高低镉积累棉花品种生理生化特性研究

华北农学报・２０１　７，３　２（６）：１　７０－１　７４　高低镉积累棉花品种生理生化特性研究　欧阳燕莎，刘爱玉，李瑞莲，刘浩然　（湖南农业大学棉花研究所，湖南长沙４１０１２８）　摘要：为了探究不同浓度镉胁迫对棉花幼苗非蛋白巯基肽类（ＮＰＴ）、植物螯合肽（ＰＣｓ）、金属硫蛋白（ＭＴ）和谷胱　甘肽（ＧＳＨ）等含巯基类物质与镉胁迫毒理的内在联系，在漂浮育苗条件下，对镉（ｃｄ）积累不同的棉花品种单ｌ６和　１１—２０进行研究。结果表明，ｃｄ处理提高了棉苗根、茎和叶中ＮＰＴ和ＰＣｓ含量。根中ＮＰＴ含量ｌ１—２０显著低于单ｌ６，　茎中ＮＰＴ含量则ｌ１—２０显著高于单１６，叶中ＮＰＴ含量在镉处理浓度由１５０　ｐ．ｍｏｌ／Ｌ提高到３００　ｉ￣ｍｏｌ／Ｌ时，两品种根中　ＮＰＴ含量增加，茎中ＮＰＴ含量略有下降，而在叶片中的ＮＰＴ含量，表现为单１６略增加，ｌ１—２０略降低。棉苗根中ＧＳＨ　含量表现为先增后减，茎中则表现为先减后增，均为１１・２０品种ＧＳＨ含量高于单１６。棉苗各器官中ＰＣｓ含量随着镉　浓度的增加而增加。棉苗根和叶中ＰＣｓ含量均为单１６显著高于１１—２０，茎中ＰＣｓ含量则相反。２个棉花品种ＮＰＴ、　ＰＣｓ和ＧＳＨ含量均表现为根＞茎＞叶。ｃｄ处理显著提高了棉苗根、茎和叶中ＭＴ含量，均表现为叶＞茎＞根。ｌ１—２０　的ＭＴ含量显著高于单１６，较高的镉浓度（３００　ｐ￣ｍｏｌ／Ｌ）处理可诱导棉苗ＭＴ合成量增加。　关键词：棉花；非蛋白巯基肽类；植物螯合肽；谷胱甘肽；金属硫蛋白　中图分类号：￥５６２．０ｌ　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００—７０９１（２０１７）０６—０１７０—０５　ｄｏＩ：１０．７６６８／ｈｂｎｘｂ．２０１７．０６．０２５　

Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　Ｃｏｔｔｏｎ　Ｖａｒｉｅｔｉｅｓ　Ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄ　ｂｙ　Ｈｉｇｈ　ａｎｄ　Ｌｏｗ　Ｃａｄｍｉｕｍ　

