1、鹅毛竹对镉胁迫的生理响应及硅和钙的调控作用文献综述1.1 重金属的概念重金属在化学中一般指密度在4.5g/cm 3以上的金属，构成环境污染的主要重金属有汞、镉、铅、铬等对生物毒性强的金属，其次是具有一定毒性的金属铜、锌、镍等 1。目前最引起人们关注的是汞、镉、铅、铬、砷等，被合称为重金属污染中的“五毒” 2。从20世纪50年代以来，随着人口数量的大幅度增加，采矿、冶炼和制造等工业的快速发展，农用化学品的大量使用及城市污水污物的排放，导致Cd, Pb, Hg, Cu等对生物有毒金属元素在环境中快速、过量的积累，这一由人类活动造成的环境污染问题引起了广泛的关注。这些金属元素的大部分被概括在一起，被
2、称之为“重金属(Heavy metals)”元素，总称那些比重大于5的金属元素 34 ，尽管这一概念还没有被精确定义，使用起源也不明确，但己被广泛采用 5-6。1.2 我国农田的镉污染情况土壤重金属污染是一个全球性的问题，随着世界经济的发展，由于人类的不合理使用，滥用农药、化肥和污水灌溉，使土壤污染日益严重。其中土壤重金属污染已经成为一个全球性的环境问题。在所有非植物必需的重金属元素中，镉、铅最为引起关注。因为Cd易被作物吸收，并通过食物链在人体内富集 7。我国对二十多处采矿、冶炼及工业废水污染点的调查表明，一些地区的农田 Cd 污染非常严重，且面积和程度呈上升趋势。如广西阳朔铅锌矿废水污染的
3、农田土壤含 Cd 量达10-136 mg/kg;沈阳张士灌区受污染农田面积 2800 hm，土壤 Cd 含量 5-7mg/kg;湖北大冶炼铜厂的烟囱排出的锅对周围 lOkm 范围的农田造成污染，污染农田面积达 8700 hm2。 101.3 土壤镉污染来源土壤重金属污染源主要有灌溉(特别是污灌)、固体废弃物堆置(污泥、垃圾等)、农药和肥料施用、以及大气沉降物等。植物受到镉污染主要是由“三废”所引起。工业废气是造成空气福污染的主要来源。大气中的镉可以通过降雨或干沉降而进入土壤，有一部分则直接被植物叶片所吸收，造成污染。在有工业污染(包括燃煤)的地区，土壤和果树叶片都积累了大量的镉 11。冶炼、燃
4、煤、石油燃烧、垃圾废物的焚烧等都能造成对大气的污染。矿区开发、镀锌厂以及与染料、塑料的稳定剂、油漆的着色剂及轮胎生产有关的工厂是含镉污水的主要来源 12-13。污灌是使重金属进入土壤的重要途径， 。农田施用污泥等固体垃圾，在增加N. P等营养元素的同时，锅等重金属含量也增高，美国的几项调查表明，消化的污泥平均含镉量为10-16 mg/kg 12,施用多年土壤镉含量必然增加。此外，施用化肥、农药也会造成镉的污染，据调查，广州市施用磷肥、石灰的镉含量为2-3 mg/kg 16，而澳大利亚施用的过磷酸钙含镉量达3848 mg/kg 12,显然施用不当也必然造成镉的污染。在污水农用造成农业土壤污染的同
5、时，淤泥农用、铅矿的开发、含铅化肥和农药的施用等都直接或间接的增加了土壤的铅污染 17-191.4 镉对人的毒性Cd 是严重污染性元素，Cd 对于生物和人体来说是非必需元素，污染性 Cd 主要通过消化道吸收进入人体。金锋 20等调查研究表明，Cd 是慢性毒害作用的靶器官，长期摄入镉使肾小球受到损害，引起尿白蛋白排出量的增加。镉中毒的主要危害是破坏肾功能，导致肾小管对低分子蛋白再吸收功能发生障碍，糖、蛋白质代谢紊乱，尿蛋白、尿糖增多，引发糖尿病;镉进入人体的呼吸道可引起肺炎、肺气肿;进入人的消化系统则可引起肠胃炎;镉中毒常伴有贫血症;孕妇福中毒易造成流产、新生儿畸形和死亡;镉中毒可诱发骨癌、直肠
