国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

鈣和鉀對延胡索幼苗鎘毒害的緩解作用

2017-09-03 08:59張靜余順慧祁俊生梁克中陳書鴻劉雷陳華華陸亞萍
草業(yè)學報 2017年8期
關鍵詞:毒害延胡索外源

張靜,余順慧,祁俊生,梁克中,陳書鴻,劉雷,陳華華,陸亞萍

(重慶三峽學院三峽庫區(qū)水環(huán)境演變與污染防治重慶高校市級重點實驗室,重慶 404100)

鈣和鉀對延胡索幼苗鎘毒害的緩解作用

張靜,余順慧,祁俊生*,梁克中,陳書鴻,劉雷,陳華華,陸亞萍

(重慶三峽學院三峽庫區(qū)水環(huán)境演變與污染防治重慶高校市級重點實驗室,重慶 404100)

通過探討外源鈣(Ca2+)、鉀(K+)對重金屬鎘(Cd) (0~25 mg/kg)脅迫下延胡索幼苗的緩解作用,為延胡索經(jīng)濟高效優(yōu)質高產(chǎn)的栽培模式提供理論依據(jù)和實踐指導。以大葉延胡索為材料,采用土培法,研究外源Ca2+、K+處理對不同濃度Cd脅迫下延胡索幼苗株高、生物量、生理特征、重金屬含量及藥用品質的變化。結果表明,各濃度Cd脅迫下外源Ca2+、K+處理的最適緩解濃度分別為100和200 mg/kg,在該濃度下Ca2+、K+能明顯緩解Cd對延胡索幼苗的抑制作用。在低濃度Cd脅迫下,添加最適濃度的外源Ca2+處理后幼苗可溶性糖、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)活性相比未添加外源Ca2+處理的對照組升高,而丙二醛(MDA)含量低于對照。添加最適濃度的外源K+處理后幼苗上述各指標無明顯變化。高濃度Cd脅迫下,添加最適濃度的外源Ca2+處理后幼苗可溶性糖、SOD、POD和CAT活性顯著高于對照,MDA含量顯著降低。在各濃度Cd脅迫下,添加最適濃度的外源Ca2+、K+處理后幼苗根部細胞微核率降低,從而緩解了Cd對延胡索幼苗的毒害。因此,在Cd脅迫(尤其是25 mg/kg濃度Cd脅迫)下,外源Ca2+、K+通過提高延胡索幼苗的抗氧化能力來緩解Cd對幼苗毒害和細胞染色體損傷。此外,外源Ca2+、K+影響Cd脅迫下延胡索幼苗地上及地下部分Cd的積累,其影響機制比較復雜。25 mg/kg Cd脅迫下添加Ca2+能夠顯著改善延胡索的藥用品質,延胡索乙素比25 mg/kg Cd脅迫下增加了27.52%。在Cd污染的土壤上種植延胡索,可加入適量的外源Ca2+通過改變延胡索幼苗的抗氧化酶活性等方式達到緩解Cd毒害,降低塊莖中Cd含量,改善藥用品質。

鎘污染;延胡索;鈣;鉀;抗氧化酶;細胞微核率;品質

延胡索(Corydalisyanhusuo)為罌粟科紫堇屬植物的干燥塊莖,是常用的大宗藥材之一,延胡索中的生物堿具有活血、鎮(zhèn)痛、鎮(zhèn)靜、催眠、抗心律失常等功效[1]。鎘(cadmium, Cd)主要來源于三廢,是生物非必需金屬元素,許多農(nóng)田受其污染[2]。植物通過土壤吸收后不僅對植物產(chǎn)生一系列的毒害作用(抑制其他礦質元素的吸收、種子萌發(fā)[3]及根系生長等[4]),導致產(chǎn)量和品質下降[5-6],還會通過食物鏈對人體健康造成威脅[7]。近來,“中藥材中重金屬、農(nóng)殘超標”屢見不鮮,這不僅影響藥材的品質,威脅人類健康,更影響中藥走向世界。