ＯＵＹＡＮＧ　Ｙａｎｓｈａ，ＬＩＵ　Ａｉｙｕ，ＬＩ　Ｒｕｉｌｉａｎ，ＬＩＵ　Ｈａｏｒａｎ　（Ｃｏｔｔｏｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｈｕｎａｎ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ　４１０１２８，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｓｉｎｇ　ｃａｄｍｉｕｍ（Ｃｄ）ｔｏ　ａｃｃｕｍｕｌａｔｅ　ａ　ｖａｒｉｅｔｙ　ｏｆ　ｃｏｔｔｏｎ　ｖａｒｉｅｔｉｅｓ　Ｄａｎ　１６　ａｎｄ　１　１—２０，ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｃａｄｍｉｕｍ　ｓｔｒｅｓｓ　ｏｎ　ｃｏｔｔｏｎ　ｓｅｅｄｌｉｎｇ　ｗｅｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆｌｏａｔｉｎｇ　ｓｅｅｄｌｉｎｇ　ｓｅｅｋｓ　ｔｏ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ　ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　Ｃｄ　ｔｏｘｉｃｉｔｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ｎｏｎ—ｐｒｏｔｅｉｎｔｈｉｏｌ（ＮＰＴ），ｐｈｙｔｏｃｈｅｌａｔｉｎｓ　（ＰＣｓ），ｇｌｕｔａｔｈｉｏｎｅ（ＧＳＨ）ａｎｄ　ｍｅｔａｌｌｏｔｈｉｏｎｅｉｎ（ＭＴ）．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ＮＰＴ　ａｎｄ　ＰＣｓ　ｈａｄ　ｉｍ—　ｐｒｏｖｅｄ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　Ｃｄ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｗｈｉｃｈ　ｉｎ　ｃｏｔｔｏｎ　ｓｅｅｄｌｉｎｇ　ｓ　ｒｏｏｔ，ｓｔｅａｍ　ａｎｄ　ｌｅａｖｅｓ．Ｔｈｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ＮＰＴ　ｉｎ　ｒｏｏｔｓ　ｏｆ　１　１－２０　ｗａｓ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ｌｏｗｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈａｔ　ｏｆ　Ｄａｎ　１　６，ｗｈｉｌｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｏｐｐｏｓｉｔｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｅｍｓ．Ｔｈｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ＮＰＴ　ｉｎ　ｌｅａｖｅｓ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｓｌｉｇｈｔｌｙ　ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃａｄｍｉｕｍ　ｗａｓ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｆｒｏｍ　１　５０　ｐ，ｍｏｌ／Ｌ　ｔｏ　３００　ｐ￣ｍｏｌ／Ｌ．Ｔｈｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ＧＳＨ　ｉｎ　ｃｏｔｔｏｎ　ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ　ｗａｓ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｆｉｒｓｔ　ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ，ｗｈｉｌｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｔｅｍ　ｗａｓ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ　ｆｉｒｓｔ　ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ．ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｅｎｔｓ　ｏｆ　ＧＳＨ　ｉｎ　１　１－２０　ｗｅｒｅ　ｈｉｇｈｅｒ　ｔｈａｎ　Ｄａｎ　１　６．Ｔｈｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ＰＣｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｏｒｇａｎｓ　ｏｆ　ｃｏｔｔｏｎ　ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｏｆ　ｃａｄｍｉｕｍ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ＰＣｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｒｏｏｔ　ａｎｄ　ｌｅａｆ　ｏｆ　ｃｏｔｔｏｎ　ｗａｓ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ｈｉｇｈｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈａｔ　ｏｆ　１　１—２０，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ＰＣ　ｉｎ　ｓｔｅｍ　ｗａｓ　ｏｐｐｏｓｉｔｅ．Ｔｈｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ＮＰＴ，ＰＣｓ　ａｎｄ　ＧＳＨ　ｉｎ　ｃｏｔｔｏｎ　ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｒｏｏｔ＞ｓｔｅｍ＞ｌｅａｖｅｓ．Ｃｄ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ＭＴ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｉｎ　ｒｏｏｔｓ，ｓｔｅｍｓ　ａｎｄ　ｌｅａｖｅｓ　ｏｆ　ｃｏｔｔｏｎ　ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ，ａｌｌ　ｓｈｏｗｅｄ　ｌｅａｆ＞ｓｔｅｍ＞ｒｏｏｔ．Ｔｈｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ＭＴ　ｉｎ　１　１—２０　ｗａｓ　ｓｉｇｎｉｆｉ－　ｃａｎｔｌｙ　ｈｉｇｈｅｒ　ｔｈａｎ　Ｄａｎ　１６，ｔｈｅ　ｈｉｇｈｅｒ　Ｃｄ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ（３００￣ｘｍｏｌ／Ｌ）ｃｏｕｌｄ　ｉｎｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　ＭＴ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ｉｎ　ｃｏｔｔｏｎ　ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｃｏｔｔｏｎ；Ｎｏｎ—ｐｒｏｔｅｉｎｔｈｉｏｌ；Ｐｈｙｔｏｃｈｅｌａｔｉｎｓ；Ｇｕｈａｔｈｉｏｎｅ；Ｍｅｔａｌｌｏｔｈｉｏｎｅｉｎ　

