彭昌琴 徐玲玲 陈兴银

摘要：采用盆栽方法，用50、100、150、200、250、300 mg/kg这5种浓度的镉液处理凤仙花种子，研究丛枝菌根（AM）真菌对镉胁迫下凤仙花生理特征的影响。结果表明，AM真菌能入侵凤仙花的根部，且接种AM真菌的凤仙花对不同浓度镉胁迫的生理响应程度不同，随镉胁迫浓度的增加，凤仙花超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）活性均呈先升后降再升的趋势，过氧化氢酶（CAT）活性呈先降后升的趋势，丙二醛（MDA）含量总体呈上升趋势;接种AM真菌时，凤仙花SOD、POD、CAT活性均在镉胁迫浓度为300 mg/kg时达到最大，分别为98.84、100.87、31.33 U/（g·min），MDA含量相对最高，为16.84 μmol/g;在200～300 mg/kg较高浓度镉胁迫处理下，接种AM真菌处理的凤仙花抗氧化酶活性高于无AM菌处理的，MDA含量低于无AM菌处理的。在镉胁迫下，凤仙花与AM真菌共同作用可提高其抗氧化酶活性、降低膜脂过氧化，促进凤仙花对重金属镉的吸收。

关键词：镉胁迫;丛枝菌根（AM）;凤仙花;生理指标;抗氧化酶;MDA含量

中图分类号： Q945.78;S681.101  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2019）14-0186-03

近年來，我国由于工矿业与农业等人为活动而导致的土壤环境污染背景值增高，使得耕地土壤环境污染问题突出[1]。近期颁布的《全国土壤污染状况调查公报》显示，我国南方土壤污染较北方严重，且土壤重金属污染中镉（Cd）污染程度位居首位，其污染超标率达7%[2]，重金属镉污染已严重影响植物的正常生长和人类健康[3-4]。土壤中的镉元素具有极强的生物迁移性，易被植物吸收和积累，还可随着生物链危及人类健康和生存，因此，有关土壤镉污染的毒害效应已经越来越引起人们的关注[5]，对被重金属镉污染的土壤治理问题急待解决。有研究表明，镉对植物的毒害主要体现在抑制植株生长、影响植物开花、降低植株对逆境的抗性等[6-8]。凤仙花（Impatiens balsamina L.）为凤仙花科凤仙花属1年生草本花卉，生存力和适应性很强。目前，凤仙花在重金属胁迫方面的研究多集中在Pb、Cd、Zn方面。有研究发现，凤仙花在高浓度Pb、Zn胁迫下生长受到一定影响，但能正常完成生活史，说明凤仙花对Pb、Zn具有较强的耐性[9]。

丛枝菌根（arbuscular mycorrhizae，AM）真菌是一类可以和陆地上80%以上植物建立共生关系的微生物，可增强植物对土壤中养分尤其是难移动养分的吸收[10-12]。Feng等研究表明，接种AM真菌可促进玉米生长，增加玉米植株对磷的吸收，使根可溶性糖含量提高[13];接种AM真菌的棉花其耐盐能力得到一定程度增强[14]。目前，接种AM真菌对镉胁迫下凤仙花生理抗性的研究鲜见报道。本试验以凤仙花为材料，探究接种AM真菌对镉胁迫下凤仙花生理指标的影响，为重金属污染的植物修复提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

凤仙花种子，购买于山东临沂沃术花卉园;供试土壤，购买于江苏徐州江园园艺绿植之家;氯化镉（CdCl2·2.5H2O），分析纯，购买于贵阳市赛兰博生物试剂公司。AM菌种为摩西球囊霉，由贵州大学生理实验室提供。

