韓淑敏楊立科布和徐歡周靜宇徐燕

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院,呼和浩特 010018;2.鄂爾多斯市規(guī)劃編制研究中心,內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017100;3.內(nèi)蒙古師范大學(xué)二連浩特國(guó)際學(xué)院,內(nèi)蒙古 二連浩特 011100;4.鄂爾多斯市社會(huì)保險(xiǎn)事業(yè)服務(wù)中心,內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017100)

0 引言

近年來(lái),農(nóng)業(yè)和工業(yè)飛速發(fā)展,各種重金屬通過(guò)農(nóng)藥化肥、采礦冶金和非法排放污水等不斷進(jìn)入土壤中。有研究表明這些重金屬污染對(duì)植物和動(dòng)物造成破壞,甚至通過(guò)食物鏈給人類(lèi)健康造成危害[1-2]。2014年,環(huán)境保護(hù)部(現(xiàn)為生態(tài)環(huán)境部)、國(guó)土資源部(現(xiàn)成為自然資源部)聯(lián)合發(fā)布《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》,全國(guó)土壤環(huán)境狀況不容樂(lè)觀,其中從污染物超標(biāo)情況看,重金屬鎘的超標(biāo)率達(dá)到了7.0%[3]。2018年,生態(tài)環(huán)境部發(fā)布《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618—2018),依據(jù)農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管制值規(guī)定,土壤中鎘小于等于4.0 mg/kg表明土地污染風(fēng)險(xiǎn)高,原則上應(yīng)當(dāng)采取禁止種植食用農(nóng)產(chǎn)品、退耕還林等嚴(yán)格管控措施[4]。土壤鹽堿化是世界性生態(tài)環(huán)境問(wèn)題,對(duì)于農(nóng)業(yè)、林業(yè)生產(chǎn)有著重要的影響[5]。目前鹽堿化土地占我國(guó)國(guó)土面積的1/4,主要集中在東部沿海地區(qū)、中西部干旱及半干旱地區(qū)[6]。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展,工業(yè)污染問(wèn)題、氣候變化異常和不合理的施肥灌溉等致使土壤鹽堿化面積逐年增加[7]。

目前針對(duì)土壤復(fù)合污染問(wèn)題,利用植物修復(fù)受污染的土壤成為研究和應(yīng)用熱點(diǎn),具有經(jīng)濟(jì)成本低、適應(yīng)性廣和操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),對(duì)環(huán)境恢復(fù)功能有明顯持久效果[8-9]。曹婧等[10]研究發(fā)現(xiàn),隨著錳脅迫梯度不斷升高,紫花苜蓿的株高、生物量、酶活性出現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì),丙二醛(MDA)含量則呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。朱秀紅等[11]研究表明,隨著鎘脅迫水平質(zhì)量濃度的增加,白花泡桐的葉綠素含量和過(guò)氧化氫酶(CAT)活性出現(xiàn)上升趨勢(shì),超氧化物歧化酶(SOD)活性及丙二醛(MDA)含量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì),其對(duì)復(fù)合重金屬污染土地具有有效的生態(tài)恢復(fù)潛力。張曉曉[12]采用土培法,探討了3個(gè)白榆品系對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)機(jī)制。研究表明,3種白榆品系耐鹽性閾值均大于155 mmol/L,隨著鹽脅迫梯度的上升,白榆MDA、可溶性蛋白(SP)含量出現(xiàn)先上升后下降,葉綠素含量隨著脅迫增加出現(xiàn)下降的趨勢(shì)。

