镉胁迫对檫木幼苗生长及生理特性的影响外文翻译资料

镉胁迫对檫木幼苗生长及生理特性的影响

原文作者 Zhao Hongyi; Guan Juelan; Liang Qing; Zhang Xueyuan; Hu Hongling; Zhang Jian

单位 Institute of Ecology and Forestry, College of Forestry, Sichuan Agricultural University, Chengdu, China.; College of Forestry, Sichuan Agricultural University, Chengdu, China.

摘要：本实验研究了镉胁迫对檫木Sassafras tzumu Hemsl生长和生理特性的影响。对5种Cd浓度[CT（对照处理组）：0 mg / kg，Cd5：5 mg / kg，Cd20：20 mg / kg，Cd50：50 mg / kg和Cd100：100 mg / kg]下檫木幼苗的生长和生理特性进行了测定。结果表明，土壤中的Cd对檫木生长能够产生负面影响，其株高的净生长量和叶、枝、根生物量均有所降低。其中根系生物量在不同Cd浓度下显著减少18.18%（Cd5）、27.35%（Cd20）、27.57%（Cd50）和28.95%（Cd100）。过氧化氢含量先下降后增加，而丙二醛则随镉浓度的增加呈现相反趋势。过氧化氢含量分别降低了10.96%（Cd5）、11.82%（Cd20）和7.02%（Cd50）。丙二醛含量分别增加了15.47%（Cd5）、16.07%（Cd20）和7.85%（Cd50），表明镉胁迫对幼苗内细胞膜的过氧化有一定影响，导致细胞膜结构受损。不同Cd浓度下超氧化物歧化酶活性分别下降17.05%（Cd5）、10.68%（Cd20）、20.85%（Cd50）和8.91%（Cd100），但过氧化物酶活性却随镉浓度的增加而增加;这些结果表明，过氧化物酶可能是参与檫木幼苗活性氧去除系统的主要保护酶。脯氨酸含量呈上升趋势，分别为90.76%（Cd5）、74.36%（Cd20）、99.73%（Cd50）和126.01%（Cd100）。脯氨酸含量的增加与镉浓度的增加表明镉胁迫诱导脯氨酸合成以抵抗幼苗中的渗透胁迫。与对照组相比，不同处理条件下可溶性糖含量分别下降了32.84%（Cd5）、5.85%（Cd20）、25.55%（Cd50）和38.69%（Cd100）。可溶性蛋白含量分别增加了2.34%（Cd5）、21.36%（Cd20）、53.15%（Cd50）和24.22%（Cd100）。在不同程度的镉胁迫下，幼苗叶绿素含量先增加后下降，Cd5和Cd20处理均高于对照组。这些结果表明，镉在低浓度下具有光合作用促进作用，在高浓度下具有光合作用抑制作用。与对照组相比，随着镉浓度的增加，光合气体交换参数和光合光响应参数均呈下降趋势，;表明镉胁迫对檫树苗光合作用会产生负面影响。

关键词：檫木； 镉胁迫； 生理特性；光合作用

1.介绍

近年来，由于工业化的快速发展，环境污染和生态破坏日益严重。其中，土壤重金属污染已成为世界上最突出的环境问题之一。镉（Cd）是一种有毒的银白色金属元素。由于其水溶性、流动性和毒性，Cd很容易被植物根系吸收，并能改变植物的结构和功能特性，抑制种子萌发和根伸长率。^[1]镉直接或间接抑制呼吸、光合作用、水流和气体交换等生理过程，导致植物新陈代谢受损^[2]此外，镉可影响新陈代谢，叶绿素合成,^[3]并通过增加活性氧（ROS）的产生来扰乱抗氧化防御系统。^[4]

