叶面喷施壳聚糖和亚精胺缓解生菜镉毒性的研究成果

为缓解生菜镉（Cd）毒性，研究人员探究壳聚糖（CTS）和亚精胺（SPD）协同作用，发现其能有效减轻毒性，意义重大。

　　在当今环境问题日益严峻的背景下，重金属污染对生态系统和人类健康构成了巨大威胁。镉（Cd）作为一种毒性极强的重金属，在土壤中具有高迁移性和持久性，能被植物轻易吸收并积累，进而通过食物链危害人体健康。生菜（Lactuca sativa L.）作为全球广泛种植且深受人们喜爱的叶菜类蔬菜，对镉有较强的吸收能力，即便在低镉污染土壤中生长，其体内镉含量也可能超标，严重影响生菜的品质和食用安全性，这一问题亟待解决。

为了应对这一挑战，来自巴基斯坦教育大学、沙特国王大学、韩国庆北国立大学等机构的研究人员开展了一项关于生菜镉毒性缓解策略的研究，相关成果发表在《Scientific Reports》上。

研究人员采用盆栽实验，选取了 VRIL - 0205 和 Green Check 两个生菜品种，运用四向完全随机设计（CRD），设置了多个处理组，包括镉胁迫（10 ppm CdCl₂）、壳聚糖（200 ppm）、亚精胺（145 ppm）处理组及其相应对照组，通过一系列实验来探究壳聚糖和亚精胺单独及协同应用对生菜镉毒性的缓解效果。

研究结果表明：

• 对生长属性的影响：镉胁迫显著抑制了生菜的生长，使两个品种的生菜在株高、根长、鲜重和干重等方面都大幅降低。而壳聚糖和亚精胺的处理，无论是单独使用还是协同使用，都能显著改善生菜的生长状况，且协同处理效果更为显著。
• 对光合色素和叶绿素荧光的影响：镉胁迫导致生菜叶绿素 a、叶绿素 b 和类胡萝卜素含量显著下降，叶绿素荧光参数 F_O升高，F_M、F_V和 F_V/F_M降低，表明镉破坏了生菜的光合作用。壳聚糖和亚精胺处理能够显著提高光合色素含量，改善叶绿素荧光参数，增强光合作用效率，协同处理提升效果最为明显。
• 对气体交换相关属性的影响：镉胁迫显著降低了生菜的光合速率（P_n）、蒸腾速率（T）、气孔导度（g_s）和胞间 CO₂浓度（C_i）。壳聚糖和亚精胺处理能够有效逆转这些负面影响，协同处理对气体交换属性的提升作用更为显著。
• 对水分含量的影响：镉胁迫降低了生菜的渗透势、水势和相对含水量（RWC），影响了植物的水分平衡。壳聚糖和亚精胺处理不仅能够恢复生菜的水分含量，还能使其在对照和胁迫条件下均有所增加，协同处理效果更佳。
• 对胁迫标记和总可溶性蛋白的影响：镉胁迫引发生菜的氧化损伤，导致丙二醛（MDA）含量、过氧化氢（H₂O₂）水平和相对膜透性（RMP）升高，总可溶性蛋白（TSP）含量增加。壳聚糖和亚精胺处理能够显著降低 MDA、H₂O₂含量和 RMP，同时进一步增加 TSP 含量，协同处理在降低胁迫指标和增加 TSP 方面效果显著。
• 对酶促抗氧化剂的影响：镉胁迫下，生菜的抗氧化酶活性如过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）和超氧化物歧化酶（SOD）显著升高，以应对氧化应激。壳聚糖和亚精胺处理能够进一步提高这些抗氧化酶的活性，协同处理时酶活性达到最高。
• 对总酚和脯氨酸含量的影响：镉胁迫使生菜的总酚和脯氨酸含量增加，这是植物应对胁迫的一种自我保护机制。壳聚糖和亚精胺处理进一步增强了这两种物质的积累，协同处理在提升总酚和脯氨酸含量方面效果显著。
• 对无机离子的影响：镉胁迫显著降低了生菜根和茎中 K⁺和 Ca^{2 +}的浓度，影响植物的营养吸收和生理功能。壳聚糖和亚精胺处理能够提高 K⁺和 Ca^{2 +}的浓度，协同处理在改善茎中 K⁺和 Ca^{2 +}浓度方面效果明显，单独处理对根中 Ca^{2 +}浓度的提升更有效。
• 对 Fe^{2 +}和 Cd^{2 +}含量的影响：镉胁迫下，生菜茎中 Cd^{2 +}含量显著增加，Fe^{2 +}含量降低。壳聚糖和亚精胺处理能够显著降低茎中 Cd^{2 +}含量，增加 Fe^{2 +}含量，协同处理效果最佳。

通过皮尔逊相关性分析和主成分分析，研究人员发现镉含量与生菜的生长和生理属性呈负相关，与胁迫标记呈正相关，进一步证实了镉胁迫对生菜的负面影响以及壳聚糖和亚精胺处理的缓解作用。

综上所述，该研究表明镉胁迫对生菜的形态、生理和生化属性具有显著的负面影响，而叶面喷施壳聚糖和亚精胺无论是单独使用还是协同使用，都能有效缓解镉毒性，改善生菜在胁迫条件下的生长状况。这一研究成果为解决生菜镉污染问题提供了新的思路和方法，为提高农作物对镉的抗性提供了理论依据和实践指导，具有重要的科学意义和应用价值。未来，还需要进一步开展田间试验，优化处理方案，探究其长期效果，以推动该技术在农业生产中的广泛应用。

研究人员主要采用了以下关键技术方法：通过盆栽实验模拟镉污染环境，种植生菜并进行不同处理；运用分光光度法测定叶绿素、类胡萝卜素、MDA、H₂O₂、总酚、总可溶性蛋白等物质的含量；使用特定仪器测定叶绿素荧光参数、气体交换参数、渗透势、水势等生理指标；采用原子吸收分光光度计检测 Cd^{2 +}、Fe^{2 +}等金属离子浓度；利用统计分析软件进行数据分析，包括方差分析（ANOVA）、最小显著差异法（LSD）、皮尔逊相关性分析和主成分分析等。