白榆(Ulmuspumila)又名家榆,榆科(Ulmaceae)榆屬(Ulmus)喬木,屬典型的北溫帶落葉闊葉樹(shù)種[13],是我國(guó)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)價(jià)值較高的樹(shù)種之一,能夠有效保持水土保護(hù)生態(tài)[14-15]。有研究表明白榆對(duì)干旱[16]、鹽堿[17]及重金屬污染[18-20]等有較強(qiáng)的抗性。土壤污染問(wèn)題并不是單一出現(xiàn)的,更多情況是多種污染源以組合形式出現(xiàn)土壤復(fù)合污染[21],目前針對(duì)白榆復(fù)合重金屬脅迫的研究相對(duì)較少。本研究利用土培試驗(yàn),研究不同含量梯度的Cd、NaCl單一及復(fù)合脅迫下,白榆的生理生化特性,對(duì)修復(fù)Cd、NaCl污染土壤提供科學(xué)依據(jù),以期探討白榆經(jīng)濟(jì)生態(tài)價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2021年7—9月在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院一樓溫室大棚中進(jìn)行,試驗(yàn)期間溫室大棚內(nèi)溫度為22～35 ℃,相對(duì)濕度為50%～60%,試驗(yàn)材料為發(fā)育正常生長(zhǎng)健壯的1年生白榆苗。

1.2 試驗(yàn)方法

選取長(zhǎng)勢(shì)基本一致的白榆苗共48株,于2021年4月用高30 cm、內(nèi)徑20 cm的塑料花盆進(jìn)行移栽,栽培基質(zhì)為營(yíng)養(yǎng)土和蛭石( 體積比為1∶1)。依據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618—2018),并結(jié)合預(yù)試驗(yàn)所得結(jié)果設(shè)置Cd、NaCl處理質(zhì)量濃度,其中Cd質(zhì)量濃度水平分別設(shè)置為0 mg/L(CK)、 10 mg/L(C1)、25 mg/L(C2)、50 mg/L(C3);NaCl質(zhì)量濃度水平分別設(shè)置為0 mmol/L(CK)、300 mmol/L(N1)、500 mmol/L(N2)、700 mmol/L(N3);Cd加入NaCl復(fù)合脅迫處理為C1N1、C2N1、C3N1、C1N2、C2N2、C3N2、C1N3、C2N3、C3N3;NaCl中加入Cd復(fù)合脅迫處理為N1C1、N2C1、N3C1、N1C2、N2C2、N3C2、N1C3、N2C3、N3C3,每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。白榆苗在溫室大棚緩苗3個(gè)月,日常澆水殺蟲(chóng)每周澆200 mL的Hoagland營(yíng)養(yǎng)液保持植物正常生長(zhǎng)。自土培試驗(yàn)開(kāi)始,每隔5 d每盆澆200 mL相應(yīng)水平質(zhì)量濃度的Cd、NaCl溶液進(jìn)行重金屬脅迫處理,共脅迫60 d。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

在脅迫60 d后,取植株相同部位的葉片,進(jìn)行生理生化指標(biāo)測(cè)定,如:葉綠素、丙二醛(MDA)、過(guò)氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)。其中,葉綠素含量測(cè)定采用80%丙酮法,稱(chēng)取0.2 g樣品,加入少量碳酸鈣粉和3 mL的80%丙酮提取液研磨,再加丙酮10 mL繼續(xù)研磨至組織發(fā)白后,放黑暗處?kù)o置5 min,用濾紙過(guò)濾到25 mL容量瓶最后定容至25 mL,將稀釋后葉綠體色素提取液倒入到比色杯內(nèi),在663 nm和646 nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度;丙二醛(MDA)含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸法,稱(chēng)取0.3 g樣品加入5 mL 5%TCA(三氯乙酸),充分研磨勻漿4 000 r/min離心10 min,取得上清液2 mL加入2 mL0.67%TBA(硫代巴比妥酸)混合后沸水浴30 min,冷卻后再次離心10 min,取上清液分別在450、532、600 nm處檢測(cè)吸光值;過(guò)氧化物酶(POD)活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法,稱(chēng)取樣品0.5 g于預(yù)冷的研缽中加入5 mL預(yù)冷的磷酸緩沖液(0.05 mol/L,pH 7.8),冰浴中充分研磨在4 ℃下8 000 r/min 離心20 min,上清液即為粗酶液。 測(cè)定POD的活性時(shí),以加入3 mL反應(yīng)混合液和1 mL磷酸緩沖液(pH 7.8)的比色皿作為校零對(duì)照,以3 mL反應(yīng)混合液加1 mL上述粗酶液作為試驗(yàn)組。校零后,立即開(kāi)啟秒表計(jì)時(shí),于470 nm波長(zhǎng)處測(cè)吸光度(OD)值,每隔30 s讀取一次共讀5次。超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍(lán)四唑法,將1.5 mL的0.05 mol/L磷酸緩沖液(pH 7.8)、0.3 mL的130 mmol/L甲硫氨酸(Met)溶液、0.3 mL的750 μmol/L氮藍(lán)四唑(NBT)溶液、0.3 mL的100 μmol/L EDTA-2Na(乙二胺四乙酸二鈉)液、0.3 mL的20 μmol/L核黃素、0.05 mL的粗酶液及0.25 mL蒸餾水混合后,一支對(duì)照管置于暗處,其他試管于4 000 lx日光下反應(yīng)10 min。反應(yīng)結(jié)束后,以暗處的試管做空白對(duì)照,分別在560 nm波長(zhǎng)測(cè)定其他各管的吸光度。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016軟件整理計(jì)算數(shù)據(jù);采用SPSS 26.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析,其中顯著性檢驗(yàn):P＞0.05是無(wú)顯著相關(guān),P≤0.05是顯著相關(guān),P≤0.01是極顯著相關(guān);采用Origin 2018軟件進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 Cd、NaCl單一及復(fù)合脅迫對(duì)白榆葉綠素含量的影響

