镉胁迫对辣椒幼苗生长与生理特性的影响

《镉胁迫对辣椒幼苗生长与生理特性的影响》论文发表期刊：《山东农业大学学报(自然科学版)》；发表周期：2020年05期

《镉胁迫对辣椒幼苗生长与生理特性的影响》论文作者信息：作者简介：韩畅（1982-），男，博士，副教授，主要研究方向为辣椒抗非生物胁迫. 韩 畅 1,蒋 琪 1,覃 成 2*,吕朝燕 1,高智席 1 1. 遵义师范学院, 2. 遵义职业技术学院

　　摘要：采用液体培养方法研究了锅(Ca)对Y1425和ZL-1两个辣椒品种幼苗生长及其生理特性的影响。结果表明：高浓度Cd胁迫(40mg/L)能对三个品种辣椒的生长产生显著抑制，对根系生长抑制作用大于地上部;两个品种辣椒叶绿素含量随Cd处理浓度的增加而降低，叶绿素含量受Cd抑制程度在品种间表现为ZLI>Y425：根系活力含量随Cd处理浓度的增加先增加后减少，且两个品种间增长或减少的关系体现为ZLI>YJ425：不同cd处理下，辣椒品种间根和叶SOD，POD和CAT活性在品种间均表现为Y425>ZL-1，辣椒根系和叶片MDA含量随Ca处理浓度的增加而增加，且相同ca处理下在品种间均表现为ZL-12Y425，从生物量指标、叶绿素和根系活力含量参数指标、抗氧化酶活性和MDA含量指标来看，Y1425有较强的耐Ca能力。

　　关键词：辣椒;生理特性：幼苗生长;耐锅性

　　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

　　镉广泛分布于土壤中，属于植物生长发育的非必须元素，是一种严重危害植物正常生长的重金属。镉元素易在植物果实中富集，由此通过食物链传递到动物和人体内，积累到一定量时可导致相关疾病发生，进而危害人类健康"1，镉元素可破坏植物细胞内部平衡，进而限制光合作用等植物的基本生命活动，妨碍植物正常生长，最终导致植物非正常死亡。不同作物抗Cd胁迫能力存在显著差异2，甚至同一作物不同品种间也存在明显不同A，镉污染治理需花费大量人力物力，而在污染土地上种植低富集镉的作物种类和品种是迄今为止最经济可行的方法，可有效降低作物整体或其主要食用部位的镉含量，降低农产品的安全风险。

　　辣椒(Capsicum annuum L.)自明朝末年由东南沿海传入我国以来一直深受广大人民群众的喜爱，是重要的调味品且具有消炎镇痛药效，因此具有较高的经济和药用价值。目前全国辣椒种植面积居蔬菜作物第2位，且具有较高的经济附加值，在助农增收方面发挥巨大作用。但是辣椒属于镉易富集植物1，镉含量超标不仅影响口感、降低营养价值和品质，最终会通过食物链传递严重威胁人体健康。因此在镉污染土壤中种植低吸收、低积累锅的辣椒品种可有效降低辣椒果实中的锅含量，是培育食用安全的合格辣椒产品的最有效、最经济的途径，但目前对不同辣椒基因型中锅低富集生理和分子机制的研究较少。本试验在前期进行不同辣椒品种镉富集能力评估的基础上，在不同锅浓度处理下对镉富集值差异显著的辣椒品种的生物量、生理特性等指标进行比较，试图从不同角度探讨辣椒品种锅富集能力差异的原因，为选育锅低富集型辣椒品种提供基础实验资料。

　　1材料与方法

　　11 供试材料

　　本试验选用Y1425(Cd低积累型品种)和ZL-1(Cd高积累型品种)作为试验材料，上述材料均由遵义职业技术学院现代农艺系辣椒分子育种课题组提供.

　　12 试验方法

　　供试缘椒种子经1%(wv)的次氯酸钠表面消毒后，用自来水充分冲洗，在25 ℃培养箱中进行萌发。选择萌发程度一致的辣椒种子种入珍珠岩中，采用Hoagland营养液浇施培养。待辣椒长至四叶一心时，将辣椒苗移至装有不含cd的Hoagland营养液的实验室自制水培系统(由10L塑科周转箱、80孔泡沫板和通气泵组成)中进行水培试验预培养.1周后，将试验材料移至含有不同Cd浓度

　　(0，20，40 mg/L，以CdCl2的形式加入)的Hoagland营养液中进行为期1周的试验.试验均重复5次，随机排列.

　　利用直尺和万分之一天平测量辣椒根、苗的长度和重量，采用硫代巴比妥酸法、氯化三苯基四氮唑法、高锰酸钾滴定法、愈创木酚法和氮蓝四唑(NBT)光还原法的等方法分别测定丙二醛(MDA)含量、根系活力、过氧化氢酶(CAT)活性、过氧化物酶(POD)活性和超过氧化物歧化酶(SOD)

　　活性的等生理指标，利用叶绿素仪(SPAD-502PLUS，Konica Minota，Japan)测定不同处理中辣椒叶的叶绿素含量。每种测定重复进行3次，利用SPSS 19.0软件处理试验数据.

　　2结果分析

　　2.1不同浓度对椒幼苗生长的影响

　　从表1可以看出在水培条件下Ca3"浓度较低时(20mg/L)，辣椒的根长、苗长等指标较对照有小幅增长，但在Cd"浓度升高后(40 mg/L)，两个辣椒品种根、苗伸长长度和干重等指标均下降，ZL-1的4项指标明显低于Y1425，各处理间差异显著.试验结果表明：低浓度Ca"对辣椒根、苗生长效果有一定促进作用：随Ca"浓度的提升，辣椒地上和地下部分的生长均受到明显抑制，根部受到毒害尤其严重：低积累品种受到毒害较轻.