1.2 试验方法

试验在贵州大学生物技术实验室进行，试验时间为3—6月，采用盆栽方法。挑选大小一致的凤仙花种子，用0.5%高锰酸钾消毒3～5 min，蒸馏水反复冲洗干净;取口径为21 cm的塑料盆，放置于托盘上以防止镉溶液渗出，盆内铺上1层滤纸，向每个盆中放入500 g等量基质，基质由经高温灭菌、尼龙筛过筛的营养土分别与灭菌（无AM真菌）、不灭菌的AM菌剂土按比例10 ∶ 1混匀制成;将等量、浓度分别为50、100、150、200、250、300 mg/kg的Cd2+溶液加入塑料盆中，以加入等量蒸馏水为空白对照;将凤仙花种子播种在土壤里，每盆20粒，重复3次;用少许土掩盖种子以促进发芽，每隔1～2 d浇1次等量的蒸馏水。

1.3 AM侵染的检测

凤仙花培养3个月，用蒸馏水将凤仙花根部清洗干净，置于离心管中;向离心管中加入10% NaOH溶液，水浴锅中 90 ℃ 水浴6～10 min;用蒸馏水清洗5～6次，再向离心管中加入30% H2O2溶液，水浴加热直至根部完全漂白;蒸馏水冲洗干净，用宝品红染色5 min，再清洗干净，并制成临时玻片，在OLYPUS光学显微镜下观察并拍照，考察菌根侵染情况。

1.4 生理指标的测定

超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性分别采用氮蓝四唑（NBT）光化还原法、愈创木酚法、紫外吸收法测定[15-17];丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法测定[15]。

1.5 数据统计分析

采样Excel 2010软件对试验数据进行统计处理，采用Adobe Photoshop软件对图片进行裁剪。

2 结果与分析

2.1 AM真菌在凤仙花根部的形态

AM真菌容易从比较幼嫩的根部侵入植物体内，尤其是根冠及根尖分生区，也有从根毛区侵入的。由图1可知，没有接种AM真菌的凤仙花根部细胞排列紧密，且细胞内没有囊泡、丛枝结构等存在（图1-A）;接种AM真菌初期，AM真菌开始萌发，在凤仙花根部形成泡囊结构（图1-B），后继续萌发成菌丝，形成丛枝结构（图1-C），这也说明真菌已入侵到凤仙花根部内。

2.2 AM真菌对镉胁迫下凤仙花抗氧化酶活性的影响

2.2.1 SOD活性 SOD是生物体中清除氧自由基的重要酶之一，可保护生物膜、防止生物膜脂过氧化，其活性大小与逆境生长下植物的抗逆性强弱密切相关[18]。由图2可知，无AM真菌处理下，随镉溶液浓度的增加，凤仙花SOD活性呈先降后升的趋势，50 mg/kg镉胁迫时凤仙花的SOD活性相对最小，为30.22 U/（g·min），300 mg/kg镉胁迫时达到最大，为98.84 U/（g·min）;接种AM真菌处理时，随使用镉浓度的增加，凤仙花SOD活性呈先升后降再升的趋势，镉浓度为0 mg/kg （CK）处理时相对最小，为33.83 U/（g·min），300 mg/kg 镉胁迫时达到最大，为113.50 U/（g·min）;接种AM真菌处理的凤仙花SOD活性整体高于无菌处理的，说明接种AM真菌可提高凤仙花的SOD活性。

2.2.2 POD活性 POD的作用主要是将过氧化氢分解成H2O等物质，以减轻过氧化氢对植物体的伤害，POD活性应激性变化可反映逆境胁迫下植物受伤害的程度[19]。由图3可知，无AM真菌处理下，0、50、100、150、200、250、300 mg/kg鎘胁迫处理的凤仙花的POD活性分别为28.93、35.40、35.72、40.53、68.00、72.67、68.86 U/（g·min），呈先升后降的趋势，经镉胁迫处理的凤仙花的POD活性均高于对照;接种AM真菌处理时，随使用镉浓度的增加，凤仙花POD活性呈先升后降再升的趋势，除0、50 mg/kg镉胁迫处理的凤仙花POD活性低于无菌处理的外，其他浓度镉胁迫处理的凤仙花的POD活性均高于无菌处理，说明接种AM真菌可提高凤仙花对镉的吸收;接种AM真菌处理下，镉浓度为0 mg/kg时凤仙花POD活性最小，为21.2 U/（g·min），300 mg/kg镉胁迫时凤仙花POD活性达到最大，为100.87 U/（g·min）。