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用產(chǎn)生的主要色素,在植物光合作用的光吸收中起核心作用,隨著植物破壞和逆境加劇,植物內(nèi)體葉綠素含量變化可作為其抗性研究的主要參考指標(biāo)。由圖1可知,單一Cd脅迫下總?cè)~綠素含量隨著Cd梯度增加出現(xiàn)下降趨勢(shì),C3下降幅度最大,比對(duì)照顯著下降了46.22%;單一NaCl脅迫下總?cè)~綠素含量隨著NaCl梯度增加比對(duì)照出現(xiàn)明顯下降趨勢(shì),其中N1、N2、N3分別比對(duì)照下降了59.20%、70.98%、77.10%,表明NaCl脅迫對(duì)白榆總?cè)~綠素含量影響比Cd脅迫效果更顯著。Cd、NaCl復(fù)合脅迫時(shí),在同一Cd脅迫中添加NaCl對(duì)白榆總?cè)~綠素含量影響如圖1(a)所示,單一Cd脅迫梯度變化幅度較小,加入N1梯度的Cd脅迫顯著低于不添加NaCl的Cd脅迫梯度,其中C1N1比C1梯度下降了62.10%,C2N1比C2梯度下降了62.18%, C3N1比C3梯度下降了51.32%;在同一NaCl脅迫中添加Cd對(duì)白榆總?cè)~綠素含量影響如圖1(b)所示,Cd脅迫對(duì)白榆總?cè)~綠素含量的影響比NaCl脅迫影響小,添加不同梯度的Cd對(duì)于NaCl脅迫變化幅度不明顯,但仍然能看出下降趨勢(shì),其中N1C3比N1梯度下降了35.85%,N2C3比N2梯度下降了31.22%,N3C3比N3梯度下降了40.50%。由此說(shuō)明,單一Cd脅迫對(duì)于白榆總?cè)~綠素含量的影響小于單一NaCL脅迫,隨著復(fù)合脅迫梯度的增加,白榆總?cè)~綠素含量逐步減少,說(shuō)明復(fù)合土壤污染對(duì)白榆生長(zhǎng)發(fā)育有明顯抑制作用。顯著性分析表明,Cd、NaCL單一及復(fù)合脅迫的組間與組內(nèi)均有顯著差異(P≤0.05)。

圖1 Cd、NaCl單一及復(fù)合脅迫對(duì)桑樹(shù)總?cè)~綠素含量的影響Fig.1 Effect of Cd, NaCl single and combined stress on the phlorophyll of Ulmus pumila

