外源檸檬酸、蘋果酸和草酸對披堿草鎘耐受及富集的影響

薛博晗，李娜，宋桂龍*，李詩剛，濮陽雪華，李金波

(1.北京林業(yè)大學(xué)草坪研究所，北京 100083；2.深圳市鐵漢生態(tài)環(huán)境股份有限公司，廣東 深圳 518040)

土壤是人類賴以生存的自然資源之一，同時(shí)也擔(dān)負(fù)著為人類提供食物和其他再生資源的重?fù)?dān)。近年來，隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展和現(xiàn)代化科技的進(jìn)步，世界各國都面臨著土壤重金屬污染的問題，嚴(yán)重阻礙了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境的修復(fù)及改善[1-2]。我國受 Cd、As、Pb、Hg、Zn 等重金屬污染的耕地面積近 2000萬hm2，約占總耕地面積的五分之一[3]。重金屬在污染環(huán)境的同時(shí)，也對人的生命安全造成威脅。在眾多土壤鎘修復(fù)技術(shù)中，植物修復(fù)被認(rèn)為是最有效的修復(fù)方法，它屬于原位修復(fù)技術(shù)，對費(fèi)用要求低，不破壞場地土壤結(jié)構(gòu)，對生態(tài)系統(tǒng)擾動(dòng)較小又無二次污染[4]。然而，植物對重金屬利用效率低下和某些重金屬離子向地上部分轉(zhuǎn)移受限制是植物富集提取重金屬的主要障礙。化學(xué)輔助修復(fù)有利于改善這一限制。合成螯合劑和低分子量有機(jī)酸是提高土壤中金屬有效性的常用方法。

土壤中的重金屬遷移率和溶解度對其生物利用度最為重要。在實(shí)際的工程應(yīng)用中，需要根據(jù)植物自身生長和外界環(huán)境，采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣韽?qiáng)化植物修復(fù)性能，激活土壤中重金屬的活性。螯合劑能使土壤中固相的重金屬活化，解吸、吸附在土壤顆粒表面的重金屬，提高土壤中液相重金屬離子濃度，使其轉(zhuǎn)化為更易被植物吸收的可溶態(tài)，提高其根際擴(kuò)散能力和轉(zhuǎn)運(yùn)效率[5]。低分子量有機(jī)酸(LMWOA)等螯合劑能與金屬離子形成化學(xué)復(fù)合物，改變土壤中重金屬的生物有效性。LMWOA(如檸檬酸，草酸和蘋果酸)是從根分泌物中提取的天然化合物，具有毒性低，生物降解性高的特點(diǎn)，使其比合成的螯合劑更適合于輔助植物修復(fù)。相關(guān)研究表明，外源有機(jī)酸的加入可以不同程度地增加植物對鎘的耐性。劉宛茹等[6]的研究表明草酸和檸檬酸的添加促進(jìn)了紅蛋(Echinodorusosiris)植物對鎘的吸收和積累。檸檬酸可以降低植物重金屬毒性，已經(jīng)在很多植物中得到證實(shí)。3種外源小分子有機(jī)酸(檸檬酸、草酸、酒石酸)處理，檸檬酸使煙草(Nicotianatabacum)富集銅的量最多。同樣，檸檬酸能使印度芥菜(Brassicajuncea)中Cd的萃取容量增大[7]。與蘋果酸和草酸相比，檸檬酸對降低小麥(Triticumaestivum)Cd毒害效果較好。外源蘋果酸、草酸的添加可以促進(jìn)小飛揚(yáng)草(Euphorbiathymifolia)對鎘的吸收和富集，提高植物對鎘的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)[8]。外源草酸處理，提高鉻超富集植物李氏禾(Leersiahexandra)的生物量，緩解鉻對植物根系生長的抑制作用[9]。

