生物本科毕业论文

不同品种箭舌豌豆Cd耐性的对比研究

摘 要：本研究从种子萌发、幼苗生长、根系活力和植株中Cd的积累等方面考察了四个品种箭舌豌豆品种66-25、2556-1、兰箭3号和2560-1对镉的耐性。结果表明，四种受试植物对Cd均有一定的耐性，其中66-25耐性最强。

关键词：箭舌豌豆；Cd耐性；种子萌发；根系活力；幼苗生长

Constract research of different varieties of Vicia sativa L. to

Cadmium resistance

Abstract: Four varieties of Vicia sativa L. 66-25，2556-1, lanjian No. 3 and 2560-1 was conducted on seed germination, seedling growth, root vigor and plant accumulation of Cd to investigate on Cd resistance. The results showed that, four varieties of plants have resistance to Cd,the resistance of 66-25 is the strongst.

Key words:Vicia sativa L .; Cd resistance; Seed germination; Vigor of root; Seedling growth

引言

目前，镉（Cd）在电镀工业、冶金工业和军事等领域的广泛应用和含Cd化肥、农药和农膜等农资的大量施用已对大气、水体和土壤造成了严重污染，并已成了许多国家的环境问题和社会问题（Fairbrother等 2007；Dolenec等 2009；Swaddiwudhipong等 2010）。与其它金属相比，土壤中的Cd更易被植物吸收和富集（董萌等2011）。进入土壤的Cd，一旦进入农产品将对人体健康产生危害（Arao等 2010）。如上世纪40-60年代，日本富山县神通川流域发生的“痛痛病”就是因为当地人饮用了被Cd污染的水、吃了被Cd污染的“镉米”所致。近年来，我国不少地方不仅出现了“镉米”，也出现了“镉菜”，有媒体报道这些被污染的米菜已导致了一些难以治愈的疾病，甚至使一些人因此而丧生。

Cd污染及其危害人的生命健康事件不仅发生在日本和中国，也曾经出现在美国和英国等国家（罗中云 2008）。正是由于Cd对人体健康的严重威胁，1972 年联合国粮农组织(FAO)与世界卫生组织（WHO）专家委员会在关于食品污染的毒性报告中指出，Cd是仅次于黄曲霉毒素和砷的食品污染物，联合国国际环境规划署（DNFP）1984 年提出的具有全球意义的12 种危害物质中Cd 被列为首位（孙光闻等 2005），1993 年被正式确定为致癌物质（Michael 等 2000）。

近些年来，学者们一直在筛选抗Cd的作物品种、寻找超富集Cd的植物，由此获得无Cd污染的农产品、获得修复Cd污染土壤的植物材料。

研究已发现，豆科植物中的一些种类在矿业废弃地重金属污染的植被恢复中具有一定的作用（Harris 等 1996）。张芬琴等（2006）研究发现，豆科植物箭舌豌豆具有较好的镉耐性。

据此，本研究以不同品种的箭舌豌豆为材料进行进一步研究，旨在通过对比研究不同品种箭舌豌豆对Cd的耐性，为Cd污染土壤的植物修复提供有用的资料。

1.材料与方法

1.1试验材料

箭舌豌豆（Vicia sativa L.），品种为66-25、2556-1、兰箭3号、2560-1，由兰州大学南志标院士课题组提供。 1.2材料培养 1.2.1种子萌发

分别挑选饱满、大小一致的4种箭舌豌豆种子，用0.1%HgCl2进行表面消毒5min，再分别用去离子水充分冲洗后，在25℃温度下分别用浓度为0、10、50、100和500 µmol/L的CdCl2溶液浸种12h，再分别用去离子水冲洗5min。此后，于25℃温度下催芽，催芽期间每日用各自的处理液冲洗种子，以保持处理浓度基本不变，于3d后记录发芽数（以露白为准）。以上各处理重复3次，每重复取种子50粒。

1.2.2幼苗培养与处理

分别挑选饱满、大小一致的四种豌豆种子经0.1%HgCl2进行5 min的表面消毒后用去离子水充分冲洗，洗后置于黑暗、25℃条件下用去离子水浸种12h后，将其播于装有基质的塑料网篮中，自然光照。培养至第5天时，选长势良好且大小一致的幼苗移栽到盛有1 L完全营养液的培养钵中继续培养3天后对幼苗进行Cd处理，即分别用含有200、300、400和500 µmol/L CdCl2的完全营养液继续培养。在培养期间，每3 d更换1次营养液，每天早晚各通气1次，每次10 min。所有试验设3次重复。培养9d后，采样测定有关指标。 1.2.3测定方法

