绵毛水苏对Cd和NaCl的生理响应及K+、Na+、Cd2+亚细胞分布研究

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随着城市化和工业化的不断推进,城市中的工业区、苗圃、河道和绿地土壤同时存在镉(Cd)和盐渍化污染的双重威胁。发掘既耐盐又能积累Cd的优质植物资源、探究盐分对植物吸收积累Cd的影响机制,可为盐分和Cd复合污染区域植被的恢复和重建提供理论依据和实践基础。因此,本试验选择具有一定耐盐性和抗重金属潜力的多年生草本植物绵毛水苏(Stachys lanata)为研究材料,采用盆栽试验法,系统地研究了4个梯度氯化钠(NaCl)(0、0.1%、0.2%、0.3%)和不同浓度Cd2+(0、10、30、50 mg·kg-1)单一及复合处理,对绵毛水苏幼苗生长、主要渗透调节物质含量、抗氧化酶活性、光合生理及钾(K+)、钠(Na+)、Cd2+吸收、转运和亚细胞分布的影响。研究表明:(1)0.1%NaCl和10 mg/kg Cd2+胁迫,对绵毛水苏幼苗干重、株高、根表面积、根体积和根系平均直径具有一定促进效益,但0.3%NaCl和50 mg/kg Cd2+复合处理对绵毛水苏幼苗的生长具有明显抑制作用,且NaCl和Cd2+对根系的伤害作用具有协同效应。(2)NaCl和Cd2+单一及复合处理,丙二醛含量和相对电导率增加;0.2%NaCl和≤30 mg/kg Cd2+处理,可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量增加,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性上调,表明绵毛水苏通过增加主要渗透调节物质的含量和提高3大抗氧化酶活性,来维持渗透平衡和活性氧代谢平衡。(3)NaCl胁迫下,绵毛水苏幼苗净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间二氧化碳浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)逐渐下降,且气孔限制是光合速率下降的主要原因;随NaCl浓度的增加最大光化学效率(Fv/Fm)、有效光化学效率(Fv’/Fm’)、实际光化学效率(ΦPSII)、光合电子传递速率(ETR)和光化学淬灭系数(qP)显著下降(p<0.05),表明NaCl胁迫使光系统II(PSII)复合体结构受到破坏,光合电子传递速率下降,光能转换受阻。Cd2+胁迫下叶绿素含量增加,Pn和Tr逐渐上升,Cd2+胁迫下Fv/Fm、Fv’/Fm’、ΦPSII、qP和ETR呈先升后降趋势,30 mg/kg Cd2+处理以上参数有最大值,表明绵毛水苏对Cd2+具有一定的光合适应性。0.3%NaCl和50 mg/kg Cd2+复合处理下,除非光化学淬灭系数(NPQ)外各叶绿素荧光参数值均低于对照(CK)且低于单一NaCl和Cd处理,表明NaCl和Cd对绵毛水苏幼苗PSII具有协同毒害效应,且NaCl是主要毒害因子。(4)绵毛水苏吸收的K+、Na+、Cd2+主要积累在根部;NaCl胁迫下,K+、Na+、Cd2+含量上升,表明NaCl促进了绵毛水苏对K+、Na+、Cd2+的吸收;绵毛水苏幼苗叶和根中K+和Na+亚细胞分布顺序为可溶组分(F3)>细胞壁(F1)>>细胞器(F2);Cd2+在叶片中的分布顺序为F3>F1>F2,根部的分布顺序为F1>F3>F2,表明绵毛水苏吸收的K+、Na+、Cd2+主要积累在细胞壁和可溶组分中。综上认为,绵毛水苏具有一定耐盐性和抗Cd性,在土壤中NaCl≤0.2%和Cd2+≤30mg/kg的复合污染区可以正常生长且保持较大的生物量,可作为绿化草本应用于Cd污染的盐土区域。
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