲哚乙醛氧化產生，在植物組織中常以結合態(tài)形式存在，能夠促進細胞伸長，其生理作用具有兩重性，與其濃度大小有關；KT是細胞分裂素的一種，具有促進細胞分裂、增加氣孔開度、延緩植物衰老的作用，二者具有高度的生理活性。植物可從環(huán)境中吸收外源激素，以調控自身生長及提高逆境耐受能力。單鎘脅迫下、顯著上升，、以及ETR呈降低趨勢，說明菊芋以增加熱耗散的方式釋放過剩的激發(fā)能，同時非生物脅迫抑制光化學能力、PSⅡ反應中心的開放程度降低和電子傳遞鏈受阻；外源激素處理后，與下調，、以及ETR升高，并在激素共同噴施下達到最高，進一步表明IAA和KT可緩解鎘脅迫，在一定程度上提升光合速率。熒光參數可用來分析光合速率在逆境下降低的原因，也能反映關于光合機構的信息，張婷婷等研究不同濃度IAA對鎘脅迫下栝樓(Maxim.)熒光參數的影響發(fā)現，35 μmol/L的IAA能有效緩解鎘脅迫，提高光合電子傳遞效率及PSII反應中心的開放程度，這與本研究結果相同。綜上所述，施加一定濃度的IAA和KT有利于削弱鎘對葉片葉綠素濃度以及光系統(tǒng)的破壞和抑制程度，通過修復光反應中心活性，維持光合作用的正常進行，使菊芋長勢保持良好，但IAA與KT的交互作用復雜，闡明鎘脅迫下2種激素間的作用機制還有待研究。

3.2 外源IAA、KT對鎘脅迫下菊芋抗氧化系統(tǒng)及滲透調節(jié)的影響

植物在逆境條件下，活性氧(ROS)產生與清除的動態(tài)平衡被打破，導致細胞內的過氧化氫、羥自由基、超氧陰離子等ROS大量爆發(fā)并積累，為了減少其對細胞結構造成的氧化損傷，植物體內演化出了一套抗氧化酶系統(tǒng)以清除過量的氧離子、過氧化物及含氧自由基。植物在逆境下可增強抗氧化酶基因的表達，王艷等研究發(fā)現，水稻能夠提高保護性酶活的表達水平以應對高溫脅迫，該響應機制與本研究相似，即鎘脅迫下SOD與CAT活性均有不同程度的提高，2種酶扮演的角色不同，SOD負責歧化超氧陰離子，生成過氧化氫，CAT則將過氧化氫催化分解為水和氧氣，從而清除ROS。本試驗中，鎘抑制菊芋的抗氧化酶活性，2種激素共同噴施后3種保護酶活性的增幅優(yōu)于單獨噴施，且2個產地菊芋變化幅度也存在明顯差異，這與植株對非生物脅迫的耐受性有關。此外，在鎘脅迫環(huán)境下，IAA與KT共同處理可激活SOD、POD和CAT活性，并使其生長狀況更快接近CK水平，這與吳東墨等在蜈蚣草((Linn.)Merr.)上的試驗結果相一致。菊芋葉片游離Pro和MDA含量的變化情況再次驗證了上述結論。已有研究發(fā)現，Pro在植物細胞體內具有多種功能，可通過清除活性氧、保護抗氧化酶系統(tǒng)、維持水分平衡等多種方式緩解鎘毒，其含量積累有利于提高植株的非生物脅迫耐受性；MDA是膜脂過氧化的產物之一，它的產生能進一步加劇膜損傷。本試驗證明，菊芋在遭受鎘脅迫時，體內Pro和MDA含量均大幅提升，在加入外源激素后MDA下降，而Pro則仍呈上升趨勢，2個指標在激素共同噴施下均達到最佳，且其效果隨著周期延長愈發(fā)明顯。綜上可知，IAA和KT可通過維持相對較高的Pro含量并啟動抗氧化系統(tǒng)以減弱細胞脂膜過氧化損傷程度來保護細胞完整，維持細胞正常生理活動，提高作物耐鎘性。

3.3 外源IAA、KT對鎘脅迫下菊芋根尖損傷及鎘富集、轉運的影響

根系活力與植株生長密切相關，是反映根部活性和植株耐受性的重要參考指標。李萍等研究發(fā)現,噴施KT能增強玉米幼苗的根系活力和生物量，提升其對土壤中鎘的提取效率。本次試驗也呈現出相似結果，IAA和KT使鎘脅迫下菊芋的根系活力上升，較單一施用效果更佳。莖具有輸導營養(yǎng)物質和水分的功能，根系直接與外界環(huán)境接觸，其結構受損將導致莖部缺水，從而影響植物的正常生長。Shen等研究指出，植物在非生物脅迫下導管發(fā)生栓塞，形成大量氣泡，此時植物處于缺水狀態(tài)，重新濕潤切片可使氣泡先伸展，然后塌陷消失，從而修復導管栓塞。本研究得出，4 mg/L IAA、8 mg/L KT共同噴施使得菊芋莖橫切片的氣泡數目明顯增多，這說明植物激素共同噴施不能修復鎘毒對菊芋莖部造成的栓塞，但能改善根系統(tǒng)，以增強吸收重金屬的能力，從而幫助菊芋有效應對鎘脅迫環(huán)境并強化其富集能力，這很可能是超富集植物在重金屬污染地區(qū)生存的內部保護機制。

