《鎘脅迫對辣椒幼苗生長與生理特性的影響》論文發表期刊：《山東農業大學學報(自然科學版)》；發表周期：2020年05期

《鎘脅迫對辣椒幼苗生長與生理特性的影響》論文作者信息：作者簡介：韓暢（1982-），男，博士，副教授，主要研究方向為辣椒抗非生物脅迫. 韓 暢 1,蔣 琪 1,覃 成 2*,呂朝燕 1,高智席 1 1. 遵義師范學院, 2. 遵義職業技術學院

　　摘要：采用液體培養方法研究了鍋(Ca)對Y1425和ZL-1兩個辣椒品種幼苗生長及其生理特性的影響。結果表明：高濃度Cd脅迫(40mg/L)能對三個品種辣椒的生長產生顯著抑制，對根系生長抑制作用大于地上部;兩個品種辣椒葉綠素含量隨Cd處理濃度的增加而降低，葉綠素含量受Cd抑制程度在品種間表現為ZLI>Y425：根系活力含量隨Cd處理濃度的增加先增加后減少，且兩個品種間增長或減少的關系體現為ZLI>YJ425：不同cd處理下，辣椒品種間根和葉SOD，POD和CAT活性在品種間均表現為Y425>ZL-1，辣椒根系和葉片MDA含量隨Ca處理濃度的增加而增加，且相同ca處理下在品種間均表現為ZL-12Y425，從生物量指標、葉綠素和根系活力含量參數指標、抗氧化酶活性和MDA含量指標來看，Y1425有較強的耐Ca能力。

　　關鍵詞：辣椒;生理特性：幼苗生長;耐鍋性

　　Abstract: The effects of cadmium (CdP) on seedling growth and physiological characteristics of Two Pepper Cultivars YJ425 and ZL-I were studied by liquid culture. The results showed that high concentration of Cd stress could significantly inhibit the growth of three varieties of pepper, and the inhibitory effect on root growth was greater than that of shoot; the chlorophyll content of the two varieties decreased with the increase of Cd concentration. and the inhibition degree of chlorophyll content by Cd was ZLI > YJ425: the root activity content first increased and then decreased with the increase of Cd concentration, and the relationship between the growth or decrease between the two varieties was shown as follows Underdifferent Cd treatments, the activities of SOD, pod and cat in roots and leaves of pepper cultivars were YJ425 > ZL-1, and MDA content in roots and leaves increased with the increase of Cd concentration, and ZL-1 >YJ425 under the same Cd treatment. From the biomass index, chlorophyll and root activity parameters, antioxidant enzyme activity and MDA content index. YJ425 has strong Cd tolerance ability.

　　Keywords: Hot pepper; physiological characteristics; seedling growth; cadmium tolerance

　　鎘廣泛分布于土壤中，屬于植物生長發育的非必須元素，是一種嚴重危害植物正常生長的重金屬。鎘元素易在植物果實中富集，由此通過食物鏈傳遞到動物和人體內，積累到一定量時可導致相關疾病發生，進而危害人類健康"1，鎘元素可破壞植物細胞內部平衡，進而限制光合作用等植物的基本生命活動，妨礙植物正常生長，最終導致植物非正常死亡。不同作物抗Cd脅迫能力存在顯著差異2，甚至同一作物不同品種間也存在明顯不同A，鎘污染治理需花費大量人力物力，而在污染土地上種植低富集鎘的作物種類和品種是迄今為止最經濟可行的方法，可有效降低作物整體或其主要食用部位的鎘含量，降低農產品的安全風險。

