锰对重金属镉胁迫条件下商陆幼苗生长的缓解效应及其影响机制

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在环境中,锰(Mn)可以与镉(Cd)相互作用进而影响镉对植物的毒性。然而,很少有人研究锰、镉之间的比值与植物镉毒害之间的关系。在本论文的研究中,我们在3个镉水平(50、100和200μMCd)的水培条件下,探讨了外源Mn/Cd摩尔比值(如0、10、30、50和60)对锰超富集和耐镉植物商陆(Phytolaccaacinosa Roxb.)镉毒害的影响。结果表明,镉胁迫条件下商陆幼苗的生长与培养液Mn/Cd摩尔比值存在显著的正相关性。不同培养液镉浓度下(x2),幼苗生长(y)与培养液Mn/Cd摩尔比值(x1)的关系可以由线性回归模型y=a+b1(x1)+ b2(x2)得到解释。  当培养液Mn/Cd摩尔比值较低时(如Mn/Cd摩尔比值为0或10),商陆植株对锰的吸收和积累与空白对照相比严重降低。增高培养液Mn/Cd摩尔比值显著降低了地上部和根部组织中镉的浓度,并增加了锰的浓度。然而,幼苗根部和地上部的生长与地上部Mn/Cd摩尔比值一致,而并不与锰或镉的浓度一致。在较低的培养液Mn/Cd摩尔比值条件下(如Mn/Cd摩尔比值为0和10),提高锰在植株地上部组织中的分布可能是商陆应对镉毒害的一种机制。而在较高的培养液Mn/Cd摩尔比值条件下(如Mn/Cd摩尔比值为50和60),大幅增高的地上部Mn/Cd摩尔比值可能在锰对商陆镉毒害的缓解作用中起关键作用。地上部较高的Mn/Cd摩尔比值缓解了镉引起的商陆植株体内的水分亏缺,显著提高了叶中脉的钾含量以及叶片各分区锰、铁和铜的含量,并提高了叶片的光合速率。  此外,与较低培养液Mn/Cd摩尔比值相比,较高的培养液Mn/Cd摩尔比值(如Mn/Cd摩尔比值为50和60),极大减轻了幼苗的脂质过氧化作用并提高了叶片的抗氧化能力。镉完全抑制了FeSOD1酶活性,降低了FeSOD2酶活性。而较高的培养液Mn/Cd摩尔比值不同程度地恢复了镉引起的FeSOD1和FeSOD2的活性抑制。然而在较高培养液Mn/Cd摩尔比值条件下,3类SOD酶中活性升高最明显的MnSOD5和CuZnSOD1~4酶活性似乎都来自于镉的刺激作用。同时,我们发现在锰单一处理中(锰浓度等同于Cd100处理中的锰剂量),锰同样引起了幼苗叶片脂质过氧化水平的升高,并且幼苗体内SOD、CAT、APX和GPX活性基本维持在空白对照水平。因此在Mn缓解商陆镉毒害过程中,叶片抗氧化能力的提高以及脂质过氧化作用的缓解很可能是锰、镉在植株体内的拮抗作用所引起的次级保护作用。
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