2.2 Cd、NaCl單一及復(fù)合脅迫對(duì)榆樹(shù)MDA含量的影響

MDA是生物體內(nèi)自由基作用于脂質(zhì)發(fā)生過(guò)氧化反應(yīng)產(chǎn)生的氧化終產(chǎn)物,在植物衰老生理和抗性生理研究中MDA含量是常用的指標(biāo)。植物器官衰老或者逆境下細(xì)胞會(huì)損傷,其含量可以反映植物遭受衰老或逆境傷害的程度。由圖2(a)可知,單一Cd脅迫下MDA含量隨著Cd梯度增加出現(xiàn)上升趨勢(shì),但單一Cd脅迫下MDA含量變化不顯著,說(shuō)明Cd對(duì)白榆生長(zhǎng)發(fā)育破壞程度較小。由圖2(b)可知,單一NaCl脅迫下MDA含量隨著NaCl梯度增加出現(xiàn)較為明顯的上升趨勢(shì),其中N1、N2、N3分別比對(duì)照上升了66.55%、77.57%、86.59%。由圖2可知,NaCl脅迫對(duì)白榆MDA含量影響比Cd脅迫效果更顯著,表明NaCl脅迫比Cd脅迫對(duì)白榆傷害程度更高。Cd、NaCl復(fù)合脅迫時(shí),在同一Cd脅迫中添加NaCl對(duì)白榆MDA含量影響如圖2(a)所示,單一Cd脅迫梯度變化幅度較小,加入NaCl梯度的C3脅迫比不添加NaCl梯度的C3脅迫顯著上升,其中C3N1、C3N2和C3N3分別比C3梯度上升了57.31%、73.71%、77.66%;在同一NaCl脅迫中添加Cd對(duì)白榆總?cè)~綠素含量影響如圖2(b)所示,Cd脅迫對(duì)白榆MDA含量的影響比NaCl脅迫影響小,添加不同梯度的Cd對(duì)于NaCl脅迫變化幅度不明顯,但仍然能看出上升趨勢(shì),其中N1C2比N1C3梯度上升了28.94%,N2C2比N2C3梯度上升了31.13%。由此說(shuō)明,單一NaCl脅迫對(duì)于白榆MDA含量的影響顯著大于單一Cd脅迫,隨著復(fù)合脅迫梯度的增加,白榆MDA含量逐步增加,說(shuō)明復(fù)合土壤污染對(duì)白榆器官細(xì)胞有破壞作用,對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育有明顯抑制作用。顯著性分析表明,Cd單一脅迫的組內(nèi)顯著性差異較小(P＞0.05), NaCl單一脅迫及復(fù)合脅迫的組間與組內(nèi)均有顯著差異(P≤0.05)。

圖2 Cd、NaCl單一及復(fù)合脅迫對(duì)白榆MDA含量的影響Fig.2 Effect of Cd, NaCl single and combined stress on the MDA of Ulmus pumila

2.3 Cd、NaCl單一及復(fù)合脅迫對(duì)白榆POD活性的影響

POD廣泛存在于植物體中是一種活性較高的酶,與光合作用、呼吸作用及生長(zhǎng)素的氧化反應(yīng)等都有關(guān)系,所以POD是植物老化和逆境生理的常用指標(biāo)之一。由圖3可知,單一Cd脅迫下POD活性隨著Cd梯度增加呈先上升后下降的趨勢(shì),C2到C3梯度POD活性下降了1.75%。單一NaCl脅迫下POD活性隨著CK、N1、N2梯度的增加出現(xiàn)上升趨勢(shì),N3梯度時(shí)POD活性出現(xiàn)下降趨勢(shì),其中N1比對(duì)照增加了7.02%,表明POD活性在C2、N2梯度時(shí)達(dá)到極值后開(kāi)始降低。Cd、NaCl復(fù)合脅迫時(shí),在同一Cd脅迫中添加NaCl對(duì)白榆POD活性變化如圖3(a)所示,單一Cd和NaCl脅迫梯度變化幅度均較小,加入復(fù)合脅迫后POD活性高于單一脅迫梯度,其中C2N2的POD活性值最高比C2梯度升高了19.14%。由3(b)可知,在同一NaCl加入Cd的復(fù)合脅迫中,N2C3到N3C3梯度降低了9.25%。由此說(shuō)明,POD活性變化在Cd、NaCl單一及復(fù)合脅迫的組內(nèi)變化趨勢(shì)較典型,分別在第1到第3梯度有顯著上升,到第4梯度時(shí)出現(xiàn)下降,證明第3梯度為 POD活性的極值,且復(fù)合脅迫對(duì)于POD活性變化幅度大于單一脅迫,說(shuō)明復(fù)合土壤污染對(duì)白榆的酶活性有更大的影響,對(duì)白榆生長(zhǎng)發(fā)育有明顯抑制作用。顯著性分析表明, Cd、NaCl單一及復(fù)合脅迫的組間與組內(nèi)均有顯著差異(P≤0.05)。