　　辣椒(Capsicum annuum L.)自明朝末年由東南沿海傳入我國以來一直深受廣大人民群眾的喜愛，是重要的調味品且具有消炎鎮痛藥效，因此具有較高的經濟和藥用價值。目前全國辣椒種植面積居蔬菜作物第2位，且具有較高的經濟附加值，在助農增收方面發揮巨大作用。但是辣椒屬于鎘易富集植物1，鎘含量超標不僅影響口感、降低營養價值和品質，最終會通過食物鏈傳遞嚴重威脅人體健康。因此在鎘污染土壤中種植低吸收、低積累鍋的辣椒品種可有效降低辣椒果實中的鍋含量，是培育食用安全的合格辣椒產品的最有效、最經濟的途徑，但目前對不同辣椒基因型中鍋低富集生理和分子機制的研究較少。本試驗在前期進行不同辣椒品種鎘富集能力評估的基礎上，在不同鍋濃度處理下對鎘富集值差異顯著的辣椒品種的生物量、生理特性等指標進行比較，試圖從不同角度探討辣椒品種鍋富集能力差異的原因，為選育鍋低富集型辣椒品種提供基礎實驗資料。

　　1材料與方法

　　11 供試材料

　　本試驗選用Y1425(Cd低積累型品種)和ZL-1(Cd高積累型品種)作為試驗材料，上述材料均由遵義職業技術學院現代農藝系辣椒分子育種課題組提供.

　　12 試驗方法

　　供試緣椒種子經1%(wv)的次氯酸鈉表面消毒后，用自來水充分沖洗，在25 ℃培養箱中進行萌發。選擇萌發程度一致的辣椒種子種入珍珠巖中，采用Hoagland營養液澆施培養。待辣椒長至四葉一心時，將辣椒苗移至裝有不含cd的Hoagland營養液的實驗室自制水培系統(由10L塑科周轉箱、80孔泡沫板和通氣泵組成)中進行水培試驗預培養.1周后，將試驗材料移至含有不同Cd濃度

　　(0，20，40 mg/L，以CdCl2的形式加入)的Hoagland營養液中進行為期1周的試驗.試驗均重復5次，隨機排列.

　　利用直尺和萬分之一天平測量辣椒根、苗的長度和重量，采用硫代巴比妥酸法、氯化三苯基四氮唑法、高錳酸鉀滴定法、愈創木酚法和氮藍四唑(NBT)光還原法的等方法分別測定丙二醛(MDA)含量、根系活力、過氧化氫酶(CAT)活性、過氧化物酶(POD)活性和超過氧化物歧化酶(SOD)

　　活性的等生理指標，利用葉綠素儀(SPAD-502PLUS，Konica Minota，Japan)測定不同處理中辣椒葉的葉綠素含量。每種測定重復進行3次，利用SPSS 19.0軟件處理試驗數據.

　　2結果分析

　　2.1不同濃度對椒幼苗生長的影響

　　從表1可以看出在水培條件下Ca3"濃度較低時(20mg/L)，辣椒的根長、苗長等指標較對照有小幅增長，但在Cd"濃度升高后(40 mg/L)，兩個辣椒品種根、苗伸長長度和干重等指標均下降，ZL-1的4項指標明顯低于Y1425，各處理間差異顯著.試驗結果表明：低濃度Ca"對辣椒根、苗生長效果有一定促進作用：隨Ca"濃度的提升，辣椒地上和地下部分的生長均受到明顯抑制，根部受到毒害尤其嚴重：低積累品種受到毒害較輕.

　　2.2 鎘對辣椒幼苗生理生化指標的影響

　　2.2.1葉綠素含量的變化鎘通過影響葉綠素的含量、破壞類囊體的超微結構、抑制參與光合作用的部分酶的活性等方式破壞植物的光合作用，由表2可知，供試辣椒品種葉片中的葉綠素含量均隨Cd濃度的升高而下降，高積累品種ZL-1比低積累品種Y1425減少的幅度大。在高濃度Cd(40 mg/L)處理下，供試材料的葉綠素含量下降明顯，表明鍋離子對葉綠體產生嚴重毒害。

　　2.2.2根系活力的變化從表2可以看出在水培條件下Cd濃度較低時(20 mg/L)，辣椒根系活力有小幅提高，但與對照相比不顯著：在Cd2+濃度較高時(40 mg/)，辣椒根系活力顯著下降，ZL-1較之Y1425，其根系活力下降程度較大。試驗結果表明：在低Ca"濃度下辣椒根部生長受到一定促進，但是隨著Cd濃度升高，Ca*會顯著抑制辣椒根系生長。

