黑麦草种子及幼苗对镉胁迫的生理响应

doi:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2024.05.023

湖北农业科学 ›› 2024, Vol. 63 ›› Issue (5): 126-135.doi: 10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2024.05.023

黑麦草种子及幼苗对镉胁迫的生理响应

王建伟^1a, 贺晓岚^1b, 王根平², 欧倩^1b, 肖云娟^1b, 杨雪丽^1b

1.凯里学院,a.理学院;b.大健康学院,贵州凯里 556011;
2.河北省农林科学院谷子研究所,石家庄 050035

收稿日期:2022-10-09 出版日期:2024-05-25 发布日期:2024-06-04
通讯作者: 贺晓岚（1980-）,女,内蒙古乌兰察布人,副教授,博士,主要从事基因克隆及转基因研究,（电话）18285549260（电子信箱）helingzhi123@126.com。
作者简介:王建伟（1982-）,男,甘肃平凉人,教授,博士,主要从事植物营养与调控研究,（电话）18212333515（电子信箱）agan1982@126.com;
基金资助:
凯里学院博士专项（BS201506; BS201606）; 贵州省科技计划项目（〔2017〕1167）

Physiological response of ryegrass seeds and seedlings to cadmium stress

WANG Jian-wei^1a, HE Xiao-lan^1b, WANG Gen-ping², OU Qian^1b, XIAO Yun-juan^1b, YANG Xue-li^1b

1a. School of Science; 1b. School of Life and Health Science, Kaili University, Kaili 556011, Guizhou, China;
2. Institute of Millet Crops, Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Shijiazhuang 050035, China

Received:2022-10-09 Published:2024-05-25 Online:2024-06-04

摘要/Abstract

摘要： 为了探明不同黑麦草品种对镉（Cd）富集能力的差异及其生理机制,以6个黑麦草品种为材料,研究镉胁迫对其种子萌发、生物量、镉吸收、色素含量、光合特性及抗逆特性的影响。结果表明,与正常生长条件相比,镉胁迫对不同黑麦草品种种子萌发和根芽生长具有低促高抑作用。镉胁迫增加了黑麦草光合色素含量;镉胁迫增加了维纳斯、奔驰、维多利亚叶片的气孔导度、胞间CO₂浓度、蒸腾速率;镉胁迫增加了奔驰、维多利亚、蓝标叶片的POD活性;镉胁迫增加了卡特、维多利亚叶片的SOD活性;镉胁迫增加了维多利亚、维纳斯叶片的CAT活性。奔驰、维多利亚、维纳斯可能较其他品种具有更强的耐镉性,从而减少镉对自身的危害;镉胁迫增加了所有品种可溶性糖含量及除卡特外的5个黑麦草品种脯氨酸含量,奔驰、蓝标、维多利亚能产生较多的渗透调节物质来减轻镉胁迫对其造成的伤害;在正常生长条件下,黑麦草地上部镉含量和镉累积量都较低,品种间差异较小。镉胁迫明显增加了黑麦草地上部镉含量和镉累积量,奔驰地上部镉含量和镉累积量最高,显著高于其他品种。综上,奔驰、维多利亚抗镉性及富镉能力较强,是镉污染土壤修复的优选品种。

