潘 攀 ,劉貝貝,范成五,吳 琳

(1.中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境與植物保護(hù)研究所，?？?571101；2.海南省熱帶生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海口 571101；3.國(guó)家農(nóng)業(yè)環(huán)境儋州觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，海南 儋州 571737；4.貴州省土壤肥料研究所，貴陽(yáng) 550006)

【研究意義】辣椒是廣受人們喜愛的蔬菜之一，在我國(guó)種植面積居蔬菜作物第2位[1]，同時(shí)辣椒又是Cd高積累蔬菜[2]，據(jù)統(tǒng)計(jì)，重慶市主城區(qū)市售辣椒果實(shí)Cd含量范圍為0.22～1.89 mg/kg，參照國(guó)家Cd食品衛(wèi)生限量標(biāo)準(zhǔn)(≤0.05 mg/kg)，Cd超標(biāo)率達(dá)57.3%[3]。因此，辣椒Cd污染問題不容忽視。貴州是辣椒種植大省，2019年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，貴州辣椒種植面積占全國(guó)總種植面積的21.87%，產(chǎn)加銷規(guī)模均居全國(guó)第一[4]。然而貴州地質(zhì)高背景導(dǎo)致土壤Cd污染問題突出[5-6]，貴州碳酸鹽巖發(fā)育土壤中Cd平均含量為1.76 mg/kg，石灰土中Cd異常富集，土壤Cd含量超標(biāo)率高達(dá)78.3%。因此，貴州辣椒面臨嚴(yán)重的Cd污染風(fēng)險(xiǎn)。Gan等[7]指出，利用作物不同品種對(duì)重金屬吸收的差異，合理安排種植區(qū)域，是實(shí)現(xiàn)清潔農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和食品安全的有效策略。因此，明確貴州當(dāng)?shù)氐睦苯菲贩N對(duì)Cd的富集規(guī)律和耐性機(jī)制，可為辣椒種植合理布局提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)減少或預(yù)防辣椒Cd污染、保障農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】植物抗氧化機(jī)制和亞細(xì)胞水平響應(yīng)規(guī)律是探討植Cd耐性機(jī)制兩個(gè)重要角度。當(dāng)植物受到Cd脅迫時(shí)，植物會(huì)發(fā)生新陳代謝紊亂，這種紊亂表現(xiàn)包括植物體內(nèi)活性氧動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)遭到破壞，原本抗氧化系統(tǒng)清除活性氧能力下降[8]。在一定濃度范圍內(nèi)的Cd可刺激植物產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)，生成較多的過氧化氫酶、超氧化物歧化酶等酶促氧化劑，以及谷胱甘肽、類胡蘿卜素等非酶促氧化劑，以清除更多的活性氧[9-10]；但超過一定濃度，植物體內(nèi)活性氧自由凈余量不斷增加，最終也會(huì)毒害植物[11]?？扇苄缘鞍资侵参矬w內(nèi)重要的代謝物質(zhì)，當(dāng)植物受到重金屬脅迫時(shí)，可提高植物功能蛋白數(shù)量，以維持細(xì)胞正常生理代謝活動(dòng)，也可表現(xiàn)出變形、降解的現(xiàn)象[12]。植物亞細(xì)胞組織與Cd相互作用，進(jìn)而影響到Cd的毒性：如細(xì)胞壁中的蛋白和多糖，與Cd發(fā)生配合沉淀作用，將Cd固持在細(xì)胞壁上[13]，可降低Cd對(duì)其他組織的毒害；而當(dāng)Cd穿過細(xì)胞壁和細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)后，可以刺激植物螯合肽(PC)的形成，與Cd離子發(fā)生配合作用，將其轉(zhuǎn)化為毒性較小的結(jié)合態(tài)，而Cd-PC螯合物多儲(chǔ)存在液泡中，最終減少了Cd對(duì)細(xì)胞器的傷害[14]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】貴州是辣椒種植大省，其產(chǎn)地面臨著Cd污染風(fēng)險(xiǎn)，然而目前對(duì)當(dāng)?shù)乩苯菲贩NCd積累特性和耐性差異及機(jī)制研究鮮有報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】基于前期對(duì)貴州常種辣椒品種的初步鑒定結(jié)果，進(jìn)一步針對(duì)其中Cd積累和耐性差異較大的品種S16和線椒301，進(jìn)行不同濃度Cd脅迫試驗(yàn)，在對(duì)比分析兩者對(duì)Cd積累特性差異的基礎(chǔ)上，研究其生理生化響應(yīng)和Cd亞細(xì)胞分布差異，探明不同Cd積累特性的辣椒品種的耐性機(jī)制，以期為當(dāng)?shù)乩苯贩N植合理布局及安全生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料與處理