Ca2+、K+是植物必需的礦質營養(yǎng)元素,也是生長發(fā)育的調控者[8]。研究表明,施加外源Ca2+可以有效減少植物體內Cd的含量,緩解Cd對植物幼苗的傷害[9-12]。同時,施用鉀肥明顯降低了Cd的生物有效性,緩解Cd對植物幼苗的毒害作用[13-14]。藥用植物受到Cd毒害后,是否可以通過施加外源物質來降低其重金屬含量,提高藥用安全性是值得研究的課題。本研究通過土培實驗,以延胡索為材料,探討了Ca2+、K+對Cd脅迫下延胡索幼苗生長、生理特性、藥用品質及安全性的影響,以期通過人為調控方式科學施肥,為延胡索經(jīng)濟高效優(yōu)質高產(chǎn)的栽培模式提供理論依據(jù)和實踐指導。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2014年11月1日至2016年3月30日在重慶三峽學院野外科研基地進行?;氐靥帠|經(jīng)108°27′06″,北緯30°45′26″,屬亞熱帶濕潤型季風氣候, 年均溫13.8~18.8 ℃,年平均降雨量1000~1300 mm。供試土壤理化特性為pH值:6.30;有機質:18.35 g/kg;全氮:1.23 g/kg;水解氮:12.58 mg/kg;速效鉀:50.34 mg/kg;速效磷:11.34 mg/kg;鉛13.4 mg/kg;鎘0.48 mg/kg。

1.2 試驗材料

供試植物:大葉延胡索塊莖于2014年10月購于浙江省東陽市農(nóng)業(yè)局。

1.3 試驗設計

外源Ca2+和K+對不同濃度Cd脅迫下延胡索幼苗生長的影響試驗,Cd [Cd(NO3)2形式]設6個處理濃度,分別為:0、1、3、10、20、25 mg/kg,每個處理5盆。在上述Cd處理中分別加入外源Ca2+(CaCl2形式),處理濃度為:0、50、100、200、400 mg/kg;外源K+(K2SO4形式)處理濃度為:0、100、200、400、800 mg/kg。從2014年11月1日起,持續(xù)處理150 d。通過不同濃度外源Ca2+、K+對不同濃度Cd脅迫下延胡索幼苗生長的影響得到不同濃度Cd脅迫下的最適外源Ca2+、K+濃度,然后用最適的外源Ca2+、K+濃度進行緩解實驗。

緩解試驗設3個處理:1)對照:Cd處理濃度為:0、1、3、10、20、25 mg/kg;2)系列 Cd處理+最適外源Ca2+處理;3)系列Cd處理+最適外源K+處理。試驗采用內徑30 cm、深25 cm的花盆,土樣過5 mm篩后,每盆裝拌有對應Cd和鈣、鉀肥的土壤9 kg,放置半個月后再次混勻。將消毒處理的延胡索塊莖播種于上述對應花盆中,每盆5粒,同時施加適量的基肥(尿素濃度為N 300 mg/kg)。試驗所用的肥料、藥品均為分析純。定期檢查生長情況,用蒸餾水澆灌,常規(guī)人工管理,避免其余干擾,環(huán)境條件完全一致。從2015年11月1日起,持續(xù)處理150 d。

1.4 測定指標及方法

取處理150 d后5盆延胡索植株,用尺子測量每株幼苗的株高。用烘干稱重法測定生物量,具體如下:取5盆延胡索清除根系周圍的泥土,自來水洗凈,再用去離子水沖洗,用吸水紙吸干水分后105 ℃殺青20 min,45 ℃烘干至恒重。選取延胡索幼苗成熟功能葉片5片,SOD、POD和CAT活性采用試劑盒測定(南京建成生物工程研究所);MDA、可溶性糖測定分別采用硫代巴比妥酸比色法和蒽酮法[15];微核率測定采用修正的吳若菁等[16]的方法,具體如下:分別于Cd脅迫以及加入外源Ca2+、K+緩解處理150 d后,取5盆延胡索清除根系周圍的泥土,去離子水洗凈,吸去多余水分后,切取長度為5 mm根尖制片鏡檢,根尖用改良Carnoy固定液固定20~24 h,轉移至70%乙醇中于0~4 ℃下保存,加入1 mol/L鹽酸在60 ℃水浴下離解8~10 min直至根尖軟化,避光條件用改性石碳酸品紅浸泡染色2~3 h,用乙醇和蒸餾水漂洗后制片鏡檢觀察微核,計算微核率。

微波消解測定Cd含量,具體如下:精確稱取延胡索粉末(過0.355 mm篩)0.2000 g,加入酸液(濃HNO3∶濃H2SO4=4∶1),同時做空白;經(jīng)MARS240微波消解后,冷卻、過濾、定容,用原子吸收分光光度計(AA-6300,日本島津集團)[17]測定。延胡索塊莖生物堿類含量的測定采用張靜等[18]的方法,具體如下:精確稱取延胡索粉末(過0.355 mm篩)0.5000 g,置于50 mL具塞錐形瓶中,精密加70%甲醇溶液10 mL,混勻,浸泡1 h,30 ℃下超聲(300 W,40 kHz)提取40 min,放至室溫,過濾,用70%甲醇定容至25 mL量瓶中,搖勻后0.45 μm微孔濾膜過濾,即得,用LC-20A型高效液相色譜儀(日本島津集團)在文獻[18]色譜條件下測定其生物堿類含量,5次重復。

