劉 鳳，車廣波，楊春維，高秀紅，石淑云，聞 洋，米小娟

(吉林師范大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 四平 136000)

鎘(Cd)由于其移動(dòng)性強(qiáng)、毒性高、難降解、污染面積大而成為最為關(guān)注的重金屬元素之一。在環(huán)保部2014年公布的《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》中，土壤Cd 超標(biāo)率居無(wú)機(jī)污染物超標(biāo)率第一位[1-2]。Cd具有較強(qiáng)的化學(xué)活性，比其它重金屬更容易進(jìn)入植物體內(nèi)，大量積累后會(huì)對(duì)植物體造成危害。研究表明，Cd對(duì)植物的毒害在形態(tài)上表現(xiàn)為莖、根生長(zhǎng)緩慢，葉片泛黃，褶皺卷曲；生理生化上表現(xiàn)為光合作用和蒸騰作用受抑制、引起氧化脅迫和細(xì)胞膜損傷等。此外，研究還發(fā)現(xiàn)植物根系吸收的Cd最易向籽實(shí)中移動(dòng)，導(dǎo)致植物產(chǎn)量減少，進(jìn)而進(jìn)入食物鏈而對(duì)人體健康構(gòu)成危害，如近年來(lái)時(shí)有發(fā)生的“鎘米”事件[3-6]。鎘積累會(huì)降低人體對(duì)鈣、磷的吸收，從而導(dǎo)致維生素D的代謝異常，進(jìn)而引起腎臟和骨的病變，如日本曾經(jīng)爆發(fā)的著名的“疼疼病”。人體攝入過(guò)量的鎘及其化合物會(huì)導(dǎo)致“三致效應(yīng)”。目前，Cd已被聯(lián)合國(guó)國(guó)際環(huán)境規(guī)劃署和國(guó)際勞動(dòng)衛(wèi)生重金屬委員會(huì)列為首位研究的環(huán)境污染物，被世界衛(wèi)生組織認(rèn)定為優(yōu)先研究的食物污染物，美國(guó)農(nóng)業(yè)委員會(huì)也把Cd 列為當(dāng)前最重要的一種農(nóng)業(yè)環(huán)境污染物[7]。

小麥?zhǔn)鞘澜缟献钪匾募Z食作物，也是我國(guó)僅次于水稻的第二大糧食作物，其產(chǎn)量和品質(zhì)直接影響著人類膳食水平的提高。因此，研究Cd脅迫下小麥的生長(zhǎng)及抗氧化酶變化規(guī)律，旨在為重金屬污染提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

選擇大小一致、飽滿、健康的種子，1% H2O2消毒20min，再用蒸餾水洗凈殘余的消毒液，放于溫箱中催芽，選取大小一致、生長(zhǎng)健壯的幼苗，用含鎘的Hoagland 培養(yǎng)液，置于全智能人工氣候室內(nèi)，培養(yǎng)參數(shù)為：光暗周期為12 h /12 h、有效光量子密度為270 μmol/m2/s，晝夜溫度(25±1) ℃、相對(duì)濕度(75±5) %，每個(gè)處理3次重復(fù)。每天調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)液pH 值使之維持在5.5～6.0 范圍，更換營(yíng)養(yǎng)液的周期為2天，7天處理后測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)。加預(yù)冷的PBS 緩沖液(到放有0.5 g小麥組織的研缽中)，4℃冰浴研磨，低溫高速離心后取上清液做酶活性分析。可溶性蛋白含量，用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定；過(guò)氧化物酶活力用南京建成生物工程研究所提供的試劑盒測(cè)定。

1.2 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 軟件和SPSS 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并用Origin 軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 Cd 脅迫下小麥生物量的變化

不同濃度 Cd 處理下小麥外觀指標(biāo)變化情況見圖1。試驗(yàn)結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)組處理的株高、根長(zhǎng)和鮮重均顯著低于對(duì)照(P<0.001)，且隨Cd2+濃度的升高，株高和鮮重漸次降低，Cd2+濃度越高抑制作用越明顯，0.05、0.1、0.2、0.3、0.5 mmol·L-1Cd2+處理的鮮重分別比對(duì)照組降低了26.61%、28.09%、31.31%、34.17%和44.96%，株高的變化趨勢(shì)與鮮重一致，抑制率分別為：16.46%、29.27%、36.59%、39.63%和51.83%.隨Cd2+濃度的升高，根長(zhǎng)降低幅度較大，比對(duì)照組減少了57.94%、67.29%、66.36%、58.88%和65.42%，說(shuō)明Cd2+對(duì)于根的毒性作用較強(qiáng)，根對(duì)于Cd2+污染脅迫響應(yīng)較敏感。