Cd的吸收和积累会影响植物的正常生长。Cd胁迫导致植物生物量和光合速率下降，也会导致氧化损伤和养分吸收失衡。^[5,6]Cd胁迫除了抑制光合色素的形成，降低光合作用的效率外，还可以增加活性氧的积累，增强过氧化作用。^[7,8]植物可以通过生成和合成各种酶促抗氧化剂，非酶抗氧化剂，渗透液和螯合剂来减少重金属引起的压力。^[9]由于Cd可以在植物中积累并通过食物链进入人体，引起慢性中毒，危害人体健康,^[10]所以找到一种有效的方法来修复Cd污染的土壤非常重要。

木本植物已被证明是从受污染的土壤中去除或稳定有毒金属的有效手段，具有重金属积累量高，多年生性状，高生物量产量和快速生长的特点。^[6,11,12,13]Sassafras tzumu Hemsl.属于黄樟属和黄樟科。它通常用于造船和制造高品质的家具。Sassafras树很美，秋天有红色的叶子，这使它们成为花园的绝佳观赏树。^[14,15]Sassafras在木材生产和花园使用方面具有良好的前景。因此，我国对檫木的研究大多集中在遗传育种和繁殖技术、栽培和造林技术、病虫害防治等方面。^[16,17,18]然而，在重金属胁迫下对sassafras的生理条件进行的研究占少数。有鉴于此，本研究旨在探讨Cd胁迫对sassafras生长、光合和生理特性的影响，并分析sassafras对Cd胁迫的生理反应，为进一步研究sassafras对Cd胁迫的抵抗力提供理论依据。

2.材料和方法

2.1试验设计

本实验中使用的植物是1年生sassafras幼苗，是四川常见的本地树种。这些幼苗是从同一来源获得的，无病虫害，是根据相关的国家和国际准则和立法收集的。测试土壤是四川省雅安市的一个林场采集的黄色土壤。试验土壤pH值为5.75，总氮、磷、钾含量分别为9.10 g/kg、0.64 g/kg和12.59 g/kg。

实验于四川农业大学教学科研站进行。其地理坐标为东经103°51′29'和北纬30°42′18'。称重约12公斤混合土壤并将其放入每个盆中。根据土壤干重计算出各盆土壤中Cd2 (mg/kg)的含量，并以氯化镉水溶液的形式加入Cd2 。使用单因素测试设计来确定5个镉处理水平：CT（0 mg / kg），Cd5（5 mg / kg），Cd20（20 mg / kg），Cd50（50 mg / kg）和Cd100（100 mg / kg）。采用单因素试验设计确定5个镉处理水平：CT（0mg/kg）、Cd5（5mg/kg）、Cd20（20mg/kg）、Cd50（50mg/kg）和Cd100（100mg/kg）。每个处理组建立5个重复，所有处理植株均置于温室中。

该实验于2019年5月初开始。CdCl₂应用5次，间隔15 d;在CT中加入等量的纯水，施用时将制备的氯化镉溶液均匀倒入盆土表面。任何从盆中渗出的CdCl₂溶液都用托盘垫收集于盆的底部，然后倒回土壤中。CdCl₂实验于2019年7月中旬结束。测定植物生长30d后，测定植物的光合特性和生理特性。2019年12月底收获，分别收获根、枝和叶。

2.2植物生长指数的测定

在试验前和试验后分别测量每一株植物的土壤高度和地面直径，并采用减法计算结果。用量尺测量幼苗的高度（精度为0.1cm）。一个电子游标卡尺（精度：0.1mm）。从根茎处的两个垂直方向测量地面直径，并计算平均值。用去离子水洗涤植物样品，然后分别收获植物器官，即根，枝和叶。在实验室中，将植物器官置于105°C的烘箱中30分钟，然后在70°C下干燥至恒定重量并称重。计算每个干燥器官的生物量。

