Cd、Pb單一脅迫對芳樟礦物質(zhì)元素及葉綠素含量的影響

謝亞兵+林鈴+葉興狀+李晨燁+曾桂華+趙潤澤+黎璇+黃秋良+張國防

摘 要：以1a生芳樟扦插苗為研究對象，在福建農(nóng)林大學(xué)溫室大棚采用盆栽的方法研究不同濃度的Cd、Pb單一脅迫下芳樟對礦物質(zhì)元素的吸收特性。經(jīng)方差分析，結(jié)果表明：總體上來看Cd脅迫對于芳樟葉、莖、根對礦質(zhì)元素K、Ca、Mg有促進(jìn)吸收作用的濃度范圍分別為0～20mg·kg-1、0～40mg·kg-1、0～20mg·kg-1。Pb脅迫對于芳樟葉、莖、根對礦質(zhì)元素K、Ca、Mg的吸收普遍呈抑制的趨勢，但在濃度0～400mg·kg-1Pb脅迫下對芳樟葉、莖對礦質(zhì)元素Ca的吸收的卻有促進(jìn)作用。進(jìn)一步的對芳樟葉綠素含量進(jìn)行分析，Cd、Pb單一脅都會降低芳樟葉綠素a、葉綠素b的含量，高濃度脅迫下影響最為強(qiáng)烈。

關(guān)鍵詞：芳樟；Cd；Pb；礦質(zhì)元素；葉綠素

中圖分類號 S718.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）24-0014-04

Abstract：The absorption characteristics of Cinnamomum camphor var.1inaloolifera Fujita.to mineral elements under single stress under different concentrations of Cd and Pb were studied in greenhouse greenhouses in Fujian agriculture and forestry University by using potted plant as the research object of 1a Cuttage seedling.Through the analysis of variance，the results showed that：in general，Cd stress is 0～20mg·kg-1，0～40mg· kg-1，0～20mg·kg-1 in the concentration range of Cinnamomum camphor var.1inaloolifera Fujita.leaf，stem and root on mineral element K，Ca andmg.Pb stress on the absorption of mineral element K，Ca andmg in Cinnamomum camphor var.1inaloolifera Fujita.leaves，stems and roots was generally inhibited，but the absorption of leaves and stems to mineral element Ca was promoted under the concentration of 0～400mg·kg-1 Pb stress.Further analysis of the content of Cinnamomum camphor var.1inaloolifera Fujita.，Cd，Pb single stress reduced the content of Cinnamomum camphor var.1inaloolifera Fujita.chlorophyll a，b，the most intense impact under high concentration stress.

Key words：Cinnamomum camphora var linaloolifera Fujita.；Cd；Pb；Mineral elements；Chlorophyll

