鎘污染條件下香樟和油樟對鎘的吸收能力和耐性差異

陳良華，徐睿，楊萬勤，張健，胡相偉，張明錦，高順

四川農業(yè)大學生態(tài)林業(yè)研究所林業(yè)生態(tài)工程重點實驗室，四川 成都 611130

鎘污染條件下香樟和油樟對鎘的吸收能力和耐性差異

陳良華，徐睿，楊萬勤，張健，胡相偉，張明錦，高順*

四川農業(yè)大學生態(tài)林業(yè)研究所林業(yè)生態(tài)工程重點實驗室，四川 成都 611130

利用速生鄉(xiāng)土木本植物修復 Cd污染土壤日益受到重視。利用香樟（Cinnamomum camphora）和油樟（C. longepaniculatum）作為實驗材料，研究鎘（Cd）污染（對照（CK）0.12 mg·kg-1；處理1（T1）2.5 mg·kg-1；處理2（T2）5 mg·kg-1）對2種樹種形態(tài)生長、Cd積累與分配和生理生化特征的效應，旨在比較2種樹種的重金屬耐受性及修復能力差異。T1和T2均沒有顯著影響香樟的生物量積累，但T2條件下油樟葉片和根部的生物量顯著下降，僅為CK的86%和65%；T1和T2均顯著增加了2種樹種細根及葉片的Cd含量，油樟在T1時總積累量達最大（與香樟相當，均為0.37 mg），T2條件下油樟的生物量和耐性指數顯著降低，僅為CK的85%和76%，香樟的Cd總積累量（0.48 mg）高于油樟（0.36 mg），因此認為T2條件下香樟具有更強的修復能力；油樟葉片在T1和T2時均受到氧化脅迫，但香樟葉片卻并沒有受到活性氧分子的顯著傷害；香樟在2個污染處理時超氧化物歧化酶（SOD）（T1和T2分別為CK的1.3和1.2倍）和過氧化物酶（POD）（T1和T2分別為CK的6.3和4.0倍）的活性均顯著上升，但油樟的這些抗氧化酶活性卻沒有顯著變化。這些結果說明，香樟幼苗比油樟幼苗具有更強的Cd耐受能力和脫毒能力；從土壤修復角度講，低水平污染土壤條件下2種樹種的修復能力差異不大，但香樟更適合修復污染程度更高的土壤。

鎘污染；植物修復；鄉(xiāng)土樹種；樟科

隨著工農業(yè)和城市化的發(fā)展，含鎘（Cd）污染物經污水灌溉、大氣沉降、農用物資施用、固體廢棄物排放等途徑進入各類生態(tài)系統(tǒng)，造成環(huán)境 Cd污染（黃益宗和朱永官，2004）。據報道，我國Cd污染土壤面積約1.3萬hm2（茹淑華等，2006），近年來的“Cd米”事件讓人們認識到Cd污染已經成為當前最為嚴重的環(huán)境問題之一。Cd污染常常以點源污染（point-source pollution）和面源污染（diffused pollution）的形式同時發(fā)生（郭觀林和周啟星，2005）。與點源污染區(qū)相比（如采礦區(qū)和冶煉區(qū)），面源性質的Cd污染雖然污染程度低，但具有極強的普遍性和隱蔽性，很容易進入食物鏈，對食品安全和人類健康的潛在威脅很大，因此，低Cd污染土壤的治理和修復顯得尤為迫切。另一方面，植物修復（Phytoremediation）技術具有經濟、高效且美化環(huán)境等優(yōu)點，在修復重金屬污染土壤的應用中倍受關注（Meers等，2009）。目前，用于點源污染修復的植物材料主要是超富集草本植物，如 Thlaspi caerulesences和Solanum nigrum（Bernard等，2004；魏樹和等，2005）。這類植物因其極強的重金屬耐性而能夠在植被難以恢復的點源污染區(qū)生長繁衍，但由于經濟價值低且易被畜禽取食而進入食物鏈，因而很難推廣和應用于大面積的低Cd污染區(qū)，因此，篩選能有效修復低水平Cd污染土壤的其他植物顯得尤為重要。與大多草本超富集植物相比，速生木本植物具有生長迅速、生物量大、根系發(fā)達、生長周期長的優(yōu)點（Luná?ková等，2003），能積累較大量的重金屬，同時可能耐受各類低Cd污染土壤，更為重要的是，其具有較高的使用和經濟價值而便于應用和推廣，這類植物的修復潛力值得深入研究。