披堿草(Elymusdahuricus)是禾本科披堿草屬中的一個(gè)種，根系發(fā)達(dá)，分蘗性強(qiáng)，抗逆性強(qiáng)，對重金屬有一定的吸收和耐受能力，為其用于修復(fù)土壤重金屬污染提供了可能。李希銘[10]的研究結(jié)果表明，披堿草對鎘耐性較好且地上部鎘含量較高，是較理想的Cd修復(fù)材料，但披堿草也存在大多數(shù)植物修復(fù)材料共有的重金屬遷移量較低的問題[11]，目前對于外源有機(jī)酸是否能促進(jìn)披堿草鎘吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)沒有報(bào)道。基于此，本試驗(yàn)以披堿草為試驗(yàn)材料，通過不同濃度外源草酸(oxalic acid，OA)，檸檬酸(citric acid，CA)，蘋果酸(malic acid, MA)對植物生長以及鎘吸收富集的研究，分析探討合理的有機(jī)酸濃度促進(jìn)披堿草對土壤中鎘的吸收和富集，為揭示有機(jī)酸影響披堿草吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)、富集鎘的機(jī)理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況及試驗(yàn)材料

1.1.1試驗(yàn)地概況 土壤取自北京林業(yè)大學(xué)八家試驗(yàn)站，黃壤土。全氮0.806 g·kg-1, 有效磷30.7 mg·kg-1, 速效鉀105.3 mg·kg-1, 有機(jī)質(zhì)16.7 g·kg-1，pH值7.47，全鎘含量1.609 mg·kg-1。盆栽試驗(yàn)于北京林業(yè)大學(xué)氣象站溫室進(jìn)行。

1.1.2試驗(yàn)材料 試驗(yàn)披堿草種子材料來自北京綠冠集團(tuán)。試驗(yàn)用低分子有機(jī)酸: 檸檬酸(優(yōu)級(jí)純，天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司)、DL-蘋果酸(分析純，北京益利精細(xì)化學(xué)品有限公司)、草酸(優(yōu)級(jí)純，天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司)。重金屬Cd以CdCl2·2.5H2O(分析純形式)配成溶液加入。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采取完全隨機(jī)化設(shè)計(jì)，鎘處理濃度為50 mg·kg-1(裝填混合土重，以純Cd計(jì))。外源有機(jī)酸處理分別為檸檬酸、蘋果酸、草酸，標(biāo)記為CA、MA、OA，濃度分別為1、2、4 mmol·L-1。試驗(yàn)總計(jì)11個(gè)處理，分別為CK、Cd50、Cd50+CA1、Cd50+CA2、Cd50+CA4、Cd50+MA1、Cd50+MA2、Cd50+MA4、Cd50+OA1、Cd50+OA2、Cd50+OA4，每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)。

試驗(yàn)于2015年4月10日開始，在溫室條件下，披堿草在草炭∶蛭石=1∶1的基質(zhì)育苗盤中育苗，一周后選取長勢良好且均一的幼苗移栽至無孔錐形塑料花盆(高28 cm，底徑10 cm，口徑20 cm)中，每盆土過篩(4 mm)風(fēng)干土2.5 kg，草炭0.5 kg，混合均勻后裝填。每盆定株為30株。移栽好的盆栽移至室外遮雨培養(yǎng)，期間定期定量澆水，保持水分為田間持水量的60%左右。兩周后加Cd處理。Cd施加采用CdCl2·2.5H2O配成溶液后施入，澆自來水至田間持水量的60%左右，靜置2 d。2 d后加有機(jī)酸處理(有機(jī)酸加入形式：外源有機(jī)酸在鎘濃度處理 2 d以后，以葉片噴灑和根際添加的形式施加，根際添加用小噴壺沿盆表面在根與土壤接觸的地方噴灑，葉片噴灑以液滴為準(zhǔn)，每次有機(jī)酸施入量為100 mL，有機(jī)酸處理2 d一次，處理時(shí)間上午8點(diǎn)和下午5點(diǎn)各施加1次)，有機(jī)酸處理2 d一次，持續(xù)兩周，后收獲植株，處理后進(jìn)行植株株高和根長的測定。

1.3 指標(biāo)測定及方法

1.3.1株高和根長 各處理隨機(jī)取10株完整的草坪草幼苗，用直尺測定幼苗植株基部到最上部展開葉葉尖的距離為株高。各處理隨機(jī)取10株完整的草坪草幼苗，將根系泥土洗凈，用直尺從幼苗根頸部開始測定根系長度。

