紫葉李對鎘·鉛脅迫的生理響應

倪彥博，吳恒梅，孫 權，張雪鍵，楊奇峰

(佳木斯大學生命科學學院，黑龍江佳木斯 154007)

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紫葉李對鎘·鉛脅迫的生理響應

倪彥博，吳恒梅*，孫 權，張雪鍵，楊奇峰

(佳木斯大學生命科學學院，黑龍江佳木斯 154007)

[目的]研究紫葉李對重金屬鎘和鉛脅迫的生理響應。[方法]研究不同濃度鎘(10、30、50、100、150、200 mg/kg)、鉛(50、100、500、1 000、1 500、2 000 mg/kg)對紫葉李的相對電導率、丙二醛和葉綠素含量的影響。[結果]隨著鎘濃度和鉛濃度的升高，紫葉李的相對電導率和丙二醛含量總體呈升高趨勢，葉綠素含量明顯降低，在鉛濃度2 000 mg/kg和鎘濃度200 mg/kg時，葉綠素含量分別較對照降低60.9%和50.1%。[結論]紫葉李是一種抗重金屬能力較強的植物。

重金屬；紫葉李；鎘；鉛

近年來，隨著工業的迅猛發展和各種化學產品的廣泛使用，重金屬廢棄物不斷進入環境，嚴重污染了土壤、水質和大氣，導致環境不斷惡化，尤其是土壤重金屬污染日益加劇。土壤重金屬污染對城市綠化樹種的生長構成一定威脅，甚至對整個城市生態系統產生影響。紫葉李(Prunuscerasiferavar.atropurea)又名紅葉李，是北方常用的綠化樹種。隨著北方城市園林綠化事業的發展，彩葉樹種的應用越來越多。筆者研究不同濃度鎘、鉛對紫葉李生理變化的影響，揭示其變化規律，以期為北方園林綠化植物修復重金屬污染土壤的選擇提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況 試驗于2016年在黑龍江省伊春市朗鄉鎮進行。伊春市有著“林都”的美稱，氣候屬于中溫帶大陸性季風氣候，夏季受熱帶海洋氣團的影響，氣候溫熱，雨量充沛，光熱水同季，有利于農林業生產，森林覆蓋率達到85%，而綠色植被覆蓋率達到96%，能夠生成負氧離子20 000個/cm3，是城市的20倍，物產自然天成，得天獨厚，有著“天然氧吧”的美稱，是彩葉植物栽培的最佳場所。

1.2 試驗材料 栽培基質選用東北地區典型的暗棕壤腐殖層、沉積層土壤和風化沙的混合物，pH為7.0，含腐殖質較少，土質較黏重，肥力中等，結構較緊實。

選用露地栽培的2年生紫葉李樹苗，購自哈爾濱江北區彩葉樹基地。選擇生長差異較小、長勢中等、生長情況基本一致、無病蟲害的紫葉李樹苗。試驗試劑為99%的分析純CdCl2·2.5H2O和Pb(NO)3試劑。

1.3 試驗設計 鎘離子濃度分別設10、30、50、100、150、200 mg/kg 6個處理，鉛離子濃度分別設50、100、500、1 000、1 500、2 000 mg/kg 6個處理，同時分別設不加鎘離子和鉛離子的對照(加水)。共計14組，每盆栽種3株，每處理6次重復，共84盆，共計256棵。由于重金屬對土壤、地下水等污染較大，合理配置用量，防止廢棄液體污染土壤。最后將含有不同濃度的重金屬鎘、鉛離子試劑澆入盆中，并把外流部分收集再次澆回土壤中。

1.4 樣品采集與處理 將待用土壤風干后，過篩，充分混勻，按土∶沙=1∶3配比，然后將土壤裝入塑料盆(上口直徑30 cm、下口直徑23 cm、高25 cm)中，稱重，每盆混合后的風干土約10 kg。