1.5 數(shù)據(jù)分析

各指標均重復3次所得。用Microsoft Excel 2007、IBM SPSS Statistic 20軟件進行數(shù)據(jù)處理。采用單因素方差分析方法(One-way ANOVA)檢驗各處理間的差異顯著性(其中P<0.01表示差異極顯著,P<0.05表示差異顯著)。

2 結果與分析

2.1 外源Ca2+和K+對不同濃度Cd脅迫下延胡索幼苗生長的影響

由圖1可見,在不同濃度Cd處理下,延胡索株高及生物量均隨外源Ca2+和K+含量增加而先增高后降低,且在Ca2+濃度為100 mg/kg和K+濃度為200 mg/kg時株高和生物量最大,因此,將該濃度確定為Ca2+、K+對延胡索Cd脅迫的最佳緩解濃度,表現(xiàn)為外源Ca2+、K+對延胡索生長有一定促進作用。

2.2 外源Ca2+和K+對不同濃度Cd脅迫下延胡索幼苗可溶性糖、丙二醛和抗氧化酶活性的影響

由圖2可見,在未添加Ca2+、K+時,隨著Cd濃度的增加,延胡索葉片可溶性糖含量、CAT活性及POD活性出現(xiàn)先增大后減小的趨勢(Cd濃度為10 mg/kg時最大),MDA含量呈現(xiàn)上升趨勢,而SOD活性呈現(xiàn)下降趨勢。添加Ca2+和K+時在濃度25 mg/kg Cd處理下,外源Ca2+使葉片可溶性糖含量、SOD活性、CAT活性及POD活性顯著增加(P<0.05),MDA含量顯著降低(P<0.05),較同濃度Cd脅迫下降低了56.17%, 外源K+對上述指標影響差異不顯著。這表明在濃度25 mg/kg Cd處理時,外源Ca2+緩解延胡索受Cd脅迫造成氧化傷害是通過提高SOD、POD及CAT 活性來實現(xiàn)的。其他各濃度Cd處理下,外源Ca2+、K+對延胡索葉片內可溶性糖含量、MDA含量、CAT活性、SOD活性及POD活性均無顯著影響。

圖1 Cd脅迫下外源Ca2+和K+對延胡索幼苗株高、生物量的影響Fig.1 Effect of exogenous Ca2+ and K+ on the plant height and biomass of the C. yanhusuo seedlings under Cd stress

圖2 Cd脅迫下外源Ca2+和K+對延胡索幼苗可溶性糖、MDA、SOD活性、CAT活性、POD活性的影響Fig.2 Effect of exogenous Ca2+ and K+ on the soluble sugar, MDA content, SOD activity, CAT activity and POD activity of the C. yanhusuo seedlings under Cd stress 不同小寫字母表示在同一鎘脅迫濃度不同處理間存在P<0.05水平的顯著差異,下同。Vertical bars followed by the different small letters are significantly different at P<0.05 among different treatments at the same Cd stress concentration. The same below.

圖3 Cd脅迫下外源Ca2+和K+處理對延胡索幼苗微核率的影響Fig.3 Effect of exogenous Ca2+ and K+ on the micronucleus rate of the C. yanhusuo seedlings under Cd stress

2.3 外源Ca2+和K+對同濃度Cd脅迫下延胡索幼苗根部細胞微核率的影響

由圖3可見,在不用外源Ca2+和K+處理時,隨著Cd脅迫濃度的增大,幼苗根部細胞微核率逐漸增加。這說明在重金屬Cd脅迫作用下,隨Cd濃度的升高,延胡索幼苗根部細胞產(chǎn)生的染色體斷裂增多,導致細胞內微核率大幅度增加。在各濃度Cd脅迫下,添加外源Ca2+和K+處理可使幼苗根部細胞微核率顯著降低(P<0.05)。在同一濃度Cd脅迫下,添加外源 Ca2+比添加外源K+處理使得延胡索幼苗根部細胞中微核率降低得更多,緩解作用更強。

2.4 外源Ca2+和K+對不同濃度Cd脅迫下延胡索鎘積累的影響

圖4表明,在Cd處理下延胡索幼苗地上及地下部分Cd含量顯著增加,添加最適濃度外源Ca2+和K+后,延胡索幼苗地上部分及地下部分Cd含量的差異較大。其中在Cd處理下施加最適濃度外源Ca2+后延胡索地上部分Cd含量顯著增加(P<0.05),施加K+后延胡索地上部分Cd含量顯著降低(P<0.05);地下部分情況相反,外源Ca2+處理使得延胡索Cd含量顯著降低(P<0.05),外源K+處理使得延胡索Cd含量顯著增加(P<0.05)。

圖4 Cd脅迫下外源Ca2+和K+處理對延胡索幼苗地上、地下部分Cd積累的影響Fig.4 Effect of exogenous Ca2+ and K+ on the Cd content of the C. yanhusuo seedlings under Cd stress

表1 Cd脅迫下外源Ca2+和K+對延胡索6種生物堿的影響

不同小寫字母表示各處理間差異顯著(P<0.05)。Different letters indicate significant differences (P<0.05) among different treatments.