與一般木本植物相比，珍貴鄉(xiāng)土木本植物歷經自然選擇和區(qū)域演替進化，具有極強的抗逆性和適應性，同時具有更高的經濟價值，因此，可以預見的是，生長較快的珍貴鄉(xiāng)土木本植物既具有一般速生木本植物的修復潛能，又具有良好的市場前景，其開發(fā)利用的潛力值得重視。樟科（Lauraceae）植物作為我國珍貴鄉(xiāng)土樹種的重要代表，許多樟科樹種不但生長迅速，而且是珍貴用材樹種和觀賞樹種，有些是重要的香料植物，這些樹種大多為闊葉喜光樹種，喜溫暖濕潤氣候，主根發(fā)達，須、側根少，深根性。我國樟科樹種主要分布在長江以南及西南地區(qū)，隨著工農業(yè)及城鎮(zhèn)化的發(fā)展，Cd污染已經成為這一區(qū)域典型的環(huán)境污染，例如，四川省邛崍土壤Cd含量是20年前的2倍（李冰等，2009），湖南省株洲某冶煉廠附近農田表層土中Cd的質量分數達到2.12 mg·kg-1（楊勇等，2010）。但是，目前存在的科學問題是，這些樹種是否能良好的適應日益嚴重的Cd污染土壤，以及哪些樹種具有較好的Cd污染土壤修復能力，這都是值得研究的科學問題。因此，本研究采用樟科樟屬（Cinnamomum Trew）的香樟（C. camphora）和油樟（C. longepaniculatum）作為研究對象，研究這兩種植物對于低Cd污染土壤的適應性和修復能力差異，從生物量積累、重金屬積累與分配、抗氧化酶系統(tǒng)等方面比較兩種植物的物種差異，以期為篩選具有良好Cd污染修復能力的樹種，為Cd污染區(qū)的植物修復提供參考。

1 材料與方法

1.1 盆栽處理

于2013年5月初選擇健康的香樟和油樟幼苗，借鑒截干、孕育新芽的傳統(tǒng)造林方式培育幼苗，剪去主根，將剩余苗木根系浸泡于 ABT生根粉溶液中（質量分數為50 mg·kg-1），浸泡時間為6 h。將浸泡后的苗木預栽培在含有混合培養(yǎng)基質（m(沖積土)∶m(細沙)＝3∶1）的苗床中。待苗木新芽長出約5 cm后，移栽長勢一致的幼苗用于實驗處理，實驗分為3個處理，設置對照（0.12 mg·kg-1，CK）、2.5 mg·kg-1（T1）和5 mg·kg-1（T2）（以土壤干質量計）含Cd量等3個梯度，該污染梯度根據中國GB 15618—1995《土壤環(huán)境質量標準》設定，即土壤含Cd量≥1 mg·kg-1屬于污染土壤，同時也參照一些Cd礦周邊的農田土壤背景值。該污染梯度是將Cd(NO3)2溶液（2.36 mg·kg-1）施入土壤后充分混勻平衡1個月后用于盆栽實驗。每盆移栽1株幼苗，所用花盆為圓臺型花盆（口徑為30 cm，深25 cm），每盆裝10 kg沖積土（含水量為23%，最大田間持水量是52%），土壤背景值如表1所示。于2013年6月初開始實驗處理，每一處理9次重復，實驗處理是在半受控（只遮蔽雨水）的大棚中生長，每次日常澆水均避免多余的水滲漏出培養(yǎng)盆，從而避免Cd的流失。

