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1、重金属镉对茶树生理特性的影响 摘要：以二年生福鼎大白茶为试验材料，采纳盆栽试验方法，探讨了重金属镉胁迫对茶树生理特性的影响。结果表明，在试验设置的镉胁迫浓度范围内，镉在茶树叶片中的含量随着镉胁迫浓度的增加而提高，反映出茶树对镉具有富集特性。在生理指标方面，叶片可溶性蛋白含量随着镉胁迫浓度的增加而降低；20 mg/kg以下浓度的镉胁迫能提高茶树叶片的超氧化物歧化酶活性，10 mg/kg以下浓度的镉胁迫能增加茶树叶片的丙二醛、叶绿素、类胡萝卜素的含量；而超过上述镉胁迫浓度后则降低了超氧化物歧化酶活性，削减了丙二醛、叶绿素、类胡萝卜素的含量，并且影响了茶树的正常生长。这个结果可为茶园生产中镉毒害的田
2、间预报、监测指标的确认、数据可信度辨析、污染程度评价等方面供应有价值的参考。 关键词：镉；茶树；胁迫生理 中图分类号：O614.24+2；S573.1；Q945.78 文献标识码：A 文章编号：0439-811412-2839-05 Effect of Heavy Metal Cadmium on Physiological Characteristics of Tea Plant TANG Di，XU Xiao-yan，LI Shu-yan，JIANG Xin-yu Abstract： Using 2-year-old Camellia sinensis O. Kuntze cv. Fudi
3、ng Dabaicha as test material， pot method was conducted to explore the effects of heavy metal cadmium stress on physiological characteristics of tea plant. Results showed that in the setting range of cadmium concentration ， cadmium content in tea plant leaves increased with the increasing of cadmium
4、concentration， showing that tea plant could eich cadmium. In terms of physiological indicators， leaf soluble protein content decreased with the increase of cadmium concentration； cadmium concentration under 20 mg/kg increased superoxide dismutase activity in tea plants leaves， cadmium concentration
5、under 10 mg/kg increased chlorophyll， Malondialdehydeand carotenoid content. However， higher cadmium concentration decreased SOD activity and MDA， chlorophyll and carotenoid content， and affected normal growth of tea plant. The results could provide valuable reference for field forecasting，identific
6、ation of monitoring indicators，discrimination of data credibility， assessment of pollution degree in tea garden. Key words： cadmium； tea plantCamellia sinensis O. Kuntze； physiological characteristics 镉是一种生物非必需的重金属元素，其化合物对人类、动物、植物等生物有很强的毒性1。由于镉的难降解性和高积累性，导致它能在作物体内大量累积，影响作物的生长发育，造成产量、品质的下降。镉还会通过食物链进入