6、癌、食管癌和胃癌。此外，Cd 有致突变、致癌和致畸作用，以及引起高血压、肺气肿等病症 21。1.5 镉对植物生长发育的影响1.5.1 镉对植物生长的影响镉强烈抑制植株的生长 26-28，使植物表现出生长迟缓、植株矮小、褪绿、产量下降等症状。但也有研究发现， 当镉浓度较低时，作物产量反而增加的情况 29-30。表明低浓度的镉对某些植物的生长发育有一定的“促进”作用。重金属能抑制植物生长，生长在重金属胁迫中的植物，敏感性类型很容易受害，体内生理生化过程紊乱，光合作用降低，吸收受到抑制，导致供给植物生长的物质和能量减少，相应地生长受到抑制;即使能完成生活史的耐性较强的品种，为了保持细胞正常功能，适应
7、逆境，必然要消耗植物生长过程中的有效能量，对于正常环境的适应能力下降，它们的生长率降低 31。张义贤 32研究表明，随着重金属Cd, Pb浓度的增加和处理时间的延长，大麦种子的萌发率、根生长速率、有丝分裂指数下降。Hg, Pb, Cd, Cu复合污染情况下，重金属通过抑制核酸的生物合成和破坏蛋白质合成机制以及破坏植物组织膜的完整性等活动加速水生植物的衰老。重金属镉对小麦、玉米的发芽率，幼苗生长，根的伸长都有抑制作用，但发现发芽初期，低浓度镉刺激种子萌发，随镉浓度提高，幼苗体内含镉量增加，幼苗叶片内叶绿素含量下降，质膜相对透性增高，丙二醛(MDA)含量上升，表明幼苗受到了伤害 33。受Pb影响后
8、，水稻的成熟期推迟，空批率增加，从而使产量大幅减产34.镉浓度在100PPm下能抑制花生的根系发育，结瘤数减少 35。调查研究表明，贵阳车辆厂部分草坪因受到土壤中金属离子的胁迫，草坪的根系生物量及其活力急剧下降，进而影响到草坪色泽、分粟以及草坪成坪性能，严重时导致草坪死亡 36。一些研究者用Pb溶液灌溉水稻和小麦，发现低浓度的Pb就能产生毒害效应，表现为叶片变黄，整个植株生长受抑制，以致最后枯死 37;大豆幼苗在50mg/L CdC12胁迫下株高、叶片数、叶面积、根系长度、侧根数目、根体积等形态指标均明显低于对照植株，长势趋劣 38。1.5.2 镉对植物生理生化的影响镉对叶绿素含量、光合作用、
9、呼吸作用和蒸腾作用的影响也相当明显。叶绿素含量随植物体内 Cd 浓度增加而显著下降 39.Bazza 等 40和 Baszynski 等 41报道，Cd 胁迫显著降低玉米、向日葵和番茄的光合强度，从而抑制生物量积累。实际上，Cd 对植物生理生化方面的影响与其浓度有关:低浓度可提高或加速某些生理生化反应，而高浓度则抑制这些生理生化过程。这种现象解释为 Cd 在低浓度时对植物有一定的“刺激作用” 42。1.5.2.1 镉对植物光合作用的影响叶绿体是植物完成光合作用的细胞器，充足的叶绿素和完整的叶绿体是光合作用得以顺利进行的保证。Cd对植物光合作用毒害表现在于Cd直接干扰叶绿素生物合成 43-44，
10、破坏光合器官及色素蛋白复合物 45-47。Cd导致叶绿体膜系统的完整程度遭破坏 48-52.Cd除降低总叶绿素含量外还降低有效叶绿素(PSII天线色素)含量 53，细胞基质片层及叶肉细胞基粒和基粒片层排列受Cd影响而紊乱 49. Basszynski等 41指出，叶绿素含量的降低先于C0 2固定受抑制，并认为这是Cd致使植物光合作用减少的基本原因。一般认为，Cd降低叶绿素含量、破坏叶绿体的结构和功能活性的方式是与叶绿体蛋白质上的琉基CSH)等结合或取代其中的Zn或其它重要金属元素 54。也有人认为，Cd致使叶绿素含量减少的原因是Cd引起叶绿素酶活性增加而导致叶绿素分解加快 55。杨居荣等报道C
