黑麦草对Cd-Zn复合胁迫的响应

doi:10.16178/j.issn.0528-9017.20211136

摘要/Abstract

摘要：

本研究以黑麦草为材料,采用盆栽土培试验,探讨Cd-Zn复合胁迫下黑麦草的生长响应及重金属富集和迁移特征,为黑麦草修复重金属复合污染土壤提供理论依据。结果表明,黑麦草的生物量及植株的生长状况均受到Cd、Zn胁迫的抑制,且浓度越高抑制作用越明显,均在A3B3组达到最小值;在重金属Cd-Zn复合胁迫下,黑麦草的叶绿素荧光参数受到抑制;而细胞膜透性及脯氨酸含量较CK组显著增大。各生理指标均在高浓度Cd、Zn(A3、B3)组合条件下达到最大值,表明高浓度重金属复合胁迫对黑麦草的生理特性产生较强的毒害作用;当环境中重金属浓度较高时,黑麦草地上部及根系对Cd、Zn的吸收呈协同效应,在A3B3时达到峰值,且对Cd、Zn的富集能力表现为根系>地上部。综合分析,在高浓度Cd-Zn胁迫下,黑麦草仍能生长,说明黑麦草对Cd、Zn具有一定的耐受性;且此时黑麦草对土壤中Cd、Zn的富集系数均>1,说明黑麦草具有较好的富集能力,对Cd-Zn复合胁迫的土壤具有一定的改善作用,可作为Cd、Zn复合污染土壤的修复植物。

关键词: 镉, 锌, 黑麦草, 富集, 植物修复

中图分类号:

X173
X131.3

白哲, 董馨岚, 李铭红. 黑麦草对Cd-Zn复合胁迫的响应[J]. 浙江农业科学, 2021, 62(11): 2232-2238.