2.5 外源Ca2+和K+對Cd脅迫下延胡索藥用品質的影響

由表1可見,與CK (無Cd、Ca2+和K+處理)相比,在Cd濃度25 mg/kg脅迫下,可顯著降低延胡索乙素的含量(P<0.05)。添加Ca2+和K+后與單一Cd脅迫(濃度25 mg/kg)相比,延胡索乙素顯著增加(P<0.05),且添加Ca2+,6種生物堿增加量整體上大于添加K+。

3 討論

本研究中,在各濃度Cd脅迫時,添加外源Ca2+和K+在一定程度上都能促進延胡索幼苗生長,但外源Ca2+和K+處理對Cd脅迫的緩解作用存在最適濃度效應。添加了最適濃度的外源Ca2+和K+后與受到單一Cd脅迫的對照相比,能明顯緩解Cd脅迫對幼苗生長的抑制作用,增加幼苗的耐Cd性。這與汪驄躍等[14]的研究結果一致。

SOD酶通過清除細胞中的O2-·防止生物膜脂質過氧化,對生物膜起保護作用[19]。本研究中,外源Ca2+與25 mg/kg Cd組合與只添加25 mg/kg Cd相比顯著提高延胡索幼苗的SOD活性,表明在此濃度Cd脅迫時,Ca2+處理使延胡索幼苗減輕Cd脅迫造成的氧化損傷可能通過提高SOD活性來完成。外源K+與此濃度Cd組合導致幼苗可溶性糖含量及SOD活性與只添加25 mg/kg Cd相比無顯著變化,表明K+處理對延胡索SOD活性無顯著影響。POD酶同樣是植物體內的抗氧化酶。本研究中,在低濃度Cd(<25 mg/kg)脅迫下外源Ca2+和K+使得延胡索幼苗POD活性略微增加(與只添加對應濃度Cd處理相比),無顯著變化,外源Ca2+與25 mg/kg Cd組合與單一添加25 mg/kg Cd相比顯著提高延胡索幼苗的POD活性,這表明在濃度25 mg/kg Cd脅迫下,外源Ca2+處理使延胡索幼苗通過提高POD活性來完成減輕Cd脅迫造成的氧化損傷。CAT酶也具有防止膜氧傷害的作用,其可以與SOD酶共同作用將H2O2分解為O2和H2O。本研究發(fā)現(xiàn)CAT活性也與SOD、POD酶一樣,在Cd濃度25 mg/kg脅迫下,延胡索幼苗通過外源Ca2+提高CAT活性以降低Cd脅迫引起的氧傷害。MDA是植物膜脂過氧化作用的最終產(chǎn)物之一,作為植物膜系統(tǒng)受傷害的重要指標。其含量越高,植物細胞膜受傷害程度越大;反之亦然[20]。本研究中,延胡索幼苗在25 mg/kg Cd處理下添加外源Ca2+后的MDA含量與對照相比顯著下降, 膜脂過氧化得到緩解。而在低濃度Cd(<25 mg/kg)脅迫添加Ca2+和各濃度Cd脅迫下添加外源K+后的MDA含量變化不顯著,不能緩解膜脂過氧化。這與朱涵毅等[21]的研究結果一致,可能是由于Cd直接取代了抗氧化酶活性中心的金屬元素,導致酶活性受到抑制,進一步造成延胡索抗氧化系統(tǒng)損傷,自由基的清除能力降低[22]。

Cd脅迫能夠誘發(fā)植物根尖細胞加速老化,使核仁受損,從而破壞基因組模板的穩(wěn)定性,并使DNA合成受阻[23]。研究表明,Cd脅迫誘導蠶豆(Viciafaba)葉片細胞產(chǎn)生染色體端部斷裂,進而形成后期橋和斷片,有的則產(chǎn)生落后染色體,染色體斷片和落后染色體進一步形成微核[24]。本研究中,在各濃度Cd脅迫下,添加外源Ca2+、K+后延胡索幼苗微核率與對應各濃度Cd脅迫相比顯著降低,對Cd脅迫引起的染色體結構損傷起緩解作用。