1.5 田間管理 由于北方溫度較低，試驗所用紫葉李于4月放置溫室大棚內，以增加生長勢。5月中旬轉入田間，進入正常的田間管理，待其盆內土壤干透前再進行一次重金屬侵染，并于7月中旬(苗木生長旺盛期)選取完全展開的葉片，測定其生理指標。

1.6 測定項目與方法 采用浸泡法測定電導率[1]；采用硫代巴比妥酸顯色法測定丙二醛含量[2]。采用《植物生理生化原理技術》[2]中的葉綠素測定方法測定葉綠素含量。

1.7 數據統計 采用Spss 19.0和Excel軟件處理。

2 結果與分析

2.1 鎘、鉛脅迫對紫葉李相對電導率的影響 從圖1、2可見，隨著鎘、鉛濃度的升高，紫葉李的相對電導率總體呈升高趨勢，且明顯高于CK。在鉛的影響下，各處理的相對電導率較CK高出12.1、37.5、57.0、79.1、127.1、158.3百分點；在鎘的影響下，較CK高出27.7、42.0、50.2、82.7、117.1、139.3百分點。這說明鎘、鉛對植物葉片的細胞膜通透性有一定損傷，并且紫葉李葉片對低濃度的鉛有一定的抗性，但是超過一定的濃度范圍后，相對電導率的數值增加較快，細胞膜的通透性損傷較為嚴重[3]。

圖1 鎘脅迫下紫葉李相對電導率的變化Fig.1 The change of relative electrical conductivity of Prunus cerasifera under lead stress

圖2 鉛脅迫下紫葉李相對電導率的變化Fig.2 The change of relative electrical conductivity of Prunus cerasifera under cadmium stress

2.2 鎘、鉛脅迫對紫葉李丙二醛含量的影響 從圖3、4可以看出，鎘、鉛脅迫下，紫葉李葉片丙二醛的含量均隨著鎘、鉛濃度的升高而增大。鎘濃度為200 mg/kg，鉛濃度為2 000 mg/kg時，紫葉李葉片中丙二醛的含量分別較CK高出56.9%、47.4%。這說明隨著鎘、鉛濃度的升高，紫葉李葉片細胞膜受傷的程度隨之增大，且在相同濃度下，鎘離子對紫葉李葉片細胞膜的損傷程度較鉛離子大。

圖3 鎘脅迫下紫葉李丙二醛含量的變化Fig.3 The change of MDA content of Prunus cerasifera under cadmium stress

圖4 鉛脅迫下紫葉李丙二醛含量的變化Fig.4 The change of MDA content of Prunus cerasifera under lead stress

2.3 鎘、鉛脅迫對紫葉李葉綠素含量的影響 由表1、2可知，紫葉李葉片的葉綠素a+b含量與土壤中重金屬濃度呈負相關，隨著鎘、鉛濃度的升高，葉綠素含量降低。在鎘濃度為200 mg/kg，鉛濃度為2 000 mg/kg時，葉綠素含量分別較CK降低了60.9%和50.1%。此外，在低濃度鎘、鉛脅迫的影響下，葉片顯綠時間大于高濃度影響下。由此可知，鎘、鉛對葉綠素的生成有一定抑制作用。

表1 鎘脅迫對紫葉李葉綠素含量的影響

Table 1 Effects of cadmium stress on chlorophyll content ofPrunuscerasifera

鎘濃度Cdconcentrationmg/kg葉綠素aChlorophyllamg/g葉綠素bChlorophyllbmg/g葉綠素a+bChlorophylla+bmg/g0(CK)1．09±0．07a0．23±0．04a1．32±0．03a100．98±0．08a0．22±0．03a1．20±0．05a300．90±0．12ab0．22±0．06a1．22±0．06a500．86±0．08adc0．21±0．04a1．07±0．04ab1000．81±0．09abc0．20±0．05a1．02±0．04ab1500．74±0．06bc0．19±0．04a0．93±0．01b2000．69±0．04c0．18±0．04a0．88±0．08b

注：同列不同小寫字母表示處理間在0.05水平差異顯著。

Note：Different lowercases in the same column stand for significant difference at 0.05 level.