隨著工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，特別是重金屬污染越來越受到人們的關(guān)注。重金屬通過各種途徑進(jìn)入環(huán)境后，參與到土壤—水體—生物系統(tǒng)的循環(huán)，通過植物的根系吸收，在植物體中大量積累，危害植物的生長發(fā)育[1]。樟樹（Cinnamomum camphora（L.）Presl.），常綠闊葉喬木，它具有生長迅速、枝葉茂密、壽命長等特點(diǎn)，而且能吸煙滯塵、涵養(yǎng)水源、固土防沙，是我國南方優(yōu)良的城市綠化、美化樹種；芳樟（Cinnamomum camphora var.1inaloolifera Fujita.）系樟樹的一個生化變種，因富含芳香醇而得名[2]，而其根系富集系數(shù)遠(yuǎn)大于小葉榕、紅花羊蹄甲、人面子、石斑木、構(gòu)樹等樹種，單位重量內(nèi)能積累較多的重金屬[3]。這些都表明芳樟在重金屬污染區(qū)的綠化、修復(fù)以及保護(hù)都有十分積極的意義和作用。目前，關(guān)于重金屬毒害和抗性方面的研究主要集中在生長周期短植物上，還未見對芳樟這一樹種的報(bào)道。鑒于此，本研究利用不同濃度的Cd、Pb對1a生芳樟扦插苗進(jìn)行單一脅迫的試驗(yàn)。探究芳樟在Cd、Pb脅迫下的礦質(zhì)元素吸收反應(yīng)情況，評定芳樟對Cd、Pb脅迫的抗性能力，為今后優(yōu)良抗性基因的篩選以及為重金屬污染地區(qū)環(huán)境修復(fù)、綠化和保護(hù)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料 試驗(yàn)材料為1a生芳樟扦插苗，平均苗高15cm、平均地徑0.3cm。在福建農(nóng)林大學(xué)溫室大棚內(nèi)進(jìn)行盆栽，盆體規(guī)格25cm×25cm×30cm，盆下墊托盤。盆栽基質(zhì)選用沙壤土，土樣風(fēng)干后過篩并混勻，同時測定其基本理化性質(zhì)及重金屬含量背景值（見表1）；每盆裝土約6kg，土壤采用5mg·L-1的福爾馬林消毒。2015年6月20日將苗木全部移栽到盆中，并移入溫室大棚內(nèi)培養(yǎng)。待苗木恢復(fù)生長后，每盆施入等量500g有機(jī)肥，開始進(jìn)行Pb和Cd脅迫處理。Cd、Pb分別以CdCl2·2.5H2O、Pb（NO3）2鹽溶液的形式加入，各設(shè)4個濃度水平（見表2），每個處理3個重復(fù)，每個重復(fù)10株，以清水作為對照（CK）。處理后，根據(jù)盆中水分狀況，每隔2～4d等量澆入清水一次，以保證植物良好生長。endprint

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 樣品采集方法 試驗(yàn)結(jié)束后，采集每一株實(shí)驗(yàn)苗的根、莖、葉，并用去離子水沖洗干凈，每株保留1～2片新鮮葉片用于葉綠素的含量測定的葉片，其余的在105℃下殺青5min，然后在80℃下烘干至恒重，待干燥后取出，用粉碎機(jī)粉碎，過100目篩，干燥保存，用于礦質(zhì)元素的測定。

1.2.2 礦質(zhì)元素K、Ca、Mg和葉綠素的測定方法 K、Ca、Mg的待測液的制備采用濃硝酸-濃高氯酸消煮法[4]。葉綠素的含量采用丙醇、乙醇混合浸提法測定[5]。

1.3 數(shù)據(jù)處理 應(yīng)用DPS7.0.5軟件和Excel 2003軟件對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 Cd、Pb單一脅迫對芳樟K含量的影響 由圖1A可以看出，Cd脅迫下，總體體現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，葉、莖、根分別在Cd20、Cd40和Cd20的情況下全K含量達(dá)到最大，且與對照組呈極顯著差異。由圖1B可以看出，Pb脅迫下，芳樟各器官的全K含量隨著Pb濃度的上升呈下降趨勢，且與對照組相比普遍都達(dá)到了極顯著差異。由此可見，Cd脅迫下，促進(jìn)芳樟葉、莖、根對K的吸收的濃度范圍分別為Cd0-Cd20、Cd0-Cd40、Cd0-Cd20，超出各自濃度范圍則起抑制作用；Pb脅迫下，對芳樟葉、莖、根的作用則始終為抑制。

2.2 Cd、Pb單一脅迫對芳樟Ca含量的影響 由圖2A可以看出，Cd脅迫下，葉、莖、根全Ca含量先上升后下降的趨勢，都在Cd40達(dá)到最大值，且與對照組呈極顯著差異。由圖2B可以看出，Pb脅迫下，芳樟葉、莖全Ca含量變化趨勢為先上升后下降，在Pb400的處理濃度下達(dá)到最大值，且與對照組呈極顯著差異；根全Ca含量隨著Pb濃度的上升而呈下降趨勢。由此可見，Cd脅迫下Cd0-Cd40會促進(jìn)芳樟葉、莖、根對Ca的吸收，超出各自范圍則起抑制作用；而Pb0-Pb400會促進(jìn)芳樟葉、莖對芳樟對Ca的吸收，然而P根對Pb脅迫比較敏感，始終起抑制作用。