11、d处理的几种植物叶片内叶绿体含量降低 48,彭鸣等用Cd. Pb处理玉米，发现叶绿体结构发生明显变化 46。1.5.2.2 镉对植物呼吸作用的影响重金属对植物呼吸作用的影响十分显著。Cd 对植 物 呼吸作用的影响在于对线粒体的伤害。在马铃薯细胞内，Cd 能增加线粒体 H 十 的被动通透性，阻止了线粒体氧化磷酸化作用 56。彭鸣等 46报道，玉米线粒体受 Cd 影响内峭减少或消失，高浓度 Cd 处理致使线粒体肿胀成巨型线粒体，内腔出现空泡，有的线粒体崩溃，造成不可逆伤害，降低呼吸作用，导致植物死亡。高浓度 Cd 对玉米线粒体的伤害是不可逆转的，将造成呼吸作用降低，植物细胞死亡 57。1.5.2.
12、3 镉胁迫对植物体内酶系的影响重金属胁迫浓度升高时，当重金属胁迫导致活性氧形成增加时，SOD 表达合成升高58，在低浓度重金属胁迫下，植物体内所具有的活性氧清除酶系统和具抗性特征的生理活动被诱导而加快，SOD 在此诱导下，其活性逐渐增加，用以清除重金属胁迫导致植物体内所产生过多的 O2_，但是当重金属浓度增加时，植物体中的 O2-的增加超过了正常的歧化能力极限而对组织细胞多种功能膜及酶系统破坏，以至抑制 SOD 活性增加而急剧或缓慢下降。重金属胁迫浓度升高，植物的 SOD 活性下降 59。1.6 植物对镉的吸收、运输和分配1.6.1 植物对镉的吸收土 壤中 Cd 含量是影响植物 Cd 吸收的主
13、要因子。绝天多数植物对 Cd 的吸收随土壤Cd 浓度的升高而增加，植物体内 Cd 浓度与土壤中总 Cd 和有效 Cd 都呈显著正相关(Baker。 al. 1 994)。但不少植物，如无叶怪柳，对 Cd 的吸收有“饱和”现象，即当溶液中 Cd 浓度达一定水平后，植物吸 Cd 量不再增加 61。1.6.2 镉在植物体内的运输1.6.2.1 镉跨根细胞膜运输植物保护自己免受重金属毒害，至少部分地通过抑制根系吸收重金属和重金属的长距离运输来实现 62 。Pineros等采用选择性微电极研究Cd在超积累植物Thlaspi caerulescens和非超积累植物Thlaspi arvens。根系中的迁移
14、，发现Cd沿根系迁移有明显的空间特异性，离根尖最初几毫米内Cd的内向流量显著高于根尖后面的区域，而两种植物根系中Cd的流动方式和流量没有显著的差异。他们认为，这两种植物对Cd吸收量的差异需要较长的时间才能表现出来，在根细胞膜上很可能存在某种Cd诱导的运输蛋白.另有研究表明，在燕麦根细胞中，Cd可以以自由金属离子通过Cdz+-H+反向运输体 63和以Cd-PC复合物通过Cd-PC运输体 64两种机制跨液泡膜运输。1.6.2.2 镉在根共质体内的运输及区室化根细胞共质体中自由Cd水平影响Cd在植物体内的运输，细胞质中游离Cd 2+水平至少受两个过程的调控:与植物中Cd合肤结合 63和区室化分布 6