供試?yán)苯菲贩N為S16(Cd低積累品種)和線椒301(Cd高積累品種)，種子由貴州省土壤肥料研究所提供。選擇大小均勻、飽滿一致的辣椒種子，用30%的次氯酸鈉浸泡10 min后，用去離子水洗凈，置于墊有濕潤(rùn)濾紙的培養(yǎng)皿中，并置于濕度為70%、溫度為25 ℃的人工氣候箱中進(jìn)行培養(yǎng)。發(fā)芽3 d后，移入穴盤育苗，每穴播種2粒，培養(yǎng)至辣椒幼苗長(zhǎng)出2～3片真葉備用。

1.2 水培試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2019年10—11月在中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境與植物保護(hù)研究所溫室里進(jìn)行。選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的壯苗，移栽至泡沫板上，并用海綿進(jìn)行固定，置于2 L盛有無Cd霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液的黑色塑料容器中進(jìn)行預(yù)培養(yǎng)。營(yíng)養(yǎng)液中各成分如下：500 mg/L Ca(NO3)2·2H2O, 810 mg/L KNO3, 500 mg/L MgSO4·7H2O, 155 mg/L NH4H2PO4, 20 mg/L EDTA-Fe, 3 mg/L H3BO3, 2 mg/L MnSO4·4H2O, 0.22 mg/L ZnSO4·7H2O, 0.02 mg/L Na2MoO4, 0.05 mg/L CuSO4·5H2O, 用0.1 mol/L NaOH調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)液的pH至6.0±0.1。經(jīng)預(yù)培養(yǎng)7 d后，以優(yōu)級(jí)純CdCl2·2.5H2O的形式添加重金屬Cd。本試驗(yàn)設(shè)置0、5和50 mg/L 3個(gè)濃度梯度，每個(gè)試驗(yàn)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，每盆(即一個(gè)重復(fù))栽種6株辣椒幼苗，培養(yǎng)一個(gè)月，期間每3 d更換一次營(yíng)養(yǎng)液，保持持續(xù)通氣。

1.3 樣品采集與指標(biāo)測(cè)定

1.3.1 樣品采集 經(jīng)溶液培養(yǎng)結(jié)束后，將辣椒幼苗從培養(yǎng)液中完整取出，用自來水和去離子水沖洗干凈。隨機(jī)選擇3株鮮樣，將根、莖、葉分開，用于生理生化指標(biāo)和植株亞細(xì)胞Cd分布的測(cè)定；另外3株經(jīng)烘干后用于生物量和各部位總Cd含量的測(cè)定。

1.3.2 生理生化指標(biāo)測(cè)定 分別稱取0.5 g辣椒根、莖、葉，加入9 mL的提取液(0.05 mol/L磷酸鹽緩沖液，pH 7.8)，勻漿后10 000 r/min離心10 min，取上清液用于可溶性蛋白(SP)、過氧化物酶(POD)和谷胱甘肽(GSH)的測(cè)定。

