土壤鉛脅迫對核桃幼苗生長的影響

楊 晉

(貴州省畢節市林業種苗站，貴州 畢節 551700)

土壤鉛脅迫對核桃幼苗生長的影響

楊 晉

(貴州省畢節市林業種苗站，貴州 畢節 551700)

摘要：采用盆栽實驗，設置不同鉛污染濃度的土壤作為培養基質(100、500、1000、1500、2000mg·kg-1)，研究了鉛脅迫對核桃1年生幼苗生長過程中葉片葉綠素含量、可溶性糖含量等生理指標及株高、地徑等生長指標的影響。結果表明：隨著Pb2+濃度的升高，核桃幼苗葉片中可溶性糖含量呈下降趨勢；較低濃度的Pb2+總體上有助于核桃幼苗葉綠素含量、株高、地徑的增長，而過高濃度的Pb2+脅迫，直接抑制核桃幼苗的生長。

關鍵詞：核桃；葉綠素；株高；地徑；可溶性糖

中圖分類號：S664.1

文獻標識碼：B

文章編號：：1674-9944(2015)02-0073-03

1引言

隨著工業化和城市化的發展，鉛污染問題日益嚴重，環境中重金屬的積累不斷加劇，其中有相當部分進入土壤，使土壤遭致污染，破壞了生態系統的正常功能。鉛是植物生長非必需的有毒元素，在土壤中過多積累會對植物的生長造成一定的脅迫 , 最終影響植物的生長與發育[1]。并且人類也會通過食物鏈的關系，食用這些植物，危害人類健康[2]。

近年來，由于人們對環境問題的重視，有關鉛對植物生理效應及其生物學性狀的研究很多，并取得了較大的成果，但是大多集中在對草本及農作物生長的研究，對木本植物的研究較少[3]。因此本研究項目主要以核桃樹為研究材料。核桃樹(Juglans regia)，屬胡桃科胡桃屬的落葉喬木。果實的營養豐富，每百克含蛋白質15～20g，脂肪60～70g，碳水化合物10g，并含有人體必需的鈣、磷、鐵等多種微量元素和礦物質，以及胡蘿卜素、核黃素等多種維生素，據測定，500g核桃仁相當于2500g雞蛋或4750g牛奶的營養價值，特別是對大腦神經細胞有益的鈣、鐵和維生素B1、維生素B2等成分含量比較高[4,5]。

而核桃作為畢節市多年發展山區經濟實踐中篩選出來的一個主要特色經果林樹種，在畢節市農村產業結構調整中，核桃產業得到快速發展，目前已作為支柱產業進行大力發展，做大做強核桃產業有利于調整山區產業結構、發展庭院經濟、增加農民收入、保護生態環境、綠化美化村莊、改變山區貧困面貌[6,7]。畢節市的赫章、威寧等縣區由于土法煉鋅等落后的生產工藝導致目前仍有大量的鉛鋅礦山跡地，研究鉛脅迫對核桃幼苗生長過程中苗高、地徑等生長指標及葉綠素含量、可溶性還原糖的含量等生理活性指標的影響，有助于進一步揭示核桃樹生長過程中對重金屬的富集機理，為探索經果林樹種在礦山跡地植被恢復中的利用及核桃的規范化種植提供理論依據，從而加快畢節市核桃產業的發展。

2材料與方法

2.1　供試苗木的選擇

本實驗供試的核桃幼苗為畢節市林業種苗站提供的一年生核桃實生苗。

2.2　鉛脅迫處理

選用30cm(直徑)×30cm(高)的花盆為試驗盆，無污染過篩后充分混勻的土壤土作為盆栽基質，每盆裝土9kg(干重)，盆下墊托盤，將供試核桃樹幼苗除去根系原土后進行盆栽移植，每盆栽植1株幼苗。移植后將試驗盆放于正常通風、光照的地方，并進行常規澆水管理，待苗木恢復生長2個月后，選取個體健康狀況一致的苗木進行鉛脅迫處理。鉛脅迫處理時以Pb(CH3COO)2·5H2O水溶液的形式加入到基質中，制成鉛含量為(以1kg風干基質中含純鉛毫克數計)100、500、1000、1500、2000mg·kg-1的污染土壤，另設不添加污染物的基質作為對照，每個處理濃度設置3個重復。所有的處理及處理后的苗木都在簡易大棚內進行培育，且每次用等量的水澆灌進行養護，從而避免因受雨水或澆灌水的影響而造成植株間處理濃度的差異，處理90d后分別取樣測定葉綠素含量、可溶性總糖、每棵植株的株高與地徑。