15、5.Salt等 66发现，0.6L/ml Cd处理印度芥菜(Brassica juncea)7天，根系积累的Cd是地上部的6倍，且主要与含S基团结合。X-射线吸收光谱研究表明，其有可能是一种Cd-S 4复合物。与利用X一射线衍射吸收精细结构分析法(EXAFS)分析纯化的Cd-PC复合物相比，他们有相同的Cd-S作用方式 67。说明Brassica juncea根系中的绝大部分Cd与植物鳌合肤结合。尽管Salt等和Edie等的研究认为，根系中Cd与植物鳌合肤的结合对木质部Cd的运输没有影响 68o 但是，Cd在根细胞的液泡中的区室化是影响植物体内Cd长途运输的有效机制，而且在植物细胞的液泡中确实
16、发现了Cd鳌合肤 64;69。1.6.2.3 镉在木质部的运输金属离子从根系转移到地上部主要受到两个过程的控制:从木质部薄壁细胞转载到导管和在导管中的运输，后者主要受根压和蒸腾流的影响。重金属在木质部的运输受到叶片的蒸腾作用的驱动，用ABA处理诱导气孔关闭，印度芥菜(Brassicajuncea)地上部的Cd积累量急剧减少，伤流液中的Cd浓度随生长介质中Cd浓度变化呈双相饱和动力学特征，这可能存在一种专一的膜转运过程促进木质部金属离子的装载 70植物从土壤吸收Cd，并将其转移和积累在地上部，这个过程中包括许多环节和调控位点，如Cd的跨根细胞质膜运输;根皮层细胞中的横向运输;从根系的中柱薄壁细胞
17、装载到木质部导管;木质部的长途运输;从木质部卸载到叶片细胞以及跨叶片细胞的液泡膜运输等。很显然，对于Cd在这些环节的生理机制还有待于深入研究。1.6.3 镉在植物体内的积累与分布关于 Cd 在 植物各器官的分布，国内外已有不少研究 Cd 含量在小麦、玉米、水稻各器官的分布为二根茎叶籽粒 71-72，籽粒远远低于根系。通常根对 Cd 的吸收累积量占总量的 70%-80%，籽实只占 1%-10%。如在水稻体内分布为:根系:茎叶:糙米约为 80: 15:173. Cd 集中在根部积累，可能与 Cd 进入根的皮层细胞后和根内蛋白质、多肤、多糖类、核搪类、核酸等化合形成稳定的大分子络合物或不溶性有机大分
18、子沉积下来有关 74。但是，烟草及某些蔬菜如胡萝卜中 Cd 含量却是叶片高于根部。1.7 硅缓解植物非生物胁迫的研究进展硅(silicon)是高等植物中重要的无机组成成份,几乎存在于所有植物体内,其对植物体具有某些特殊功能,被公认为植物体的有益元素 79 早在 1804 年,De Saussure 就发现植物内含有硅 80.Sachs1862 年提出硅是否参与植物营养过程的问题 81,接着人们利用土培、水培及物理化学等技术对硅进行了大量研究.土壤中硅占有很大的比例,约占四分之一82。1.7.1 植物对硅的吸收与运输不同植物对硅的吸收能力相差很大，一般情况下，硅在单子叶植物体内积累较多，双子叶植
19、物含硅量较高的主要集中在大麻和荨麻属植物 83大部分植物的不同器官,硅含量差异比较大.如在燕麦成熟时,颖果中含硅量占地上部分全硅量的 0. 5% 0. 8%,花序的其它部分占 40. 7%41.3%,茎秆占 7.8%10.9%;在叶子中以旗叶含量最高,根系的含硅量仅占全株的 2%以下.水稻的硅多分布在地上部分,而三叶草根系中硅含量相当于地上部分的 8 倍.一般成熟的植物和老叶的硅含量高于幼苗和嫩叶84.硅是以硅酸(H 4SiO4)形式在植物体内运输的,从根到茎的长距离运输主要是通过木质部,随蒸腾流而上升,一部分沉积于木质部导管的细胞壁,大部分沉积于蒸腾流的终端叶片上下表皮细胞的外壁上. 植物体