可溶性蛋白(SP)采用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定：取0.1 mL上清液，加入5 mL考馬斯亮藍(lán)G-250試劑，充分混合后放置2 min。蛋白質(zhì)與考馬斯亮藍(lán)G-250結(jié)合形成青色物質(zhì)，通過分光光度計(jì)(DR6000，美國(guó)HACH公司)測(cè)定595 nm處吸光度，計(jì)算蛋白質(zhì)含量。

POD活性采用過氧化氫(CAT)測(cè)試盒(A084，南京建成生物公司)進(jìn)行測(cè)定：取1 mL上清液，加入0.3 mL 20 mmol/L的愈創(chuàng)木酚(C7H8O2)溶液和0.2 mL 40 mmol/L的H2O2溶液，在37 ℃水浴反應(yīng)30 min。POD將H2O2氧化生成茶褐色物質(zhì)，通過分光光度計(jì)(DR6000，美國(guó)HACH公司)測(cè)定420 nm處吸光度，根據(jù)H2O2的消耗量計(jì)算POD活性。

GSH含量采用谷胱甘肽(MDA)測(cè)定試劑盒(A006，南京建成生物公司)進(jìn)行測(cè)定：取1 mL上清液，加入3 mL反應(yīng)液，反應(yīng)液含0.5 mmol/L的乙二胺四乙酸，3 mmol/L的5,5二硫代二硝基苯甲酸(DTNB)和0.3 mmol/L的NADPH，在37 ℃下水浴1 min。GSH與DTNB反應(yīng)生成黃色化學(xué)物，通過分光光度計(jì)(DR6000，美國(guó)HACH公司)在420 nm處測(cè)定吸光值，計(jì)算得到GSH的含量。

1.3.3 植株亞細(xì)胞Cd分布測(cè)定 參照Weigel等[15]方法測(cè)定植株亞細(xì)胞Cd含量。稱取0.5 g的根、莖、葉鮮樣，加入15 mL 預(yù)冷的提取緩沖液(50 mmol/L Tris-HCl( pH 7.5)， 250 mmol/L蔗糖和1 mmol/L的二硫赤鮮醇)進(jìn)行研磨。研磨后的勻漿液在高速冷凍離心機(jī)(Centrifuge 5810R，德國(guó)Eppendorf公司)中3000 r/min離心15 min，下步沉淀為細(xì)胞壁組分(F1)，上清液又在15 000 r/min下離心30 min，分離出的下部沉淀為細(xì)胞器組分(F2)，上清液為可溶性組分組分(F3)。全部操作在4 ℃下進(jìn)行，將上述3個(gè)組分用HNO3消解后，用石墨爐—原子吸收光譜儀(PinAAcle900T，美國(guó)Perkin Elmer公司)測(cè)定Cd含量。

1.3.4 植株各部位Cd含量測(cè)定 將烘干后的辣椒幼苗根、莖、葉分別研磨，稱取一定量的根、莖、葉部位的樣品，加入5 mL HNO3于微波消解儀(Mars 6, 美國(guó)CEM公司)進(jìn)行消解，消解液定容至50 mL，采用石墨爐—原子吸收光譜儀(PinAAcle900T，美國(guó)Perkin Elmer公司)測(cè)定Cd含量。使用植物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07603(GSV-2)作為質(zhì)控樣控制樣品Cd回收率為(90±10)%。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016對(duì)試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理；應(yīng)用SPSS 20.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)的獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)和單因素方差分析(LSD法)，P<0.05為差異顯著，P<0.01為差異極顯著；采用OriginPro 2016軟件作圖。

利用耐性指數(shù)(Tolerance index, TI)表征Cd脅迫下辣椒幼苗的生長(zhǎng)響應(yīng)，利用轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)(Translocation factor)表征不同品種辣椒對(duì)Cd的轉(zhuǎn)運(yùn)特征。