7、人体，对人类的健康造成威逼。现在我国农田土壤的重金属污染相当严峻，其中镉污染的耕地已达1.33万hm22。茶叶是我国的大宗农产品之一，由于工业废弃物排放及化肥、农药的运用不当，茶叶中的重金属污染日趋严峻，严峻影响了茶树Camellia sinensisO. Kuntze生长及茶叶品质与食品平安3，因此加强对茶叶等农产品平安的监测已是燃眉之急的工作。试验采纳盆栽土培的方法，初步探讨了镉胁迫对茶树生理特性的影响规律，以期为茶树生长中镉毒害的预报、污染评价供应肯定的依据。 1 材料与方法 1.1 材料 试验选取江苏农林职业技术学院农场茶园中长势一样的二年生福鼎大白茶为试验材料。盆栽土壤为江苏农林职业
8、技术学院农场耕地的黄壤，将试验用土在阴处晾干，磨细后过20目尼龙网筛。测得土壤pH为6.0，土壤重金属镉的本底值为0.9101 mg/kg。试剂主要有KH2PO4、2SO4、Cd24H2O、聚四氟乙烯、HNO3、H2O2、丙酮、乙醇、磷酸缓冲液、碳酸钙、硫代巴比妥酸、考马斯亮蓝G-250溶液等。仪器主要有UV-2101紫外/可见光分光光度计、TAS1010F原子汲取分光光度计、Al104-电子分析天平、XT-10112型智能微波消解仪、ECH-I温控电子加热板、SHA-B水浴恒温振荡器、TD5A-WS自动平衡离心机等。 1.2 试验设计 取直径为15 cm的塑料花盆，每盆装入过20目筛的黄壤细
9、土5 kg。每盆土施入3.4 g KH2PO4、5.0 g 2SO4作为基肥。于2022年4月6日将福鼎大白茶植株用清水洗净后移栽于盆中，每盆2株，经过30 d茶树完全成活后，向盆中分2次施入Cd24H2O于茶树根部，实施镉胁迫处理。试验设置4个镉胁迫处理，分别施入5、10、20、40 mg/kg的Cd24H2O，以不加Cd24H2O作为比照，每处理重复3次。全部处理完成后10 d，摘取各处理的2叶1芽叶片样品，用去离子水冲洗后，马上放入冰箱内冷冻保存，待测。 1.3 测定方法 1.3.1 镉含量测定 精确称取0.5 g鲜叶样品，装于聚四氟乙烯消解杯中，加浓HNO3 5 mL、H2O2 1 m
10、L，于150 电热板加热15 min，转入微波消解仪中消解。然后除酸、定容，采纳微波消解-原子汲取分光光度法4完成镉含量测定。 1.3.2 色素含量测定 取5 g鲜叶样品，用去离子水洗2遍，用滤纸吸干叶片表面的水分，去掉中脉；用消毒过的手术剪将各处理叶片分别剪碎，称取剪碎的各处理簇新样品2 g，都3次重复，放入研钵中，加少量石英砂和碳酸钙及3 mL 95%乙醇，研成匀浆；再加95%乙醇10 mL，接着研磨至组织变白。静置35 min。取滤纸1张置于漏斗中，用95%乙醇潮湿，沿玻棒将提取液倒入漏斗，滤液流入101 mL 棕色容量瓶中；用少量乙醇冲洗研钵、研棒及残渣数次，最终连同残渣一起倒入漏斗中
11、。用滴管吸取95%乙醇，将滤纸上的叶绿体色素全部洗入容量瓶中。直至滤纸和残渣中无绿色为止。最终用95%乙醇定容至101 mL，摇匀，待用。叶绿素a、叶绿素b及类胡萝卜素的含量采纳丙酮-乙醇混合液浸提比色法4测定；将叶片叶绿体色素提取液用紫外/可见光分光光度计分别在波长665 nm、649 nm 和473 nm 3个波段处测定吸光度值，以95%乙醇为空白比照。依据下列公式5分别计算各色素的含量。 叶绿素a：Ca=13.95A 665-2.81A 649； 叶绿素b：Cb=24.96A 649-7.32A 665； 类胡萝卜素：Car=/245。 1.3.3 其他生理指标测定 丙二醛含量用硫代巴比