20、内硅的长距离运输仅限于木质部，它在地上部茎叶中的分布取决于各器官的蒸腾率。硅主要存在于质外体，当水分蒸发后硅酸沉淀于蒸腾流的末端 85，1.7.2 硅对植物非生物胁迫的影响大量研究证明,硅对作物的生长发育有益,而这种有益作用很大程度体现在硅可以提高胁迫下作物的抗性,如提高作物的抗病性、抗虫性、抗旱性、耐高温性及耐盐性,减轻重金属毒害,增强抗紫外线伤害能力等。进入 21 世纪以来,随着分子生物学、细胞生物学、遗传学、生物物理学和生物化学等学科的发展和交叉渗透,硅对逆境胁迫植物具有特殊的营养生理功能,范围也更加扩大和深入,取得了一些突破性进展。土壤中加适量的硅可以逆转金丝小枣在长期盐胁迫下叶绿素含
21、量明显下降，类胡萝卜素含量稳定中呈下降趋势；促进盐胁迫下金丝小枣叶片 PSII 的光化学活性，提高 PSII 的原初光能转化效率和潜在化学活性，促进光合电子传递；改善金丝小枣在长期盐胁迫下叶片的气体交换状况随盐胁迫加重而恶化的情况 86。硅能明显减轻大豆、高梁、大麦、玉米、小麦和水稻等作物的铝毒害作用。根系是铝毒危害最敏感的部位，当土壤溶液可溶性铝离子浓度超过一定限度时，植株根系就会表现出典型的中毒症状，即生长受阻，根短小，畸形卷曲，脆弱易断等。施硅后，毒性可被减少或消除 87。Zsoldos 在 pH 值为 4.1 的营养液中培养小麦幼苗，随着培养液中铝的增加，根的生长呈下降趋势，加硅 6
22、h 后根的铝中毒症状明显减轻，而加硅预处理 4 d 的小麦没有表现出根中毒症状，这表明硅对缓解铝毒有重要作用 88。当作物体内锰含量超过 600 mg/kg 时，就可能对作物产生毒害作用 89。较高浓度的汞使玉米幼苗生长阶段叶绿素含量、光合强度、根系活力、硝酸还原酶活力和水分利用率降低，而叶片蒸腾强度升高适量，硅可明显减轻上述生理指标的变化 90。向 HgCl2溶液中加入Na2Si03，可以缓解 HgCl2对玉米种子萌发过程中淀粉酶、脂肪酶和蛋白酶活力的抑制作用，从而使淀粉、脂肪和蛋白质的分解代谢得以恢复 91。并且随着加入 Na2SiO3浓度的升高，缓解作用越好。硅可以减少叶片中氧化产物的形
23、成 92，减轻由过量锰引起的脂质过氧化反应，进而减轻锰的毒害作用 93。Jucker 证实，施硅水稻植株和不施硅水稻植株锰中毒的临界值分别为 120 和 60 mg/L94。此外，硅还可以减轻由镉、铬、砷、铁、铜 95-96等引起的重金属毒害。1.8 钙缓解植物逆境胁迫的研究进展钙是土壤中最丰富的元素之一。通常情况下,因供应不足而出现作物缺钙的现象较罕见。因此,人们往往忽视钙肥的使用。然而,由于钙对植物抗逆能力有重要调节作用,重视钙肥的使用对增强植物的稳产能力,保证农业的持续发展具有重要意义。尤其是近几十年来酸雨的蔓延和化学氮肥使用量增加引起的土壤酸化,日益加剧钙流失 97 而高浓度复合肥如磷
24、酸铵对含钙普通磷肥的逐步取代,又使农田钙投入减少,加剧土壤供钙与植物抗逆需钙的矛盾。如果未来全球环境向多灾方向演变,这一矛盾将更加尖锐。这对发达国家或地多人少的国家不会很严重,但对人多地少并日益依赖精细土壤管理的我国来说,值得格外重视。1.8.1 Ca-CaM 信号系统与重金属胁迫1.8.1.1Ca 作为第二信使与植物细胞酶活性钙不仅仅作为一种植物必需的大量营养元素，更重要的是作为细胞内的第二信使，通过钙调素(CaM)的中介而把胞外信号转换成胞内的生理生化反应 98。一些证据表明环境胁迫能通过提高胞内游离钙离子浓度而与 CaM 结合来启动一系列生理生化过程，形成细胞的逆境伤害和适应机制，从而使