表2 鉛脅迫對紫葉李葉綠素含量的影響

Table 2 Effects of lead stress on chlorophyll content ofPrunuscerasifera

鉛濃度Pbconcentrationmg/kg葉綠素aChlorophyllamg/g葉綠素bChlorophyllbmg/g葉綠素a+bChlorophylla+bmg/g0(CK)1．09±0．07a0．23±0．04a1．32±0．03a500．93±0．08ab0．22±0．09a1．15±0．17ab1000．84±0．07ab0．21±0．03a1．05±0．04ab5000．77±0．04ab0．21±0．03a0．98±0．07ab10000．77±0．04b0．20±0．02a0．97±0．02b15000．69±0．05b0．19±0．01a0．88±0．06b20000．63±0．07b0．19±0．02a0．82±0．05b

注：同列不同小寫字母表示處理間在0.05水平差異顯著。

Note：Different lowercases in the same column stand for significant difference at 0.05 level.

3 結論與討論

(1)該研究表明，不同濃度鎘、鉛脅迫對紫葉李的相對電導率、丙二醛有明顯影響，均明顯高于空白對照，說明重金屬鎘、鉛能夠破壞紫葉李的細胞通透性，且隨著濃度的升高，電導率和丙二醛含量呈增大趨勢。丙二醛含量是衡量膜脂過氧化程度的重要生理指標。重金屬是脂質過氧化的誘變劑，重金屬濃度越高，脂質過氧化產物丙二醛積累越多，兩者密切相關。鄭世英等[4]研究表明，棉花幼苗丙二醛的含量隨著鉛、鎘離子質量濃度的升高呈增大趨勢。這與筆者的研究結果一致。通過對比發現，重金屬離子鎘對植株的生長影響較大。

(2)不同濃度的鎘離子和鉛離子對紫葉李葉綠素含量的影響較為明顯，葉綠素含量普遍低于空白對照。這說明鎘、鉛離子能夠抑制紫葉李葉綠素的形成，并隨著濃度的升高而降低。參考文獻

[1] 陳愛葵，韓瑞宏，李東洋，等.植物葉片相對電導率測定方法比較研究[J].廣東教育學院學報，2010，30(5)：88-91.

[2] 李合生.植物生理生化實驗原理和技術[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3] 向地英，邸葆，張鋼，等.鎘脅迫對黃櫨葉片電阻抗參數及相對電導率的影響[J].河北農業大學學報，2014，37(2)：58-64.

[4] 鄭世英，張秀玲，王麗燕，等.Pb2+，Cd2+脅迫對棉花保護酶及丙二醛含量的影響[J].河南農業科學，2007(8)：43-45，63.

Physiological Response ofPrunuscerasiferato Cadmium, Lead Stress

NI Yan-bo, WU Heng-mei*, SUN Quan et al

(School of Life Sciences, Jiamusi University, Jiamusi, Heilongjiang 154007)

[Objective] The aim was to study physiological response ofPrunuscerasiferato cadmium, lead stress. [Method] Effects of different concentrations of cadmium(10, 30, 50, 100, 150, 200 mg/kg) and lead(50, 100, 500, 1 000, 1 500, 2 000 mg/kg) on relative electrical conductivity, MDA content and chlorophyll content were studied. [Result] With the increase of cadmium concentration and lead concentration, the relative electrical conductivity and MDA content showed an increasing trend, chlorophyll content decreased significantly. When lead concentration was 2 000 mg/kg and cadmium was 200 mg/kg, the chlorophyll content was decreased by 60.9% and 50.1% respectively compared with control. [Conclusion]Prunuscerasiferais a kind of heavy metal resistant plant.

Heavy metal;Prunuscerasifera; Cadmium; Lead

佳木斯大學研究生科技創新項目(LZR2015_005)。

倪彥博(1991- )，男，黑龍江伊春人，碩士研究生，研究方向：植物學。*通訊作者，副教授，碩士，碩士生導師，從事植物生理與分子生物學研究。

2016-09-21

S 718.43

A

0517-6611(2016)33-0061-02