圖3 Cd、NaCl單一及復(fù)合脅迫對(duì)桑樹(shù)POD活性的影響Fig.3 Effect of Cd, NaCl single and combined stress on the POD of Ulmus pumila

2.4 Cd、NaCl單一及復(fù)合脅迫對(duì)白榆SOD活性的影響

圖4 Cd、NaCl單一及復(fù)合脅迫對(duì)桑樹(shù)SOD活性的影響Fig.4 Effect of Cd, NaCl single and combined stress on the SOD of Ulmus pumila

SOD是生物體內(nèi)重要的抗氧化酶,廣泛存在于動(dòng)物、植物和微生物等大量生物體內(nèi),植物損傷、衰老及逆境等決定著SOD在生物體內(nèi)的活性高低,所以SOD活性水平是植物抗氧化機(jī)制的重要反應(yīng)也是逆境生理的常用指標(biāo)之一。由圖4可知,單一Cd脅迫下SOD活性隨著CK、C1、C2梯度的增加出現(xiàn)上升趨勢(shì),C3梯度時(shí)SOD活性出現(xiàn)下降趨勢(shì),其中CK到C1梯度SOD活性上升了166.67%,C2到C3梯度SOD活性下降了18.19%;單一NaCl脅迫下SOD活性變化與單一Cd脅迫變化幅度相同,NaCl隨著質(zhì)量濃度增加出現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì),其中N1到N2的增幅最大,增加了80.00%,表明SOD活性在C2、N2質(zhì)量濃度水平時(shí)達(dá)到極值從C3、N3梯度出現(xiàn)降低趨勢(shì)。Cd、NaCl復(fù)合脅迫時(shí),在同一Cd脅迫中添加NaCl對(duì)白榆SOD活性變化如圖4(a)所示,加入NaCl梯度的Cd脅迫SOD活性水平高于不添加NaCl的Cd脅迫梯度,其中添加N2梯度的Cd脅迫SOD活性水平最高,C1N2比C1升高了290.63%,C2N2比C2顯著升高了265.23%,C3N2比C3升高了306.94%;在同一NaCl脅迫中添加Cd對(duì)白榆SOD活性變化趨勢(shì)如圖4(b)所示,添加C2梯度的NaCl脅迫變化幅度最大,其中N1C2比N1升高了489.25%,N2C2比N2升高了346.39%,N3C3比N3升高了134.38%。由此說(shuō)明,SOD活性水平變化在Cd、NaCl單一及復(fù)合脅迫的組內(nèi)及組間變化趨勢(shì)較顯著,分別在第1到第3梯度有大幅上升,到第4梯度時(shí)出現(xiàn)下降趨勢(shì),證明第3梯度時(shí)達(dá)到SOD活性的極值,且復(fù)合脅迫對(duì)于SOD活性變化幅度大于單一脅迫,說(shuō)明復(fù)合土壤污染對(duì)白榆的抗氧化酶有更大的響應(yīng),對(duì)白榆生長(zhǎng)發(fā)育有明顯抑制作用。顯著性分析表明,Cd單一脅迫的組內(nèi)顯著性差異較小(P＞0.05), NaCl單一脅迫及復(fù)合脅迫的組間與組內(nèi)均有顯著差異(P≤0.05)。