25、 Ca2+和 CaM 在植物对逆境胁迫的感受、传递、响应和适应过程中起中心作用 99。重金属作为一种环境胁迫的信号，根据钙信使系统理论，它刺激植物细胞，引起胞内Ca 2+上升，调节一些酶的活性。这些酶有可能呈保护性的，也有可能呈破坏性的，如SOD,POD等酶类被激活 100，属于保护性反应，而LOX等酶类被激活 101能促进酶促膜脂过氧化作用，则属于破坏性反应。在一定范围内，这两种反应保持平衡，植物才不受伤害。植物抗胁迫能力的提高是植物中抗氧化系统活性密切相关的 102，而氧化胁迫和抗氧化系统与Ca 2+及钙调蛋白相关。Gong和Li在玉米中发现超氧化物歧化酶(SOD)是一种依赖钙调蛋白的酶
26、103。Xu和Hoystee报告，在花生细胞中，谷肤甘肤过氧化物酶(GPX)的产生及活性受Ca 2+及钙调蛋白调节 104。 但Ca 2+是否参与抗氧化酶的诱导以及参与抗氧化酶诱导的机制尚需进一步的证明和挖掘。1.8.1.2 Ca-CaM 信号系统与活性氧的产生Chanda 105 等的研究表明，寡聚半乳糖醛酸、Mas-7(可激活 G 蛋白和 Ca2+流动的小肤)和高渗透势均可刺激烟草细胞产生氧化碎发(oxidativebu rst)，三者都可促使烟草细胞中 Ca2+ 的浓度快速增加。钙信号出现于氧化碎发之前，Ca 2+鳌合剂 EGTA 和 Ca2+ 通道阻断剂钉红均可抑制钙信号的产生和氧化碎
27、发。Ca 2+载体离子霉素(ionomycin)也可诱导烟草细胞中 Ca2+ 浓度的快速增加和激发氧化碎发，这些表明 Ca2 +信使参与活性氧的产生和氧化碎发信号的转导。1.8.1.3 外源钙处理与重金属胁迫Ca2+是植物生长发育的第二信使,广泛参与对逆境的应答反应。外源钙可以减轻镉、铜、紫外辐射、酸雨和盐等多种胁迫对植物的毒害作用。席玉英在含镉的培养液加入钙后，玉米幼苗对镉的吸收减弱 106。李三署 107认为一方面钙与镉形成较稳定的闭蓄态铜与土壤结合，从而抑制镉进入生物体;另一方面，它们可以与镉竞争进入细胞壁、细胞质、液泡，从而降低姬松茸细胞中的镉含量。宋玉泉 108用Cd 2+ Ca2+
28、处理玉米种子时，钙能减少以至消除镉对种子活力和幼苗生长的毒害作用。钙参与生物基因表达的调节 109遗传物质DNA的合成、修复及转录过程均与CaM有关。由此推测，钙信使系统参与植物耐镉基因表达的调控与钙提高植物耐镉关系密切。硅和钙作为对植物生长有益的营养元素，可以提高作物产量、改善作物品质，因此，应该进一步加强有关硅和钙提高植物抗逆境胁迫机理方面的研究，从而为解决农业生产的实际问题提供可以借鉴的理论依据。2.本论文研究的目的和意义竹类植物是重要的经济植物，由于它生长快，成才早，产量高的特点，在建筑、生产等方面都有广泛的应用。竹类植物形态优美，观赏价值高，在美化环境和风景园林上也广为利用。竹叶中含
29、有黄酮及其甙类、活性多糖、特种氨基酸及其肽类、必要微量元素和芳香成分等 5 种有用成分 110-111。竹叶提取物具有改善心血管系统功能、抗衰老、抗氧化、抗癌、防腐以及营养保健作用，竹叶又可作为绿色食品进行研究和开发利用 112-113。竹业以其效益高、见效快的优势，在促进农村经济发展、增加农民收入等方面彰显出重要地位和作用。目前竹业已成为产竹省（区）的新兴支柱产业之一，与花卉业、森林旅游业、森林食品业一起，成为我国林业的四大朝阳产业。 “竹业工程”也是江苏省十大林业工程之一。近年来，随着采矿、冶金以及其他工业的迅猛发展，我国土壤中的镉污染日益严重，而农药、化肥的大量施用以及汽车尾气的大量排放