关键词: 镉胁迫, 黑麦草（Lolium perenne L.）, 种子萌发, 幼苗, 生理响应

Abstract: In order to explore the differences in cadmium （Cd） enrichment ability and physiological mechanisms among different ryegrass varieties, six ryegrass varieties were used as materials to study the effects of cadmium stress on seed germination, biomass, cadmium absorption, pigment content, photosynthetic characteristics, and stress resistance. The results showed that compared with normal growth conditions, cadmium stress had a low promoting and high inhibiting effect on seed germination and root and shoot growth of different ryegrass varieties. Cadmium stress increased the content of photosynthetic pigments in ryegrass;cadmium stress increased the stomatal conductance, intercellular CO₂ concentration, and transpiration rate of Venus, Benz, and Victoria leaves;cadmium stress increased the POD activity of Benz, Victoria, and Blue Label leaves;cadmium stress increased the SOD activity of Carter and Victoria leaves; cadmium stress increased CAT activity in Victoria and Venus leaves. Benz, Victoria and Venus might have stronger cadmium tolerance than other varieties, thereby reducing the harm of cadmium to themselves;cadmium stress increased the soluble sugar content of all varieties and the proline content of five ryegrass varieties except Carter. Benz, Blue Label and Victoria could produce more osmotic regulatory substances to alleviate the damage caused by cadmium stress;under normal growth conditions, the cadmium content and accumulation in the upper part of rye grassland were relatively low, and the differences between different varieties were relatively small. Cadmium stress significantly increased the cadmium content and accumulation in the upper part of rye grassland, with Benz having the highest cadmium content and accumulation in the upper part, significantly higher than other varieties.In summary, Benz and Victoria had strong cadmium resistance and cadmium enrichment ability, making them the preferred varieties for cadmium contaminated soil remediation.

Key words: cadmium stress, ryegrass（Lolium perenne L.）, seed germination, seedlings, physiological response

中图分类号:

Q945.78

王建伟, 贺晓岚, 王根平, 欧倩, 肖云娟, 杨雪丽. 黑麦草种子及幼苗对镉胁迫的生理响应[J]. 湖北农业科学, 2024, 63(5): 126-135.

WANG Jian-wei, HE Xiao-lan, WANG Gen-ping, OU Qian, XIAO Yun-juan, YANG Xue-li. Physiological response of ryegrass seeds and seedlings to cadmium stress[J]. HUBEI AGRICULTURAL SCIENCES, 2024, 63(5): 126-135.