　　2.2.3丙二醛(MDA)含量的變化MDA含量是反映機體抗氧化潛在能力的重要參數，可以反映機體脂質過氧化速率和強度，也能間接反映組織過氧化損傷程度.9，不同Cd濃度下，ZL-1和YJ425根系和葉片MDA含量見表2，隨著Cd2+濃度升高，供試材料的根系和葉片的MDA含量均顯著增加，在高濃度Cd2處理(40 mg/L)中，YJ425和ZL-1的根系MDA含量分別為對照的166.7%和180.9%

　　葉片MDA含量分別為對照的184.1%和197.2%，說明Cd"誘發產生的活性氧導致膜脂過氧化，對辣椒根系和葉片細胞膜系統均造成較嚴重的損傷，Cd2"濃度越高，毒害越大，但同等情況下低積累品種受到的傷害相對較小。在相同Cd+濃度下，根系的MDA含量始終高于葉片，說明Cd2+對根部造成的毒害大于葉片部分。

　　22.4抗氧化酶活性的變化在鎘脅迫下，植物體內一系列的抗氧化酶如過氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶(CAT)的活性會受到顯著影響10。由表3可知，隨著Cd2+濃度增加，ZL-1和YJ425各自的CAT和POD活性均表現為先降低，后增加：但SOD活性表現為持續下降。其中，YJ425體現出較高的CAT和POD活性，ZL-1則體現出較高的SOD活性。

　　3討論

　　研究表明，低濃度的鎘對植物生長有促進作用1。本試驗條件下，低濃度的鎘(20 mg/L)對鋸富集能力有差異的兩個辣椒品種根和苗部分的生長均有微小的促進作用。但在高濃度的鎘(40 mg/L)

　　環境中，供試材料的地上部分和地下部分的各項生理指標均顯著降低。原因可能是Cd作為重金屬元素，低濃度下觸發辣椒自我的防衛機制，間接導致促進生長的表象呈現，高濃度下辣椒的整體生長受到嚴重抑制，尤其對辣椒的根部損害更大，對根部的損害直接影響到營養物質的吸收和分配，從而抑制辣椒的生長。綜合供試材料的表現，YJ425的各項生理指標受到Cd的影響相對較小，對Cd表現出較強的耐性。

　　供試辣椒中葉綠素含量伴隨Cd"濃度的增加而明顯降低，這一現象可能與Cdt進入葉綠體細胞后阻礙葉綠素前體合成或直接分解葉綠素，進而使葉綠素含量降低有關(12]，供試辣椒品種中，高鎘富集的辣椒品種ZL-1的葉綠素含量下降幅度較YJ425大，揭示在辣椒細胞內高鎘富集會導致葉綠素本身及葉綠體的結構受到cd的嚴重破壞。

　　鎘脅迫會導致大量活性氧自由基出現在受鎘毒害的植物體內，造成膜質過氧化，MAD含量顯著升高，而POD，SOD和CAT等抗氧化酶能夠及時消除氧自由基，解除細胞遭受氧化脅迫的危險13-15在本試驗中，隨Cdt濃度的增加，供試材料的CAT和POD活性均表現為先降低，而后略有增加，但MDA含量和SOD活性分別呈上升和下降趨勢。該結果與周紅衛等11報道Cd+脅迫下，水花生根中SOD和CAT的活性呈現先升后降，過氧化物酶(POD)活性持續下降的變化趨勢不相符，其原因有待進一步研究。

　　4結論

　　(1)高Cd濃度水平(40 mg/L)能顯著抑制供試辣椒材料的生長，且對根系生長抑制作用明顯。和對照相比較，ZL-1根系干重和地上部干重減少量顯著大于YJ425根系干重減少量。與ZL-1相比，YJ425生長受到鎘的抑制作用較小，從相關生長指標變化來看Y1425應對鍋脅迫能力較強;