研究表明,降低作物對Cd吸收與積累主要途經(jīng)是利用化學調控手段緩解Cd毒害[21]。Ca2+與Cd的化學性質相近,是土壤中Cd吸附位點的主要競爭者,因此Ca2+能夠顯著減弱土壤對Cd的吸附[25]。同時Ca2+還參與植物蛋白質的合成,維持細胞滲透壓,也是植物必須營養(yǎng)元素。Ca2+通過降低動植物對鎘的吸收,以達到緩解毒害的效果[26]。其中,施加Ca2+處理能夠緩解Cd脅迫下花生對重金屬的吸收與轉移,緩解Cd的毒害,同時Ca2+處理也使得花生中Cd的積累變化較大[27]。本研究中,添加外源Ca2+對延胡索影響與前人[27]的研究一致,降低了地下部分Cd的積累,這有利于控制延胡索塊莖中Cd的含量。鉀肥伴隨陰離子影響重金屬形態(tài)、吸附解吸過程及生物有效性等,完成對土壤中重金屬的影響,從而減少植物對Cd的吸收。K+處理后,使植物地下部對Cd的吸收量隨著K+施加量的增加而減少,鉀濃度為100 mg/kg 時,Cd含量最小,而地上部分,Cd含量隨著K+施加量的增加而增大[4]。本研究施加外源K+后,地上部分Cd含量降低,地下部分的Cd含量增加,K+緩解了地上部分的Cd毒害,這可能是由于延胡索根系吸收鉀、鎘的方式不同,K+相比二價離子競爭植物根系的吸收位點的能力較弱[28]。另一方面,土壤中的鉀促進鎘的解吸,增加了土壤溶液中Cd的含量[29]。因此,施用鉀肥明顯提高延胡索根際對鎘的吸收,與前人的研究結果一致[30]。

本研究中,Cd脅迫能明顯抑制延胡索生物堿類化合物的合成。其中延胡索乙素的含量是反映延胡索藥用品質的主要指標,也是中國藥典控制的指標之一[31-32]。25 mg/kg Cd脅迫下導致延胡索幼苗中可溶性糖含量、抗氧化酶活性等降低,這可能進一步影響延胡索芐基異喹啉型生物堿的合成。另外,在Cd脅迫基礎上增施Ca2+、K+后顯著提高了延胡索生物堿類化合物特別是延胡索乙素的合成,改善了品質。這可能是由于Ca2+、K+可以改善光合作用、促進營養(yǎng)吸收[33]。但Cd脅迫下添加Ca2+、K+后Cd在延胡索中的轉移機制尚不清楚,還有待于進一步研究。

4 結論

1)添加外源Ca2+、K+能夠在一定程度上有效緩解Cd對延胡索幼苗的毒害效應,且外源Ca2+比K+處理效果更好。2)外源Ca2+處理可提高葉片中可溶性糖含量及降低MDA含量來緩解Cd對延胡索幼苗的毒害效應。此外外源Ca2+可提高幼苗SOD、CAT、POD活性,使Cd處理所造成的氧化脅迫降低,膜脂過氧化傷害得到緩解。3)添加外源Ca2+、K+處理均能使延胡索幼苗根部細胞微核率顯著降低。相同濃度Cd脅迫下,添加外源Ca2+比外源K+處理使得延胡索幼苗根部細胞中微核率降低得更多。4)Ca2+、K+的施加改變了延胡索幼苗地上地下部分Cd的含量,這對延胡索安全性的控制有一定的指導意義,而且Ca2+、K+在一定程度上都能改善延胡索的藥用品質,且Ca2+處理的效果更好。

References:

[1] He K, Gao J L, Zhao G S. Advances in studies on chemistry, pharmacology, and quality control ofCorydalisyanhusuo. Chinese Traditional and Herbal Drugs, 2007, 38(12): 1909-1912. 賀凱, 高建莉, 趙光樹. 延胡索化學成分、藥理作用及質量控制研究進展. 中草藥, 2007, 38(12): 1909-1912.

[2] Andresen E, Kupper H. Cadmium toxicity in plants. Metal Ions in Life Sciences, 2013, 11: 395-413.

[3] Qin H M, Peng L L, Yang X,etal. Effect of Cd2+on the seed germination and seedling growth ofCynodondactylonandEremochloaophiuroides. Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(5): 100-107. 岑畫夢, 彭玲莉, 楊雪, 等. Cd2+對狗牙根、假儉草種子萌發(fā)及幼苗生長的影響. 草業(yè)學報, 2015, 24(5): 100-107.

[4] Li J M, Wang H X. Eco-physiological responses and resistance to cadmium stress in three varieties of maize. Journal of Yunnan University: Natural Science Edition, 2000, 22(4): 311-317. 李俊梅, 王煥校. 鎘脅迫下玉米生理生態(tài)反應與抗性差異研究. 云南大學學報: 自然科學版, 2000, 22(4): 311-317.