TI=Cd處理辣椒生物量/對(duì)照處理辣椒生物量

TF=植株組織Cd含量/另一組織Cd含量

2 結(jié)果與分析

2.1 Cd脅迫對(duì)辣椒生長(zhǎng)的影響

由圖1可知，Cd對(duì)S16地上部和地下部生物量表現(xiàn)出“低促高抑”的現(xiàn)象，與對(duì)照相比，5 mg/L Cd處理下S16地上部和地下部生物量分別增加了17.4%和57.1%，而50 mg/L Cd處理下，其地上部和地下部生物量則下降了62.2%和39.7%。5和50 mg/L Cd處理均促進(jìn)了線椒301的生長(zhǎng)，5 mg/L Cd處理下地上部和地下部生物量比對(duì)照處理顯著(P<0.05)增加了173%和158%，50 mg/L Cd處理下地下部生物量比對(duì)照處理顯著(P<0.05)增加了229%。與對(duì)照相比，高濃度Cd脅迫下S16生長(zhǎng)受阻，而線椒301仍表現(xiàn)為促進(jìn)生長(zhǎng)，表明S16對(duì)高濃度Cd脅迫更敏感。根據(jù)耐性指數(shù)可知(圖2)，在5和50 mg/L Cd脅迫下線椒301的耐性指數(shù)均高于S16，隨著Cd濃度的增加，2個(gè)辣椒品種的耐性指數(shù)均有所降低，在50 mg/L Cd處理下，S16的耐性指數(shù)為0.71，顯著(P<0.05)低于線椒301品種(2.63)。綜合生物量的變化特征及耐性指數(shù)分析，S16對(duì)高濃度Cd脅迫更敏感，線椒301對(duì)Cd的耐受程度更高。

不同字母表示同一辣椒品種的不同Cd濃度處理間差異顯著(P<0.05)Different letters above the bars mean significant difference among treatments with different Cd concentrations (P<0.05)圖1 不同濃度Cd脅迫下辣椒生物量Fig.1 The biomass of two pepper varieties under stress of different Cd concentrations

不同字母表示在相同Cd濃度處理下2個(gè)辣椒品種顯著差異(P<0.05)Different letters above the bars mean significant difference between two pepper varieties under the treatment with same Cd concentration(P<0.05)圖2 不同Cd濃度脅迫下辣椒的耐性指數(shù)Fig.2 The tolerance index of two pepper varieties under stress of different Cd concentrations

2.2 Cd脅迫對(duì)辣椒Cd吸收轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

如表1所示，S16和線椒301 2個(gè)辣椒品種根部Cd含量在各部位中最高。當(dāng)Cd濃度為5 mg/L時(shí)，S16莖的Cd含量顯著(P<0.05)高于線椒301，但其葉中的Cd含量顯著(P<0.05)低于線椒301；當(dāng)Cd濃度為50 mg/L時(shí)，線椒301的根、莖、葉中Cd含量均顯著(P<0.05)高于S16，分別是S16的4.9、1.9、1.7倍，表明線椒301在高濃度Cd脅迫時(shí)對(duì)Cd的吸收能力更強(qiáng)。

表1 不同濃度Cd處理下辣椒各部位Cd含量及轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)

總體上，2個(gè)辣椒品種的TF根莖

2.3 Cd脅迫對(duì)辣椒可溶性蛋白、過氧化物酶活性和谷胱甘肽的影響

與對(duì)照相比，Cd脅迫下S16和線椒301根部和地上部的SP均有所增加，且2個(gè)品種根部的SP含量隨Cd濃度的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)(圖3-a)，線椒301地上部SP含量隨Cd濃度的增加而逐漸增加(圖3-b)。具體變化情況為：5 mg/L Cd處理下，S16根部和地上部的SP較對(duì)照分別顯著(P<0.05)增加了112%和146%，但50 mg/L Cd處理下，S16根部和地上部的SP與對(duì)照并無顯著差異；在5和50 mg/L Cd處理下，線椒301根部的SP分別較對(duì)照顯著(P<0.05)增加了220%和121%，其地上部的SP分別較對(duì)照顯著(P<0.05)增加了336%和436%。表明Cd脅迫刺激了S16和線椒301 SP含量的增長(zhǎng)，但高濃度Cd對(duì)S16的SP增長(zhǎng)刺激效應(yīng)減弱，對(duì)線椒301則保持持續(xù)刺激效應(yīng)。