表1 供試土壤基本理化性質Table 1 Basic physical and chemical properties of testing soil

1.2 苗木收獲

實驗處理期為3個月，于2013年9月初，每一種苗木每一處理均隨機選擇3株苗木，將選定苗木分為細根、粗根、老莖、新莖、葉等5部分，細根為小于1 mm的根，其余歸為粗根，老莖為截干時已經長成的老莖，新莖為重新萌發(fā)后形成的莖。老莖、新莖和葉片均采用自來水沖洗干凈后利用去離子水進行潤洗，而細根和粗根在沖洗后用 20 mmol·L-1Na-EDTA浸泡20 min進行潤洗，將所有清潔后的各種植物器官放入烘箱中，于105 ℃殺青30 min之后調整到70 ℃烘干至衡質量。生物總量為這5部分器官干質量的總和。

1.3 實驗測定方法

在各器官生物量測定結束后，將各部分器官分別磨碎過篩（100目），細粉用于Cd含量測定。植物樣品的Cd含量測定是用HNO3-HClO4-HF三酸消解后，采用原子吸收分光光度計法(島津 AA-7000火焰原子吸收光譜儀)測定。Cd積累量為各器官Cd含量與干物質積累量的乘積。

實驗處理結束后，每個處理隨機選擇3株苗木的第 4片葉（由上到下）用于超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、丙二醛（MDA）、過氧化氫（H2O2）等生理指標的測定。利用四氮唑藍（NBT）光化還原法測定SOD活性，愈創(chuàng)木酚法測定過氧化物酶（POD）活性，雙組分分光光度法測定MDA含量，利用H2O2與和鈦離子形成有色的[TiO（H2O2）]2+配合離子（特異吸收峰在410 nm）的原理對H2O2含量進行測定（Chen等2014，2011）。各指標的測定均重復3次。

1.4 數據處理和統(tǒng)計分析

本研究采用了轉移系數（Translocation factor,TF）和耐性指數（Tolerance index, TI）來衡量Cd的遷移能力以及兩種植物的重金屬耐受能力。

（1）轉移系數=地上部重金屬平均含量/地下部重金屬平均含量；

（2）耐性指數=重金屬處理根干質量/對照根干質量。

采用SPSS16.0統(tǒng)計軟件對各物種3個處理的數據進行單因素方差分析（one-way ANOVA），并用Duncan法進行處理間差異顯著性檢驗（α=0.05）。利用二元方差分析（two-way univariate analysis）檢驗器官、Cd以及它們的交互作用對生物量積累、Cd含量和Cd積累量的顯著性效應，以及分析物種、Cd及其交互作用對SOD、POD、MDA、H2O2、TF、TI的顯著性效應。葉片Cd含量以及各生理生化指標相關性則采用Pearson相關分析進行檢驗。

2 結果與分析

2.1 Cd污染對生物量的影響

如圖1(a)所示，T1和T2并沒有顯著影響香樟各器官的生物量積累，也并沒有顯著影響香樟生物量在各器官中的分配，二元方差分析結果表明，器官作為因子對各器官生物量積累的影響顯著，但Cd的影響不顯著。然而，對油樟而言（圖1(b)），除老莖以外，葉片、新莖、粗根和細根均隨著Cd處理水平的增加而下降，在T2條件下，這些器官的生物量積累均顯著下降，二元方差分析也表明，器官和Cd都顯著影響了油樟的生物量積累。對油樟總生物量而言，T1并沒有顯著影響總生物量，但在T2時顯著降低，下降幅度為對照的15.2%。

圖1 Cd污染對香樟（a）和油樟（b）各器官生物量的影響Fig. 1 The effect of Cd pollution on biomass accumulation of different organs in C. camphora (a) and C. longepaniculatum (b)

圖2 Cd污染對香樟（a）和油樟（b）各器官Cd質量分數的影響Fig. 2 The effect of Cd pollution on Cd concentration of different organs in C. camphora (a) and C. longepaniculatum (b)