　　2.2 镉对辣椒幼苗生理生化指标的影响

　　2.2.1叶绿素含量的变化镉通过影响叶绿素的含量、破坏类囊体的超微结构、抑制参与光合作用的部分酶的活性等方式破坏植物的光合作用，由表2可知，供试辣椒品种叶片中的叶绿素含量均随Cd浓度的升高而下降，高积累品种ZL-1比低积累品种Y1425减少的幅度大。在高浓度Cd(40 mg/L)处理下，供试材料的叶绿素含量下降明显，表明锅离子对叶绿体产生严重毒害。

　　2.2.2根系活力的变化从表2可以看出在水培条件下Cd浓度较低时(20 mg/L)，辣椒根系活力有小幅提高，但与对照相比不显著：在Cd2+浓度较高时(40 mg/)，辣椒根系活力显著下降，ZL-1较之Y1425，其根系活力下降程度较大。试验结果表明：在低Ca"浓度下辣椒根部生长受到一定促进，但是随着Cd浓度升高，Ca*会显著抑制辣椒根系生长。

　　2.2.3丙二醛(MDA)含量的变化MDA含量是反映机体抗氧化潜在能力的重要参数，可以反映机体脂质过氧化速率和强度，也能间接反映组织过氧化损伤程度.9，不同Cd浓度下，ZL-1和YJ425根系和叶片MDA含量见表2，随着Cd2+浓度升高，供试材料的根系和叶片的MDA含量均显著增加，在高浓度Cd2处理(40 mg/L)中，YJ425和ZL-1的根系MDA含量分别为对照的166.7%和180.9%

　　叶片MDA含量分别为对照的184.1%和197.2%，说明Cd"诱发产生的活性氧导致膜脂过氧化，对辣椒根系和叶片细胞膜系统均造成较严重的损伤，Cd2"浓度越高，毒害越大，但同等情况下低积累品种受到的伤害相对较小。在相同Cd+浓度下，根系的MDA含量始终高于叶片，说明Cd2+对根部造成的毒害大于叶片部分。

　　22.4抗氧化酶活性的变化在镉胁迫下，植物体内一系列的抗氧化酶如过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)的活性会受到显著影响10。由表3可知，随着Cd2+浓度增加，ZL-1和YJ425各自的CAT和POD活性均表现为先降低，后增加：但SOD活性表现为持续下降。其中，YJ425体现出较高的CAT和POD活性，ZL-1则体现出较高的SOD活性。

　　3讨论

　　研究表明，低浓度的镉对植物生长有促进作用1。本试验条件下，低浓度的镉(20 mg/L)对锯富集能力有差异的两个辣椒品种根和苗部分的生长均有微小的促进作用。但在高浓度的镉(40 mg/L)

　　环境中，供试材料的地上部分和地下部分的各项生理指标均显著降低。原因可能是Cd作为重金属元素，低浓度下触发辣椒自我的防卫机制，间接导致促进生长的表象呈现，高浓度下辣椒的整体生长受到严重抑制，尤其对辣椒的根部损害更大，对根部的损害直接影响到营养物质的吸收和分配，从而抑制辣椒的生长。综合供试材料的表现，YJ425的各项生理指标受到Cd的影响相对较小，对Cd表现出较强的耐性。

　　供试辣椒中叶绿素含量伴随Cd"浓度的增加而明显降低，这一现象可能与Cdt进入叶绿体细胞后阻碍叶绿素前体合成或直接分解叶绿素，进而使叶绿素含量降低有关(12]，供试辣椒品种中，高镉富集的辣椒品种ZL-1的叶绿素含量下降幅度较YJ425大，揭示在辣椒细胞内高镉富集会导致叶绿素本身及叶绿体的结构受到cd的严重破坏。

　　镉胁迫会导致大量活性氧自由基出现在受镉毒害的植物体内，造成膜质过氧化，MAD含量显著升高，而POD，SOD和CAT等抗氧化酶能够及时消除氧自由基，解除细胞遭受氧化胁迫的危险13-15在本试验中，随Cdt浓度的增加，供试材料的CAT和POD活性均表现为先降低，而后略有增加，但MDA含量和SOD活性分别呈上升和下降趋势。该结果与周红卫等11报道Cd+胁迫下，水花生根中SOD和CAT的活性呈现先升后降，过氧化物酶(POD)活性持续下降的变化趋势不相符，其原因有待进一步研究。

　　4结论

　　(1)高Cd浓度水平(40 mg/L)能显著抑制供试辣椒材料的生长，且对根系生长抑制作用明显。和对照相比较，ZL-1根系干重和地上部干重减少量显著大于YJ425根系干重减少量。与ZL-1相比，YJ425生长受到镉的抑制作用较小，从相关生长指标变化来看Y1425应对锅胁迫能力较强;

　　(2)供试辣椒品种在镉毒害下叶绿素含量均表现为不断降低的趋势，叶绿素含量受Cd抑制程度在品种间表现为ZL1>YJ425根系活力数值随Cd+浓度的增加先增加后减少，且两个品种间增长或减少的关系均体现为ZL1>Y1425，从叶绿素含量和根系活力数值等指标变化趋势来看，YJ425应对镉胁迫能力较强;

　　(3)不同Cd2浓度下，根部和叶片部SOD，POD和CAT活性变化在品种间均表现为YJ425优于ZL-1，其中CAT和POD活性随Cd处理浓度的增加先小幅降低而后增加，SOD活性则均表现为持续下降。辣椒根系和叶片MDA含量随Ca2+浓度的增加而增加，且相同Cd+浓度下的增加量均表现为ZL-1>Y1425，从抗氧化酶活性和MDA含量指标来看，YJ425应对镉胁迫能力也较强。

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