镉胁迫对不同菊科花卉植物植株生长与根系构型的影响

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　　摘    要：为了探究土壤重金属镉（Cd）胁迫对菊科花卉植物生长的影响，研究了不同浓度镉胁迫对百日草（Zinnia elegans Jacp.）、黑心菊（Rudbeckia hirta L.）、藿香蓟（Ageratum conyzoides L.）、孔雀草（Tagetes patula L.）、向日葵（Helianthus annuus）植株生长与根系构型的影响。结果表明：在植株生长高度增量方面，黑心菊和藿香蓟植株高度增量是随镉浓度的增加表现出先增后降的规律，镉浓度为50mg/kg时植株的高度增加量达到最大。综合根系总长、总投影面积、总表面积和根尖数4个指标，藿香蓟在镉浓度为50mg/kg时表现最好，其中根系总表面积和根尖数都高于对照，而根系总长和总投影面积也与对照相近。根系构型的4个指标中，藿香蓟在镉浓度为50mg/kg表现最好，其中根系总表面积和根尖数都高于对照，而根系总长和总投影面积也与对照相近;其次為黑心菊。
　　关键词：镉胁迫;菊科花卉;株高;根系
　　 目前，土壤污染问题日渐严重，世界各国土壤均有不同程度的重金属污染，以铅、镉为主，其中镉是生物生长发育过程当中的非必需元素[1]，是毒性最强的几种重金属之一，与其余重金属元素相比，相对容易被植物吸收。污染来源广[2]。植物修复是一种应用自然生长植物或遗传培育植物修复重金属污染土壤的技术总称，观赏植物可用于修复受到一定程度重金属污染的土壤，可长期、安全、有效地清除重金属和修复土壤结构，同时又能满足城市居民对绿地景观的审美等要求，弥补了重金属累积植物在经济价值和美学上的局限性[3]。刘家女从4种花卉植物中筛选紫茉莉具备镉超积累植物的特质[4];刘周莉等研究结果表明不同浓度镉处理对忍冬的生长并未造成毒害症状，不论水培还是土培生长条件下，在较高浓度的镉处理下，忍冬依旧能保持正常生长表现出良好的耐受性[5]。菊科是被子植物中最大的一科，广泛分布于世界各地，栽培历史悠久;且大多花期长、观赏效果好、养护成本低[6-7]。因此，本研究选用5种菊花花卉植物为试材，通过不同浓度的镉胁迫处理，探讨镉胁迫对不同菊科花卉植物根系构型的影响，以期为进一步研究其对镉的耐性生理机制和土壤修复应用奠定基础。
　　1   材料与方法
　　1.1   试验材料
　　 供试植物：百日草（Zinnia elegans Jacp.）、黑心菊（Rudbeckia hirta L.）、藿香蓟（Ageratum conyzoides L.）、孔雀草（Tagetes patula L.）、向日葵（Helianthus annuus）种子;供试土壤：全植物通用型营养土（靓土）;供试试剂：CdCl2·2.5H2O。
　　1.2  试验方法
　　1.2.1  播种育种及土壤预处理。①浸种：选取适当规格培养皿，放入大小相当的滤纸，加蒸馏水至滤纸吸水饱和，对供试植物的种子进行浸种处理，时间为24h，间隔时间段进行观察，保证浸种质量。②播种：用牙签取种，均匀播种，每孔播种数不超过2粒。③育苗：播种后1周内每天浇水1次，之后根据天气及土壤状况决定浇水次数，并进行防虫网的搭建。④土壤堆置预处理：共设置5个处理（包括1个空白对照）：0mg/kg、10mg/kg、50mg/kg、100mg/kg和200mg/kg，分别加入对应质量的CdCl2·2.5H2O，少量多次加入混匀，放到蓝色塑料框中堆置。
　　1.2.2  盆栽试验。经3周育苗后，选择生长状况相似且综合指标表现良好的植株进行移栽。每个梯度设置5个重复处理，每盆放置土壤（压实）至盆边缘下方5cm处。第1次浇透水，之后根据天气情况浇水，着重注意土壤湿度。将同一植物的不同浓度放置在一起为1组，便于观察。
　　1.2.3  测定方法。各处理植株的株高每10d测定1次。处理40d后，取整个植株，选取3～5株并切取根系部分洗净进行根部扫描测定，使用的仪器为Epson Perfection V700 Photo根系扫描分析仪（爱普生（中国）有限公司），WinRHIZO根系分析软件进行根系构型分析。
　　1.3   统计分析
　　 采用Microsoft Excel2017进行数据处理。
　　2   结果与分析
　　2.1  镉胁迫对不同菊科花卉植物植株生长的影响