1.3.2根系形態(tài)參數(shù) 參考李希銘[10]的方法將植株連帶栽培土壤整體取出浸入水中，清洗干凈根部泥土，獲得完整根系。然后將植株分為地上部和根系兩部分，分別清洗干凈。每個(gè)處理隨機(jī)選擇6株植株，將根系用去離子水沖洗干凈，用吸水紙擦干，采用Epson Scan V700根系掃描儀掃描根系圖像，存入計(jì)算機(jī)，使用WinRHIZO PRO 2013 根系分析系統(tǒng)軟件(Regent Instrumenrs Inc.，Canada)對根平均直徑(root average diameter)、根表面積(root surface area)、根體積(root volume)等參數(shù)進(jìn)行測定。

1.3.3生物量測定 從每個(gè)處理隨機(jī)取6株披堿草，根系用20 mmol·L-1Na2-EDTA溶液浸泡20 min以吸附根系表面Cd2+，用蒸餾水沖洗數(shù)次后將地上部、地下部分開，在烘箱內(nèi)105 ℃殺青30 min，然后80 ℃烘干至恒重，烘干后用天平分別測量干重(精確到0.001 g)。

1.3.4鎘含量測定 烘干樣品使用粉碎機(jī)粉碎，后過60目(0.3 mm)篩，每個(gè)樣品稱約0.500 g置于消煮管中，采用HNO3-HClO4(4+1)混合酸濕法消化，所用儀器為Hanon220s石墨消解儀，待白煙冒盡，溶液呈清亮無色，停止加熱，后自然降溫至室溫，定容于50 mL容量瓶，多次過濾后采用原子吸收分光光度計(jì)(Varian Spectrum AA220)火焰吸收法測定Cd含量[12]。

耐受系數(shù)、轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)和單株富集量按下列公式計(jì)算：

耐受系數(shù)=Cd處理植株地上部生物量/對照植株地上生物量×100% 轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)=地上部植物中Cd的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/地下部植物中Cd的質(zhì)量分?jǐn)?shù)×100% 單株富集量=單株植物生物量×單株植物鎘含量

1.4 數(shù)據(jù)分析

本研究采用Excel 2016整理原始數(shù)據(jù)，并繪制相關(guān)圖表，采用SPSS 17.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對不同處理的各指標(biāo)的差異性采用單因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 株高和根長

從表1可以看出，50 mg·kg-1Cd處理組，披堿草株高和根長均受到明顯抑制(P<0.05)。3種外源有機(jī)酸均是隨著其濃度增大，披堿草根長和株高逐漸增加。3種有機(jī)酸處理，與Cd50處理組相比，披堿草株高增加量均未達(dá)到顯著差異(P<0.05)。Cd50+MA處理時(shí)，隨著濃度增加，披堿草根長增加，且與Cd50相比有顯著性差異(P<0.05)。Cd50+CA和Cd50+OA處理，高濃度時(shí)根長達(dá)到差異顯著(P<0.05)。總體來看，外施3種小分子有機(jī)酸，披堿草的株高和根長都有不同程度的增加，根長的增加更為顯著。

2.2 生物量及耐受系數(shù)

由表2可以看出，Cd50處理時(shí)，披堿草根部和地上部生物量分別由0.528、1.752 g·plant-1下降為0.224、0.907 g·plant-1，嚴(yán)重影響了披堿草的生長發(fā)育。從根部生物量來看，與Cd50處理組相比，Cd50+CA處理組差異顯著；Cd50+MA和Cd50+OA處理組，低濃度差異不顯著，高濃度差異顯著(P<0.05)。從地上部生物量來看，與Cd50處理組相比，Cd50+MA和Cd50+CA處理組，披堿草地上部生物量明顯增加；Cd50+OA處理只在高濃度達(dá)到差異顯著(P<0.05)。植物的耐受系數(shù)隨著外源有機(jī)酸濃度增加而增大，其中Cd50+CA和Cd50+MA處理時(shí)較為明顯。Cd50+CA4處理時(shí)，披堿草根部生物量0.407 g·plant-1，增加最多，耐受系數(shù)相對較大達(dá)77.0%；Cd50+MA4時(shí)，披堿草地上部生物量1.403 g·plant-1，耐受系數(shù)最大是80.1%。