根和茎的长度、干重测定采用常规方法。

根系活力的测定采用张以顺等人（2009）的方法。

叶组织相对电导率的测定采用张以顺等人（2008）的方法。 镉积累量测定采用李松等人（2011）的方法。 2结果与分析

2.1不同品种箭舌豌豆种子萌发对Cd的响应

图1的结果表明，Cd处理后，各豌豆种子萌发率均被显著的抑制(P＜0.05）。与对照相比，当处理浓度为500 µmol/L时，66-25、2556-1、兰箭3号和2560-1的种子发芽率分别下降了29.3％、35.2％、34.5％、37.3％。其中，66-25的降幅最小。

图1不同品种箭舌豌豆种子萌发对Cd的响应

图中数值是3次重复的平均±SE；同一植物中的不同字母代表在P

Values are means±SE of three different experiments. Different letters indicate a difference between control and Cadmium

treatment at P

2.2不同品种箭舌豌豆茎的伸长生长对Cd的响应

由图2可见，与各自的对照相比，不同品种箭舌豌豆经不同浓度Cd溶液处理后，其茎的伸长生长均被显著的抑制(P＜0.05）。当处理浓度为500 µmol/L时，66-25、2556-1、2560-1和兰箭3号的茎长分别下降了27％、30.2％、41.8％和

29.9％。其中， 66-25受到的影响最小。

16.00

茎长/shoot length(cm)

14.0012.0010.008.006.004.002.000.00

[1**********]

Cd浓度/Cd concentration（µmol/L）

图2 不同品种箭舌豌豆茎的伸长生长对Cd的响应

图中数值是3次重复的平均±SE；同一植物中的不同字母代表在P

Values are means±SE of three different experiments .Different letters indicate a difference between control and Cadmium treatment at P

2.3 不同品种箭舌豌豆根的伸长生长对Cd的响应

图3的结果表明，与各自的对照相比，各豌豆幼苗根的伸长生长均被显著的抑制(P＜0.05）。当处理浓度为500 µmol/L时，66-25、2556-1、2560-1和兰箭3号的幼苗根长与其对照相比下降了20.6％、26.6％、30.8％和30.4％。其中，66-25的降幅最小。

图3 不同品种箭舌豌豆根的伸长生长对Cd的响应

图中数值是3次重复的平均±SE；同一植物中的不同字母代表在P

Values are means±SE of three different experiments . Different letters indicate a difference between control and Cadmium treatment at P

2.4 不同品种箭舌豌豆茎叶干物质积累对Cd的响应

图4的结果表明，不同品种箭舌豌豆经不同浓度Cd溶液处理后，与各自的对照相比，各豌豆地上部干物质积累均被显著的抑制(P＜0.05）。当处理浓度为500 µmol/L时，66-25、2556-1、2560-1和兰箭3号的幼苗茎叶干物质积累与其对照相比下降了52.2％、51.2％、52.3％和51.5％。各品种间无明显差异。

图4 不同品种箭舌豌豆茎叶干物质积累对Cd的响应

图中数值是3次重复的平均±SE；同一植物中的不同字母代表在P

Fig. 4 Responses of shoots dry matter accumulation of four varieties of Vicia sativa L .to Cadmium treatment Values are means±SE of three different experiments . Different letters indicate a difference between control and Cadmium treatment at P

2.5 不同品种箭舌豌豆地下部分干物质积累对Cd的响应

图5的结果表明，与其对照相比，当处理浓度为500 µmol/L时，66-25、2556-1、2560-1和兰箭3号的幼苗地下部干物质积累分别下降了38％、39.3％、52.5％和51.9％。其中，66-25的降幅最小。

图5 不同品种箭舌豌豆地下部分干物质积累对Cd的响应

图中数值是3次重复的平均±SE；同一植物中的不同字母代表在P

Fig. 5 Responses of roots dry matter accumulation of four varieties of Vicia sativa L. to Cadmium treatment Values are means±SE of three different experiments . Different letters indicate a difference between control and Cadmium treatment at P