　　(2)供試辣椒品種在鎘毒害下葉綠素含量均表現為不斷降低的趨勢，葉綠素含量受Cd抑制程度在品種間表現為ZL1>YJ425根系活力數值隨Cd+濃度的增加先增加后減少，且兩個品種間增長或減少的關系均體現為ZL1>Y1425，從葉綠素含量和根系活力數值等指標變化趨勢來看，YJ425應對鎘脅迫能力較強;

　　(3)不同Cd2濃度下，根部和葉片部SOD，POD和CAT活性變化在品種間均表現為YJ425優于ZL-1，其中CAT和POD活性隨Cd處理濃度的增加先小幅降低而后增加，SOD活性則均表現為持續下降。辣椒根系和葉片MDA含量隨Ca2+濃度的增加而增加，且相同Cd+濃度下的增加量均表現為ZL-1>Y1425，從抗氧化酶活性和MDA含量指標來看，YJ425應對鎘脅迫能力也較強。

　　參考文獻

　　[U]Satarug S，Baker JR，Urbenjapol S，er al.A global perspective on Cadmium pollution and toxicity in non-occupationally exposedpopulation[J.Toxicobogy Letters，2003，137(1-2)165-83

　　[2]張利紅，李培軍，李雪梅，等，鍋脅迫對小麥幼苗生長及生理特性的影響[J.生態學雜志，2005，24(4)：458-460

　　[31 余瑋揭雨成.邢虎成，等.苧麻耐鎘品種差異及其篩選指標分析[.作物學報.2011.37(2)：348-354

　　[4]萬敏周衛林葆.鍋積累不同類型的小麥細胞鍋的亞細胞和分子分布J中國農業科，2003，36(6)：671-675

　　[5]王林史銜璽鎘、鉛及其復合污染對辣椒生理生化特性的影響J.山東農業大學學報(自然科學版)200536(1k107-112

　　[6]張志良，瞿偉善·植物生理學實驗指導[M].3版北京：高等教育出版社，2003

　　[71 孫光聞朱祝軍方學智，等鎘對小白菜光合作用及葉綠素熒光參數的影響J.植物營養與肥料學報200，111(5 700-703

　　[8]MGirr LG，O'Brien PJ.Mechanisms of membrane liqid peroxidation[My/Pacher.Recent Advances in Biological Membrane Studies.New York：Plenum Press.1985：319-344[9]黃玉山，羅廣華，關桑文鍋誘導植物的自由基過氧化損傷J.植物學報，1997，39(6)：522-526

　　[101周紅衛施國新徐勤松Cf+污染水質對水花生根系抗氧化酶活性和超微結構的影響幾.植物生理學通訊2003.393)211-214

　　[1]張凌，韓善華，王亞男，等.Cd+對玉米根抗氧化酶活性和丙二醛含量的影響[J].四川師范大學學報(自然科學

　　版)，2009，32(3)：351-353

　　[121 Vallee BI，UIlmer DD.Biochemical effects of mercury，Cad mium and Lead[J.Annu Rev Biochem，1972.41：91-128

　　[131 Xu WH.Li WY.He SP.et al.Effects of Insoluble Zn，Cd and EDTA on the growth，activities of antioxidant enzymes and uptake of Zn and Cd in Verivenia zzamioides[J.Journal ofenvironmental sciences，2009.21(2)：186-192

　　[14]林仁漳，杜文超王曉蓉，等土壤外源Cd脅迫對小麥幼苗生長自由基代謝及抗氧化酶活性的影響J.農業環境科學

　　學報2008.27(1)：23-29

　　[151 Rodriguez M，Romero-puertas MC，Zabalza A，et al.Cadminum effect on oxidative metabolism of Pea(Pisum sativum L)roots.Imaging of reactive oxygen species and nitric oxide accumulation in vivo[JI.Plant Cell and Environment.

　　2006，29(8)：1532-1544