<2.3 Cd、Pb單一脅迫對芳樟Mg含量的影響 由圖3A可以看出，隨著Cd脅迫濃度的增加，芳樟葉、莖、根的全Mg含量變化趨勢為先上升，后下降；芳樟葉在Cd40變化達(dá)到極顯著差異，莖和根分別在Cd80與Cd60才體現(xiàn)出與對照組的極顯著差異。由圖3B可以看出，隨著Pb脅迫濃度與芳樟葉、莖、根全Mg的含量呈反比，分別在Pb400、Pb800、Pb400變化達(dá)到極顯著差異。由此可見，Cd脅迫下，總體上促進(jìn)芳樟各器官對Mg吸收的濃度范圍為Cd0-Cd20，超出其范圍則起抑制作用。Pb脅迫下則都是起抑制作用，且濃度越大，效果越顯著。

2.4 Cd、Pb單一脅迫對芳樟葉綠素含量的影響 由表3可知，對芳樟葉綠素含量都會隨著Cd、Pb單一脅迫濃度的提升不斷下降。從葉綠素a+b含量上看，Cd、Pb單一脅迫對其的抑制程度表現(xiàn)出較高的一致性；Cd濃度超過Cd40會對葉綠素a+b含量表現(xiàn)出較強(qiáng)的抑制性，而Pb濃度則要超過Pb600。從葉綠素a和葉綠素b的含量上看，Cd單一脅迫對芳樟葉綠素a的抑制程度要強(qiáng)于Pb單一脅迫，而對葉綠素b的抑制程度則相反。由此可見，Cd、Pb單一脅迫雖然對芳樟綠素a、綠素b的影響存在差異，但是在葉綠素總量上的影響卻是相似的，高濃度下抑制程度最為強(qiáng)烈。

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)結(jié)果表明：Cd對芳樟的葉、莖、根對于K的吸收分別在濃度0～20mg·kg-1、0～40mg·kg-1、0～20mg·kg-1有促進(jìn)作用，相對高濃度則起抑制作用；李隼[6]等研究表明，Cd的濃度的提升會抑制K的吸收，并導(dǎo)致鉀的外流量增加。Pb對芳樟各器官起抑制作用；這與Lamhamdi[7]等的研究相一致。對于礦質(zhì)元素Ca而言，相對低濃度的Cd（0～40mg·kg-1）會促進(jìn)芳樟葉、莖、根對Ca的吸收，相對高濃度則抑制，這與王麗香[8]等人對于花生的研究類似，低濃度Cd脅迫下反而會促進(jìn)Ca的吸收，高濃度則表現(xiàn)出抑制。低濃度Pb脅迫同樣也表現(xiàn)出這樣的趨勢，不過對根則一直是抑制的狀態(tài)。這可能是由于Cd、Pb與Ca的電子價(jià)位相同，兩者存在交互作用，礦質(zhì)元素對于低濃度的重金屬脅迫具有一定的緩解作用[9]。在礦質(zhì)元素Mg的吸收方面，低濃度的Cd（0～20mg·kg-1）脅迫下表現(xiàn)為促進(jìn)，高濃度抑制；而Pb的脅迫濃度則是與Mg的吸收呈負(fù)相關(guān)。宇克莉等[10]研究也發(fā)現(xiàn)，Cd脅迫下玉米對Mg元素的吸收也表現(xiàn)出這樣的趨勢。另外，植物也會分泌一些磷酸鹽將Pb難溶化，不過具有局限性，因?yàn)镻b并不會被移除，而這種脅迫依然會存在，并導(dǎo)致以Mg為中心的葉綠素的光合作用受到影響[11]。

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（責(zé)編：張長青）endprint