收稿日期：２０１７—０９—２０　基金项目：湖南省教育厅重点项目（１５Ａ０９１）；国家自然科学基金项目（３１５７１５９３）　作者简介：欧阳燕莎（１９９２一），女，湖南宜章人，在读硕士，主要从事作物栽培生理生态研究。　通讯作者：刘爱玉（１９６５一），女，湖南临澧人，教授，博士，博士生导师，主要从事作物栽培生理生态研究。　李瑞莲（１９６７一），女，湖南沅江人，副研究员，硕士，硕士生导师，主要从事作物栽培生理生态研究。　６期　欧阳燕莎等：高低镉积累棉花品种生理生化特性研究　１７１　目前，随着工农业的发展，环境受到污染的程　度越来越严重，已成为国内外普遍关注的环境问题　之一…。土壤重金属污染一直都是严峻的问题，植　物在重金属污染的土壤中会富集重金属，进而通过　食物链进人人体，危害人体健康，因此，土壤污染越　来越受到国内外各学者的重视　。　植物清除重金属毒害的重要成分可能是植株　内的谷胱甘肽（ＧＳＨ）、非蛋白巯基（ＮＰＴ）、金属硫蛋　白（ＭＴ）和植物螯合肽（ＰＣｓ）等含巯基类化合物，在　一定水平上能使植株对逆境的耐受能力提高　一。　有研究报道，ＧＳＨ和Ｃｙｓ在非超积累植物对重金属　的耐性中起着重要的作用　。另有研究显示，螯合　金属离子是植株体内细胞消除其毒害的重要途径　之一，其机理主要是通过金属硫蛋白（Ｍｅｔａｌｌｏｔｈｉｏ—　ｎｅｉｎ，ＭＴ）和植物螯合肽（Ｐｈｙｔｏｃｈｅｌａｔｉｎｓ，ＰＣｓ）与重　金属离子结合，形成硫肽复合物达到使游离态金属　离子浓度降低的目的，因而使植物对金属的耐受能　力得到提高　。然而镉胁迫下对棉苗植株各器官　含巯基类物质的影响却鲜有报道。本试验在前期　研究的基础上，选择镉低积累品种（单１６）和镉高积　累品种（１１—２０）为研究对象，研究不同镉浓度下棉苗　各器官中ＧＳＨ、ＮＰＴ、ＰＣｓ和ＭＴ含量，初步探索棉苗　含巯基肽类物质的含量变化，为修复植物的选育提　供试验依据。　１　材料和方法　试验于２０１６年在湖南农业大学校内科研基地　进行，育苗池位于大棚内。　１．１　试验材料　前期试验筛选出的镉低积累品种（单ｌ６）和镉　高积累品种（１１－２０）均由湖南农业大学棉花研究所　提供。　１．２试验方法　采用漂浮育苗方式进行，选取饱满均一的棉花　种子，播种于填满基质的育苗盘中，放入装有营养　液的塑料盆中，待幼苗长出２片真叶后，挑选长势一　致的幼苗放入装有ＣｄＣＩ，的塑料盆中，使营养液中　的镉浓度达到所设置的浓度。设３个镉浓度处理，　分别为０（ＣＫ），１５０，３００￣ｍｏｌ／Ｌ。先配制成１　ｍｏｌ／Ｌ　的ＣｄＣ１　溶液，在育苗池加入等量自来水，再按设计　浓度加入相应量的ＣｄＣ１：溶液，使育苗营养液ｃｄ浓　度达到所设置浓度，隔６　ｄ换一次水溶液，期间定期　使水溶液保持在同一水平。　１．３取样测定　取样：四叶一心时进行一次性取样，取各处理的　－＿Ｒ１％ｕ　¨２　Ｂ　ＨＬＩ—ＳｍＩＣｎ　棉花幼苗用去离子水冲洗干净，再用２０　ｍｍｏｌ／Ｌ　Ｎａ，．　ＥＤＴＡ浸泡１５　ｍｉｎ，去除植物根系吸附的镉，自来水　冲洗３次，最后用去离子水润洗，吸干表面水分，分成　根、茎、叶３个部分，保存于一２０℃冰箱内备用。　非蛋白巯基（ＮＰＴ）：采用ＤＴＮＢ法测定。。　；谷胱　甘肽（ＧＳＨ）：采用ＤＴＮＢ法测定　；采用差减法计　算　：植物螯合肽（ＰＣｓ）含量（ＰＣｓ）＝ＮＰＴ总量一　ＧＳＨ含量；金属硫蛋白（ＭＴ）：采用ＤＴＮＢ法　测定　。　１．４数据处理与统计分析　应用Ｅｘｃｅｌ　２０１３和ＳＰＳＳ等软件作统计分析。　

２　结果与分析　２．１非蛋白巯基含量变化　在根中，与对照相比，无论是镉低积累品种单１６　还是高积累品种１１－２０，随着镉处理浓度提高，棉苗根　中ＮＰＴ含量（以鲜质量计）提高。在１５０　ｐ￣ｍｏｌ／Ｌ镉　处理时，单１６和１１－２０这２个品种与各自对照相比，　根中ＮＰＴ含量分别增加了３７．５５％和７．Ｏ７％；在　３００￣ｍｏｌ／Ｌ镉处理时，与各自对照相比，单１６和１１－２０　这２个品种棉苗根部ＮＰＴ含量分别增加了４５．７５％和　２９．２０％。单ｌ６根中ＮＰＴ含量显著高于１１—２０（图　１）。根作为植物生长的重要组织器官，且首先接触重　金属离子，高镉浓度处理下，根中合成更多的巯基物　质与镉络合，达到缓解对植物根系的毒害目的，以　使其正常生长…　。１１—２０根ＮＰＴ增加幅度差异大　于单１６，可能是镉低积累品种耐镉的原因之一。