12、妥酸显色法4测定；超氧化物歧化酶活性用南京建成生物探讨所试剂盒法测定；可溶性蛋白含量用考马斯亮蓝比色法4测定。 2 结果与分析 2.1 镉胁迫对茶树叶片中镉含量的影响 镉胁迫处理对茶树叶片中镉含量及SOD活性、可溶性蛋白和MDA含量的影响结果见表1，茶树叶片中镉含量与镉胁迫处理浓度的关系见图1，由表1、图1可见，经过镉胁迫处理后茶树叶片中镉的含量与没有镉胁迫处理的比照相比都有增长，其中5 mg/kg镉胁迫处理的叶片中镉含量0.766 mg/kg 比比照的镉含量0.656 mg/kg 提高了16.8%；10 mg/kg镉胁迫处理的叶片中镉含量0.8101 mg/kg 比比照提高了36.7%；20
13、 mg/kg镉胁迫处理的叶片中镉含量1.774 mg/kg 比比照提高了173.4%；40 mg/kg镉胁迫处理的叶片中镉含量3.401 mg/kg 比比照提高了418.4%。由此可知，随着镉胁迫处理浓度的增加，茶树叶片中镉的含量也呈现增加趋势，说明茶树对重金属镉具有富集特性。这与常硕其等6、郭明丽等7、李云等3的探讨结果相吻合。 2.2 镉胁迫对茶树叶片中可溶性蛋白含量的影响 植物体内的可溶性蛋白大多数是参加各种代谢的酶类组分，其含量凹凸反映了体内细胞总代谢水平的实力大小7，从某种意义上说体现了植物生长实力的强弱。镉胁迫处理对茶树叶片中可溶性蛋白含量的影响结果见图2，从表1、图2可以看出，镉
14、胁迫处理后茶树叶片中可溶性蛋白含量出现了明显下降，其中5 mg/kg镉胁迫处理的叶片中可溶性蛋白含量5.43 mg/g只有比照7.49 mg/g 的73.5%；10 mg/kg镉胁迫处理的叶片中可溶性蛋白含量5.20 mg/g只有比照的69.4%；20 mg/kg镉胁迫处理的叶片中可溶性蛋白含量5.06 mg/g 只有比照的67.6%；40 mg/kg镉胁迫处理的叶片中可溶性蛋白含量4.77 mg/g 只有比照的63.7%，表明镉胁迫影响了茶树叶片中可溶性蛋白的合成。随着镉胁迫浓度的增大，可溶性蛋白的合成受到更大程度的抑制，因而可溶性蛋白含量接着降低。这与解莉婧等8的探讨结果基本一样。 2.3
15、 镉胁迫对茶树叶片中SOD活性的影响 SOD是一种源于生命体的活性物质，是生物体内防卫活性氧毒性的爱护酶，具有特别的生理功效9。作为生物体内重要的氧自由基清除剂，能够平衡机体内的氧化物代谢。在正常状况下，植物体内的羟基自由基和超氧自由基等ROS的产生与清除处于动态平衡状态之中，如SOD可催化O2-发生歧化反应而产生H2O2和O2，因而不会损害植物细胞10。但当植物处于胁迫逆境时，由于膜脂过氧化使ROS的产生超过了SOD的清除实力，过量的强氧化物质就会引起生物大分子的变性失活，使O2-快速增加，膜透性产生猛烈改变，造成细胞内的物质外渗加快，加剧植物体的损伤。因此SOD的活性体现了植物组织的抗氧化
16、实力，在防卫生物体内氧化损伤及反抗胁迫等方面起着重要的作用11，所以SOD活性也可视为植物抗胁迫实力大小的指标，是植物体内清除自由基的首要物质，其活性的大小与植物的抗逆性亲密相关12。镉胁迫处理对茶树叶片中SOD活性的影响结果见图3，由表1、图3可以看出，茶树叶片中SOD活性随着镉胁迫浓度的上升出现先上升后降低的改变趋势。如5 mg/kg镉胁迫处理的叶片SOD活性44.15 U/mg比比照的SOD活性43.07 U/mg提高了2.5%；10 mg/kg镉胁迫处理的叶片SOD活性48.44 U/mg比比照提高了12.5%；20 mg/kg镉胁迫处理的叶片SOD活性64.36 U/mg比比照提高了
17、49.4 %；而40 mg/kg镉胁迫处理的叶片SOD活性45.62 U/mg只比比照提高了5.9%；自不待言，SOD活性以在20 mg/kg镉胁迫处理时达到最大值。这与常硕其等6加锰处理茶树的探讨、骆耀同等13加铅处理茶树的探讨、钟珍梅等2对圆叶决明的探讨结果相一样。即重金属轻度胁迫条件下SOD活性增加，重度胁迫下SOD活性下降。这可能是当茶树受低浓度镉胁迫后，茶树体内活性氧含量增加，SOD酶系统被激活以应对镉胁迫，故SOD活性增加，而当镉浓度达到肯定水平常，引起蛋白质变性，故SOD活性降低。 2.4 镉胁迫对茶树叶片中MDA含量的影响 MDA是植物在受到逆境胁迫时，细胞膜发生过氧化作用或脱
