Pb脅迫對香花油茶幼苗生長的影響

張 燁 劉海龍 韋鑠星 覃子海 陳博雯 肖玉菲 馬錦林

(廣西壯族自治區林業科學研究院/國家林業局中南速生材繁育實驗室/廣西特色經濟林培育與利用重點實驗室 廣西南寧 530002)

近年來，隨著中國經濟的快速發展，環境污染越來越嚴重[1-4]，其中重金屬是重要的環境污染物。土壤中重金屬污染問題作為影響我國農業發展和生態環境質量的重要因素已引起了人們廣泛關注[5]。土壤重金屬積累破壞土壤生態系統的同時，也導致重金屬在植物中大量積累，不僅嚴重影響植物的生長發育，而且還可經食物鏈危及動物和人類健康[6]。鉛是造成土壤污染的重要重金屬污染物之一，過量的鉛一旦進入環境，特別是進入土壤后難以排除，而且，當土壤中鉛濃度超過一定濃度時，會對植物生長發育產生一定影響，濃度過高甚至導致植物死亡，最終會引起生態環境惡化和生態平衡失調[7]。植物具有吸收、根慮、降解、穩定等功能，對土壤中的污染物有強大的凈化作用，植物修復因具有綠色環保的特點而受到越來越多的關注[8-9]，但是草本植物在用于土壤重金屬污染修復時存在生物量小、修復周期長、需反復收割等局限，因此，研究生物量較大的木本植物對重金屬的耐性及富集效應具有重要意義[10]。研究鉛脅迫對植物幼苗生長的影響對土壤重金屬鉛污染修復具有重要的理論和應用價值。

油茶(Camellia spp.)原產和主栽于中國，是山茶屬植物中種子含油率較高，且有一定栽培經營面積的樹種的統稱，為世界四大木本油料植物之一[11-12]。其主要產品茶油，不飽和脂肪酸含量超過80%，有 “東方橄欖油” 的美譽[13-14]。香花油茶(C.osmantha Ye CX，Ma JL et Ye H)為2012年在南寧發現的油茶新物種，不僅果量多、出籽率高、早熟，且樹型美觀、花帶香氣，可同時作為油料作物樹種和觀賞樹種[15]。由于油茶的種植面積廣闊，而很多地方的土壤都受到重金屬鉛的污染，在受重金屬鉛污染的土壤中香花油茶幼苗是否可以生存？香花油茶幼苗在受重金屬鉛污染的土壤中生長狀況如何？香花油茶幼苗對重金屬鉛的耐受限度是多少？值得深入研究。可為受重金屬鉛污染地區香花油茶的種植提供參考，為受重金屬鉛污染地區土壤修復木本植物的選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗地概況

試驗地位于廣西南寧市廣西壯族自治區林業科學研究院生物技術研究所苗圃，東經108o21'2"，北緯22o55'16"。境域屬濕潤的亞熱帶季風氣候，陽光充足，雨量充沛，霜少無雪，氣候溫和，夏長冬短，年平均氣溫在21.6℃左右，極端最高氣溫40.4℃，極端最低氣溫-2.4℃。冬季最冷的1月平均12.8℃，夏季最熱的7、8月平均28.2℃。年均降雨量達1 304.2 mm，平均相對濕度為79%，氣候特點是炎熱潮濕。土壤為第四紀紅壤，立地條件中等，質地為輕粘土，土壤有機質含量11.3 g/kg、含水率3.41%、pH5.2，土壤中Pb含量為0。

1.1.2 試驗材料

供試植物香花油茶選用廣西林科院油茶苗圃1年生實生苗，選擇長勢一致(苗高、地徑無顯著差異)的實生苗進行盆栽實驗。

1.2 方法

1.2.1 試驗方法

采用硝酸鉛配成1 000 mg/L的Pb標準溶液，取適量Pb標準溶液噴灑于7組供試土壤，反復攪拌、混勻，使土壤Pb含量分別達到： 200、400、600、 800、 1 000、 1 200、 2 000 mg/kg， 另外設置一組空白對照，置于通風處自然風干、熟化15 d，期間定時攪拌。待熟化完成后，將事先準備好的香花油茶實生苗進行盆栽，每盆栽植1株，試驗期間保持土壤濕潤，并在盆下放置塑料托盤，澆水后若有水滲出，將盤內滲出的水分倒回至盆中，以免Pb流失。每個處理設置20個重復。

1.2.2 分析方法

幼苗存活率：培養180 d后，統計幼苗存活數，幼苗存活率＝(處理后幼苗存活數/處理前幼苗數)×100%。

生長指標與生物量測定：培養180 d后，對采集的香花油茶植株先用自來水將根系洗凈，再用20 mmol/L的Na2-EDTA交換15 min，用以吸附根系表面吸附的Pb離子，然后用超純水仔細沖洗，用濾紙吸干表面水分，用卷尺測定株高、用游標卡尺測定根長，稱量植株總重，然后將根、莖、葉剪開，分別稱其鮮重。

1.2.3 數據處理方法

數據用Excel 2016和SPSS 19.0軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 Pb脅迫對香花油茶幼苗株高的影響