Cd脅迫導(dǎo)致S16和線椒301根部的過氧化物酶(POD)2個(gè)活性增加。在5 mg/L Cd處理下，S16根部POD活性較對(duì)照顯著增加43%，但隨Cd濃度增加(50 mg/L Cd)，其POD活性有所降低；在5和50 mg/L Cd處理下，線椒301根部的POD活性分別較對(duì)照顯著(P<0.05)增加了80%和389%，隨Cd濃度的增加而增加(圖3-c)。在5和50 mg/L Cd處理下，S16地上部的POD活性分別較對(duì)照顯著(P<0.05)增加了136%和494%，隨Cd濃度的增加而增加，但線椒301地上部POD活性與對(duì)照相比無顯著差異(圖3-d)。品種根部和地上部POD活性對(duì)Cd脅迫的響應(yīng)規(guī)律不同，表明不同部位對(duì)Cd脅迫也存在不一樣的耐性機(jī)制。

S16和線椒301根部的谷胱甘肽(GSH)含量均隨Cd濃度的增加而增加，5和50 mg/L Cd處理下，S16根部的GSH含量分別顯著(P<0.05)增加221%和411%，線椒301根部GSH含量分別顯著(P<0.05)增加145%和684%(圖3-e)。隨Cd濃度的增加，線椒301地上部的GSH含量呈增加的趨勢(shì)，其中在50 mg/L Cd處理下，其GSH含量較對(duì)照顯著(P<0.05)增加333%；S16地上部的GSH含量雖有所增加，但與對(duì)照相比無顯著差異(圖3-f)。

條形上方不同字母表示同一辣椒品種不同Cd濃度處理之間在0.05水平上差異顯著Different letters above the bars mean significant difference among treatments with different Cd concentrations of the same pepper variety at 0.05 level圖3 不同濃度Cd脅迫下辣椒地上和地下部可溶性蛋白含量(a,b)、過氧化物酶活性(c,d)和谷胱甘肽含量(e,f)Fig.3 The contents of soluble protein (a and b), peroxidase activity (c and d) and glutathione (e and f) in the root and aboveground parts of peppers under the stress of different Cd concentrations

上述結(jié)果表明高濃度Cd脅迫對(duì)線椒301根部和地上部的GSH增長(zhǎng)有持續(xù)刺激效應(yīng)，但僅對(duì)S16根部有持續(xù)刺激效應(yīng)，對(duì)其地上部的刺激效應(yīng)較弱。S16和線椒301的地上部GSH對(duì)Cd脅迫的響應(yīng)規(guī)律存在一定差異。

2.4 Cd脅迫下辣椒Cd亞細(xì)胞分布規(guī)律

Cd在2種辣椒根莖葉部位的亞細(xì)胞水平上的分布規(guī)律總體相似：細(xì)胞壁>可溶性組分>細(xì)胞器。如表2所示，除了5 mg/L Cd處理下，莖的細(xì)胞壁Cd含量無顯著差異外，其他亞細(xì)胞組分Cd含量均存在極顯著的差異(P<0.01)，表明在亞細(xì)胞水平上，2個(gè)品種對(duì)Cd的富集特征差異十分顯著。具體而言，2種Cd濃度脅迫下，根、葉的細(xì)胞壁和可溶性組分Cd含量均為線椒301>S16，莖、葉細(xì)胞器Cd含量均為S16>線椒301。