[5] Wang F, Wang D D, Zhao J,etal. Positive effect of calcium on oxidative damage in maize seedling under chilling stress. Agricultural Research in the Arid Area, 2014, 32(1): 155-160.

[6] Unyayar S, Celik A, Cekic F O,etal. Cadmium-induced genotoxicity, cytotoxicity and lipid peroxidation inAlliumsativumandViciafaba. Mutagenesis, 2006, 21: 77-81.

[7] McLaughlin M J, Parker D R, Clarke J M. Metals and micronutrients-food safety issues. Field Crops Research, 1999, 60: 143-163.

[8] Hepler P K. Calcium: A central regulator of plant growth and development. The Plant Cell, 2005, 17: 2142-2155.

[9] Wang C Q, Song H. Calcium protectsTrifoliumrepensL. seedlings against cadmium stress. Plant Cell Reports, 2009, 28: 1341-1349.

[10] Zhang X R, Yang H Q, Sui J,etal. Calcium protects grape leaves against cadmium stress by root treatment. Acta Horticulturae Sinica, 2008, 35(10): 1405-1410. 張鑫榮, 楊洪強, 隋靜, 等. 葡萄根系鈣處理對葉片鎘傷害的保護作用. 園藝學報, 2008, 35(10): 1405-1410.

[11] Farzadfar S, Zarinkamar F, Modarres-Sanavy S A M,etal. Exogenously applied calcium alleviates cadmium toxicity inMatricariachamomillaL. plants. Environmental Science and Pollution Research, 2013, 20: 1413-1422.

[12] Suzuki N. Alleviation by calcium of cadmium-induced root growth inhibition inArabidopsisseedlings. Plant Biotechnology, 2005, 22: 19-25.

[13] Chen S, Sun L N, Sun T H,etal. Influence of potassium fertilizer on the phytoavailability of dadmium. Environmental Science, 2007, 28(1): 182-188. 陳蘇, 孫麗娜, 孫鐵珩, 等. 鉀肥對鎘的植物有效性的影響. 環(huán)境科學, 2007, 28(1): 182-188.

[14] Wang C Y, Wang Y T, Zeng W L,etal. Alleviation of Cd toxicity inArabidopsisthalianaseedlings by exogenous Ca2+or K+. Chinese Bulletin of Botany, 2014, 49(3): 262-272. 汪驄躍, 王宇濤, 曾琬淋, 等. Ca2+和K+對擬南芥幼苗鎘毒害的緩解作用. 植物學報, 2014, 49(3): 262-272.

[15] Li H S. Principles and Techniques of Plant Physiology and Biochemistry Experiment[M]. Beijing: Higher Education Press, 2000. 李合生. 植物生理生化試驗原理和技術[M]. 北京: 高等教育出版社, 2000.

[16] Wu R J, Chen F F, Zhuang J,etal. SO2derivative toMisgurnusanguillicadatusof acute toxicity and chromosome damage research. Acta Hydro Biologica Sinica, 2007, 31(4): 585-589. 吳若菁, 陳奮飛, 莊捷, 等. SO2的衍生物對泥鰍的急性毒性和染色體損傷研究. 水生生物學報, 2007, 31(4): 585-589.

[17] Bao S D. Soil Agricultural Chemistry Analysis[M]. Beijing: China Agriculture Press, 2000. 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2000.

[18] Zhang J, Zhou N, Qi J S,etal. A new HPLC method established to determinate 6 alkaloids inCorydalisyanhusuofrom different habitats.West China Journal of Pharmaceutical Sciences, 2016, 31(4): 415-419. 張靜, 周濃, 祁俊生, 等. HPLC同時測定不同產(chǎn)地延胡索中的6種生物堿. 華西藥學雜志, 2016, 31(4): 415-419.

[19] Zhao S C, Sun J W, Ma Y Z,etal. Effects of cadmium on reactive oxygen species metabolism, activities and gene expressions of superoxide dismutase and catalase in maize (Zeamays) seedling. Scientia Agricultura Sinica, 2008, 41(10): 3025-3032. 趙士誠, 孫靜文, 馬有志, 等. 鉻對玉米幼苗活性氧代謝、超氧化物岐化酶和過氧化氫酶活性及其基因表達. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2008, 41(10): 3025-3032.

[20] Yu S H, Yang S Y, Liang K Z,etal. Effects of cadmium pollution on growth and Cd2+accumulation ofRhizomayanhusuo. Southwest China Journal of Agricultural Sciences, 2016, 38(11): 1097-1101. 余順慧, 楊松月, 梁克中, 等. 鎘污染對延胡索生長和鎘積累的影響. 西南農(nóng)業(yè)學報, 2016, 38(11): 1097-1101.