参考文献

[1] CARVALHO M E A, CASTRO P R C, AZEVEDO R A. Hormesis in plants under Cd exposure: From toxic to beneficial element?[J]. Journal of hazardous materials, 2020, 384: 121434.
[2] 吴艳, 王平, 周韬, 等. Cd胁迫下生物质高粱SoHMA3基因克隆及表达分析[J]. 分子植物育种, 2021, 19(3): 705-710.
[3] 李长阁, 于涛, 傅桦, 等. 转基因植物修复重金属污染土壤研究进展[J]. 土壤, 2007, 39(2): 181-189.
[4] 冯鹏, 孙力, 申晓慧, 等. 多年生黑麦草对Pb、Cd胁迫的响应及富集能力研究[J]. 草业学报, 2016, 25(1): 153-162.
[5] 王子萱, 陈宏坪, 李明, 等. 不同土壤中镉对大麦和多年生黑麦草毒性阈值的研究[J]. 土壤, 2019, 51(6): 1151-1159.
[6] 乔云蕾. 几种植物对土壤重金属镉、铬污染的修复潜力研究[D]. 浙江金华: 浙江师范大学, 2016.
[7] 任玉玲, 吴云, 赵艳, 等. 镉胁迫诱导的两种青稞叶片衰老差异的生理学比较[J]. 分子植物育种, 2022, 20(22): 7574-7583.
[8] 安婷婷, 黄帝, 王浩, 等. 植物响应镉胁迫的生理生化机制研究进展[J]. 植物学报, 2021, 56(3): 347-362.
[9] 罗巧玉, 周连玉, 蒋礼玲, 等. Cd胁迫对11个青稞品种种子萌发和幼苗生长的影响[J]. 分子植物育种, 2021, 19(11): 3709-3719.
[10] 吴晓月, 季晓敏, 高丽敏, 等. 土壤水分及镉浓度对甜高粱生长及镉吸收和转运的影响[J]. 草学, 2021(3): 12-20.
[11] 张盼盼, 王小林, 郭亚宁, 等. 40个不同糜子品种种子萌发期耐镉性评价[J]. 西北农业学报, 2020, 29(12): 1803-1813.
[12] 徐佩贤, 费凌, 陈旭兵, 等. 四种冷季型草坪植物对镉的耐受性与积累特性[J]. 草业学报, 2014, 23(6): 176-188.
[13] 刘俊祥, 魏树强, 翟飞飞, 等. Cd²+胁迫下多年生黑麦草的生长与生理响应[J]. 核农学报, 2015, 29(3): 587-594.
[14] 方志刚, 胡朝阳, 蔡庆生. 两个多花黑麦草品种对镉胁迫的生理响应及其镉耐性差异[J]. 植物生理学报, 2020, 56(5): 1033-1042.
[15] 张茂,徐彦红,席溢,等. 铅、锌、镉胁迫对多年生黑麦草生长及生理生化特性的影响[J]. 中国农业科技导报,2021,23(3):41-50.
[16] 江海东, 周琴, 李娜, 等. Cd对油菜幼苗生长发育及生理特性的影响[J]. 中国油料作物学报, 2006, 28(1): 39-43.
[17] 李忠光,龚明. 愈创木酚法测定植物过氧化物酶活性的改进[J]. 植物生理学通讯, 2008, 44(2): 323-324.
[18] 李小方, 张志良. 植物生理学实验指导(第5版)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2016.
[19] 刘丽杰, 林立东. 高温对褐藻羊栖菜逆境生理的影响[J]. 热带海洋学报, 2021, 40(2): 74-82.
[20] FALES F W.The assimilation and degradation of carbohydrates by yeast cells[J]. Journal of biological chemistry, 1951, 193(1): 113-124.
[21] BATES L S, WALDREN R P, TEARE I D.Rapid determination of free proline for water-stress studies[J]. Plant and soil, 1973, 39(1): 205-207.
[22] 张晓东, 热沙来提·买买提, 刘志刚. 荠菜对土壤重金属镉(Cd)和铅, 2016(4): 477-481.
[23] 刘霄霏, 李惠英, 陈良, 等. 外源硒对镉胁迫下黑麦草生长和生理的影响[J]. 草地学报, 2020, 28(1): 72-79.
[24] 姜韵佳, 吴丽群, 杨军丽, 等. 镉胁迫对稗草(Echinochloa crusgalli)种子萌发及幼苗生理指标的影响[J]. 分子植物育种, 2019, 17(9): 3064-3072.
[25] 张杨杨, 李希铭, 高鹏, 等. 不同浓度镉胁迫下6种草本植物的耐性及富集特征的比较[J]. 草地学报, 2021, 29(6): 1265-1276.
[26] 龙春丽, 宋拉拉, 胡明文, 等. 镉胁迫对不同品种辣椒种子萌发及苗期抗性生理的影响[J]. 种子, 2021, 40(5): 105-109.
[27] 查应琴, 潘凤, 关萍. 镉胁迫对鸡冠花种子萌发及幼苗生理生化特性的影响[J]. 西北植物学报, 2020, 40(11): 1900-1908.
[28] 李慧芳, 王瑜, 袁庆华. 镉胁迫对多年生黑麦草生长及生理特性的影响[J]. 中国草地学报, 2014, 36(4): 79-84.
[29] ANJUM S A, TANVEER M, HUSSAIN S, et al.Morpho-physiological growth and yield responses of two contrasting maize cultivars to cadmium exposure.[J]. Clean-soil air water,2016,44(1): 29-36.
[30] 魏倩, 周际海, 程双怀, 等. 黑麦草生长及根系形态对土壤Cd,Pb与石油污染的响应[J]. 水土保持通报, 2021, 41(2): 84-91.
[31] GUO J J, QIN S Y, RENGEL Z, et al.Cadmium stress increases antioxidant enzyme activities and decreases endogenous hormone concentrations more in Cd-tolerant than Cd-sensitive wheat varieties[J]. Ecotoxicology and environmental safety, 2019, 172: 380-387.
[32] 金卓君, 刘豫, 杨聪, 等. 两个黑麦草品种对镉吸收富集比较研究[J]. 中国农学通报, 2019, 35(24): 58-65.