18、脂作用而产生的最终产物，其含量的凹凸可以反映植物遭遇逆境损害的程度，是表达植物膜系统受损害程度的重要指标之一。镉胁迫处理对茶树叶片中MDA含量的影响结果见图4，从表1、图4可以看出，经过镉胁迫处理的茶树叶片MDA含量都高于比照的MDA含量，其中5 mg/kg镉胁迫处理的叶片中MDA含量11.21 mol/g比比照的MDA含量10.59 mol/g提高了5.9%；10 mg/kg镉胁迫处理的叶片中MDA含量16.85 mol/g比比照提高了59.1%；20 mg/kg镉胁迫处理的叶片中MDA含量12.40 mol/g比比照提高了17.1%；40 mg/kg镉胁迫处理的叶片中MDA含量12.14
19、mol/g 比比照提高了14.6%；自不待言，在镉胁迫浓度为10 mg/kg时MDA含量达到最大值，而后茶树叶片的MDA含量随着镉胁迫浓度的增加有所下降。这是植物受到镉胁迫后，通过调整自身的MDA含量来应对外来的胁迫损害特性所确定的，这与常硕其等6探讨锰对茶树生理改变的影响、丁波等14探讨锌对粗大女贞Ligustrum robustumBl.生理特征的影响、夏建国等15探讨镉胁迫对蒙山古茶树生长及叶片生理指标影响的结果中植物受到重金属胁迫后体内MDA含量“先上升、后降低”的状况是类似的。 2.5 镉胁迫对茶树叶片中叶绿素和类胡萝卜素含量的影响 植物体内的光合色素是光合作用的重要基础，其中的叶绿
20、素是植物生长发育的重要养分来源，是反映植物叶片生长状况的重要生理指标，其在光合作用中参加植物对光能的汲取、传递和转化，其中叶绿素含量的改变既可干脆反映植物叶片光合作用功能的强弱，也可用来表征逆境胁迫下植物组织、器官的损害程度与苍老状况16，17，因此在胁迫背景下植物叶绿素的含量凹凸体现了植物抗胁迫实力的大小18，19，往往可以作为植物机体反映环境胁迫程度的重要生理指标。类胡萝卜素既是光合色素的一部分，也是活性氧清除系统中非酶促系列的成员之一，它可干脆捕获氧自由基而阻断氧自由基的链式反应，防止氧自由基对蛋白质、脂质和DNA的氧化损伤，进而有效地延缓植物的苍老20。镉胁迫处理对茶树叶片中光合色素含
21、量的影响结果见表2、图5，从表2、图5可以看出，茶树叶片中叶绿素和类胡萝卜素含量随着镉胁迫浓度的上升出现先上升后降低的改变趋势。如在5 mg/kg镉胁迫处理的叶绿素含量2.50 mg/g比比照的叶绿素含量2.32 mg/g 提高了7.8%，类胡萝卜素含量0.76 mg/g 比比照的类胡萝卜素含量0.69 mg/kg 提高了10.1%；在10 mg/kg镉胁迫处理的叶片叶绿素含量2.73 mg/g比比照的提高了17.2 %，类胡萝卜素含量0.85 mg/g 比比照的 提高了23.2%；而在20 mg/kg镉胁迫处理的叶片叶绿素含量2.20 mg/g比比照反而降低了5.2 %，类胡萝卜素含量0.6
22、7 mg/g 比比照反而降低了2.9%；到了40 mg/kg镉胁迫处理时降低的幅度更大，叶片叶绿素含量1.94 mg/g比比照降低了16.4%，类胡萝卜素含量0.63 mg/g 比比照降低了8.7%。茶树叶片的叶绿素含量在低浓度镉胁迫下小幅度上升，这可能是叶绿素合成系统的一种应激性反应。随着镉胁迫浓度的上升，重金属镉可能破坏了叶绿体合成蛋白酶的活性和线粒体的结构，导致叶绿素降解，代谢出现紊乱，导致叶绿素含量渐渐降低。这个试验结果与乔琳等21比较重金属对白菜幼苗叶绿素的影响探讨、郭明丽等7探讨镉对向日葵幼苗的影响以及丁波等14试验锌处理对粗大女贞生理特性的影响等探讨的结果是一样的。 3 小结 试
23、验结果显示，茶树在镉胁迫的环境里，随着镉胁迫浓度的增加，茶树叶片中的镉含量也呈现增加趋势，反映出茶树对重金属镉具有富集特性。由于镉的毒性和难降解性，进入茶树体内后会影响茶树蛋白质的合成，造成茶树叶片中可溶性蛋白的含量削减，使茶树的生长实力变弱，影响茶树的正常代谢，这将会造成茶叶品质的下降，产生食品平安问题。和大多数植物的胁迫生理特点类似，20 mg/kg以下浓度的镉能提高茶树叶片的超氧化物歧化酶活性，10 mg/kg以下浓度的镉能增加茶树叶片的丙二醛、叶绿素、类胡萝卜素的含量；而超过上述数值的镉浓度则降低了超氧化物歧化酶活性，削减了丙二醛、叶绿素、类胡萝卜素的含量，并且影响了茶树的正常生长。因