[21] Zhu H Y, Chen Y J, Lao J L,etal. The effect of exogenous nitric oxide on activities of antioxidant enzymes and microelements accumulation of two rice genotypes seedlings under cadmium stress. Acta Ecologica Sinica, 2013, 33(2): 603-609. 朱涵毅, 陳益軍, 勞佳麗, 等. 外源NO對鎘脅迫下水稻幼苗抗氧化系統(tǒng)和微量元素積累的影響. 生態(tài)學報, 2013, 33(2): 603-609.

[22] Li H, Lian H F, Liu S Q,etal. Effect of cadmium stress on physiological characteristics of garlic seedlings and the alleviation effects of exogenous calcium. Chinese Journal of Applied Ecology, 2015, 26(4): 1193-1198. 李賀, 連海峰, 劉世琦, 等. 鎘脅迫對大蒜苗生理特性的影響及施鈣的緩解效應. 應用生態(tài)學報, 2015, 26(4): 1193-1198.

[23] Liu W, Li P J, Qi X M,etal. DNA changes in barleyHordeumvulgareseedlings induced by cadmium pollution using RAPD analysis. Chemosphere, 2005, 61: 158-167.

[24] Zhang X H, Lin A J, Su Y H,etal. DNA damages and apoptosis induced by Cd in the leaves of horsebeanViciafaba. Environmental Science, 2006, 27(4): 787-793. 張旭紅, 林愛軍, 蘇玉紅, 等. 鎘引起蠶豆(Viciafaba)葉片DNA損傷和細胞凋亡研究. 環(huán)境科學, 2006, 27(4): 787-793.

[25] Song Z G, Xu M G, Liu P,etal. Effects of co-existing cations, Ca, K and Zn on adsorption of cadmium in lateritic red soil. Ecology and Environment, 2006, 15(5): 993-996. 宋正國, 徐明崗, 劉平, 等. 鈣鋅鉀共存對赤紅壤鎘吸附的影響. 生態(tài)環(huán)境學報, 2006, 15(5): 993-996.

[26] Zhuo L L, Tang S, Wang C C,etal. Effects of Ca on Cd uptake and antioxidant enzymes activities ofCruciancarpunder Cd stress. Ecology and Environmental Sciences, 2016, 25(6): 1001-1005. 卓麗玲, 唐森, 王燦燦, 等. 鎘脅迫下鈣對鯽魚鎘吸收和抗氧化酶活性的影響. 生態(tài)環(huán)境學報, 2016, 25(6): 1001-1005.

[27] Chen H, Guo D F, Li J,etal. Effects of calcium on physiological characteristics and cadmium absorption of peanut seedlings under cadmium pollution. Shandong Agricultural Sciences, 2013, 45(1): 91-95. 陳虎, 郭篤發(fā), 李軍, 等. 鈣對鎘污染花生苗期生理特性及鎘吸收的影響. 山東農(nóng)業(yè)科學, 2013, 45(1): 91-95.

[28] Marschner H. Mineral Nutrition of Higher Plants[M]. New York: Academic Press, 1995: 537-595.

[29] Mustafa G, Sing B, Kookana R S. Cadmium adsorption and desorption behavior on goethite at low equilibrium concentrations: effect of pH and index cations. Chemosphere, 2004, 57(10): 1325-1333.

[30] Song Z G, Xu M G, Ding Y Z,etal. Effect of potassium cations on cadmium bioavailability and its mechanisms in lateritic red soils. Journal of China University of Mining & Technology, 2010, 39(3): 453-458. 宋正國, 徐明崗, 丁永禎, 等. 鉀對土壤鎘有效性的影響及其機理. 中國礦業(yè)大學學報, 2010, 39(3): 453-458.

[31] Wang X L, Zheng Z, Hong Z Y,etal. Advancements on chemical components and quality control ofRhizomacorydalis. Lishizhen Medicine and Materal Medical Research, 2011, 22(1): 227-229. 王曉玲, 鄭振, 洪戰(zhàn)英, 等. 中藥延胡索的化學成分與質量控制研究進展. 時珍國醫(yī)國藥, 2011, 22(1): 227-229.

[32] National Pharmacopoeia Commission. Pharmacopoeia of the People’s Republic of China[M]. Beijing: China Medical Science and Technology Press, 2010: 130-131. 國家藥典委員會. 中華人民共和國藥典(2010年版一部)[M]. 北京: 中國醫(yī)藥科技出版社, 2010: 130-131.

[33] Li H, Sun Y L, Liu S Q,etal. Effects of exogenous calcium on physiological characteristics and qualities of garlic under cadmium stress. Acta Horticulturae Sinica, 2015, 42(2): 377-385. 李賀, 孫亞麗, 劉世琦, 等. 增施鈣對鎘脅迫下大蒜生理特性及品質的影響. 園藝學報, 2015, 42(2): 377-385.