2.2.3 CAT活性 CAT主要存在于过氧化物酶体、线粒体和细胞质等处，是植物细胞内一个重要的抗氧化酶，主要功能是清除细胞内过量的过氧化氢，将其分解为H2O等物质[18]。由图4可知，无AM真菌处理下，随使用镉浓度的增加，凤仙花CAT活性整体呈上升趋势，50 mg/kg镉胁迫时凤仙花CAT活性相对最小，为10.97 U/（g·min），300 mg/kg镉胁迫时达到最大，为22.72 U/（g·min）;接种AM真菌处理时，随使用镉浓度的增加，凤仙花CAT活性呈先降后升趋势，镉浓度为0、50、150 mg/kg时凤仙花CAT活性接低于无菌处理的，且相互间相差不大，说明AM真菌在低浓度镉胁迫时作用不明显，而在镉浓度为200、250、300 mg/kg时接菌处理的凤仙花的CAT活性明显高于无菌处理，说明AM真菌在高浓度镉胁迫作用下，可促进凤仙花对重金属镉的吸收。

2.3 AM真菌对镉胁迫下凤仙花MDA含量的影响

MDA是植物膜脂过氧化的重要产物，是衡量细胞膜受损的重要指标[20]。由图5可知，无论接种AM真菌与否，随使用镉浓度的增加，凤仙花MDA含量总体呈上升趋势，且接种AM真菌处理的均低于无菌处理，说明AM真菌在一定程度上可减轻镉对凤仙花的伤害;无菌处理下，凤仙花MDA含量在0 mg/kg镉胁迫时相对最小，为6.89 μmol/g，在镉浓度为300 mg/kg时相对最大，为16.84 μmol/g;接菌处理时，0、50、100、150、200、250、300 mg/kg镉胁迫处理的凤仙花MDA含量分别为5.36、5.33、5.56、7.52、8.68、9.01、10.03 μmol/g，镉浓度为0～100 mg/kg时凤仙花MDA含量相差不大。

3 结论与讨论

重金属对植物来说是一种逆境胁迫，在逆境中，植物会启动一系列防御机制来抵抗或者减轻逆境对自身的伤害。植物在良好的生长环境中，体内产生的自由基含量很少，可通过植物自身的抗氧化系统及时清除以维持自由基的相对平衡[21];植物在恶劣的环境中会产生大量自由基，此时自身的保护系统无法及时清除，多余的活性氧自由基就会对植物造成毒害作用，阻碍植物生长和代谢。研究发现，丛枝菌根（AM）真菌通过提高宿主植物抗氧化酶活性来清除重金属毒害产生的自由基，减少膜脂过氧化，调节细胞正常的渗透压，进而提高宿主植物的耐受性[22]。本研究中，接种AM真菌条件下，凤仙花超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性均随使用镉浓度的增加而多有明显上升，抗氧化酶系统的活性相比无菌处理呈现不同程度的增加趋势，镉胁迫浓度为300 mg/kg时达到最大，分别为98.84、100.87、31.33 U/（g·min），说明在重金属胁迫下，AM真菌能提高抗氧化酶的活性以增强对活性氧的清除能力，从而达到减轻植物受伤害的目的[23];接种AM真菌的凤仙花，其MDA含量随使用镉浓度的增加而增大，但与无菌处理相比，凤仙花MDA含量明显低于未接菌处理的，说明AM真菌可降低膜脂过氧化作用，减少重金属由根部向地上部的积累，也有可能AM真菌和重金属形成络合物，不利于重金属穿过细胞膜，从而减轻了对细胞膜的伤害[24]。

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