表2 不同Cd濃度處理下辣椒根、莖、葉的亞細(xì)胞組分Cd濃度

從Cd亞細(xì)胞組分的分配率分析來看，總體上，S16和線椒301各組織的細(xì)胞壁Cd含量所占比例最大，其次為可溶性組分和細(xì)胞器，說明辣椒幼苗吸收的大部分Cd被限制在細(xì)胞壁中。隨著Cd濃度的增加，細(xì)胞壁中Cd含量比例均呈增加的趨勢(shì)。相同Cd水平下，線椒301細(xì)胞壁Cd含量占比高于S16品種：5 mg/L Cd處理下，線椒301的根、莖、葉中細(xì)胞壁Cd含量占比分別比S16高25.5、7.8、14.3個(gè)百分點(diǎn)；50 mg/L Cd處理下，線椒301的根、莖、葉中細(xì)胞壁Cd含量占比分別比S16高26.6、9.6、7.3個(gè)百分點(diǎn)。表明線椒301各組織部位的細(xì)胞壁儲(chǔ)存Cd的能力強(qiáng)于S16。

隨Cd濃度的增加，S16和線椒301根的細(xì)胞器中Cd含量所占比例增加，表明Cd濃度的增加，對(duì)細(xì)胞器的脅迫程度增加。但S16根的細(xì)胞器中Cd含量占比高于線椒301，說明S16細(xì)胞器比線椒301的受到更大比例的Cd脅迫(圖4-a)。在莖和葉組織中(圖4-b，4-c)，線椒301細(xì)胞器的Cd含量占比均隨Cd濃度增加而降低，而其細(xì)胞壁中的Cd含量占比增加，表明在Cd濃度增加的情況下，線椒301將多吸收的Cd更多地存于細(xì)胞壁中，從而相對(duì)減少了細(xì)胞器中Cd含量占比。然而，S16莖的細(xì)胞器中Cd含量占比隨Cd處理濃度的增加而增加，說明S16將多吸收的Cd更多地存于細(xì)胞器中，如此更容易導(dǎo)致其細(xì)胞受損。

圖4 不同辣椒品種根(a)、莖(b)、葉(c)的亞細(xì)胞組分Cd含量百分比Fig.4 The percentages of Cd in subcellular fractions of root(a), stem(b) and leaf(c) of different pepper varieties

3 討 論

鎘是植物生長(zhǎng)的非必需營(yíng)養(yǎng)元素，但又極易被植物吸收利用[16]。耐性較強(qiáng)的品種可以在很大Cd濃度范圍內(nèi)保持正常生長(zhǎng)，生物量呈持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，而當(dāng)Cd濃度超過一定水平時(shí)，敏感品種則表現(xiàn)出毒害效應(yīng)，如生長(zhǎng)遲緩、生物量下降等[17]。在本研究中，當(dāng)Cd濃度為50 mg/L時(shí)，耐性較強(qiáng)的線椒301的生物量仍高于對(duì)照處理，而較敏感的S16品種在該濃度處理下生物量顯著(P<0.05)低于對(duì)照，生長(zhǎng)受到抑制。同一植物不同器官Cd積累能力存在較大差異，一般而言，新陳代謝旺盛的器官積累Cd較多[18]，Cd在植物各器官的分配規(guī)律一般為：根>莖葉>籽粒/果實(shí)，這在水稻[19]、玉米[20]、西芹[21]等作物中均得到證實(shí)。在本研究中，根也是辣椒幼苗蓄積Cd的主要器官，與前人研究結(jié)果一致。鎘在植物各組織間的遷移轉(zhuǎn)運(yùn)決定了Cd積累特性和耐性大小[22]。高濃度Cd處理下，S16的TF根莖高于線椒301，莖更易受到Cd的脅迫，當(dāng)超過其耐受程度，則會(huì)影響到生長(zhǎng)發(fā)育；而線椒301則將更多的Cd蓄積在根部，確保了地上部組織的正常生長(zhǎng)，這可能是其具有更強(qiáng)耐性的原因之一。但是，當(dāng)Cd一旦轉(zhuǎn)移到地上部，其在地上部組織間的遷移則會(huì)影響到可食部位Cd的積累，進(jìn)而影響其食用安全性。低濃度Cd處理下，線椒301的TF莖葉顯著高于S16，說明線椒301地上部Cd向上遷移的能力更強(qiáng)，加之其耐性強(qiáng)、Cd積累總量大，因此推測(cè)其可食部位富集Cd的風(fēng)險(xiǎn)更大，不建議種植在Cd污染嚴(yán)重的地塊，但仍需盆栽或大田試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。

