茎瘤芥对镉胁迫的响应及硅缓解镉毒害的生理生化机制.pdf

摘要

茎瘤芥是我国南方地区的一种特色蔬菜，通过加工可制成榨菜，是一种重要的蔬

菜作物。但目前茎瘤芥主栽区部分土壤镉污染问题较为突出，对茎瘤芥的安全生产构

成了潜在威胁。镉作为高毒性的重金属元素，能够在土壤—植物系统中迁移，并在粮

食作物及蔬菜中积累，通过食物链对人体健康构成威胁。当前阻控蔬菜可食用部位镉

的积累，对提高镉污染土壤利用率和保障蔬菜食用安全具有重要意义。硅是植物有益

微量元素，有助于缓解重金属对植物的毒害以及阻控重金属在植株中的积累。但目前

关于硅对茎瘤芥镉毒害的缓解效果研究还未见报道。因此，本研究拟首先以茎瘤芥主

栽品种“永安小叶”为研究试材，设置不同浓度的镉胁迫，探索茎瘤芥种子及幼苗对

镉胁迫的耐受范围。再以对茎瘤芥生长有明显抑制作用的镉浓度为处理条件，研究22

份茎瘤芥种质资源的镉积累和耐受性差异，为茎瘤芥高耐镉性且低镉积累新品种选育

提供参考。同时，探索不同浓度外源硅对茎瘤芥幼苗的镉毒害缓解效应及缓解机制，

为镉污染地区茎瘤芥的安全生产提供理论依据。获得的主要结论如下:

（1）10~25μmol/L的镉胁迫对茎瘤芥种子萌发无明显影响，50μmol/L及以上浓

度的镉胁迫显著降低种子发芽势、发芽指数、活力指数和生长指标等。由此可见，茎

瘤芥种子可耐受25μmol/L及以下浓度的镉胁迫，在此浓度范围内种子仍能正常萌发

和生长，而随着镉浓度继续增加，耐受能力逐渐下降。

（2）除根长以外，25µmol/L及以上浓度的镉处理显著抑制茎瘤芥幼苗的各生长

指标。镉浓度为5~10µmol/L时，丙二醛（MDA）、超氧阴离子（O2-）及过氧化氢

（HO）的含量均与对照无显著性差异，随着镉浓度进一步提高，以上三者的含量与

22

对照相比显著上升。当镉浓度大于25µmol/L时，POD、CAT、APX、GR等抗氧化酶

活性均不同程度降低，植株抵御镉胁迫的能力下降。茎瘤芥幼苗地上部分和地下部分

的镉含量均随镉浓度的升高而显著增加，同一镉浓度下，茎瘤芥幼苗地下部分的镉含

量显著高于地上部分。地上部分和地下部分镉在亚细胞中的分布特征均为细胞壁细

胞液细胞器。由此可见，地下部分的滞留作用和细胞壁的固持是茎瘤芥应对镉胁迫

的重要机制。

（3）与对照相比，25µmol/L的镉胁迫均不同程度地抑制了22份茎瘤芥种质幼

苗的生长，降低了其叶片数、根长等生长指标的值，也使叶绿素含量和根系活力分别

降低了28.25%~92.47%和5.00%~73.33%，并不同程度地促使MDA含量升高。通过

隶属函数分析，可将22份供试材料的耐镉性由强到弱依次排序为：ZL选＞SJZ-8＞

SJSZZ＞126-红＞焦5＞SJYS＞SJFF-14＞A168＞SJBSY＞CSB334＞SJCYZ＞SJPZ＞

SJXHY＞永安小叶＞SJBZ＞SJLJZC＞SJZT-1＞SJCDBY＞CSB282＞CSB209＞SJYZ-

4＞SJPY。进一步通过聚类分析，可将所有22份材料聚为6类：高耐镉性低镉富集

性的为2份，分别是ZL选和SJZ-8；低耐镉性低镉富集性的为5份，分别是CSB282、

SJYZ-4、CSB209、SJPY和SJCDBY；高耐镉性高镉富集性的也为2份，分别是SJSZZ

和A168；中耐镉性低镉富集性的种质仅SJXHY1份；中等耐镉性中等镉富集性的种

质最多，共计8份，分别是SJLJZC、126-红、SJYS、SJZT-1、SJBSY、SJCYZ、SJPZ、

SJBZ；中等耐镉性高镉富集性的材料则有4份，分别是永安小叶、SJFF-14、CSB334

和焦5。

（4）外源硅对镉胁迫下茎瘤芥幼苗生长的缓解作用具有浓度效应，硅浓度为0.25

mmol/L时缓解效果最好。0.25mmol/L的外源硅能够提高镉胁迫下茎瘤芥幼苗的叶绿

素含量和根系活力，提高叶片的光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）、

PSⅡ最大光和效率（Fv/Fm）、光化学淬灭系数（qP）、电子传递速率（ETR）、实际光

和效率（ΦPSⅡ），降低胞间CO2浓度（Ci），从而提升植株的光合作用能力，抑制镉

毒害对光系统的损伤效应。0.25mmol/L的外源硅还显著降低了镉诱导的膜脂过氧化

程度和HO含量，除POD和APX以外，外源硅显著诱导SOD、CAT、GR、GST等