黑麦草种子及幼苗对镉胁迫的生理响应

Physiological response of ryegrass seeds and seedlings to cadmium stress

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	唐佳乐, 段海波, 王静. 干旱胁迫下氮素对猴樟幼苗生长及光合特性的影响[J]. 湖北农业科学, 2024, 63(4): 96-100.
[2]	陈凤新, 田洪岭, 王俊红, 高芬. 蒙古黄芪育苗基质的筛选及应用潜力初步评价[J]. 湖北农业科学, 2024, 63(4): 112-117.
[3]	郭晓亮, 张雅娟, 段媛媛, 黄浩. 播种深度与土壤水分含量对川牛膝出苗率及幼苗生长的影响[J]. 湖北农业科学, 2024, 63(4): 118-122.
[4]	徐雅欣, 陈铭敏, 向胤春, 林立金, 张慧芬, 罗弦, 邓群仙. 腐植酸水溶肥对枇杷幼苗生长的影响[J]. 湖北农业科学, 2024, 63(1): 85-89.
[5]	舒俊江, 鲍荣粉, 黄科文, 刘磊, 黄艳, 林立金, 王铤. 丛枝菌根真菌对桃幼苗生长及硒富集的影响[J]. 湖北农业科学, 2023, 62(8): 113-119.
[6]	陈博, 范继红, 李玉舒, 邹原东, 石进朝, 于海群. 金野紫穗槐对干旱胁迫的响应[J]. 湖北农业科学, 2023, 62(7): 89-94.
[7]	黄泳, 陈松, 陈庆东, 陈庆华, 范中菡, 夏丹, 廖明安, 林立金, 胡容平. 壳聚糖对葡萄幼苗养分吸收的影响[J]. 湖北农业科学, 2023, 62(5): 107-111.
[8]	王晓荣, 胡兴宜, 龚苗, 付甜, 庞宏东, 杨佳伟. 长江中下游地区28个常见乡土树种幼苗光合固碳能力比较[J]. 湖北农业科学, 2023, 62(1): 112-117.
[9]	于华丽, 温四民, 张桂玲, 董传洁, 程乾. 重金属胁迫对向日葵种子萌发特征影响评价及花海品种筛选[J]. 湖北农业科学, 2023, 62(1): 122-127.
[10]	方睿霞, 王石发, 范珊珊, 苏斌, 杨青松. 不同醇溶液对青稞种子萌发及生长的影响[J]. 湖北农业科学, 2022, 61(20): 13-16.
[11]	周亚洁, 陈朋, 周鑫惠, 沈海燕, 胡春红. 不同品种小麦种子萌发及幼苗发育对外源过氧化氢处理的响应[J]. 湖北农业科学, 2022, 61(16): 5-11.
[12]	丁燕芳, 王海涛, 孙焕, 孙计平, 宋学立, 李旭辉, 平文丽, 李雪君, 侯咏, 俎焕新. 烟草外引种质资源抗旱性鉴定与评价[J]. 湖北农业科学, 2022, 61(11): 107-111.
[13]	邓硕真, 刘惠军, 王洪芹, 王红艳, 张倩茹, 张梅. 外源5-氨基乙酰丙酸对干旱胁迫下黄瓜种子萌发及幼苗生长的影响[J]. 湖北农业科学, 2021, 60(3): 70-74.
[14]	梁玉婷, 夏文胜, 王朴, 段庆明. 红花玉兰硬枝扦插生根解剖结构及酶生理响应研究[J]. 湖北农业科学, 2021, 60(20): 94-99.
[15]	石桃雄, 朱丽伟, 王红霞, 黄娟, 陈庆富. 褪黑素处理对盐胁迫下苦荞萌发及幼苗生长的影响[J]. 湖北农业科学, 2021, 60(15): 25-28.