Cd、NaCl單一及復(fù)合脅迫實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,白榆幼苗隨著時(shí)間推移葉片和根系表型發(fā)生不同變化?？傮w上白榆葉片表型變化是復(fù)合脅迫最明顯,其次是NaCl脅迫最后是Cd脅迫。60 d后N3C3、N2C2梯度白榆幼苗葉片全部枯黃發(fā)干葉片掉落明顯,其他梯度的復(fù)合脅迫葉片發(fā)黃葉片邊緣出現(xiàn)干皺的現(xiàn)象,NaCl脅迫下白榆隨著質(zhì)量濃度變化葉片逐步呈灰黃色且掉落明顯,Cd脅迫下葉片表型變化不顯著,只有C3梯度葉片有明顯發(fā)黃掉落,CK、C1及C2梯度葉片均呈現(xiàn)健康的深綠色且葉片中含有水分無(wú)明顯掉落現(xiàn)象。

3 討論

葉綠素含量是判斷植物進(jìn)行光合作用的重要指標(biāo),葉綠素含量的變化能夠體現(xiàn)植物對(duì)逆境脅迫環(huán)境的適應(yīng)性[22-23]。李欣航等[24]研究結(jié)果表明,隨著Mn脅迫梯度增加雞眼草葉綠素含量逐步降低,高質(zhì)量濃度的Mn會(huì)破壞葉綠體的結(jié)構(gòu)阻礙葉綠素的合成,從而導(dǎo)致葉綠素含量的降低,影響其光合作用,與本試驗(yàn)的結(jié)果一致。Cd脅迫會(huì)破壞白榆葉片中葉綠體結(jié)構(gòu),降低葉綠素的含量,阻礙植物正常發(fā)育生長(zhǎng),與孫博文等[25]、張金彪等[26]的研究相吻合。在本試驗(yàn)中,NaCl脅迫對(duì)白榆葉片的破壞程度高于Cd脅迫,在Cd、NaCl復(fù)合脅迫中葉綠素含量也出現(xiàn)逐步降低的趨勢(shì),其中N1C1、N1C2、N1C3分別比C1、C2、C3的葉綠素含量出現(xiàn)大幅下降,表明N1梯度對(duì)植物光合作用的影響最大,抑制了葉綠素合成,總體來(lái)說(shuō),Cd、NaCl復(fù)合脅迫的葉綠素含量顯著低于同一梯度的單一Cd脅迫。

丙二醛(MDA)是植物細(xì)胞膜脂過(guò)氧化作用的最終產(chǎn)物,通過(guò)植物膜脂過(guò)氧化程度的高低來(lái)判斷植物在逆境中的傷害程度,MDA含量與膜脂過(guò)氧化程度呈正相關(guān),即脅迫梯度越高M(jìn)DA含量越高。周慧等[27]研究表明隨著重金屬Cd質(zhì)量濃度的升高,5種濕生觀賞植物的MDA含量均呈現(xiàn)不同程度的升高,說(shuō)明由于重金屬脅迫5種濕生植物的細(xì)胞膜脂過(guò)氧化反應(yīng)明顯,造成不同程度的傷害,與本研究結(jié)論一致。胡博等[28]研究發(fā)現(xiàn),鹽脅迫對(duì)不同種源的桑樹(shù)也有顯著影響,其MDA含量由雞桑到龍桑到蒙桑逐步增加,隨著鹽質(zhì)量濃度的升高及時(shí)間的延長(zhǎng),不同種源桑樹(shù)無(wú)法抵御鹽脅迫的傷害,證明鹽脅迫對(duì)不同種源的桑樹(shù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)均產(chǎn)生破壞,導(dǎo)致MDA含量的增加。本試驗(yàn)中白榆隨著單一Cd、單一NaCl及Cd、NaCl復(fù)合脅迫作用下MDA含量逐步升高,表明其破壞程度從大到小為:Cd、NaCl復(fù)合脅迫、單一NaCl脅迫、單一Cd脅迫。