香花油茶幼苗的株高隨著Pb濃度的增加呈現先增加后下降的趨勢，不同土壤Pb濃度下香花油茶幼苗間株高呈現不同程度的差異(圖1)。

圖1 不同濃度Pb對香花油茶幼苗株高的影響

由圖1可知，土壤Pb濃度在400、600和800 mg/kg時，香花油茶幼苗間的生長高度不存在顯著差異，濃度為800 mg/kg時，株高達到最高的62.3 cm，但當濃度達到1 000 mg/kg時，株高顯著變矮，當Pb濃度為1 200 mg/kg的時候香花油茶幼苗株高最矮，為27.8 cm。這說明低濃度的Pb對香花油茶幼苗的株高有一定的促進作用，高濃度的Pb對香花油茶幼苗的株高又起到了抑制作用。

2.2 Pb脅迫對香花油茶幼苗地徑的影響

香花油茶幼苗的地徑隨著Pb濃度的增加呈現逐漸減小的趨勢，不同土壤Pb濃度下香花油茶幼苗間地徑呈現不同程度的差異(圖2)。

圖2 不同濃度Pb影響下香花油茶幼苗的地徑變化

由圖2可以看出，當土壤中Pb濃度小于200 mg/kg時，香花油茶幼苗地徑受影響不大；當濃度增加到400 mg/kg時，幼苗的地徑顯著減小，但土壤Pb濃度在400、600和 800 mg/kg時，香花油茶幼苗間的地徑差異不顯著；當濃度增加到1 000 mg/kg時，香花油茶幼苗的地徑生長受到嚴重的抑制作用。

2.3 Pb脅迫對香花油茶幼苗根長的影響

香花油茶幼苗的根長隨著Pb濃度的增加呈現逐漸減小的趨勢，不同土壤Pb濃度下香花油茶幼苗的根長存在不同程度的差異性(圖3)。

圖3 不同濃度Pb影響下香花油茶幼苗的根長變化

由圖3可知，當土壤中Pb濃度小于600 mg/kg時，Pb含量對香花油茶幼苗根長的影響差別不大；當土壤中Pb濃度達到800 mg/kg時，香花油茶幼苗根長顯著變短，說明此時土壤中重金屬Pb對香花油茶幼苗根長的伸長起到了明顯的抑制作用。

2.4 Pb脅迫對香花油茶幼苗生物量的影響

隨著土壤中Pb含量的不斷升高，香花油茶幼苗的總生物量、莖生物量、葉生物量均呈現先增加后又減少的趨勢(表1)。

由表1可知，當土壤Pb含量處于較低水平(≤600 mg/kg)時，香花油茶幼苗的生物量達到最大，說明中低濃度的Pb不僅沒有對香花油茶幼苗產生毒害作用，反而促進了香花油茶幼苗的生長。當土壤Pb的含量達到800 mg/kg水平時，香花油茶幼苗的生長受到了明顯的限制，生物量明顯下降，當Pb的含量達到1 200 mg/kg時，香花油茶幼苗的總生物量僅為95.36g，此時香花油茶幼苗受到明顯的毒害作用，植株矮化，根系變短，根毛變少，生物量嚴重下降。當Pb含量達到2 000 mg/kg時，植株全部死亡。根生物量隨著土壤中Pb含量的增加呈現逐漸減少的趨勢，當土壤Pb的含量達到800 mg/kg水平時，香花油茶根系生物量顯著減少。

表1 不同濃度Pb對香花油茶幼苗生物量的影響

3 討論與結論

(1)苗期生長是植物經受重金屬脅迫的關鍵時期。重金屬元素進入土壤以后，與植物發生吸附作用并在植物體內運輸，影響植物個體的形態發育，抑制植物的正常生長。通過對香花油茶幼苗進行不同濃度Pb脅迫處理，結果表明：香花油茶幼苗對重金屬Pb具有較高的耐性，當土壤中Pb濃度低于800 mg/kg時，香花油茶幼苗的株高、莖生物量、葉生物量和總生物量顯著提高；當土壤中Pb含量在1 200 mg/kg時，香花油茶幼苗才出現植株矮化明顯、葉子蜷曲變黃的現象；當土壤中Pb含量達到2 000 mg/kg時，香花油茶幼苗全部死亡。

(2)通過試驗發現，土壤中重金屬Pb對香花油茶幼苗生長的影響主要是抑制根的生長，對根的影響明顯大于對地上部分的影響，根是植物體在土壤中與重金屬結合的最重要的部位，也是最容易受重金屬毒性影響的部位。至于地上部分的變化，可能是香花油茶幼苗受重金屬Pb脅迫后，抑制了根的伸長，進而影響了其地上部分的生長。土壤中重金屬Pb濃度越高，這種抑制越明顯。當土壤中Pb含量超過香花油茶幼苗的耐受限度時，香花油茶幼苗死亡。香花油茶對重金屬Pb的富集過程是怎樣的？耐性指數是多少？影響香花油茶耐重金屬Pb的因素又有哪些？香花油茶根部在吸收重金屬Pb后的微觀結構發生了什么變化？值得進一步研究。

(3)通過試驗研究發現，高濃度的Pb對香花油茶幼苗的生長具有明顯的抑制作用，中低濃度的Pb對香花油茶幼苗生長的抑制作用不太明顯，有的反而促進了香花油茶幼苗的生長，促進香花油茶幼苗生長的原因可能是進入香花油茶幼苗體內的Pb能夠促進香花油茶對部分微量元素的吸收和誘導部分碳水化合物的表達(如多糖、功能蛋白)，從而促進了香花油茶幼苗的生長。因此，在受重金屬Pb污染不是很嚴重的地區可以種植香花油茶，但香花油茶作為木本油料植物，主要取用部位是果實，重金屬Pb進入香花油茶植株的遷移轉化過程如何？后期植物開花結果是否會遷移轉化到果實中？需要后期進一步的研究。