四種園林植物對(duì)土壤鎘污染的耐受性

顧翠花， 王懿祥， 白尚斌， 吳建強(qiáng)， 楊 一

1 浙江農(nóng)林大學(xué)風(fēng)景園林與建筑學(xué)院, 臨安 311300 2 浙江省森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與固碳減排重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 臨安 311300

四種園林植物對(duì)土壤鎘污染的耐受性

顧翠花1， 王懿祥2,*， 白尚斌2， 吳建強(qiáng)2， 楊 一2

1 浙江農(nóng)林大學(xué)風(fēng)景園林與建筑學(xué)院, 臨安 311300 2 浙江省森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與固碳減排重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 臨安 311300

采用模擬Cd污染土壤培養(yǎng)法，測(cè)定了Cd脅迫下山礬、桑樹、繡線菊、山茶4種園林植物幼苗的生長(zhǎng)、生物量變化，根莖葉的Cd含量，光合色素含量與MDA含量，對(duì)耐性指數(shù)(Ti)、轉(zhuǎn)移系數(shù)(TF)、生物富集系數(shù)(BCF)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：(1)山礬、桑樹、繡線菊和山茶的平均耐性指數(shù)分別為93.99、82.33、82.10和87.25；(2)4個(gè)樹種幼苗根莖葉的Cd含量都隨著Cd處理濃度的增加而增加，轉(zhuǎn)移系數(shù)值(TF)都小于1，轉(zhuǎn)移能力為山礬>山茶>繡線菊>桑樹。對(duì)Cd累積能力為山礬>山茶>桑樹>繡線菊；山礬和山茶生物量吸收的Cd總量顯著高于繡線菊和桑樹。(3)Cd處理濃度的不斷增加, 葉綠素a/葉綠素b比值與對(duì)照相比變化不顯著，類胡蘿卜素的含量持續(xù)增加；桑樹、山茶、山礬和繡線菊MDA含量分別平均上升為15%、10.17%、9.69%、12.86%。不同Cd濃度下，MDA上升幅度順序?yàn)樯?繡線菊>山茶>山礬。研究表明山礬具有很高的Cd耐性、轉(zhuǎn)移能力、以及地上部分積累鎘的能力，是一種抗Cd污染較好的園林綠化樹種。

鎘; 園林植物; 耐受性; 積累

重金屬污染目前已經(jīng)成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一，其中鎘(Cd)是最具污染性元素之一。鎘(Cd)主要來源于冶煉、采礦等工業(yè)污水的排放、汽車尾氣，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)藥及化肥殘留等，毒性極強(qiáng)，對(duì)生物體危害極大[1-2]。尤其是土壤中積累的Cd，會(huì)滲透進(jìn)入地表甚至污染地下水，最終會(huì)極大危害人類健康。在城市生態(tài)建設(shè)中，園林植物已經(jīng)成為不可或缺的重要組成部分。園林植物對(duì)重金屬的富集能力因物種不同而不同[3-4]，對(duì)減少城市污染、維持生態(tài)平衡都起到重要的作用[5]。在進(jìn)行城市園林綠化植物的選擇時(shí)，必須考慮該植物是否能對(duì)重金屬污染有一定的抗性，選擇既具有較高觀賞價(jià)值，又對(duì)Cd有較大耐受性的園林植物來進(jìn)行城市園林綠化，既能增加城市綠量、美化環(huán)境，同時(shí)也可以緩解城市中日益嚴(yán)重的Cd污染，甚至能對(duì)Cd重污染區(qū)域起到修復(fù)作用[6]。