2.3 披堿草根系形態(tài)參數(shù)

不同處理下，披堿草根系形態(tài)掃描結(jié)果見表3。Cd50處理，披堿草根平均直徑、根表面積、根體積都明顯受到抑制，與對照差異顯著(P<0.05)。3種外源有機(jī)酸處理，隨處理濃度增加，平均直徑、總表面積、總根體積均有增加，其中只有平均直徑與Cd50處理組相比達(dá)到了差異顯著(P<0.05)。

表1 Cd脅迫下外源有機(jī)酸對披堿草株高和根長的影響Table 1 Effects of organic acids on the height androot length of E. dahuricus under Cd stress

注：同列不同小寫字母表示不同處理間披堿草株高、根長差異顯著(P<0.05)，下同。

Note: Different small letters in the same column indicate different treatments ofE.dahuricusheight and root length had significant difference at 0.05 level. CA- citric acid；MA- malic acid；OA-olalic acid. The same below.

表2 Cd脅迫下外源有機(jī)酸對披堿草生物量和耐受系數(shù)的影響Table 2 Effects of organic acids on E. dahuricus biomass andindex of tolerance under Cd stress

表3 不同試驗(yàn)處理披堿草根系形態(tài)參數(shù)變化Table 3 Changes of morphological parameters of E. dahuricusunder different experimental treatments

2.4 Cd含量

圖1 不同濃度檸檬酸處理披堿草地上部和根部鎘含量Fig.1 Cadmium concentrations in the shoot and root of E. dahuricus，treated with citric acid at different concentrations

圖2 不同濃度蘋果酸處理披堿草地上部和根部鎘含量Fig.2 Cadmium concentrations in the shoot and root of E. dahuricus，treated with malic acid at different concentrations

圖3 不同濃度草酸處理披堿草地上部和根部鎘含量Fig.3 Cadmium concentrations in the shoot and root of E. dahuricus，treated with olalic acid at different concentrations

由圖1、2、3可以看出，Cd50處理組，植物根部固定的鎘含量高于向地上部分轉(zhuǎn)運(yùn)的。植物根系對重金屬離子的吸收分為非代謝吸收和代謝吸收兩種。代謝吸收是需要能量、逆梯度濃度差進(jìn)行的主動(dòng)吸收。Cataldo等[13]研究表明，在低鎘濃度下植物對鎘吸收以代謝吸收為主，高鎘濃度下以非代謝吸收為主。低鎘濃度下，植物受到重金屬毒害作用較小，植物通過木質(zhì)部向地上轉(zhuǎn)運(yùn)，依靠根壓和蒸騰作用作為動(dòng)力。因此，地上部鎘含量高于根部。當(dāng)環(huán)境中重金屬濃度足夠大，植物自身代謝受到嚴(yán)重影響，大部分重金屬受到根系阻隔作用，貯藏在根部。

不同濃度檸檬酸處理，披堿草根部和地上部鎘含量見圖1。Cd50+CA處理，披堿草地上部鎘含量與Cd50相比，無顯著性差異且表現(xiàn)出低濃度抑制的現(xiàn)象(P<0.05)；根部鎘含量與Cd相比，高濃度顯著促進(jìn)根對Cd的吸收和富集，低濃度抑制(P<0.05)。Cd50+CA4處理時(shí)，披堿草吸收的鎘含量最多，相對于Cd50，披堿草根部和地上部鎘含量分別由197.527, 109.047 mg·kg-1增加到268.123， 114.520 mg·kg-1。試驗(yàn)組分別提高了35.74%和5.01%，根部鎘含量提升幅度較大，向地上轉(zhuǎn)運(yùn)的鎘含量只有小幅度提升。說明適宜濃度的檸檬酸主要增加披堿草根部對鎘的吸收。