30、， 铅污染严重影响了植物的生长。随着镉、铅污染面积的不断扩大，找到合适的方法来提高植物抗性，进行矿区改造已经迫在眉睫，目前已有大量研究发现：使用硅、钙调节可增强植物对不良环境的抵抗能力。虽然目前对硅和钙与植物重金属胁迫的关系已有不少研究，但主要集中于农作物，对竹类植物研究鲜有报道。鹅毛竹是常见景观地被植物， 植 株 低 矮 ， 叶 片 秀 美 ， 常 植 于 庭 园 观 赏 也 可 用于地被绿化、固土护坡或盆栽观赏，具有很强的适应能力，且耐修剪，病虫害极少。本论文选择鹅毛竹为材料，以 SiO32-和 Ca2+为调节因子，常见重金属污染物 CdCl22.5H2O 和Pb(NO3)2 为胁迫因子，
31、从生理生化角度，探讨重金属离子 Cd2+和 Pb2+对竹类植物生长与代谢的生理生化的影响，为竹类植物在矿区的运用、竹类植物广泛栽培以及硅和钙对镉和铅的缓解作用提供科学的理论和实践依据。3 试验材料和研究内容3.1 试验材料鹅毛竹 （ Shibataea chinensis） 的盆栽苗，苗木均由南京林业大学竹类研究所提供。3.2 研究内容（1）研究不同浓度的镉胁迫下，鹅毛竹的抗性。（2）研究硅处理对重金属胁迫下鹅毛竹的生理反应的调节效应，筛选出最适浓度。（3）研究钙处理对重金属胁迫下鹅毛竹的生理反应的调节效应，初步研究钙调节的机理，筛选出最适浓度。为竹类植物抗重金属胁迫的生理以及硅和钙调节机理的
32、研究提供理论依据，同时为竹类植物在矿区等重金属污染区的环保应用提供参考。4 研究方法、技术路线及可行性分析4.1 研究方法（1）选取长势相似，高度像他的盆栽苗剪去地上部分，换盆施肥后移入温室大棚栽植。次年新株叶片充分展开后，用于各实验处理，盆口直径 15cm，高 13cm，下置浅壁托盘，试验期间正常生产管理。鹅毛竹每盆 20-27 株。每个处理数 5 盆。（2）以 CdCl22.5H2O 为镉源，四个浓度分别为 Cd0；Cd1；Cd2；Cd3。（3）以硅酸钠为硅源，于镉处理前两天均匀施入土壤，处理标记为Cd1Si；Cd2Si；Cd3Si。以氯化钙为钙源，也于镉处理前两天叶面喷施，处理标记为 C
33、d1Ca；Cd2Ca ；Cd3Ca。其他材料一律以清水代替。（4）以硅酸钠为硅源，于铅处理前两天均匀施入土壤，处理标记为Pb1Si；Pb2Si；Pb3Si。以氯化钙为钙源，也于铅处理前两天叶面喷施，处理标记为 Pb1Ca；Pb2Ca；Pb3Ca。其他材料一律以清水代替。（5）待处理完毕后每隔 20 天左右取样进行各种生理指标测定，共取 5 次，取样结束后将剩余材料和所用土壤挖坑深埋。4.2 指标测定主要包括：1.细胞质膜透性参照谭常的测定方法，略有改动。 1142.叶绿素含量的测定采用丙酮乙醇混合液浸提法。 1153.保护酶活性的测定参照李合生的方法，略加改进。 116（1）.SOD 活性的测