山礬(Symplocoscaudata)，山礬科常綠灌木或小喬木，早春開花，對(duì)污染物具有較強(qiáng)的抗性，具有很好的園林綠化前景，但目前在園林中沒有得到廣泛的應(yīng)用。桑樹(Morusalba)，?？坡淙~喬木，生長(zhǎng)快，根系發(fā)達(dá)，萌芽力強(qiáng)，耐修剪，具有較強(qiáng)的抗性。繡線菊(Spiraeasalicifolia)，薔薇科花灌木，小花密集，花色粉紅，花期初夏至秋初，萌蘗力強(qiáng)，抗性強(qiáng)，是良好的園林觀賞植物。山茶(Camelliajaponica)，山茶科常綠闊葉灌木或小喬木，花大色艷，是冬季觀花的園林植物。目前未見有對(duì)這4種植物的鎘耐受性研究。本研究以山礬、桑樹、繡線菊、山茶4種園林植物為研究對(duì)象，采用模擬Cd污染土壤培養(yǎng)法，對(duì)當(dāng)年生實(shí)生幼苗進(jìn)行土壤Cd脅迫耐受性對(duì)比實(shí)驗(yàn)，主要分析不同Cd濃度處理下，4個(gè)樹種的生長(zhǎng)量變化，根莖葉中Cd的含量，光合色素、MDA含量指標(biāo)的變化，Cd轉(zhuǎn)移能力和積累能力，對(duì)比4個(gè)園林樹種對(duì)Cd脅迫的耐受性程度，以及不同濃度的Cd脅迫是否會(huì)對(duì)植物自身的生長(zhǎng)帶來影響，本研究旨在篩選對(duì)Cd脅迫具有較高耐受性和積累性的園林植物，以豐富城市生態(tài)建設(shè)尤其是鎘污染地區(qū)園林中植物配置的種類。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)于2011年3月下旬播種山礬、桑樹、繡線菊、山茶，采用穴盤播種方式，穴盤尺寸為540mm×280mm，聚苯乙烯材料，72孔穴。播種前用紫外線照射種子進(jìn)行消毒，泥炭土、蛭石(2∶1)混合基質(zhì)，高溫消毒。播種后噴水灌溉，萌發(fā)后移栽于花盆?；ㄅ柰寥啦捎谡憬r(nóng)林大學(xué)平山村苗圃地。土壤為紅黃壤，PH值為5.52，N、P、K的含量分別為1.61、1.98、7.93g/kg。同時(shí)將采集的土壤粉碎，風(fēng)干，用5mm篩篩均勻后備用。

實(shí)驗(yàn)方法采用模擬Cd污染土壤培養(yǎng)法。2012年3月初采用CdCl2溶液處理土壤，設(shè)置5個(gè)處理濃度，分別為：0，10，20，50，100 mg/kg。攪拌穩(wěn)定20d后，選取生長(zhǎng)基本一致的一年生實(shí)生苗移入含鎘土壤的花盆中，盆中土壤重量為250g，花盆內(nèi)徑為18cm。隨機(jī)區(qū)組實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，每個(gè)樹種每個(gè)處理5盆，每處理重復(fù)3次，總計(jì)300盆。將所有花盆放在浙江農(nóng)林大學(xué)平山苗圃大棚下進(jìn)行培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)期間按照田間常規(guī)管理，定期澆水，除草，噴灑除蟲劑。實(shí)驗(yàn)從2011 年3月下旬開始，經(jīng)過1a正常土壤生長(zhǎng)，180d鎘污染土壤生長(zhǎng)后取4個(gè)樹種的幼苗進(jìn)行生長(zhǎng)、生物量和根莖葉鎘含量測(cè)定。整個(gè)實(shí)驗(yàn)于2012 年 9月下旬結(jié)束。

1.2 樣品測(cè)定

在鎘處理之前，預(yù)先測(cè)定一年生實(shí)生苗的株高以及基徑，用以計(jì)算基徑增長(zhǎng)量和主莖生長(zhǎng)量。

2012年9月下旬，在含鎘土壤的花盆中生長(zhǎng)180d后，取成熟的新鮮葉片進(jìn)行葉綠素含量測(cè)定和丙二醛(MDA)含量測(cè)定，光合色素含量(即葉綠素a、葉綠素b以及類胡蘿卜素)測(cè)定時(shí)采集植物的新鮮成熟葉片，利用分光光度法進(jìn)行測(cè)定[7]。MDA(丙二醛)含量測(cè)定采用硫代巴比妥法進(jìn)行測(cè)定。