2.6不同品种箭舌豌豆相对电导率对Cd的响应

图6的结果表明Cd处理后各豌豆叶组织相对电导率均显著的增加(P ＜0.05）。当处理浓度为500 µmol/L时，66-25、2556-1、2560-1和兰箭3号的幼苗叶组织相对电导率分别使其对照的152.6％、221.5％、565.5％和149.8％。其中，兰箭3号的升幅最小。

图6 不同品种箭舌豌豆相对电导率对Cd的响应

图中数值是3次重复的平均±SE; 同一植物中的不同字母代表在P

Values are means±SE of three different experiment. Different letters indicate a difference between control and Cadmium treatment at P

2.7不同品种箭舌豌豆根系活力对Cd的响应

图7的结果表明，与各自的对照相比，各豌豆根系活力被显著的抑制(P＜0.05）。当处理浓度500 µmol/L时，66-25、2556-1、2560-1和兰箭3号的幼苗根系活力分别下降了9.5％、12.3％、13.9％和11.4％。其中，66—25的降幅最小。

0.500.45

根系活力/mgTTC·hg-1FW·

0.400.350.300.250.200.150.100.050.00

1050100

Cd浓度/concentration（μmol/L）

500

图7不同品种箭舌豌豆根系活力对Cd处理的响应

图中数值是3次重复的平均±SE;同一植物中的不同字母代表在P

Values are means±SE of three different experiments . Different letters indicate a difference between control and Cadmium treatment at P

2.8不同品种箭舌豌豆植株中Cd积累

图8的结果表明,与各自的对照相比，各豌豆植株中Cd积累量均显著的增加(P＜0.05）。当处理浓度为500 µmol/L时，66-25、2556-1、2560-1和兰箭3号植株中Cd积累分别是其对照的103.1％、105.1％、109.8％和63.0％。其中，兰箭3号的积累最小。

76

Cd含量/Cd content(μg/gDW)

5

43210

0200300400Cd浓度/Cd concentration(μmol/L)

图8 不同品种箭舌豌豆植株中Cd积累

500

图中数值是3次重复的平均±SE;同一植物中的不同字母代表在P

Values are means±SE of three different experiments . Different letters indicate a difference between control and Cadmium treatment at P

3讨论

种子萌发和幼苗建成是作物生长的关键时期，它能防护各种环境因子胁迫，但是它一旦萌发就会对胁迫变的敏感，且萌发会受到不同程度的抑制（王丽燕等 2009）。本试验结果表明,Cd对四个品种豌豆种子的萌发及幼苗的生长均有显著影响。这一结果与（张芬琴等2006）结果相似；茎长、根长受到不同程度的抑制（P＜0.05），这一结果与（崔玮等 2004）结果相似；茎叶干重、根干重受到不同程度的抑制（P＜0.05），这一结果与（何俊瑜等 2009）结果相似。植物根系是活跃的吸收和合成器官，根的生长情况和活力水平直接影响地上部的生长和营养状况及产量水平，故根系活力是植物生长的重要指标之一（张雄 1982 ）。随着Cd浓度的增加，不同品种豌豆根系活力均受到不同程度的抑制（P ＜0.05），这一结果与（秦秀昌 2002）结果相似。综上所述，Cd一方面抑制了四种箭舌豌豆幼苗的生长，另一方面又抑制了其根系活力，但是总的来看，在四种受试植物中，其受抑率均未超过50%。

细胞膜的透性是评定植物对污染物反应的方法之一，细胞外渗液的电导度与污染物的浓度成正相关（徐秋曼等 2001）。本研究结果表明，Cd提高了细胞外

渗液的电导率，但在四种中的表现不同。重金属对植物的毒害机理之一是干扰植物对养分的吸收，进而破坏植物体内的养分平衡，影响植物的正常生长（宋喻等 2005）。已有研究表明，大豆、 小白菜、萝卜与豌豆等品种间对Cd 吸收存在差异，不同种植物的遗传特性差异决定其对重金属元素的吸收量，可作筛选重金属低积累品种的生理基础（杨居荣等 2005）。本研究结果表明，不同品种的箭舌豌豆积累Cd的能力不同。在Cd污染9天后，四种箭舌豌豆均表现出良好的生长状态。

综合本研究的结果，可以得出如下结论：

（1）Cd对四种箭舌豌豆的生长有一定的抑制作用，但四种箭舌豌豆对Cd有一定程度的耐性。

（2）相比之下，66-25的耐性最好，可作为Cd污染土壤的植物修复材料，但尚需进一步的研究证实。

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