2.3　核桃幼苗生理指標測定

2.3.1　葉綠素含量的測定

采用葉綠素測定儀直接測定。

2.3.2　可溶性總糖的測定

(1)可溶性糖的提取。取核桃葉片于80℃烘干至恒重并磨碎，稱取50mg磨碎后的核桃葉片倒入10mL刻度離心管內加入4mL80%乙醇，置于80℃水浴中不斷攪拌40min后，離心，收集上清液，其殘渣加2mL80%乙醇重復提取2次，合并上清液，在上清液中加10mg活性炭，在80℃水浴中脫色30min再用80%乙醇定容至10mL，過濾后取濾液測定[8]。

(2)標準曲線制作。取7支20mL干燥潔凈的帶塞試管，然后在每只試管中加入5mL蒽酮試劑，混勻，蓋上塞子，在沸水中煮沸10min，取出試管，立即用水冷卻至室溫，在625nm波長下，分別測量出各管的OD值，用0號管調零，以OD值為縱坐標，葡萄糖含量為橫坐標，繪制標準曲線，求出標準方程式。

(3)樣品含糖量的測定。吸取上述提取液1mL置于試管中，加入5mL蒽酮試劑，用上述同樣的方法，以0號管調零，在625nm處測出OD值，由標準曲線查得提取液中的糖含量，然后根據1mL提取液含有5mL干樣品的糖，再計算出樣品中的糖含量[8]。

2.3.3　株高與地徑的測定

運用游標卡尺和鋼尺對處理前及處理后的各組植株分別測定地徑與株高。

2.4　數據處理

采用Excel 2003統計軟件對數據進行分析。

3結果與分析

3.1　鉛脅迫對核桃幼苗葉綠素含量的影響

葉綠素作為植物進行光合作用的物質，葉綠素含量多少是衡量葉片組織、器官功能狀況的重要生理指標[9]。由圖1可知，在實驗濃度范圍內，隨著培養基質中Pb2+濃度的升高，核桃幼苗葉片中葉綠素含量呈緩慢下降的趨勢，這與李艷麗、李永杰在旱柳上觀察的結果一致[10]，當Pb2+濃度為1500 mg·kg-1時，葉綠素含量達到峰值，且略大于對照組，這可能是植物對逆性環境的一種應激機制。隨著培養基質中Pb2+濃度的進一步升高，葉綠素含量逐漸下降。鉛脅迫條件下，導致核桃幼苗葉片葉綠素含量下降的因素有多方面。首先，植物在遭遇重金屬污染時，常常會使葉綠體膜系統遭受破壞，Rebechini H.M等[11]認為，過量的Pb2+能導致葉綠體基粒垛疊結構的解體及與片層結構有關的基質明顯減少，破壞葉綠體結構。其次，由于鉛的存在拮抗了植物對其他營養元素的吸收、轉移,阻斷了營養元素向葉部運輸,使葉綠素的正常合成受阻[12]。此外，鉛在植物體內還可能與酶蛋白的-SH基或其他側鏈結合,取代Fe、Mg、Zn等離子，抑制包括葉綠素酸酯還原酶在內的一系列與葉綠素合成有關的酶的活性，從而影響葉綠素合成的前體物質的形成，同時鉛的存在還可能增加了葉綠素酶的活性，使葉綠素分解[13]。

圖 1　Pb2+濃度脅迫對核桃葉綠素含量的影響

3.2　鉛脅迫對核桃幼苗株高的影響

植株的株高作為衡量植株生長大小的一個重要指標，反應出每一種植株在外界環境影響下的生長狀況。從圖2可以看出，當培養基質中Pb2+濃度小于100mg·kg-1時，隨Pb2+濃度的升高核桃幼苗的株高逐漸增加，較低的Pb2+濃度促進核桃幼苗的生長，其原因可能是Pb2+誘導合成更多的蛋白質及碳水化合物，參與滲透調節，提高植物抗逆性的結果；當培養基質中Pb2+濃度大于100mg·kg-1小于1500mg·kg-1時，隨Pb2+濃度的升高核桃幼苗的株高逐漸減小，表明核桃幼苗在鉛脅迫下，植株合成自生的有機物質減少，導致植株生長受阻。當Pb2+濃度為1500 mg·kg-1后，核桃幼苗的株高最小。此后，隨著Pb2+濃度的進一步升高核桃幼苗的株高逐漸增加，其原因有待進一步研究。