將實(shí)生苗的根莖葉三部分分開，用超純水進(jìn)行沖洗(生物量測(cè)定)去除粘附于植物樣品上的泥土和污物,再用去離子水沖洗,在烘干前先在105℃下殺青5min,然后在70℃下于烘箱中烘至恒重。稱重后用不銹鋼植物粉碎機(jī)粉碎，過60目尼龍篩，儲(chǔ)存于聚乙烯瓶中備用。取植物各部分樣品干粉各0.2000g用混酸(濃HNO3∶HClO4∶濃H2SO4=8∶1∶1)隔夜消化，采用日本島津AA6800型原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定植物體內(nèi)的Cd含量[8]。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

基徑生長(zhǎng)量(mm)= 鎘處理后基徑(mm)-未處理時(shí)基徑(mm)

主莖生長(zhǎng)量(cm)= 鎘處理后株高(cm)-未處理時(shí)株高(cm)

耐性指數(shù)(Ti)用兩種生長(zhǎng)指標(biāo)量化：主莖生長(zhǎng)量和根莖葉的生物量，按以下修正的公式計(jì)算：

Ti(%)=[(LS+WR+WS+WL)/4]×100

式中，LS代表重金屬鎘脅迫組主莖生長(zhǎng)量與對(duì)照組主莖生長(zhǎng)量的比值；WR、WS、WL分別代表鎘處理后根、莖、葉平均生物量與對(duì)照平均生物量的比值[9]。

轉(zhuǎn)移系數(shù)(TF)主要用來評(píng)價(jià)從植物根部轉(zhuǎn)移重金屬至地上部分的能力[10-12]，計(jì)算公式為：

TF=地上部分(莖葉)平均鎘濃度 / 根部鎘濃度

生物富集系數(shù)(BCF)用于評(píng)價(jià)植物從土壤中積累重金屬的能力[13]，計(jì)算公式為：

BCF=根或地上部分(莖葉)平均鎘濃度/土壤鎘濃度

生物量吸收Cd的總量=根的Cd含量×根的生物量+莖的Cd含量×莖的生物量+葉的Cd含量×葉的生物量

實(shí)驗(yàn)中所有數(shù)據(jù)的分析均使用SPSS18.0軟件，主要進(jìn)行單因素方差分析(ANOVA)，使用LSD(Least Significance Deviation，P<0.05)進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 鎘對(duì)4個(gè)樹種幼苗生物量和生長(zhǎng)的影響

2.1.1 不同鎘處理濃度下4個(gè)樹種幼苗生物量變化

由表1可以看出，與CK相比，隨著Cd處理濃度的不斷增加，山礬、山茶根莖葉生物量均出現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，在Cd濃度為20mg/kg時(shí)達(dá)到峰值，分別為對(duì)照的125.45%、117.43%、110.68%和101.46%、106.88%、105.81%。隨著Cd處理濃度的增加，山礬、山茶幼苗根莖葉生物量顯著下降。在100mg/kg時(shí)，分別為對(duì)照的58.18%、75.10%、75.24%和69.34%、61.93%、65.81%。

桑樹、繡線菊根莖葉生物量在Cd處理濃度為10、20mg/kg時(shí)，與CK對(duì)比未出現(xiàn)顯著變化，隨著Cd濃度的增加，顯著低于CK，且兩個(gè)較高處理濃度與兩個(gè)較低處理濃度和對(duì)照下存在顯著差異。Cd處理濃度為100mg/kg時(shí)，桑樹、繡線菊的根莖葉生物量分別為對(duì)照的65.00%、60.61%、52.17%和68.97%、70.97%、62.07%。

Cd濃度為10mg/kg時(shí)對(duì)山礬和山茶的根部生物量有一定的促進(jìn)作用。Cd濃度為20mg/kg時(shí)對(duì)4個(gè)樹種的根部生物量均有一定的促進(jìn)作用。

2.1.2 主莖和基徑生長(zhǎng)量、Cd耐性指數(shù)

與對(duì)照相比較，在Cd濃度10、20mg/kg時(shí)，桑樹幼苗和繡線菊幼苗主莖和基徑生長(zhǎng)量略有下降，山礬幼苗和山茶幼苗的主莖生長(zhǎng)量略有上升，基徑生長(zhǎng)量基本沒有變化。隨著Cd處理濃度的增加，4個(gè)種幼苗的主莖和基徑生長(zhǎng)量均呈現(xiàn)顯著的下降趨勢(shì)。