已有研究發(fā)現，苧麻((L.)Gaudich.)、狼把草(L.)、楊樹(spp)等植物耐鎘性強，且它們的鎘吸收能力存在差異，這與其自身的遺傳特性有關。根部較其他器官往往吸收更多重金屬，菊芋具有根系發(fā)達、生物量大、易種植等特點，因此，選擇2個耐鎘差異大的植株進行對比試驗，結果得出，2個產地菊芋各組的鎘含量情況都表現為根>莖>葉，根部直接吸收營養(yǎng)物質和水分，其鎘含量最高，莖次之。榆林菊芋各器官的鎘含量、富集系數、轉運系數和提取效率均高于成都菊芋，這也進一步證明該地區(qū)植株的鎘富集能力和耐鎘性強，且外源IAA、KT噴施后榆林菊芋植株根、莖、葉的鎘含量、富集系數等均達到最大值，這與Liang等探索得出IAA和草酸(OA)聯合施用有效增強植物對鎘、鉛吸收的結論相似，該文也指出，植物激素共同處理效果大于單一噴施。植物能調節(jié)自身的內源激素水平以緩解重金屬脅迫，外源噴施激素同樣可提高植物的逆境耐受性，IAA和KT通過保護菊芋根系，提高抗氧化能力，減少MDA含量，促進Pro生成及光合系統(tǒng)修復等途徑，以維持菊芋在鎘環(huán)境中生長并達到吸附目的，但IAA、KT單獨及共同作用下提高菊芋耐受鎘毒的相關機制及其對植物修復效率的影響還需要更為深入的研究。菊芋具有食用、藥用和飼用價值，是一種人畜共用作物。此外，菊芋還是一種能源植物，從中提取出的菊糖加工后發(fā)酵可產生酒精，同時地上莖曬干后燃點高，是農村地區(qū)很好的燃料。綜上可知，在鎘污染地區(qū)種植能源植物菊芋，同時施用IAA、KT(濃度對應4，8 mg/L)以促進菊芋的鎘富集能力，這不僅改善重金屬污染環(huán)境，而且還兼具經濟效益。

4 結 論

(1)300 mg/kg鎘脅迫下，2個產地菊芋生長特性、光合特性均受到不同程度的抑制，株高伸長率、葉面積、根系伸長率及干重顯著降低(<0.05)。4 mg/L IAA、8 mg/L KT最適配比噴施可有效緩解植株受到的鎘脅迫，生長30天后，成都菊芋各指標普遍高于榆林菊芋；榆林菊芋植株與ETR增幅分別是成都菊芋的1.29，3.04倍；榆林菊芋和成都菊芋的葉綠素增長率分別為30.22%，114.39%，從生長情況及葉綠素含量變化來看，IAA與KT對成都菊芋的緩解效果優(yōu)于榆林菊芋。

(2)抗氧化酶系統(tǒng)與植物的抗逆性密切相關，可清除ROS以減少其對細胞造成的氧化損傷，Pro同樣具有此功能。鎘脅迫30天后，榆林菊芋、成都菊芋T2、T3處理的CAT、POD活性均增加，T4處理下，2個指標均可達最大值，且2個產地菊芋相差298.88%，31.81%。Pro在T4處理達最大增幅；而MDA在T4處理的降幅大于T2、T3處理，說明IAA和KT可通過維持相對較高的Pro含量，并啟動抗氧化系統(tǒng)以減弱細胞脂膜過氧化損傷程度來保護細胞完整，維持細胞正常生理活動，提高作物耐鎘性。

(3)鎘脅迫造成菊芋根系損傷，阻礙水分運輸，2個產地菊芋T4處理的根系活力分別提高39.00%，9.10%，增幅大于T2、T3處理；鎘含量均表現為根>莖>葉，IAA與KT單獨使用均可促進菊芋對鎘的吸收，但兩者共同噴施的效果更佳，且T4處理的富集系數、轉運系數及提取效率均高于其他處理，進一步表明外源激素能夠通過增強根系活力等途徑，幫助菊芋有效應對逆境并強化其富集和轉運能力。