POD能夠?qū)⒅参矬w內(nèi)的H2O2分解為O2和H2O,從而使植物體的H2O2清除免受植物老化和逆境生理的傷害作用[29]。POD與植物的光合作用、呼吸作用等氧化反應(yīng)息息相關(guān),因此作為本試驗(yàn)的生理指標(biāo)之一。孟長(zhǎng)軍[30]研究表明隨著鋁脅迫梯度增加,白苦瓜幼苗葉片中的POD活性水平呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì),在100 mg/L的鋁脅迫梯度下POD活性水平達(dá)到最高峰,隨著鋁脅迫質(zhì)量濃度增加,白苦瓜幼苗的POD活性水平顯著低于對(duì)照。這與本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果一致,單一Cd、NaCl及復(fù)合脅迫下,POD活性在第3梯度時(shí)達(dá)到最高值,在第4梯度時(shí)出現(xiàn)下降,且復(fù)合脅迫對(duì)于桑樹(shù)POD活性影響高于單一脅迫。在一定質(zhì)量濃度下,白榆通過(guò)增加POD活性穩(wěn)定細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)來(lái)響應(yīng)逆境脅迫對(duì)植物抗氧化系統(tǒng)的損害,但達(dá)到更高質(zhì)量濃度時(shí),維穩(wěn)能力逐漸喪失,POD活性隨之出現(xiàn)下降趨勢(shì)。這與許愛(ài)祝等[31]對(duì)于麻瘋樹(shù)幼苗根系重金屬抗逆性研究結(jié)果一致,當(dāng)Cu質(zhì)量濃度達(dá)到200 mg/L時(shí),麻瘋樹(shù)幼苗根系POD值降到最低,植株基本死亡。

SOD防御超氧陰離子自由基對(duì)植物細(xì)胞的破壞,保護(hù)植物細(xì)胞在老化、損傷及逆境時(shí)免受氧化損傷[32]。柯野等[33]研究低磷脅迫對(duì)甘蔗SOD活性有顯著影響,隨著低磷脅迫梯度變化,SOD活性逐步升高,其主要原因是低磷脅迫下甘蔗內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量的活性氧自由基,刺激SOD活性增強(qiáng)以防御超氧陰離子對(duì)植物內(nèi)部的破壞,從而提高甘蔗對(duì)逆境的防御能力,減少對(duì)植株的傷害。但SOD活性只能在一定范圍內(nèi)有效去除重金屬對(duì)植物細(xì)胞的損傷,隨著逆境環(huán)境加重,SOD活性會(huì)逐漸下降。這與周洋等[34]關(guān)于輪葉黑藻在鉛鋅脅迫下的生理響應(yīng)研究結(jié)果不一致,輪葉黑藻隨著重金屬梯度的增加SOD活性水平出現(xiàn)持續(xù)上升趨勢(shì),可能是由于重金屬脅迫質(zhì)量濃度的持續(xù)升高導(dǎo)致活性氧自由基出現(xiàn)紊亂現(xiàn)象,無(wú)法抵御超氧陰離子自由基,超氧化物歧化酶遭到破壞。

綜上所述,Cd、NaCl復(fù)合脅迫對(duì)白榆的葉綠素含量、MDA含量、POD活性及SOD活性等生理特性比單一Cd、NaCl脅迫的脅迫作用更大;單一Cd、NaCl脅迫處理下,單一NaCl脅迫對(duì)白榆的葉綠素含量、MDA含量及POD活性水平比單一Cd脅迫脅迫作用更大;Cd、NaCl單一及復(fù)合脅迫處理下,白榆POD活性和SOD活性表現(xiàn)為低質(zhì)量濃度上升高質(zhì)量濃度下降的趨勢(shì); Cd脅迫水平在0～200 mg/L范圍內(nèi),NaCl脅迫水平在0～500 mmol/L范圍內(nèi)白榆POD活性與SOD活性呈上升趨勢(shì),植物能正常生長(zhǎng)有效抗逆,高于此質(zhì)量濃度后白榆POD活性與SOD活性出現(xiàn)下降趨勢(shì),證明植物達(dá)到抗逆性的極值。