2.2 Cd污染對植物體內Cd含量的影響

如圖2(a)所示，T1和T2均顯著增加了香樟各器官中的Cd含量，細根和葉片的增加程度比其它器官更為顯著，并且這兩個器官中的Cd含量隨著Cd處理水平的增加均進一步顯著增加，而新莖、老莖以及粗根中Cd的含量并未隨著Cd處理水平的增加而增加。對于Cd在香樟各器官中的分配而言，對照條件下細根中的Cd含量均顯著大于粗根以及地上部分各器官，細根中Cd的含量是葉片中的1.5倍，在Cd污染條件下這種差異更為明顯，T1條件下，細根中Cd的含量是葉片中的6倍。對于油樟而言（圖2(b)），除老莖外，Cd污染顯著增加了葉片、新莖、粗根以及細根中的Cd含量，葉片、新莖、粗根中的Cd含量隨著Cd處理水平的增加進一步增加。和香樟相似，細根和葉片中Cd的含量增加是最為明顯的，然而，油樟細根中的Cd含量在T1條件下達最大值，此時細根中Cd的含量是葉片中的6.5倍，而對照條件下，細根中的Cd含量是葉片中的1.5倍。二元方差分析表明，兩種植物Cd的含量均顯著受到器官、Cd及其交互處理的顯著影響。

2.3 Cd污染對植物體內Cd積累量的影響

如圖3(a)所示，因香樟的各器官生物量積累并未因Cd處理而發(fā)生顯著變化，所以各器官Cd積累量和Cd含量變化相似，T1和T2均顯著增加了香樟各器官中的Cd積累量，在T1時香樟葉片、新莖、老莖、粗根和細根的Cd積累量分別為CK的6.5、2.2、1.7、3.5和26.3倍，在T2時分別為CK的9.6、2.0、1.8、4.0和30.9倍，由此可見葉片和細根的增加幅度最大，并且這2個器官的Cd積累量隨著Cd處理水平的增加進一步增加。雖然各種條件下細根中Cd的含量大于葉片中的Cd含量，但因香樟葉片生物量大于其細根生物量，所以，T2條件下葉片Cd的積累量超過了細根中Cd的積累量。對于油樟而言，Cd處理僅顯著增加了葉片、粗根和細根中的Cd積累量，T1時油樟葉片、粗根和細根中的 Cd積累量分別為CK的4.6、2.9、17.8倍，T2時分別為CK的6.6、3.4、11.9倍，但因器官之間生物量的差異，在T1條件下細根的Cd積累量顯著高于葉片（圖3(b)），T2條件下葉片的Cd積累量與細根無顯著差異。二元方差分析表明，兩種植物Cd積累量均受到器官、Cd及其交互處理的顯著影響。

圖3 Cd污染對香樟（a）和油樟（b）各器官Cd積累量的影響Fig. 3 The effect of Cd pollution on Cd accumulation in different organs in C. camphora (a) and C. longepaniculatum (b)

2.4 Cd污染對植物葉片活性氧的影響

由表2可見，T1沒有引起兩種樹種葉片H2O2含量的顯著上升，但T2卻顯著增加了兩種植物葉片中的H2O2含量，與CK相比，香樟和油樟的H2O2含量分別增加了70%和180%。然而，對于MDA而言，2個梯度的Cd污染處理并沒有顯著影響香樟MDA的含量，但卻顯著增加了油樟葉片MDA的含量，T1和T2分別比CK增加了30%和50%。二元方差分析表明，物種、Cd均顯著影響了H2O2的含量；物種、Cd及其交互作用顯著影響了葉片MDA的含量。

表2 Cd污染條件下2種樹種生理指標及耐受指標的差異Table 2 Differences in physiological and tolerant parameters between two woody species when exposed to Cd pollution

2.5 Cd污染對植物葉片抗氧化酶的影響

由表2所示，2個梯度的Cd污染顯著增加了香樟的SOD和POD活性，但卻沒有引起油樟SOD和POD活性發(fā)生顯著變化；T1條件下香樟葉片的SOD和POD活性達最大值，分別為525和17 U·g-1FW。二元方差分析表明，物種、Cd及其交互作用顯著影響了 SOD的活性，但物種作為獨立因子并未顯著影響POD的活性。