表1 不同鎘處理濃度下4種園林植物的生長(zhǎng)指標(biāo)Table 1 The growth indexes of four kinds of ornamental plant under Cd stress

表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，同一列中的不同字母表示顯著性差異(P<0.05)

Cd耐性指數(shù)是反映植物對(duì)Cd耐受能力的大小，耐性指數(shù)高的植物在Cd污染嚴(yán)重條件下依然能夠繁殖和生長(zhǎng)，敏感植物則生長(zhǎng)緩慢，生長(zhǎng)量小。隨著Cd濃度的增加，山礬和山茶的耐性指數(shù)均先上升后下降，山茶在10mg/kg時(shí)到達(dá)峰值，山礬在20mg/kg時(shí)達(dá)到峰值，并且在Cd濃度低于20mg/kg時(shí)，兩者的耐性指數(shù)均大于100。山礬、桑樹、繡線菊和山茶的平均耐性指數(shù)分別為93.99、82.33、82.10和87.25， 4種園林植物對(duì)Cd耐性能力的大小順序?yàn)樯降\>山茶>桑樹>繡線菊。

2.2 4個(gè)樹種幼苗根莖葉的Cd含量、轉(zhuǎn)移系數(shù)和生物富集系數(shù)

2.2.1 根Cd含量

由圖1可看出，4個(gè)樹種幼苗根的Cd含量都隨著土壤中Cd濃度增加而呈現(xiàn)顯著的增加趨勢(shì)。繡線菊的根Cd含量于與桑樹根Cd含量差異不大，山礬的根Cd含量在10、20、50 mg/kg 3個(gè)處理濃度下均大于山茶的根Cd含量，在100 mg/kg處理濃度下，山礬的根Cd含量小于山茶的根Cd含量。

2.2.2 莖Cd含量

山礬、桑樹、繡線菊、山茶的莖Cd含量都隨著Cd處理濃度增加而增加，在Cd濃度為100mg/kg時(shí)達(dá)到峰值，分別達(dá)到：75.3、40.4、45.5、49.7 mg/kg。4個(gè)樹種幼苗莖的Cd含量順序?yàn)樯降\>繡線菊>桑樹>山茶。

2.2.3 葉Cd含量

4個(gè)樹種幼苗葉的Cd含量都隨著Cd處理濃度的增加而增加，均在Cd濃度為100 mg/kg時(shí)達(dá)到最大值，山礬、桑樹、繡線菊、山茶的葉Cd含量最大值分別為：139.8、59.4、47.4、109.5 mg/kg。4個(gè)樹種幼苗葉的Cd含量順序?yàn)樯降\>山茶>繡線菊>桑樹。

2.2.4 根、莖、葉Cd含量比較

山礬、桑樹、繡線菊、山茶4個(gè)樹種的幼苗根莖葉Cd含量在4個(gè)處理濃度下，均表現(xiàn)為：根>葉>莖。

2.2.5 4個(gè)樹種幼苗的Cd轉(zhuǎn)移系數(shù)和生物富集系數(shù)

Cd轉(zhuǎn)移和富集的能力與樹種類別有很大聯(lián)系，4個(gè)樹種的Cd轉(zhuǎn)移系數(shù)(TF)和生物富集系數(shù)(BCF)，4個(gè)樹種TF總的變化范圍為0.35—0.75，山礬、桑樹、繡線菊、山茶的Cd轉(zhuǎn)移系數(shù)平均值分別為：0.7、0.44、0.48、0.50，4個(gè)樹種Cd轉(zhuǎn)移能力順序由高到低為：山礬>山茶>繡線菊>桑樹。說明山礬、山茶兩個(gè)樹種根部對(duì)Cd的轉(zhuǎn)移能力強(qiáng)，能將較多的Cd運(yùn)送到莖葉等地上部分，能夠很好的運(yùn)輸和解毒，對(duì)Cd的耐受能力較強(qiáng)，而桑樹對(duì)Cd脅迫的應(yīng)對(duì)能力最弱；4個(gè)樹種生物富集系數(shù)BCF總的變化范圍為0.46—7.01，山礬、桑樹、繡線菊、山茶的地上生物富集系數(shù)平均值分別為2.83、1.2、1.29、1.69，根系生物富集系數(shù)平均值分別為3.99、2.78、2.69、3.82，表明對(duì)Cd的累積能力順序由高到低為：山礬>山茶>桑樹>繡線菊。