圖2　Pb2+濃度脅迫對核桃株高的影響

3.3　鉛脅迫對核桃幼苗地徑的影響

植株地徑是植株在外界環境影響下的生長狀況，也是作為衡量植株生長大小的一個重要指標，反應出每一種植株的生長速度。從圖3可以看出，隨Pb2+濃度的升高，核桃幼苗的地徑呈總體增加的趨勢，但Pb2+濃度過高時(2000 mg·kg-1)，核桃幼苗的地徑明顯下降。鉛脅迫使核桃幼苗產生一個抗逆性的過程，剛開始時，核桃幼苗對鉛脅迫處于一個抗逆性適應過程，地徑的生長速度受到限制，當鉛的脅迫適應后，核桃幼苗地徑緩慢生長，地徑的生長速度大于對照組，Pb2+濃度增大有利于莖的增粗，這與周娜娜、王剛、林偉在對不同濃度鉛污染對黃瓜幼苗生長的影響的研究結果是一致的[14]。當Pb2+濃度達到2000 mg·kg-1后，核桃幼苗的地徑生長完全受到了限制，這主要由于高濃度的Pb2+脅迫阻礙其他礦質元素在核桃樹幼苗體內的運輸，限制了植株的光合作用和有機物的合成，導致核桃樹幼苗生長緩慢。

圖3　Pb2+濃度脅迫對核桃地徑的影響

3.4　鉛脅迫對核桃幼苗可溶性糖的影響

植物體內可溶性糖含量代表著其體內碳水化合物的合成、轉化與輸出代謝狀況[15]。由圖4可見，隨培養基質中Pb2+濃度的升高核桃幼苗葉片中可溶性糖含量呈逐漸減少的趨勢，說明鉛在一定程度上使可溶性糖的合成速率小于輸出速率，還有一個原因也可能是低濃度Pb2+脅迫造成葉綠素含量下降，光合產物的合成運輸受到抑制，這與何冰、何計興、何新華等[16,17]的研究結果一致。

圖4　Pb2+濃度脅迫對核桃可溶性糖的影響

4結果與討論

通過實驗研究可知，鉛脅迫對植物的影響是多元化的。當過量的鉛被輸入到植物體內后，會使生物膜的結構遭受破壞，造成葉綠體、線粒體等重要器官的損傷，從而影響光合作用、呼吸作用以及碳水化合物代謝等過程，最終導致植物生長減緩甚至死亡[16]。并且葉綠素是植物體進行光合作用的關鍵物質，而植物葉片葉綠素的含量、可溶性糖的變化都反映了植物生長的狀態和新陳代謝的水平。

本研究結果顯示，在重金屬鉛的脅迫下，隨著Pb2+濃度的升高，核桃幼苗葉片可溶性糖含量呈下降趨勢；而在適當的Pb2+濃度范圍內，核桃幼苗葉片中葉綠素的含量、株高及地徑都大于對照組。當培養基質中濃度鉛超過1500mg·kg-1時，核桃幼苗葉片葉綠素含量、地徑及可溶性糖含量均呈下降趨勢，表明核桃葉片的新陳代謝活動明顯受到抑制。這與何冰、何計興 、何新華等[17]對鉛脅迫對楊梅生理特性的影響的研究發現相一致。在高鉛脅迫下，其葉片葉綠素含量、可溶性糖含量均顯著下降，可知在高鉛脅迫下使得核桃幼苗葉片葉綠素降解，光合作用減弱，進而影響碳水化合物的代謝和運輸，使蛋白質合成受阻，干擾植物正常的生長和代謝[18]，從而影響植株的生長。

綜上所述，適當的Pb2+濃度下，核桃幼苗葉片葉綠素含量、株高、地徑總體上都大于對照組，而可溶性糖含量隨著Pb2+濃度的升高而呈下降趨勢。總之，在高濃度鉛的脅迫下，核桃幼苗各生理活動均受到不同程度的影響，植株的生長受到抑制。

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