2.6 香樟和油樟Cd轉移能力及耐受能力的差異

由表2可見，與CK相比，2種樹種在Cd污染條件下Cd的TF均降低，值得注意的是，T2污染條件下油樟的TF顯著高于T1。對于TI而言，兩個Cd污染處理一定程度下降低了香樟的TI，但未達顯著水平；但T2顯著降低了油樟的TI。另外，二元方差分析表明，TF和TI均受到了Cd污染的顯著影響。

2.7 相關性分析

由表3可見，2種物種Cd的含量僅與H2O2的含量呈極顯著的相關關系，但與MDA、SOD、POD并沒有顯著的相關關系，但H2O2與MDA、SOD、POD均有極顯著的相關關系，此外，MDA與H2O2、SOD、POD均有顯著的相關關系。

表3 各參數Pearson相關性檢驗Table 3 Pearson correlation detection for relationships between the variables

3 討論

速生木本植物用于Cd修復的優(yōu)勢在于其蒸騰速率高、生長迅速、生物量大、根系發(fā)達，即使各個器官只能積累較低含量的Cd，但因其具有較大的生物量積累，也能使植物積累較大總量的Cd，以達到修復重金屬污染土壤的良好效果（Wu等，2010）。香樟和油樟屬于樟科樹種中生長較為迅速的代表，經過一個生長季節(jié)的處理，T1條件下的Cd污染并沒有引起2種樹種生物量的顯著下降，也沒有表現出明顯的中毒癥狀，說明這兩種植物幼苗能夠適應這一程度的Cd污染；然而，T2卻引起了油樟細根和葉片生物量的顯著降低，進而引起生物總量的下降，而香樟各器官的生物量并沒有顯著的變化，由些可見，這一程度的Cd污染對油樟的負面影響比香樟大，油樟對于這一程度的土壤Cd污染表現出了敏感性。另一方面，對于重金屬的分配而言，許多文獻表明，Cd作為植物非必須元素，普通植物在受污染條件下將會把大多數有毒Cd離子積累在植物的根部（Jarvis等，1976；Das等，1997），同時也有文獻表明，植物如果能將更多的重金屬分配到一些不活躍的器官或組織，比如根、細胞壁、角質層等，將減輕有毒重金屬離子對植物的傷害（Pietrini等，2010；Chen等，2014）。本研究中，隨著污染程度的增加，從各器官Cd含量及積累量變化來看，兩種植物將有毒Cd離子優(yōu)先分配到根系（尤其是細根）中，這可能是兩種植物耐受 Cd污染的關鍵，T2條件下香樟仍然保持將Cd離子優(yōu)先向根系分配，這可能是香樟具有較強Cd耐受能力的重要生理基礎。TF的變化更能直觀反映Cd離子的積累和分配策略，Cd污染條件下Cd離子向兩個樹種地上部的轉移顯著下降，說明兩樹種都存在限制有毒Cd離子向地上部分轉移的能力，以減輕Cd離子的毒害作用；然而，在T2條件下油樟的TF顯著高于香樟，說明香樟限制有毒Cd離子的能力更強，更有利于減輕Cd離子的毒害作用和對植物生長造成的負面影響；Cd離子的分配和積累策略差異是兩樹種Cd耐受能力差異的重要機理。