34、定4ml 反应体系中含磷酸缓冲液（pH7.8）3.1ml，甲硫氨酸 1g/50ml 0.2ml,氮蓝四唑（NBT）1mg/ml 0.2ml, EDTA1mg/1ml 0.2ml 和核黄素 0.1mg/1ml 0.2ml，最后是 0.1ml 的酶液。混匀后将 1 支对照管（不加酶液，PBS3.2ml ）置于黑暗处，一只对照管和其他试管置于 4000lux 的日光灯下进行光化学反应 20 分钟，然后用黑暗终止反应，立即在560nm 下以置于黑暗处的对照管为空白进行比色,SOD 的活性单位以抑制 NBT 光化还原的 50%为一个酶活性单位表示。计算公式： 测总活 性 VW%50Ack)(SODe公式
35、中：SOD 活性以每克鲜重酶单位表示。Ack照光对照管的光吸收值Ae 样品管的光吸收值V 总样液总体积(ml)V 测测定时样品用量(ml)W 样重(g)（2）.POD 活性的测定取 1 试管加 3.8ml0.3愈创木酚反应液和 0.1ml0.3%过氧化氢，加 0.02ml 酶液，摇匀，立即在分光光度计 470nm 下测其吸光度，从加入酶液时开始用秒表计时， 1min 读数一次。以每分钟吸光度变化值表示酶活性大小。计算公式：POD 活性= FWtA470稀 释 倍 数（3）.CAT 活性的测定3.1ml 反应体系中含有 2.9ml pH 为 7.8PBS，再加入 0.2ml0.3% H2O2，加
36、 0.1ml 酶液，摇匀，并迅速倒入石英比色杯中，在 240nm 下测定吸光度，从加入酶液开始计时，每隔1min 读数一次，共测 3min。酶活性的计算：过氧化氢酶活性（A 240Vt）(0.01V1tFW) 1A 240为每分钟吸光度的变化量，Vt粗酶提取液总体积，mlV1测定用粗酶提取液，mlFW样品鲜重，g0.01A240 每下降 0.01 为一个酶活单位， U4.游离脯氨酸（Pro）的测定茚三酮显色法。 1175.可溶性糖的测定蒽酮比色法。 1186.可溶性蛋白质含量的测定考马斯亮蓝 G-250 显色法。取叶 0.2g，加液氮研磨成粉，分三次加蒸馏水 4ml，研磨成浆，于 6000rp
37、m 下离心 20min，上清液即为可溶性蛋白提取液。取提取液 0.1ml，加入5ml 考马斯亮蓝 G-250（0.1%）溶液，混匀后静置 2min，于 595nm 处测定吸光度,按标准曲线计算相应蛋白质含量(单位：mg/gFW)。7丙二醛含量的测定取离心后的酶上清液 1.5ml，加人 2.5ml0.5%硫代巴比妥酸(TBA)。混合物于 100沸水中加热 20min，迅速冷却，于 3500 转10min 离心，上清液分别于 532nm 及 600nm 处测定光密度 OD 值。计算公式： MDA 含量(mmol/gFW)=(OD532-OD600)/0.155提取液总量/ 测定时提取液用量 反应体
38、系总体积 /样品鲜重(g) 。8根系活力的测定TTC 法测定 115。9光合作用的测定利用美国基因公司制造的 Li-6400 系列便携式光合仪测定，采用红蓝光源(blue10%)，于胁迫处理结束后第 19 天、39 天、61 天、81 天、99 天每天上午 9 点开始测定，每个处理固定 3 盆选取 68 片叶进行测定。10超微结构的观察11数据处理方法采用 EXCEL 和 STST 软件进行数据处理和相关性分析。参考文献1余贵芬,青长乐.重金属污染土壤治理研究现状.农业环境与发展， 1998,1 5(4):2 2-242张格丽等.国内外农业锚污染研究现状及其发展趋势分析农业环境保护,1997,
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