A:株高，B:根長(zhǎng)，C:鮮重

2.2 可溶性蛋白含量

從圖2可以看出5種濃度鎘處理小麥的葉中可溶性蛋白含量變化總體趨勢(shì)為含量顯著性降低，濃度越高抑制作用越明顯，分別比空白組減少了4.72%、9.78%、24.62%、30.35%和38.28%(P<0.001)，其損傷程度基本與濃度相關(guān)，呈現(xiàn)明顯的劑量效應(yīng)關(guān)系。

圖2 不同濃度Cd處理下小麥可溶性蛋白含量

2.3 過(guò)氧化物酶(POD)活力

圖3 不同濃度Cd處理下小麥POD 活性

POD廣泛存在于植物體中，是抗氧化酶系統(tǒng)中活性較高的一種適應(yīng)性酶，廣泛參與到植物的光合作用、呼吸作用及生長(zhǎng)素的氧化等過(guò)程中，其活性能有效的反映植物體內(nèi)的代謝狀況、生長(zhǎng)發(fā)育的特點(diǎn)以及植物對(duì)外界環(huán)境的適應(yīng)性，并且POD能轉(zhuǎn)化雙氧水變成無(wú)害的氧氣和水，在逆境中被激活的程度最大、持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)[3]?？寡趸到y(tǒng)清除過(guò)量的活性氧是植物體內(nèi)鎘解毒機(jī)理的一個(gè)重要部分。

不同濃度組的抗氧化酶POD活性變化見圖3。實(shí)驗(yàn)表明，POD活性相對(duì)于CK組均出現(xiàn)明顯變化，且為顯著性升高(P<0.001)，增加的幅度分別為：18.98%、15.83%、35.28%、49.07%和79.09%。本研究結(jié)果提示，抗氧化酶活性對(duì)于CK組均為顯著性升高，說(shuō)明了目標(biāo)污染物含量增加，誘導(dǎo)了細(xì)胞內(nèi)解毒酶系統(tǒng)。這種發(fā)生在分子水平上的反應(yīng)相對(duì)于生物的生長(zhǎng)或繁殖而言，要敏感的監(jiān)測(cè)環(huán)境質(zhì)量的變化，并且更靈敏的指示污染物的生物毒性。

3 結(jié)論

隨Cd2+濃度的升高，株高、可溶性蛋白含量和鮮重漸次降低，損傷程度基本與濃度相關(guān)，呈現(xiàn)明顯的劑量效應(yīng)關(guān)系。根長(zhǎng)降低幅度較大，根對(duì)于污染脅迫響應(yīng)較敏感。POD 活性顯著性升高，這是Cd2+脅迫下小麥的一種防御機(jī)制，在一定程度上減輕了小麥?zhǔn)艿降亩竞ψ饔谩?/p>

參考文獻(xiàn)

[1]倪中應(yīng),謝國(guó)雄,章明奎.鎘污染農(nóng)田土壤修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào),2017,23(6):115-120.

[2]彭少邦,蔡 樂,李泗清.土壤鎘污染修復(fù)方法及生物修復(fù)研究進(jìn)展[J].環(huán)境與發(fā)展,2014,26(3):86-90.

[3]尹素真,李光德,劉明明,等.DBP和Cd復(fù)合污染對(duì)油菜的毒性作用研究[J].水土保持學(xué)報(bào),2015,29(2):294-298.

[4]芮海云,沈振國(guó),張芬琴.土壤鎘污染對(duì)箭箸豌豆生長(zhǎng)、鎘積累和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收的影響[J].作物雜志,2017(6):104-108.

[5]肖春文,羅秀云,田 云,等.重金屬鎘污染生物修復(fù)的研究進(jìn)展[J].化學(xué)與生物工程,2013,30(8):1-4.

[6]Bolan N S,Makino T,Kunhikrishnan A,et al.Cadmium contamination and its risk management in rice ecosystems[J].Advances in Agronomy,2013,119:183-273.

[7]胡博華,徐 劼,段德超,等.鎘脅迫下芹菜生理響應(yīng)的傅里葉變換紅外光譜研究[J].北方園藝,2015(15):11-16.