以前的學者把Cd超富集植物的標準定為：地上部分Cd質量分數超過100 mg·kg-1，且TF大于1（劉周莉等，2013），本研究中的兩種植物顯然達不到這一標準，因此植物的生物總量對于該植物的重金屬修復顯得更為重要。T1條件下的Cd污染并沒有顯著影響兩樹種各器官的生物量積累，兩樹種的總Cd積累量、TF和TI差異也不大，兩種樹種在這一污染水平的修復能力差異是不大的。但T2引起油樟（尤其是葉片和根系）生物量的下降，油樟的 TI也顯著下降，說明這一污染水平已經抑制了油樟的生長，此時油樟的Cd總積累量也低于香樟，因此在這一污染水平香樟具有更強的修復能力。T2條件下，油樟根系中的Cd含量及積累量較T1條件下的Cd污染有顯著的下降，從機理上看，伴隨細根生物量的顯著下降，根系表面積隨之下降，而且細根的生物活性及功能可能受到了破壞，影響了根系對礦質離子及重金屬Cd離子的交換吸附和在根系內部的擴散（Cutler和Rains，1974），Cd離子的毒害作用引起油樟生理代謝的紊亂，也必將會顯著影響它的Cd修復能力。

活性氧自由基（Reactive oxygen species, ROS）是植物體光合、呼吸、固氮等代謝過程不可避免的產物，在植物體內由抗氧化酶類（如 SOD、POD等）和一類抗氧化劑（如抗壞血酸和谷胱甘肽）協(xié)同調節(jié)其產生和清除，使得 ROS處于無害的極低水平（湯春芳等，2004）。然而，Cd脅迫會通過間接激活NADPH氧化酶、擾亂電子傳遞鏈以及鈍化抗氧化酶等方式導致ROS產生和清除失衡（Chen等，2011），引起這類氧化性極強的分子過量積累，從而對細胞內生物大分子產生氧化傷害作用，比如細胞膜、蛋白質以及核酸。在本研究中，隨著 Cd處理水平的增加，H2O2的含量也隨之增加，T2引起了兩種樹種H2O2的顯著增加。MDA作為膜脂過氧化的產物，其含量并沒有與 H2O2的變化完全一致，香樟MDA并沒有顯著增加，說明這一含量的H2O2并沒有顯著的傷害香樟葉片的細胞膜，香樟表現出比油樟更強的抗氧化脅迫能力。然而，兩個梯度的Cd處理均顯著引起了油樟MDA的上升，T1并沒有引起油樟 H2O2含量的增加，這說明油樟細胞膜的損傷還有可能被其它一些ROS傷害而引起，比如超氧陰離子或者羥自由基。SOD和POD分別作為清除超氧陰離子和 H2O2的重要酶類，在兩個物種的葉片內的響應卻截然不同，香樟的 SOD、POD在受到Cd污染條件時都發(fā)生了顯著的上升，但油樟的這兩種酶均沒有發(fā)生顯著的變化，油樟葉片內抗氧化酶類缺乏有效響應可能直接導致了其ROS的顯著增加。也有許多文獻（吳月燕等，2009；姜成等，2013）表明，抗性強的品種在受到環(huán)境Cd污染時，抗氧化酶類表現出了更強的響應，以減輕植物遭受的氧化脅迫，而敏感性品種的抗氧化酶活性往往較低，酶的表達受到抑制或者酶的輔因子被取代而鈍化，均會導致其活性在受到環(huán)境Cd污染時受到抑制。由此可見，香樟具有比油樟更強的抗氧化酶表達體系，從而表現出更強的抗氧化脅迫能力以適應本研究中兩水平的Cd污染。

此外，本研究對一些指標的相關分析研究表明，細胞內的Cd含量并沒有與細胞膜的傷害指標（即MDA）存在顯著的相關關系，這說明細胞內的Cd并沒有對細胞膜產生直接的傷害作用。但是，Cd含量與細胞內的 H2O2存在極顯著的正相關關系，這說明細胞的Cd的增加引起了兩個物種H2O2的顯著增加，而H2O2與MDA、SOD以及POD都存在顯著的相關關系，這說明 H2O2可能發(fā)揮著重要的信號分子作用。與本研究一致的是，前人的許多研究表明，H2O2等活性氧分子可能作為重要的信號分子，調控著細胞內相關抗逆基因的表達并啟動植物抗毒素合成基因的轉錄（杜秀敏等，2001）。