可溶性蛋白(SP)作為重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，可指示功能蛋白數(shù)量，是植物抗性的重要指標(biāo)[23]。Cd脅迫下，S16和線椒301的SP較對(duì)照有所增加，與劉朝榮等[24]研究發(fā)現(xiàn)珙桐幼苗在Cd脅迫時(shí)SP含量增加的結(jié)果一致?？扇苄缘鞍缀康纳?，增加了細(xì)胞滲透濃度和功能蛋白的數(shù)量，有助于維持細(xì)胞正常代謝活動(dòng)[12]。在根組織中，隨著Cd濃度的增加，S16和線椒301的SP含量先增加后降低，但線椒301根的SP含量仍顯著(P<0.05)高于對(duì)照；而在地上部中，線椒301的SP含量隨Cd濃度的增加而增加，S16的SP含量則隨Cd濃度的增加而呈先增加后降低的趨勢(shì)，表明線椒301比S16有更強(qiáng)的細(xì)胞滲透調(diào)整能力，使其能在更高濃度Cd脅迫下正常生長(zhǎng)。重金屬脅迫導(dǎo)致植物產(chǎn)生較多的活性氧自由基，當(dāng)活性氧積累到一定程度時(shí)，會(huì)對(duì)植物造成損傷[8]。為了防御重金屬的氧化損傷，植物啟動(dòng)清除活性氧的保護(hù)系統(tǒng)。而過氧化物酶(POD)和谷胱甘肽(GSH)是該保護(hù)系統(tǒng)的兩種重要物質(zhì)。在本研究中，線椒301根部和S16地上部的POD活性隨Cd濃度的增加而增加，表明Cd激發(fā)了辣椒的抗氧化反應(yīng)。但S16根的POD隨Cd濃度增加表現(xiàn)為先增加后降低趨勢(shì)，可能是高濃度Cd的脅迫降低了抗氧化系統(tǒng)的反應(yīng)能力，這在魚腥草[25]、高粱[26]等作物中也有相似的結(jié)論。谷胱甘肽(GSH)屬于非酶促清除的抗氧化劑，是一類含巰基的低分子化合物[8]。一方面，GSH能直接清除植物體內(nèi)的活性氧；另一方面，其含有的巰基可與Cd形成絡(luò)合物而降低Cd的毒性[27]。在本研究中，隨Cd濃度的增加，2個(gè)辣椒品種的根和地上部的GSH均隨Cd濃度的增加而增加，而在高濃度處理下，線椒301的GSH的含量增加更顯著，表現(xiàn)出其對(duì)Cd更強(qiáng)的耐性和解毒能力。