不同濃度蘋果酸處理，披堿草地上部和根部鎘含量如圖2。高濃度顯著促進(jìn)披堿草地上部鎘含量，低濃度與Cd50差異不顯著；外源不同濃度蘋果酸均顯著抑制披堿草根部對鎘的吸收富集(P<0.05)。植株吸收固定的鎘含量整體有增加趨勢。Cd50+MA2處理，披堿草吸收的重金屬鎘含量最高，為311.82 mg·kg-1，比Cd50提高了1.71%，且披堿草地上部鎘含量達(dá)到最大值148.828 mg·kg-1，比Cd50提高了36.1%，即外源蘋果酸的添加使披堿草地上部鎘含量顯著增加(P<0.05)。

由圖3顯示，外源添加不同濃度草酸，披堿草根部和地上部鎘含量變化明顯。披堿草地上部鎘含量隨著有機(jī)酸濃度增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，即低濃度顯著促進(jìn)鎘的吸收，高濃度顯著抑制(P<0.05)。不同濃度草酸均顯著抑制根部對鎘的吸收和富集。隨著外源草酸濃度增加，披堿草吸收的鎘先增加后降低，即Cd50+OA2處理時(shí)，披堿草吸收鎘達(dá)到最大值，地上部鎘含量為185.177 mg·kg-1，相對于Cd50，提高了69.8%，即外源施加適宜濃度生物草酸，主要是促進(jìn)了鎘向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)。

2.5 Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)和單株富集量

從表4可以看出，相對于CK和Cd50，外源噴施有機(jī)酸可以提高披堿草對Cd的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)。Cd50+CA處理，隨有機(jī)酸濃度增加，轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)逐漸下降。Cd50+CA1處理，披堿草對Cd的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)為0.91，較Cd50的0.55有明顯提高，當(dāng)Cd50+CA4處理時(shí)，轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)為0.43，反而抑制了Cd向地上的轉(zhuǎn)運(yùn)。即外源檸檬酸使披堿草對Cd的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)呈現(xiàn)低促高抑的現(xiàn)象。Cd50+MA處理，披堿草對Cd的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)先增加后趨于平穩(wěn)。Cd50+OA處理，不同濃度處理都在不同程度提高了披堿草對Cd的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)，但是隨著草酸濃度增大，轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)先提高后降低。說明3種有機(jī)酸都能促進(jìn)重金屬向地上部分的轉(zhuǎn)運(yùn)，都能強(qiáng)化披堿草對污染土壤中Cd的植物修復(fù)能力，只是披堿草對不同有機(jī)酸的最適濃度不同。

地上部鎘積累量大多用來評(píng)價(jià)鎘的去除程度。不同處理下披堿草地上部鎘的積累量如表4所示。外源有機(jī)酸的添加，均在不同程度上促進(jìn)地上部鎘的積累。分別用檸檬酸、蘋果酸、草酸處理， 地上部鎘積累量最大值分別為206.136、251.424、268.511 μg·plant-1，分別是試驗(yàn)組Cd50的1.67、2.04、2.18倍。地上部鎘積累量增加，一方面由于外源有機(jī)酸促進(jìn)了鎘向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)，另一方面由于螯合重金屬緩解毒害作用，提高披堿草生物量。

表4 不同試驗(yàn)處理對披堿草Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)和地上部鎘積累量的影響Table 4 Effects of different experimental treatments onE. dahuricus Cd translocation coefficient andCd concentration of shoot

3 討論

關(guān)于小分子量有機(jī)酸促進(jìn)植物對重金屬的積累的相關(guān)報(bào)道已有很多。前人研究表明小分子有機(jī)酸尤其是檸檬酸、蘋果酸和草酸能與金屬離子形成可溶性絡(luò)合物或者螯合物[14]。本研究中，添加外源檸檬酸、蘋果酸和草酸促進(jìn)披堿草對重金屬的吸收和向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)。植物在受到重金屬脅迫后，引發(fā)一系列的生理生化反應(yīng)，嚴(yán)重影響植物的生長發(fā)育和生理代謝。鎘脅迫降低了植物耐性和生物量，已有報(bào)道，過量的Cd通過減少礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收和擾亂生物化學(xué)代謝過程來影響植物生長和生物量[15]。由于重金屬進(jìn)入植物后對細(xì)胞分裂、植物光合作用、呼吸作用和礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收等產(chǎn)生不良影響，從而使得植物表現(xiàn)為幼葉卷曲、植株矮小、生物量明顯降低[16-17]。陳英旭等[18]的研究表明有機(jī)酸緩解重金屬脅迫很可能是通過根外屏蔽、和重金屬結(jié)合使其活性降低和向地上部分轉(zhuǎn)移3種方式來實(shí)現(xiàn)。一方面，添加小分子有機(jī)酸可以改變土壤酸堿度，增加金屬離子的移動(dòng)性[19]，另一方面，可以提供大量的小分子配位體，與重金屬結(jié)合，形成易被植物吸收或?qū)χ参锒拘暂^小的絡(luò)合物，促進(jìn)根系吸收以及向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)[20]。

