镉对菜心叶绿素、蒸腾速率及光合速率的影响

江俊勇，李乐林

（1.江西生物科技职业学院，江西南昌 330200；2.江西省丰城市现代农业技术服务中心，江西丰城 331100）

随着工业的迅速发展，“三废”的排放使环境污染日益严重，造成农作物产量和品质下降、优良品种退化迅速，严重制约农业的发展[1]。镉是生物毒性最强的重金属之一，极易被植物吸收并累积，尤其是叶菜类蔬菜，超过一定限度不仅严重影响植株的正常生长，降低作物产量和品质，而且通过食物链富集后危害人体健康。本研究以叶菜类蔬菜代表——菜心（BrassicacampestrisL.ssp.chinensisvar.utilisTsen et Lee）为材料，研究不同浓度镉对菜心光合速率、蒸腾速率及叶绿素含量的影响，旨在为菜心镉暴露后生长变化研究及菜心的食品卫生安全提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 供试材料

菜心：品种为名优408，由广州市爱普农业科技有限公司生产。

1.2 试剂与仪器

FA2004电子天平，上海舜宇恒平科学仪器有限公司；Li-6400便携式光合作用测定仪，美国LI-COR公司；UV1000紫外可见分光光度计，尤尼柯（上海）仪器有限公司。氯化镉、乙醇、丙酮，分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

1.3 试验设计

采用土壤盆栽试验法，每钵装土5 kg，将菜心种子播种于营养钵内，待长至四片真叶时开始施加营养液，每钵每次加500 mL，施加频率为7 d一次。

营养液元素组成：Mg 48.78 mg/L，B 0.52 mg/L，Mn 0.49 mg/L，Zn 0.05 mg/L，Cu 0.012 7 mg/L，Mo 0.007 9 mg/L，Na 0.003 8 mg/L，Fe 0.2 mg/L，Ca 105.214 mg/L，S 112.089 45 mg/L，N 273 mg/L，P 50 mg/L，K 429 mg/L。

以外源镉的方式加入营养液中，共设5个处理，每个处理1钵，每钵留1株菜心，重复3次。Cd2+处理浓度分别为0.2 mg/L、0.4 mg/L、0.8 mg/L和1.6 mg/L，以清水为对照（CK）。

1.4 测定方法

（1）光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）采用便携式光合作用测定仪测定。

（2）叶绿素含量的测定：将菜心叶片剪成1～2 mm2的碎片，用浸提剂（乙醇∶丙酮∶水体积比为4.5∶4.5∶1.0）浸提48 h，叶片变白后，分别在分光光度计663 nm、645 nm处比色测定浸提液的吸光值，计算叶绿素a、叶绿素b的含量，计算公式如（1）和（2）所示。单位为mg/g。

式中，ω1和ω2分别为叶绿素a含量和叶绿素b含量，mg/g；A1和A2分别为试液在663 nm和645 nm处的吸光度值；V为试液体积，mL；m为试样质量，g。

1.5 统计分析方法

试验数据采用Excel 2003和DPS软件进行处理与分析。

2 结果与分析

2.1 镉胁迫对菜心叶绿素含量的影响

叶绿素存在于光合作用的重要器官——叶绿体中，它直接影响植物光合作用的强度，同时植株叶片叶绿素的含量也与植物的营养状况和干物质的积累密切相关，叶绿素的含量是反应污染物对植物伤害程度的一个重要指标。由表1可知，菜心叶绿素含量随镉浓度的增加而呈减少态势。与对照组相比，在0.2 mg/L镉浓度处理下，叶绿素a含量降低了10.84%，叶绿素b含量降低了11.11%，说明低镉浓度下，叶绿素b对镉胁迫更敏感。而当镉浓度超过0.2 mg/L，均表现为叶绿素a的含量降低率大于叶绿素b的含量降低率，说明较高浓度的镉胁迫对叶绿素a的影响比叶绿素b更大。