圖1 4個(gè)樹種幼苗根莖葉的Cd含量Fig.1 Cd content of root, stem, leaf of 4 species

2.3 Cd對(duì)4個(gè)樹種生理指標(biāo)的影響

2.3.1 Cd對(duì)4個(gè)樹種光合色素含量的影響

植物的光合作用主要決定于光合色素的含量，含量高代表植物光合作用較強(qiáng)，表2顯示：Cd處理濃度的不斷增加,山礬和山茶幼苗葉綠素a和葉綠素b的含量出現(xiàn)上升后下降的變化。山礬幼苗的葉綠素a、b含量在Cd處理濃度為20mg/kg時(shí)達(dá)到最大值，分別為7.97、3.58 mg/g鮮重，分別為對(duì)照的1.099倍、1.095倍；山茶幼苗的葉綠素a含量在Cd濃度20mg/kg時(shí)達(dá)到最大值3.87 mg/g 鮮重，為對(duì)照的1.142倍，葉綠素b含量則在Cd濃度10mg/kg時(shí)達(dá)到最大值5.02 mg/g 鮮重，為對(duì)照的1.118倍；伴隨Cd處理濃度的不斷增加，桑樹和繡線菊幼苗的葉綠素a、b含量持續(xù)降低，Cd濃度100mg/kg時(shí)，桑樹和繡線菊幼苗的葉綠素a、b含量達(dá)到最小值，分別為3.86、3.12 mg/g 鮮重，3.48、2.67 mg/g 鮮重。

和葉綠素a，b含量變化趨勢(shì)不同，伴隨Cd處理濃度的不斷增加，桑樹、繡線菊、山茶三個(gè)樹種幼苗的類胡蘿卜素含量隨著Cd濃度的遞增而持續(xù)升高,在Cd濃度100mg/kg時(shí)與CK存在明顯差異；而山礬的類胡蘿卜素含量隨著Cd濃度的遞增出現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)，在Cd濃度20mg/kg時(shí)達(dá)到最大值。

隨著Cd濃度的遞增，桑樹和繡線菊葉綠素a/葉綠素b比值均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，在Cd濃度20mg/kg時(shí)，山礬葉綠素a/葉綠素b比值與對(duì)照沒有顯著差異，而山茶葉綠素a/葉綠素b比值與對(duì)照相比有所上升，而后下降。

類胡蘿卜素百分比隨Cd處理濃度的不斷遞增而上升，這種變化趨勢(shì)表明經(jīng)過Cd處理后4個(gè)樹種幼苗的葉綠素a受Cd脅迫破壞程度比葉綠素b大，類胡蘿卜素基本未受到Cd脅迫的影響。

圖2 4個(gè)樹種幼苗Cd轉(zhuǎn)移系數(shù)和生物富集系數(shù)Fig.2 Cd Translocation factor (TF) and bio concentration factor (BCF) of 4 species

表2 Cd對(duì)4個(gè)樹種光合色素含量的影響Table 2 Effects on the content of photosynthetic pigment in four tree species under Cd stress

表中數(shù)據(jù)均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，同一列中的不同字母表示顯著性差異(P<0. 05)

2.3.2 Cd對(duì)4個(gè)樹種MDA含量的影響

圖3 Cd脅迫對(duì)4個(gè)樹種丙二醛(MDA)含量的影響Fig.3 Effects on the content of Malondialdehyde (MDA) in four landscape trees under Cd stress