外源小分子有機(jī)酸的添加可以提高披堿草地上部和根部的生物量，這可能是由于植物吸收營養(yǎng)物質(zhì)的量增加[21]或有效的硫酸鹽的吸收和同化作用[22]或植物螯合物的合成[23]或由于植物自身對Cd毒害的解毒作用[24]。不同濃度檸檬酸處理，披堿草地上部和根部生物量均有顯著增加，但是低濃度檸檬酸處理，對披堿草地上部和根部鎘含量均有顯著抑制作用，即低濃度的檸檬酸對植物生長狀況產(chǎn)生積極作用。造成這一現(xiàn)象的原因可能是，低濃度的檸檬酸使植物對重金屬的外部排斥產(chǎn)生積極作用；有機(jī)酸的添加能夠活化土壤中的重金屬離子，增加重金屬的溶解性和披堿草對其他營養(yǎng)元素的攝取[25]。高濃度檸檬酸處理，根部鎘含量顯著增加，地上部鎘含量則無明顯差異，隨著檸檬酸濃度增加，披堿草富集鎘含量增加。檸檬酸的應(yīng)用也增加了其他植物體內(nèi)Cd濃度，例如Juncuseffuses[21,26]和Sedumalfredii[27]。相反，檸檬酸的施用降低了玉米(Zeamays)植株對Cd的吸收[28]。林琦等[29]也發(fā)現(xiàn)，檸檬酸緩解小麥和水稻(Oryzasativa)幼苗受到Pb毒害，對 Cd 的外觀毒性效應(yīng)影響雖不顯著, 但能促進(jìn)植物根、莖葉中 Cd 含量下降[29]。在本研究中高濃度檸檬酸處理，披堿草富集的鎘主要在根部，在外源有機(jī)酸存在的情況下Cd吸收的增加可能是由于溶液和根表面有機(jī)金屬化合物的形成增加了它們斷裂成游離Cd的可能性，這種游離的Cd可能會(huì)被根吸收[30]。但是高濃度檸檬酸處理，鎘由根部向地上轉(zhuǎn)移的能力弱。不同濃度蘋果酸處理，披堿草根長有顯著增加，株高則無明顯差異。披堿草地上部鎘含量只在高濃度時(shí)有顯著增加，根部鎘含量在不同濃度均顯著抑制，且隨著濃度增加，抑制作用越明顯，披堿草吸收富集鎘的總量是增加的。即外施蘋果酸，促進(jìn)披堿草對鎘的吸收和富集，主要促進(jìn)鎘由根部向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)，根部有效態(tài)鎘含量變少。不同濃度草酸處理，高濃度時(shí)披堿草吸收富集的鎘總量降低，但是根長、根部生物量和地上部生物量均顯著增加，即高濃度的草酸抑制披堿草對鎘的吸收卻改善披堿草的生長狀況。外施草酸時(shí)，隨著外源草酸濃度增加，地上部鎘含量先增加后降低，根部鎘含量均顯著抑制，這可能是因?yàn)椴煌烊恍》肿佑袡C(jī)酸酸性強(qiáng)度不同(草酸>檸檬酸>蘋果酸)，釋放氫離子的能力不同，低濃度草酸主要增加重金屬的溶解性和金屬有效性，促進(jìn)披堿草對鎘的吸收，高濃度草酸影響鎘的存在形態(tài)，進(jìn)而影響披堿草對鎘的吸收[31]。外源蘋果酸和草酸均使披堿草根系鎘含量減少，地上部鎘含量不同程度的增加，說明蘋果酸和草酸促進(jìn)了披堿草向上轉(zhuǎn)運(yùn)Cd。李瑛[32]研究有機(jī)酸(檸檬酸和 EDTA) 對 Cd 脅迫下小麥毒害的影響，發(fā)現(xiàn)有機(jī)酸可減輕毒性傷害，減少根部吸收Cd，并促使 Cd 從根部向莖葉部分轉(zhuǎn)移。Cd50+MA2和Cd50+OA2處理時(shí)，披堿草鎘積累量達(dá)到最大值，Cd50+MA4和Cd50+OA4處理時(shí)，鎘積累量降低。這可能是因?yàn)檫m當(dāng)?shù)耐庠从袡C(jī)酸可以促進(jìn)植物對重金屬的積累，但如果偏離一個(gè)合適的量，促進(jìn)作用將會(huì)減弱甚至產(chǎn)生抑制作用[33]。

