摘要
镉（Cd）是污染土壤的主要重金属之一，土壤中过量的Cd易被植物吸收和积累，并通过食物链进入人体。硫化氢（H2S）作为一氧化氮（NO）、一氧化碳（CO）之外的第三种气体信号分子，被发现具有可以缓解多种植物毒害的作用，并参与植物生长发育和响应胁迫过程。为进一步研究在H2S作用下，植物对Cd抗性的调节能力，本研究以紫花苜蓿（Medicago sativa L.）为试验材料，进行了种子萌发试验和盆栽试验，分析H2S在紫花苜蓿Cd胁迫下种子萌发、植株生长、Cd积累能力、生理特性及相关基因表达等多个方面的作用，以初步探明H2S提高植物抗性的作用机制，并为重金属污染土壤的植物修复提供一定的参考数据。本试验得到的主要研究结果如下： 1. 种子萌发试验 以0、0.05、0.1、0.2、0.4、0.6 mmol/L硫氢化钠（NaHS，为H2S供体）浸种后，分别培养在0.5 mmol/L的CdCl2溶液中，并设置蒸馏水为对照进行种子萌发试验。结果显示：Cd胁迫会显著降低种子的发芽率，抑制胚根和胚芽的生长，而H2S可以缓解Cd胁迫，并且以0.2 mmol/L NaHS浸种效果最为显著。 Cd胁迫下紫花苜蓿幼苗中可溶性蛋白、可溶性糖及游离脯氨酸（Pro）的含量升高；丙二醛（ MDA ）、H2O2、O2?-的含量增加；SOD、POD、CAT活性无显著变化， APX活性显著增加。H2S浸种会增强几种抗氧化酶活性，其中最佳浓度为0.2 mmol/L。 2. 盆栽试验 在种植40 d的紫花苜蓿植株的土壤中浇入CdCl2 溶液，使土壤中镉含量分别为0、20、40、60 mg/kg。分别向其叶片喷施0、0.05、0.1、0.2 mmol/L NaHS溶液，处理14 d后，测定其生长、生理指标及相关基因的表达情况。结果显示：随着Cd胁迫程度增强，植株根长、株高及生物量呈下降趋势。喷施NaHS可以缓解Cd胁迫对紫花苜蓿生长的抑制作用，且总体来看，NaHS浓度为0.2 mmol/L时效果较为明显。随着Cd胁迫增强，地上地下部分Cd含量也逐渐增加，中低Cd胁迫时，H2S会使转移系数增加，但高Cd胁迫时，H2S使转移系数下降，说明H2S能增加中低Cd胁迫下对Cd的吸收，并增加Cd向地上部分转运，而高Cd胁迫下，转系系数会下降，抑制Cd向上转运。 随着Cd胁迫程度增强，Fv/Fm、ΦPSⅡ 显著下降，H2S使得Fv/Fm 显著增大；说明H2S能减轻 Cd 胁迫对紫花苜蓿叶片 PSⅡ反应中心的光抑制程度，提高 PSⅡ电子传递速率和光能转换效率。NPQ增加、qP下降，说明Cd胁迫降低PSⅡ光化学效率的同时，启动了过剩激发能耗散机制防止光合系统遭受进一步破坏。H2S使qP增加， NPQ下降，说明H2S缓解Cd胁迫对光合系统的光抑制破坏。 叶片中可溶性糖、游离脯氨酸、MDA、H2O2、O2?-随着Cd胁迫程度的増加而上升，SOD、POD、CAT、APX随Cd胁迫程度的増加呈现上升后下降趋势，喷施NaHS在几种指标中都呈现出缓解胁迫的趋势。说明H2S可通过提高抗氧化酶活性抵抗胁迫伤害。 SOD、POD、CAT基因的相对表达量测定结果表明，Cd胁迫可上调几种抗氧化酶表达量，喷施NaHS使表达量上调更显著，说明H2S通过增加抗氧化酶的表达来提高其活性，来抵抗Cd胁迫。Cd胁迫会抑制IRT1的表达量，NaHS的喷施会在中低Cd胁迫下发挥作用，高Cd胁迫时，NaHS无显著作用。Cd胁迫还会上调Nramp1和MT1基因的相对表达量，NaHS的喷施会促进其表达量的上调，且随Cd胁迫程度增加所需NaHS浓度也升高。而MT1无论Cd胁迫高低H2S都会显著上调其相对表达量来帮助缓解Cd胁迫。 上述试验结果显示，H2S可以通过提高抗氧化酶活性，增强渗透调节能力及促进或抑制相关基因的表达上调来缓解Cd胁迫对紫花苜蓿的伤害。综合多项指标可知，本试验中，0.2 mmol/L NaHS为种子萌发的较优浸种浓度；土壤20 mg/kg Cd胁迫时，最佳NaHS喷施浓度为0.1 mmol/L；40、60 mg/kg Cd胁迫时，最佳NaHS喷施浓度为0.2 mmol/L。
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