　　 随着镉浓度的增加，不同花卉植物植株的增量的变化趋势有所差异（表1）。黑心菊和藿香蓟植株高度的增量是随镉浓度的增加表现出先增后降的规律，镉浓度为50mg/kg时植株的高度增加量达到最大，即该浓度处理的植株高度生长最快。孔雀草植株高度的增长量是随着镉浓度的增加而逐渐下降的趋势。百日草和向日葵的植株高度增加量的变化规律表现相似，表现为先增加再下降，后又上升的变化规律。
　　2.2  镉胁迫对不同菊科花卉植物植株根系构型的影响
　　 镉胁迫处理40d后测定各植株根系指标，结果见表2。百日草的根系总长随镉浓度的增加而逐渐降低，这表明镉胁迫对其根系生长具有一定的抑制作用。50mg/kg镉处理条件下黑心菊、藿香蓟和向日葵根系总长达到最大值（对照除外），分别为366.43mm、389.51mm和60.68mm。镉浓度为10mg/kg处理下的孔雀草根系总长为最高值，其值为331.58mm，且高于对照根系总长。以上结果表明，镉浓度的增加对不同植物根系总长的抑制强弱存在较大的差异，其中根系总长变化最明显的是百日草，200mg/kg处理的植株根系总长比对照植株根系总长减少了87.47%;黑心菊、藿香蓟、孔雀草和向日葵与其对照相比分别减少了16.25%、22.45%、22.34%和10.27%。
　　 从表3可知，百日草、黑心菊、藿香蓟和孔雀草根系的总投影面积总体上都是随镉的增加而降低;降幅最大的是百日草，200mg/kg镉浓度处理的根系总投影面积比对照下降了59.04%，其余3种植物的降幅较小。向日葵根系总投影面积最大的为10 mg/kg处理植株根系，达到8.53cm2。 　　 從表4可知，与对照相比，百日草和黑心菊植株根系总表面积随镉浓度的增大而下降，其中黑心菊的下降幅度较小，200mg/kg镉处理下的总表面积仅降低了10.42%;百日草的根系表面积变化比较明显，藿香蓟200mg/kg镉处理下的总表面积为5.56cm2，比对照减少了69.61%。藿香蓟和向日葵根系最大值为50mg/kg镉处理的植株，其都比对照略有增加;孔雀草根系总表面积最大出现在10mg/kg镉处理植株。
　　 镉胁迫处理对植物根系的根尖数存在影响（表5）。百日草植株根系根尖数最大的为对照，各浓度镉处理都降低其植株根尖数，根尖数最低值为90，此时镉处理浓度为100mg/kg。黑心菊根尖数最大值为115，该植株处理镉浓度为100mg/kg;藿香蓟根尖数最大值为113，该植株处理镉浓度为50mg/kg;孔雀草和向日葵的根尖数最大值分别为90和96，该植株处理镉浓度都为10mg/kg;各处理植株的根尖数随镉浓度的变化而有所增加，但总体上变化幅度不大。
　　3   结论与讨论
　　 Cd2+胁迫处理对5种菊科花卉植物的生长和根系构型都存在不同的影响差异。在植株生长高度方面，藿香蓟表现最好，即其植株在100mg/kg镉胁迫条件下也比对照的植株高度增加量大，50mg/kg镉处理下的植株高度增量约为对照的的1.5倍。物质和能量被植物获取和利用均是通过根系得以实现的。因此，根系的分布特征反映了物质和能量被植物利用的可能性以及生产力[8]。综合根系总长、总投影面积、总表面积和根尖数4个指标，藿香蓟在镉浓度为50mg/kg表现最好，其中根系总表面积和根尖数都高于对照，而根系总长和总投影面积也与对照相近。综合本研究结果可以得出，菊科花卉植物藿香蓟在镉胁迫条件下生长状况良好，具有抗镉胁迫的耐性，因此，可进一步研究其对镉富集特性，为其能在土壤镉污染的植物修复应用提供更深入的论证依据。
　　（收稿：2019-09-21）
　　参考文献：
　　[1]卢红玲，肖光辉，刘青山，等.土壤镉污染现状及其直立措施研究进展[J].南方农业学报，2014，45（11）：1986-1993.
　　[2]沈倩.土壤重金属镉污染及其修复技术研究进展[J].安徽农业科学，2015，43（15）：92-94.
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　　[4]刘家女.镉超积累花卉植物的识别及其化学强化[D].东北大学，2007.
　　[5]刘周莉，何新元，陈伟.忍冬——一种新发现的镉超富集物[J].生态环境学报，2013，22（4）： 666-670.
　　[6]赵淑珍，孙柱彪，李晓杰.几种菊科花卉的栽培管理及其在园林绿地中的应用[J]河北旅游职业学院学报，2010，15（3）：83-85.
　　[7]姜成，申晓慧，冯鹏，等.Pb-Cd复合胁迫对3种菊科花卉叶绿素含量和过氧化酶活性的影响[J].种子，2013，32（4）：34-36.
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