图/表 6

参考文献 27

[1]	GADEPALLE V P, OUKI S K, HUTCHINGS T. Remediation of copper and cadmium in contaminated soils using compost with inorganic amendments[J]. Water, Air, and Soil Pollution, 2009, 196(1/2/3/4):355-368. DOI URL
[2]	ŠMUC N R, DOLENEC T, SERAFIMOVSKI T, et al. Heavy metal characteristics in Kočani Field plant system (Republic of Macedonia)[J]. Environmental Geochemistry and Health, 2012, 34(4):513-526. DOI URL
[3]	DEV A, SRIVASTAVA A K, KARMAKAR S. Nanomaterial toxicity for plants[J]. Environmental Chemistry Letters, 2018, 16(1):85-100. DOI URL
[4]	李虹呈, 王倩倩, 贾润语, 等. 外源锌对水稻各部位镉吸收与累积的拮抗效应[J]. 环境科学学报, 2018, 38(12):4854-4863.
[5]	ALI H, KHAN E, SAJAD M A. Phytoremediation of heavy metals:concepts and applications[J]. Chemosphere, 2013, 91(7):869-881. DOI URL
[6]	周际海, 郜茹茹, 吴雪艳, 等. 铅镉、石油污染和黑麦草种植对土壤微生物活性的影响差异[J]. 土壤通报, 2019, 50(6):1447-1454.
[7]	徐卫红, 王宏信, 刘怀, 等. Zn、Cd单一及复合污染对黑麦草根分泌物及根际Zn、Cd形态的影响[J]. 环境科学, 2007, 28(9):2089-2095.
[8]	侯琪琪. Cd、Zn土壤污染物对土壤酶活性及修复植物黑麦草的影响研究[D]. 西安: 长安大学, 2018.
[9]	杨卓, 王伟, 李博文, 等. 高羊茅和黑麦草对污染土壤Cd, Pb, Zn的富集特征[J]. 水土保持学报, 2008, 22(2):83-87.
[10]	张蜀秋. 植物生理学实验技术教程[M]. 北京: 科学出版社, 2011.
[11]	谢探春, 王国兵, 尹颖, 等. 柳树对镉-芘复合污染土壤的修复潜力与耐受性研究[J]. 南京大学学报(自然科学), 2019, 55(2):282-290.
[12]	刘兆新, 刘妍, 杨坚群, 等. 小麦花生一体化施肥对麦套花生生理特性及产量的影响[J]. 水土保持学报, 2018, 32(1):344-351.
[13]	MURADOGLU F, GUNDOGDU M, ERCISLI S, et al. Cadmium toxicity affects chlorophyll a and b content, antioxidant enzyme activities and mineral nutrient accumulation in strawberry[J]. Biological Research, 2015, 48(1):1-7. DOI URL
[14]	LIN X, HUANG Z, FAN P. Zinc and alpha-ketoglutaric aicd modulates plant growth, gas exchange attributes, chlorophyll fluorescence and Zn content in rice[J]. International Jurnal of Agriculture and Biology, 2020, 23(1):155-163.
[15]	CARVALHO K, CAMPOS M K F, DOMINGUES D S, et al. The accumulation of endogenous proline induces changes in gene expression of several antioxidant enzymes in leaves of transgenic Swingle citrumelo[J]. Molecular Biology Reports, 2013, 40(4):3269-3279. DOI URL
[16]	燕傲蕾, 吴亭亭, 王友保, 等. 三种观赏植物对重金属镉的耐性与积累特性[J]. 生态学报, 2010, 30(9):2491-2498.
[17]	IBRAHIM E A. Seed priming to alleviate salinity stress in germinating seeds[J]. Journal of Plant Physiology, 2016, 192:38-46. DOI URL
[18]	杨佳, 王趁义, 陈翟, 等. 碱蓬对Pb²⁺、Cd²⁺单一及复合胁迫的反应及其吸收累积特征[J]. 水土保持学报, 2016, 30(2):323-327.
[19]	CHEN L H, HAN Y, JIANG H, et al. Nitrogen nutrient status induces sexual differences in responses to cadmium in Populus yunnanensis[J]. Journal of Experimental Botany, 2011, 62(14):5037-5050. DOI URL
[20]	RAU S, MIERSCH J, NEUMANN D, et al. Biochemical responses of the aquatic moss Fontinalis antipyretica to Cd, Cu, Pb and Zn determined by chlorophyll fluorescence and protein levels[J]. Environmental and Experimental Botany, 2007, 59(3):299-306. DOI URL
[21]	王友保, 黄永杰, 严密, 等. 铜污染对高羊茅生长及活性氧代谢影响的研究[J]. 水土保持学报, 2006, 20(6):167-170,191.
[22]	王吉秀, 祖艳群, 李元. 镉锌交互作用及生态学效应研究进展[J]. 农业环境科学学报, 2010, 29(S1):256-260.
[23]	潘秀, 石福臣, 刘立民, 等. Cd、Zn及其交互作用对互花米草中重金属的积累、亚细胞分布及化学形态的影响[J]. 植物研究, 2012, 32(6):717-723.
[24]	姜礅, 王月月, 严善春. 银中杨各部位对Cd、Zn、Pb的富集特性[J]. 北京林业大学学报, 2018, 40(1):83-88.
[25]	张尧, 田正贵, 曹翠玲, 等. 黑麦草幼苗对镉耐性能力及吸收积累和细胞分布特点研究[J]. 农业环境科学学报, 2010, 29(11):2080-2086.
[26]	朱剑飞, 李铭红, 谢佩君, 等. 紫花苜蓿、黑麦草和狼尾草对Cu、Pb复合污染土壤修复能力的研究[J]. 中国生态农业学报, 2018, 26(2):303-313.
[27]	CLEMENS S. Toxic metal accumulation, responses to exposure and mechanisms of tolerance in plants[J]. Biochimie, 2006, 88(11):1707-1719. DOI URL

处理	地上部长度/cm	根系长度/cm	地上部生物量/g	根系生物量/g
CK	22.320±6.195 a	5.878±3.627 a	0.372±0.306 a	0.227±0.198 a
A1B1	18.123±3.289 ab	3.242±0.863 b	0.294±0.266 ab	0.219±0.211 a
A1B2	11.917±7.872 bc	1.791±0.700 b	0.173±0.251 ab	0.058±0.081 a
A1B3	9.912±2.755 bc	1.186±0.370 b	0.108±0.095 ab	0.046±0.041 a
A2B1	12.927±2.130 bc	2.253±0.393 b	0.125±0.035 ab	0.060±0.016 a
A2B2	12.008±2.424 bc	2.220±1.380 b	0.145±0.065 ab	0.092±0.086 a
A2B3	7.792±6.361 c	1.471±1.004 b	0.090±0.132 ab	0.084±0.128 a
A3B1	9.827±5.215 bc	2.254±0.449 b	0.079±0.077 ab	0.070±0.084 a
A3B2	7.228±2.728 c	1.584±0.705 b	0.050±0.038 b	0.040±0.034 a
A3B3	5.654±0.875 c	1.011±0.207 b	0.027±0.016 b	0.018±0.012 a