MDA(丙二醛)是反映細(xì)胞膜質(zhì)過氧化水平的一個(gè)重要指標(biāo)，它與核酸、蛋白質(zhì)、氨基酸等物質(zhì)交聯(lián)后會(huì)形成干擾細(xì)胞生命活動(dòng)的脂褐素。由圖3可以看出，伴隨著Cd濃度的不斷增加，4個(gè)樹種幼苗中MDA的含量體現(xiàn)不斷上升的趨勢(shì),與Cd濃度存在極顯著的正相關(guān)。MDA含量的增加表示細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)受損傷程度增加，植物的抗逆性相對(duì)減弱。在Cd濃度遞增的同時(shí),山礬、桑樹、繡線菊和山茶MDA含量平均上升的百分比分別為15%、10.17%、9.69%、12.86%。在4個(gè)不同的Cd處理濃度條件下，MDA的上升幅度順序?yàn)樯降\>山茶>桑樹>繡線菊。

3 討論

植物對(duì)重金屬的耐受能力是衡量植物是否具有重金屬污染修復(fù)功能的重要先決條件[14]。植物在受到Cd污染之后，首先反映在生長(zhǎng)量的變化[15]，即根、莖、葉等正常生長(zhǎng)發(fā)育都會(huì)受到影響[16]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明隨著Cd處理濃度的不斷增加，山礬、山茶根莖葉生物量均出現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，桑樹、繡線菊根莖葉生物量則先無明顯變化后下降。在Cd濃度為10—20 mg/kg時(shí)，對(duì)山礬和山茶的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，可能是緣于對(duì)根生長(zhǎng)的促進(jìn)，在Cd濃度20mg時(shí)，生長(zhǎng)達(dá)到頂峰；對(duì)桑樹和繡線菊的生長(zhǎng)則無明顯影響。在Cd濃度為50—100mg/kg之間時(shí)，對(duì)4種植物的生長(zhǎng)有顯著的抑制作用。結(jié)果表明，4種植物都能在鎘脅迫下存活和生長(zhǎng)，山礬和山茶對(duì)土壤鎘污染有較強(qiáng)的生長(zhǎng)適應(yīng)性。

Cd耐性指數(shù)反映植物Cd耐受能力強(qiáng)弱，耐性指數(shù)高的植物在Cd污染嚴(yán)重條件下依然能夠繁殖和生長(zhǎng)。菖蒲、雞冠菜對(duì)Cd的平均耐性指數(shù)分別為59、52.6[17-18]，對(duì)鎘耐受性較低。含羞草、白雪姬以及樹馬齒莧3種觀賞植物的平均耐性指數(shù)分別為105.57、81.35、79.88，被認(rèn)為對(duì)鎘具有高忍耐性[8]，本研究中設(shè)置的Cd處理濃度與其他研究相近，經(jīng)過1a正常土壤生長(zhǎng)，180d鎘污染土壤生長(zhǎng)，耐受時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。山礬、桑樹、繡線菊和山茶4種植物的平均耐性指數(shù)分別為93.99、82.33、82.10和87.25，說明對(duì)鎘耐受性較高。在Cd濃度增加下，山礬和山茶的耐性指數(shù)均先上升后下降，Cd濃度低于20mg/Kg時(shí)，兩者的耐性指數(shù)均大于100，這可能依賴于根部可以保證營(yíng)養(yǎng)元素的均衡吸收，因此具有較高忍耐性[11]。耐性大小順序?yàn)樯降\>山茶>桑樹>繡線菊，說明山礬的Cd耐性最強(qiáng)。

圖4 4種植物生物量在4個(gè)Cd處理濃度下吸收Cd的總量Fig.4 Total content of Cd in biomass in four landscape trees