表1 不同浓度镉对菜心叶组织中叶绿素含量的影响

试验结果表明，低浓度镉处理对菜心叶绿素含量的影响不大，叶绿素含量与对照组差异不显著；当镉浓度达到0.4 mg/L，菜心叶绿素含量显著降低，表明菜心叶绿素含量受镉剂量效应影响。高浓度的镉可能破坏了菜心叶绿体结构功能，并影响叶绿素酶的活性，使叶绿素发生了分解，这与王霞等[2]和TRUONG等[3]研究发现的叶绿素生物合成受抑制的生理模式一致。杨居荣等[4]发现镉降低植物总叶绿素含量及叶绿素a/b比值，但对叶绿素b影响不大，镉会破坏叶绿体膜系统。本试验发现，总叶绿素含量随着镉浓度的升高而减少，且叶绿素a比叶绿素b的变化幅度更大，叶绿素a/b比值的改变降低了光合速率。

2.2 镉胁迫对菜心光合速率的影响

光合速率是植物最重要的光合作用指标。由表2可知，光合速率随镉浓度的增加而降低。镉浓度为0.2 mg/L时，对光合速率影响较小；当镉浓度达到0.4 mg/L，菜心的光合速率显著低于对照组；镉浓度达到0.8 mg/L、1.6 mg/L时，其光合速率与对照组差异极显著。

表2 不同浓度镉处理对菜心光合速率的影响

CHUGH等[5]发现，在镉离子胁迫下，豌豆光合速率比光合作用其他参数（如叶面积、叶鲜重和叶绿素含量）下降更为显著。许多研究报告指出，镉胁迫下水稻、绿豆、猪屎豆、玉米以及豌豆等植物光合速率下降，但植物在不同生育期光合速率受镉影响效果不同[6]。研究指出，镉对光合作用能力的抑制在于降低光合作用中关键性的核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶活性[7]。镉对不同的植物光合速率影响基本相同，但是影响程度取决于镉剂量。本研究中，随着镉浓度的逐渐升高，光合速率显著下降，表明镉对菜心光合速率有抑制作用，高浓度镉抑制菜心光合速率可能是非气孔因素引起的。

2.3 镉胁迫对菜心蒸腾速率的影响

植物蒸腾量主要取决于个体发育情况，镉能破坏植物体内水分平衡。由表3可知，蒸腾速率随镉浓度的增加而降低。当镉浓度达到0.4 mg/L，试验组蒸腾速率与对照组出现显著差异，说明0.4 mg/L镉浓度对菜心蒸腾速率来说是一个重要的拐点。在镉浓度为0.2 mg/L时，蒸腾速率仅下降6.04%；当镉浓度达到0.4 mg/L、0.8 mg/L和1.6 mg/L时，下降幅度分别为21.43%、35.16%和64.29%，说明浓度越高的镉胁迫对菜心蒸腾作用的毒害作用越显著。

表3 不同浓度镉对菜心蒸腾速率的影响

由试验结果可知，低镉浓度对蒸腾速率影响不明显，当镉浓度达到0.4 mg/L时，蒸腾作用下降幅度骤增。原因可能是植物叶片水势、相对含水量受镉影响而降低，从而降低蒸腾速率[8]。此外，镉对蒸腾作用的影响可能是通过调控叶片气孔行为实现的，在低浓度下，细胞稍收缩，气孔阻力很小，蒸腾速率减少缓慢；当浓度超过0.4 mg/L后，气孔阻力增大或气孔关闭，蒸腾强度骤然降低[9]。

3 结论

镉是生物毒性最强的重金属之一，叶菜类蔬菜能吸收镉并在植物体内蓄积，影响植株的正常生长，降低作物产量和品质。本文研究了不同浓度的镉对菜心叶组织的叶绿素含量、蒸腾速率及光合速率的影响，结果表明随着镉浓度的逐渐增加，叶绿素含量、蒸腾速率和光合速率均呈现不同程度的下降趋势；当镉浓度≥0.4 mg/L时，上述生理指标均呈现出显著性差异。因此，应尽量避免在土壤镉浓度较高的地块种植菜心等叶菜类蔬菜。