植物Cd亞細(xì)胞分布影響了Cd在植物體內(nèi)的遷移轉(zhuǎn)運(yùn)[17]，對(duì)Cd亞細(xì)胞分布的研究是探討不同品種對(duì)Cd積累和解毒機(jī)制差異的重要切入點(diǎn)。本研究的2個(gè)辣椒品種的Cd亞細(xì)胞組分的分布總體上表現(xiàn)為細(xì)胞壁>可溶性組分>細(xì)胞器，表明辣椒吸收的Cd主要儲(chǔ)存在細(xì)胞壁中。但在閆磊等[28]的研究中，黃瓜幼苗亞細(xì)胞組分Cd分布情況是可溶性部分>細(xì)胞壁>細(xì)胞器，可能是不同作物種類導(dǎo)致的差異。細(xì)胞壁和可溶性部分在植物對(duì)抗Cd毒性過程中均發(fā)揮了重要作用。細(xì)胞壁是保護(hù)原生質(zhì)體抵抗Cd毒性的第一道屏障[17]，其含有多糖類物質(zhì)(如纖維素、半纖維素、果膠等)和Cd結(jié)合蛋白，能夠?qū)d固持在細(xì)胞壁中，減少其跨膜運(yùn)輸進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部[29-30]?？扇苄越M分主要包括細(xì)胞質(zhì)和液泡，而液泡中含有大量的富硫態(tài)和有機(jī)酸，可與Cd結(jié)合區(qū)隔，從而降低其向其他部位的遷移轉(zhuǎn)運(yùn)[31]。對(duì)于本研究中的2種辣椒品種，根莖細(xì)胞壁Cd的占比最大，表明細(xì)胞壁對(duì)Cd的固持作用更為突出。細(xì)胞器是植物的核心部位，細(xì)胞器中Cd含量多少與細(xì)胞壁固持Cd能力和可溶性組分對(duì)Cd區(qū)隔化作用強(qiáng)度相關(guān)。當(dāng)Cd濃度超過某一閾值，植物組織的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致其固持Cd能力下降，從而使更多的Cd進(jìn)入到胞內(nèi)，損傷細(xì)胞器[32]。S16莖葉的細(xì)胞器中Cd占比隨Cd濃度的增加而增加，但線椒301莖葉的細(xì)胞器中Cd占比卻隨Cd濃度增加而降低，而細(xì)胞壁中Cd占比增加，其通過將Cd限制于細(xì)胞壁中而降低細(xì)胞器中Cd的占比，這也表明了線椒301細(xì)胞壁對(duì)Cd固持能力強(qiáng)，表現(xiàn)出對(duì)Cd更強(qiáng)的耐性。

4 結(jié) 論

(1)綜合生物量的變化特征及耐性指數(shù)分析，線椒301對(duì)Cd的耐受程度高于S16，特別是在高濃度Cd的脅迫下；且在高濃度Cd脅迫下，線椒301根莖葉Cd含量均顯著(P<0.05)高于S16，表現(xiàn)出對(duì)Cd更強(qiáng)的吸收積累能力。

(2)線椒301地上部的SP隨Cd濃度的增加而增加，S16地上部的SP隨Cd濃度的增加而先增加后下降，表明線椒301比S16有更強(qiáng)的細(xì)胞滲透調(diào)整能力。

(3)S16根部的POD活性呈先增加后降低的趨勢(shì)，線椒301則持續(xù)增加；Cd脅迫刺激了GSH的增加，S16根部和線椒301根部及地上部的GSH含量均隨Cd濃度的增加而增加，在高濃度處理時(shí)，線椒301的GSH的含量增加更顯著。POD活性和GSH濃度變化表明線椒301的抗氧化能力強(qiáng)于S16。

(4)2個(gè)品種Cd的亞細(xì)胞分布規(guī)律均表現(xiàn)為：細(xì)胞壁>可溶性組分>細(xì)胞器；但隨Cd濃度增加，線椒301的細(xì)胞壁Cd含量占比增加、莖葉的細(xì)胞器Cd含量占比降低，而S16莖的細(xì)胞器Cd含量增加。表明S16易受到Cd脅迫的損傷，線椒301細(xì)胞壁固持Cd則有助于其緩解Cd脅迫。

(5)線椒301對(duì)Cd具有更強(qiáng)的耐性和富集能力，不宜在Cd污染嚴(yán)重區(qū)域種植；而S16則屬于對(duì)Cd敏感的品種，易種植于清潔區(qū)域。