处理	地上部长度/cm	根系长度/cm	地上部生物量/g	根系生物量/g
CK	22.320±6.195 a	5.878±3.627 a	0.372±0.306 a	0.227±0.198 a
A1B1	18.123±3.289 ab	3.242±0.863 b	0.294±0.266 ab	0.219±0.211 a
A1B2	11.917±7.872 bc	1.791±0.700 b	0.173±0.251 ab	0.058±0.081 a
A1B3	9.912±2.755 bc	1.186±0.370 b	0.108±0.095 ab	0.046±0.041 a
A2B1	12.927±2.130 bc	2.253±0.393 b	0.125±0.035 ab	0.060±0.016 a
A2B2	12.008±2.424 bc	2.220±1.380 b	0.145±0.065 ab	0.092±0.086 a
A2B3	7.792±6.361 c	1.471±1.004 b	0.090±0.132 ab	0.084±0.128 a
A3B1	9.827±5.215 bc	2.254±0.449 b	0.079±0.077 ab	0.070±0.084 a
A3B2	7.228±2.728 c	1.584±0.705 b	0.050±0.038 b	0.040±0.034 a
A3B3	5.654±0.875 c	1.011±0.207 b	0.027±0.016 b	0.018±0.012 a

处理组合	叶绿素含量/(mg·g^-1)	最大光化学效率	潜在光化学效率	脯氨酸含量/(μg·g^-1)	细胞膜透性
CK	3.323±0.344 a	0.757±0.010 a	3.138±0.184 a	7.351±0.050 c	0.287±0.039 d
A1B1	3.341±0.133 a	0.723±0.001 a	2.627±0.002 b	10.963±1.073 bc	0.148±0.041 e
A1B2	2.922±0.451 ab	0.644±0.001 bc	2.094±0.131 cd	18.202±3.133 ab	0.325±0.010 d
A1B3	3.353±0.173 a	0.544±0.047 de	1.504±0.260 ef	14.435±0.364 bc	0.536±0.021 b
A2B1	3.438±0.229 a	0.688±0.003 ab	2.497±0.080 bc	7.640±1.765 c	0.516±0.025 b
A2B2	3.212±0.091 a	0.612±0.045 cd	1.874±0.199 de	7.945±0.361 c	0.492±0.116 b
A2B3	2.913±0.404 ab	0.646±0.051 bc	2.753±0.415 ab	15.147±6.713 abc	0.672±0.042 a
A3B1	2.194±0.294 b	0.718±0.010 ab	2.634±0.147 b	12.528±6.010 bc	0.375±0.072 cd
A3B2	2.818±0.628 ab	0.541±0.051 de	1.474±0.040 ef	16.654±6.769 abc	0.659±0.015 a
A3B3	2.527±0.648 ab	0.529±0.022 e	1.340±0.092 f	24.343±3.490 a	0.455±0.005 bc

处理组合	叶绿素含量/(mg·g^-1)	最大光化学效率	潜在光化学效率	脯氨酸含量/(μg·g^-1)	细胞膜透性
CK	3.323±0.344 a	0.757±0.010 a	3.138±0.184 a	7.351±0.050 c	0.287±0.039 d
A1B1	3.341±0.133 a	0.723±0.001 a	2.627±0.002 b	10.963±1.073 bc	0.148±0.041 e
A1B2	2.922±0.451 ab	0.644±0.001 bc	2.094±0.131 cd	18.202±3.133 ab	0.325±0.010 d
A1B3	3.353±0.173 a	0.544±0.047 de	1.504±0.260 ef	14.435±0.364 bc	0.536±0.021 b
A2B1	3.438±0.229 a	0.688±0.003 ab	2.497±0.080 bc	7.640±1.765 c	0.516±0.025 b
A2B2	3.212±0.091 a	0.612±0.045 cd	1.874±0.199 de	7.945±0.361 c	0.492±0.116 b
A2B3	2.913±0.404 ab	0.646±0.051 bc	2.753±0.415 ab	15.147±6.713 abc	0.672±0.042 a
A3B1	2.194±0.294 b	0.718±0.010 ab	2.634±0.147 b	12.528±6.010 bc	0.375±0.072 cd
A3B2	2.818±0.628 ab	0.541±0.051 de	1.474±0.040 ef	16.654±6.769 abc	0.659±0.015 a
A3B3	2.527±0.648 ab	0.529±0.022 e	1.340±0.092 f	24.343±3.490 a	0.455±0.005 bc