外源檸檬酸、蘋果酸和草酸的添加都提高了披堿草對Cd的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)，轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)越大，則植物將鎘由根系向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)的能力越強(qiáng)。Liu等[14]研究表明，低濃度檸檬酸更有利于Cd的轉(zhuǎn)運(yùn)，低濃度的檸檬酸與Cd形成有機(jī)化合物并且提高了植物中重金屬的移動(dòng)性。檸檬酸濃度增大時(shí)，披堿草對Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)相比于Cd50有降低，產(chǎn)生低促高抑的效應(yīng)。蘋果酸和草酸不同濃度處理，披堿草對Cd的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均高于Cd50，轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)呈現(xiàn)先增后減的規(guī)律。詹淑威等[31]的研究也證明，蘋果酸對小飛揚(yáng)草Cd的轉(zhuǎn)移有低促高抑的現(xiàn)象。上述事實(shí)可能是由于以下原因。首先，外源有機(jī)酸的加入，改變土壤pH值，同時(shí)強(qiáng)有機(jī)配體從有機(jī)酸釋放到植物-溶液界面使鎘的溶解度和有效性增加，促進(jìn)了披堿草根系對Cd的吸收和易位。其次，它們激活質(zhì)膜中的ATP酶，導(dǎo)致負(fù)責(zé)金屬轉(zhuǎn)運(yùn)的離子轉(zhuǎn)運(yùn)改變[21]。3種小分子有機(jī)酸都能強(qiáng)化披堿草對土壤中Cd的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，但是對Cd富集量產(chǎn)生不同的影響，其原因可能是由于以下兩方面：一是3種有機(jī)酸對Cd的絡(luò)合能力不同；二是3種有機(jī)酸提供H+程度不同，對于土壤的pH值的影響也不同[31,34]。

4 結(jié)論

本研究表明，外源小分子有機(jī)酸在促進(jìn)Cd的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，減輕Cd對植物的生理毒害以及提高土壤中Cd有效性方面有積極作用。添加適宜濃度的外源小分子有機(jī)酸，使披堿草生物量增加，緩解Cd對披堿草的毒害作用，促進(jìn)根系鎘向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)，提高披堿草地上部鎘積累量，提高植物修復(fù)效率。分別施加3種有機(jī)酸處理，在植株鎘積累方面，草酸效果最佳，蘋果酸次之。在2 mmol·L-1的最佳草酸濃度下，披堿草轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)達(dá)1.38，地上部Cd積累量達(dá)到最大值。但從改善植株生長狀況來看，草酸處理，披堿草生物量增加幅度最小，檸檬酸處理，披堿草生物量增加明顯，在4 mmol·L-1檸檬酸濃度下，根系生物量和地上部生物量分別是Cd50的1.82和1.53倍，且根系富集鎘含量最高。因此，添加外源有機(jī)酸對提高披堿草Cd的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)有積極的作用。但是關(guān)于有機(jī)酸處理的最適濃度以及披堿草在不同濃度鎘污染土壤分泌有機(jī)酸種類及濃度有待進(jìn)一步研究，來深入探索適宜濃度外源有機(jī)酸對披堿草Cd吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和富集的影響。

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