同一植物不同部位積累重金屬的能力不同[14]，不同物種的重金屬積累的能力也不一致[19,3]。4個(gè)樹種的幼苗根莖葉Cd含量在4個(gè)處理濃度下均表現(xiàn)為：根>葉>莖，表明Cd從根部轉(zhuǎn)移到地上莖葉的能力較低。限制重金屬從根部移動(dòng)到地上莖葉部分是植物的耐受重金屬脅迫的機(jī)制之一[16]。4個(gè)樹種幼苗根莖葉的Cd含量都隨Cd濃度增加而增加。BCF和TF可以用來評(píng)價(jià)植物修復(fù)土壤重金屬污染的能力[10]。Cd的轉(zhuǎn)移系數(shù)(TF)變化范圍為：0.35—0.75，順序?yàn)椋荷降\>山茶>繡線菊>桑樹，說明山礬、山茶的根部能積累較多的Cd，并運(yùn)輸?shù)降厣喜糠郑瑥亩弥参镒陨淼慕舛緳C(jī)制來減少Cd所帶來的危害，這種耐Cd策略與植物體Cd誘導(dǎo)合成的植物螯合肽和金屬硫蛋白有關(guān)[20]。本實(shí)驗(yàn)中山礬的Cd富集系數(shù)(BCF)最大，地上BCF與根系的平均BCF值分別為2.83、3.99，說明山礬的根部具有更高的Cd積累能力。植物各部位生物量吸收重金屬的總量可以直接用來評(píng)價(jià)植物萃取土壤重金屬的能力。圖4表明了4種植物在4種Cd濃度下生長(zhǎng)180d后吸收Cd的總量，山礬和山茶吸收的Cd總量顯著高于繡線菊和桑樹，每棵山礬植株在Cd濃度為10,20，50，100mg/Kg下分別吸收0.39,0.56,0.45,0.50mg。由于4種植物植株各部位Cd含量隨著處理濃度的增加而增加的同時(shí)生物量在下降，所以它們吸收Cd的總量不隨Cd濃度的增加而增加。4種植物吸收Cd總量的大小順序?yàn)樯降\>山茶>繡線菊>桑樹。

植物的光合色素含量是反映植物光合作用強(qiáng)弱的主要指標(biāo)，光合色素主要包括葉綠素a，葉綠素b以及類胡蘿卜素，光合作用的過程中葉綠素b收集光能，葉綠素a轉(zhuǎn)化光能，而類胡蘿卜素主要保護(hù)葉綠素分子免遭光氧化損傷[21]。Cd脅迫對(duì)含羞草、白雪姬、樹馬齒莧光合指標(biāo)影響的研究表明，在Cd脅迫下三者的葉綠素含量均有下降趨勢(shì)，受破壞的程度為含羞草<白雪姬<樹馬齒莧；葉綠素a、b比值以及類胡蘿卜素百分比隨著Cd濃度增加而升高，分析葉綠素含量下降的主要原因是脅迫抑制了葉綠體片層中捕光復(fù)合體的合成，同時(shí)葉綠素合成相關(guān)酶活性受到了抑制，阻礙了葉綠素合成[8]。本實(shí)驗(yàn)中，在受到Cd脅迫時(shí)，山礬和山茶葉綠素a、b的含量先上升后下降，說明低Cd濃度可以使葉綠素含量增加，彌補(bǔ)光合作用中主要電子傳遞的成分，但濃度繼續(xù)增加會(huì)破壞葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能，使葉綠素含量逐漸下降[22]；桑樹、繡線菊、山茶的葉綠素a與葉綠素b比值隨著Cd濃度增加持續(xù)升高，山礬先增加后下降，比值越高，光能利用效率越高，這種變化趨勢(shì)表明適當(dāng)?shù)腃d條件下可以提高植物對(duì)光能的利用效率，提高光合作用的效果[23]。而就類胡蘿卜素含量變化而言，4種植物基本未受Cd脅迫影響，未遭到光氧化的損傷。

細(xì)胞膜是植物細(xì)胞和外界進(jìn)行物質(zhì)交換的場(chǎng)所,它的穩(wěn)定性是植物細(xì)胞完成正常生理功能的基礎(chǔ)[12]，而MDA是反映細(xì)胞膜質(zhì)過氧化水平的一個(gè)重要指標(biāo)[24]，已有研究表明含羞草、白雪姬、樹馬齒莧3種植物的MDA含量隨Cd濃度上升出現(xiàn)上升趨勢(shì),變化順序?yàn)椋汉卟?樹馬齒莧<白雪姬。本實(shí)驗(yàn)中隨著Cd濃度的不斷增加，4個(gè)樹種MDA含量均不斷上升，MDA的上升幅度順序?yàn)樯?繡線菊>山茶>山礬，就MDA含量指標(biāo)來看，山礬的抗逆性較強(qiáng)，分析原因?yàn)樵贑d脅迫條件下，脅迫會(huì)導(dǎo)致活性氧代謝系統(tǒng)功能減弱，植物體內(nèi)積累了大量的自由基和活性氧，最終造成膜質(zhì)的過氧化和MDA含量的升高。