2.3确定生理特征

在每次处理的5次重复中，从树冠的中上部随机选择5片成熟的新鲜功能性叶片，并分别放入冰箱中测定各指标。

用磺酰水杨酸提取游离脯氨酸（Pro）的含量，并用酸性茚三酮比色法测定。^[19]采用考马斯亮蓝法测定可溶性蛋白（SP）含量。采用硫代巴比妥酸加热比色法测定丙二醛（MDA）和可溶性糖含量（SS）。^[20,21]用分光光度计测定超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）的活性。称取0.2g新鲜叶子并置于研钵中，加入2mL磷酸盐缓冲溶液并于冰浴中进行快速研磨，然后在4°C下以10，000r / min离心15分钟，收集上清液作为测定样品。根据Donahue等人的方法。^[22]根据波长为560nm的OD值致50%硝基蓝四氮唑（NBT）的还原速率被抑制的原理以测量SOD活性。POD活性则采用愈创木酚氧化法测定。^[23]并确定了470nm波长处吸光度的增加。CAT活性定量根据底物H₂O₂^[24]在波长为240nm时的吸光度下降而测定。该方法基于过氧化氢和钛离子形成彩色[TiO(H₂O₂)]² 配位化合物(特殊吸收峰为410nm)。所有酶活性均采用南京建成生物研究公司生产的试剂盒测定。

2.4叶绿素含量的测定

随机选择每一处理中植物的2~3片成熟功能性叶片，测定叶绿素含量。在测定过程中，经去除叶子的脉络后，将剩余的部分切成碎片，并将样品储存在冰箱中保存。准确称量0.1g叶片并放入10mL离心管中。加入9mL叶绿素提取溶液（80%丙酮和无水乙醇1：1混合），并将混合物置于黑暗中并放置24小时以上，直到叶子完全变白。^[26]在663 nm和646 nm的波长下进行光谱测量。

2.5光合参数的测定

净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）和细胞内CO₂浓度（Ci）用LI-6800便携式光合作用系统测定（Li-Cor Inc，美国）。从每个处理中选取三株植物，从每株植物中选取三片叶子，并记录每片叶片的十个数据点。

2.6光合光响应曲线的测定

LI-6800便携式光合作用系统（Li-Cor Inc，美国）用于测量为先前选择的叶子的光合光响应曲线。光合有效辐射（PAR）梯度值为1800、1600、1000、800、600、400、200、100、75、50、25和0 mu;mol/m²/s，CO₂浓度设置为400ppm，室温设置为30°C。 在测定前对每片叶片进行光诱导20 min，在该试验中，光诱导强度为800 mu;mol/m²/秒。

采用叶氏拟合不同浓度镉处理的sassafras叶片光合光响应曲线^[27]修正的线性双曲模型。修正的线性双曲模型的拟合方程如下：

Pn=

当Pn = 0时，可以得到光补偿点（LCP）：

LCP=

当 dPn/dI = 0 时，可以得到光饱和点（LSP）：

LSP=

当 I = Is， Pn麦克斯可以获得：

Pnmax=

其中Pn为净光合速率；Pnmax为光饱和时的最大净光合速率；alpha;为初始量子效率；I是光合活性辐射；Rd是暗呼吸速率；beta;是光抑制系数，即校正系数;gamma;是光饱和系数，它是植物叶片光响应曲线的初始斜率与最大净光合速率的比值。

2.7统计分析

所有数据都是在 Excel 2016 中收集的，并使用 SPSS 24.0 进行统计分析。均值间差异的显著性通过方差单向分析（方差分析）进行评估。主要使用Duncan检验进行多重比较，以比较治疗之间的平均值（P lt; 0.05）。

3.结果

3.1镉胁迫对植物生长的影响

随着Cd浓度的增加，株高净生长降低，但各处理间差异无统计学意义（Plt; 0.05）。地面直径的净增长呈增加趋势，但各处理间差异无统计学意义（Plt; 0.05）。与CT相比，各处理的根系生物量分别显著减少18.18%、27.35%、27.57%和28.96%。叶片和枝条的生物量随镉胁迫的加剧而降低，枝条处理与CT间差异显著（Cd5除外）;然而，叶片生物量没有发现显著差异（P lt; 0.05）。在不同Cd处理下，sassafras的总生物量分别下降了11.01%，18.92%，21.14%和27.72%。（表1）。

表1 不同镉处理水平下檫木幼苗的生长特性