24、此在对茶园进行农事管理如施肥、打农药时，要严格限制好镉的引入，避开因重金属污染而降低茶叶的品质、削减茶叶产量、给农夫造成不必要的经济损失等状况出现，尤其是各地要重视重金属镉会通过食物链进入人体而带来一系列的食品平安问题，强化对茶叶等农产品平安的监测工作，尽快建立包括茶叶在内的农产品重金属污染的评价与预报机制22，从而为老一百零一姓的餐桌供应满足放心的平安食品。 另外，试验结果为茶园生产中镉毒害的田间预报、监测指标的确认、数据可信度辨析、污染程度评价等方面供应了肯定的参考；下一步将接着深化与扩大探讨镉胁迫对茶树更多生理指标的影响，争取建立一个全面完整的农产品重金属污染监测体系。 参考文献： 1
25、曹福亮，郁万文，朱宇林.银杏幼苗修复Pb和Cd重金属污染土壤特性J.林业科学， 2022，48：8-13. 2 钟珍梅，黄勤楼，王义祥，等.圆叶决明对重金属镉胁迫的响应及镉汲取效果探讨J.农业环境科学学报，2022，29：2287-2292. 3 李 云，张进忠，童华荣.茶苗对重金属Pb、Cu、Cd和Cr的汲取累积规律J.农业环境科学学报，2022，28：454-459. 4 高俊凤.植物生理学试验指导M.北京： 高等教化出版社，2022. 5 唐晓波，刘晓军，师大亮，等.茶叶中叶绿素含量的季节性差异探讨J.浙江农业科学，2022：502-503. 6 常硕其，彭克勤，张亚莲，等.加锰处理对茶
26、树锰含量及生理改变的影响探讨J.茶叶科学，2022，28：331-338. 7 郭明丽，台培东，韩艳萍，等.镉胁迫对向日葵幼苗生长和生理特性的影响J.环境工程学报，2022，3：2291-2296. 8 解莉婧，刘 宛，李培军，等. 镉胁迫对蚕豆幼苗基因组DNA多态性的影响J.生态学杂志，2022，26：35-39. 9 王建华，刘鸿先，徐 同.超氧化物歧化酶在植物逆境和苍老生理中的作用J.植物生理学通讯，11019：1-7. 10 杜秀敏，殷文璇，赵彦修，等.植物中活性氧的产生及清除机制J.生物工程学报，2001，17：121-125. 11 朱俊刚，王曙光，李晓燕，等.PEG胁迫对六倍体小
27、黑麦幼苗SOD、POD活性及MDA含量的影响J.中国农学通报，2022， 25：202-204. 12 尹永强，胡建斌，邓明军.植物叶片抗氧化系统及其对逆境胁迫的响应探讨进展J.中国农学通报，2022，23：105-110. 13 骆耀平，康孟利，任明兴，等.铅污染对茶树生育及相关爱护酶活性的影响J.茶叶，2004， 30：213-216. 14 丁 波，王德炉，罗 辉. 锌处理对粗大女贞生理特性及品质的影响J. 现代农业科技，2022：18-20. 15 夏建国，兰海霞. 镉胁迫对蒙山茶树生长及叶片生理指标的影响J.茶叶科学，2022，28：56-61. 16 李汝佳，李雪梅.水杨酸、脱落酸
28、和过氧化氢对镉胁迫小麦幼苗光合及抗氧化酶活性的影响J. 生态学杂志，2022，26：2096-20101. 17 胡 彦，陈 沁，邓志瑞，等.辣椒光合系统对重金属Cd2+胁迫的响应J.上海高校学报，2022，11：532-534. 18 邱海杰，熊治廷，费利西泰.水杨酸对Cd胁迫下两种大白菜主要养分品质的影响J. 农业环境科学学报，2022，25：873-874. 19 刘建新，胡浩斌，王 鑫.外源一氧化氮供体对镉胁迫下黑麦草幼苗活性氧代谢、光合作用和叶黄素循环的影响J.环境科学学报，2022，29：626-633. 20 于肇端，王丽娜，曹辰兴，等.外源一氧化氮对镉胁迫下黄瓜幼苗生长、活性氧代谢和光合特性的影响J.云南植物探讨，2022，31：486-492. 21 乔 琳，盛东风，邓 艳，等.重金属铜、锌、铁、铅污染对白菜幼苗鲜重及叶绿素含量的影响J.广东农业科学，2022：34-36. 22 夏建国，杨凌云，李海霞，等.施硅对川西蒙山茶叶品质的影响探讨J.茶叶科学，2022，27：83-87. 第15页 共15页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页