Alleviation of cadmium toxicity inCorydalisyanhusuoseedlings by exogenous calcium or potassium

ZHANG Jing, YU Shun-Hui, QI Jun-Sheng*, LIANG Ke-Zhong, CHEN Shu-Hong, LIU Lei, CHEN Hua-Hua, LU Ya-Ping

KeyLaboratoryofWaterEnvironmentEvolutionandPollutionControlinThreeGorgesReservoir,ChongqingThreeGorgesUniversity,Chongqing404100,China

In this study, we explored the alleviating effects of exogenous calcium (Ca2+) and potassium (K+) onCorydalisyanhusuoseedlings under cadmium (Cd) stress. Seedlings ofC.yanhusuowere grown in soil containing Cd (0-25 mg/kg) and their plant height, biomass and physiological characteristics, heavy metal content, and medicinal quality were determined. At all levels of Cd stress, the optimal concentrations of exogenous Ca2+and K+to alleviate Cd stress were 100 and 200 mg/kg, respectively. Under low-Cd and high-Cd stress, the addition of 100 mg/kg Ca2+increased the soluble sugars content in seedlings, increased the activities of superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD) and catalase (CAT), and decreased the malondialdehyde (MDA) content, compared with those in plants without exogenous Ca2+treatment. There were no changes in these parameters in plants under low-Cd stress treated with K+at 200 mg/kg. Under all levels of Cd stress, the addition exogenous Ca2+and K+at the optimal concentrations decreased the rate of micronucleus formation in the roots, indicating that there was a significant alleviation of Cd poisoning. Under Cd stress (especially high-Cd stress at 25 mg/kg), exogenous Ca2+and K+alleviated Cd poisoning of seedlings and relieved chromosomal damage by increasing the antioxidant capacity ofC.yanhusuoseedlings. Exogenous Ca2+and K+also affected Cd accumulation in above-ground and below-ground parts of the plant, but the effects were complex. Under 25 mg/kg Cd stress, the tetrahydropalmatine content increased by 27.52% after adding exogenous Ca2+, indicating a significant increase in the medicinal quality ofC.yanhusuo. Therefore, when growingC.yanhusuoin soil contaminated with Cd, the addition of an appropriate amount of Ca2+can alleviate Cd poisoning via its effects on the activity of antioxidant enzymes. This leads to a decrease in the Cd content in tubers, thereby improving their medicinal quality. These results provide a theoretical basis for the safe and efficient cultivation of high-qualityC.yanhusuoin Cd-contaminated soil.

Cd contamination;Corydalisyanhusuo; calcium (Ca); potassium (K); antioxidant enzymes; micronucleus frequency; quality

10.11686/cyxb2016386

http://cyxb.lzu.edu.cn

2016-10-13;改回日期:2016-12-26

重慶市應用開發(fā)計劃項目(cstc2014yykfA110024)和三峽庫區(qū)水環(huán)境演變與污染防治重點實驗室項目(WEPKL2012MS-01)資助。

張靜(1992-),男,重慶萬州人,在讀碩士。E-mail: 435280513@qq.com*通信作者Corresponding author. E-mail: 1208986565@qq.com

張靜, 余順慧, 祁俊生, 梁克中, 陳書鴻, 劉雷, 陳華華, 陸亞萍. 鈣和鉀對延胡索幼苗鎘毒害的緩解作用. 草業(yè)學報, 2017, 26(8): 123-130.

ZHANG Jing, YU Shun-Hui, QI Jun-Sheng, LIANG Ke-Zhong, CHEN Shu-Hong, LIU Lei, CHEN Hua-Hua, LU Ya-Ping. Alleviation of cadmium toxicity inCorydalisyanhusuoseedlings by exogenous calcium or potassium. Acta Prataculturae Sinica, 2017, 26(8): 123-130.

猜你喜歡
毒害延胡索外源
具有外源輸入的船舶橫搖運動NARX神經(jīng)網(wǎng)絡預測
毒害
外源鉛脅迫對青稞生長及鉛積累的影響
延胡索化學成分及藥理活性研究進展
產(chǎn)地鮮切加工、傳統(tǒng)加工延胡索對痛經(jīng)小鼠治療作用的比較
外源鈣對干旱脅迫下火棘種子萌發(fā)的影響
分子印跡復合膜在拆分延胡索乙素對映體中的應用
外源添加皂苷對斑玉蕈生長發(fā)育的影響
YOU’VE GOT QUESTIONS,SHE’S GOT ANSWERS
You’ve got questions, she’s got answers