綜上所述，在含Cd土壤中生長(zhǎng)的4種植物均有不同程度的耐受能力，其中山礬受Cd的脅迫最小，耐受性最強(qiáng)，具有較高的Cd轉(zhuǎn)移能力和累積能力，山茶次之，而后繡線菊，桑樹最低；在Cd的富集和吸收方面，山礬的累積能力最強(qiáng)，山茶和繡線菊次之，山礬可能植物體內(nèi)包含有較好的運(yùn)輸和解毒機(jī)制[8]。本研究說明山礬對(duì)Cd具有最高的耐受力和最強(qiáng)的累積能力，因此在城市園林綠化以及Cd污染地區(qū)的生態(tài)建設(shè)中，山礬是一種具有巨大應(yīng)用潛力和前景的園林植物，同時(shí)也可以利用它對(duì)Cd污染地區(qū)的土壤進(jìn)行植物修復(fù)。

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Tolerance and accumulation of four ornamental species seedlings to soil cadmium contamination

GU Cuihua1, WANG Yixiang2,*, BAI Shangbin2, WU Jianqiang2, YANG Yi2

1CollegeofLandscapeandArchitecture,ZhejiangAgricultureandForestryUniversity,Lin′an311300,China2ZhejiangProvincialKeyLaboratoryofCarbonCyclinginForestEcosystemsandCarbonSequestration,ZhejiangA&FUniversity,Lin′an311300,China

Four kinds of ornamental plants,Symplocoscaudate,Morusalba,Spiraeasalicifolia,andCamelliajaponicawere tested under five cadmium (Cd) application rate levels that range from 0mg/kgto 100mg/kg in a greenhouse pot experiment. Effects of Cd stress on growth indexes, biomass increment, Cd content of root, stem, leaf, content of photosynthetic pigment, and content of MDA in them were investigated after one year growth. Tolerance index (Ti), Translocation factor(TF)and bio concentration factor(BCF)of 4 species are evaluated. The results showed that (1) Cd had distinct inhibition on the growth of plant, the average tolerance index ofS.caudate,M.alba,S.salicifolia,andC.japonicawere 93.99, 82.33, 82.10 and 87.25 separately. (2) With increasing soil Cd content, the 4 species seedlings had a increase of Cd content of root, stem and leaf. The Translocation factor of these tree species to soil Cd contamination are all lower than 1and followed the order ofS.caudate>C.japonica>S.salicifolia>M.alba. BCF values of these tree species to soil Cd contamination followed the order ofS.caudate>C.japonica>M.alba>S.salicifolia；The total contents of Cd absorbed inS.caudateandC.japonicaare significantly higer than inS.salicifoliaandM.alba. (3) Chlorophyll a/b values of them were not obviously changed compared with CK, but the contents of carotenoid of them increased with the increasing Cd concentration. The average content of MDA inM.alba,S.salicifolia,C.japonicaandS.caudateincreased 15%, 10.17%, 9.69% and 12.86% separately and followed the order ofM.alba>S.salicifolia>C.japonica>S.caudate.ThestudysuggestedthatS.caudateisagoodcandidate species for phytoremediation of Cd contaminated soil because of its higher Cd tolerance, transfer and accumulation ability of aboveground biomass．

cadmium; ornamental plant; tolerance; accumulation

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31300581); 國(guó)家“十二五”科技支撐項(xiàng)目(2012BAD22B0503); 浙江省重大科技專項(xiàng)重點(diǎn)項(xiàng)目(2012C12909-5)

2013-06-10;

日期:2014-05-16

10.5846/stxb201306101560

*通訊作者Corresponding author.E-mail: w_yixiang@126.com

顧翠花， 王懿祥， 白尚斌， 吳建強(qiáng)， 楊 一.四種園林植物對(duì)土壤鎘污染的耐受性.生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(8):2536-2544.

Gu C H, Wang Y X, Bai S B, Wu J Q, Yang Y.Tolerance and accumulation of four ornamental species seedlings to soil cadmium contamination.Acta Ecologica Sinica,2015,35(8):2536-2544.