4 結論

在 T1條件下，香樟和油樟各器官生物量均未發(fā)生顯著變化，T2水平的污染仍未顯著影響香樟生物量，而油樟顯著下降，由此可見，油樟對于較高水平的Cd污染更為敏感，只能通過生長調節(jié)以適應土壤Cd污染的加劇。另一方面，根系（尤其是細根）是兩種植物重金屬Cd積累最重要的器官，隨著Cd污染的加劇，香樟將Cd離子穩(wěn)定分配到根系，TF遠低于對照，表現出了植物固定的特征；但T2條件下油樟中 Cd向地上部分轉移比例增加（TF=0.81），顯著抑制了油樟的生長，導致其Cd積累總量小于香樟，香樟更適合這一水平的Cd污染；兩種植物的活性氧特征也表明Cd污染條件下油樟葉片的細胞膜受到了更為嚴重的傷害，這與其抗氧化酶體系沒有有效的響應密切相關。因此，從修復層面來講，T1污染水平條件下，香樟和油樟的修復能力差異不大，但香樟更適合T2污染水平的土壤修復；從耐受能力來看，香樟具有比油樟顯著高的重金屬耐受能力，尤其是對較高水平的土壤Cd污染。

BERNARD C, ROOSENS N, CZERNIC P, et al. 2004. A novel CPx-ATPase from the cadmium hyperaccumulator Thlaspi caerulescens[J]. FEBS Letters, 569: 140-148.

CHEN L, GAO S, ZHU P, et al. 2014. Comparative study of metal resistance and accumulation of lead and zinc in two poplars[J]. Physiologia Plantarum, 151: 390-405.

CHEN L, HAN Y, JIANG H, et al. 2011. Nitrogen nutrient status induces sexual differences in responses to cadmium in Populus yunnanensis[J]. Journal of Experimental Botany, 62: 5037-5050.

CUTLER JM, RAINS DW. 1974. Characterization of cadmium uptake by plant tissue[J]. Plant Physiology, 54: 67-71.

DAS P, SAMANTARAY S, ROUT G. 1997. Studies on cadmium toxicity in plants: a review[J]. Environmental Pollution, 98: 29-36.

JARVIS S, JONES L, HOPPER M. 1976. Cadmium uptake from solution by plants and its transport from roots to shoots[J]. Plant and soil, 44: 179-191.

LUNá?KOVá L, MASAROVI?OVá E, KRáL'OVá K, et al. 2003. Response of fast growing woody plants from family Salicaceae to cadmium treatment[J]. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 70: 576-585.

MEERS E, QADIR M, DE CARITAT P, et al. 2009. EDTA-assisted Pb phytoextraction[J]. Chemosphere, 74: 1279-1291.

PIETRINI F, ZACCHINI M, IORI V, et al. 2010. Spatial distribution of cadmium in leaves and its impact on photosynthesis: examples of different strategies in willow and poplar clones[J]. Plant Biology, 12: 355-363.

WU F, YANG W, ZHANG J, et al. 2010. Cadmium accumulation and growth responses of a poplar (Populus deltoids×Populus nigra) in cadmium contaminated purple soil and alluvial soil[J]. Journal of Hazardous Materials, 177: 268-273.

杜秀敏, 殷文璇, 趙彥修, 等. 2001. 植物中活性氧的產生及清除機制[J].生物工程學報, 17(2): 121-125.

郭觀林, 周啟星. 2005. 鎘在黑土和棕壤中吸附行為比較研究[J]. 應用生態(tài)學報, 16(12): 2403-2408.

黃益宗, 朱永官. 2004. 森林生態(tài)系統(tǒng)鎘污染研究進展[J]. 生態(tài)學報, 24(1): 101-108.

姜成, 申曉慧, 周清波, 等. 2013. Pb-Cd 復合脅迫對3種草本花卉抗氧化酶系統(tǒng)的影響[J]. 中國農學通報, 29(28): 134-137.

李冰, 王昌全, 譚婷, 等. 2009. 成都平原土壤重金屬區(qū)域分布特征及其污染評價[J]. 核農學報, 23(2): 308-315.

劉周莉, 何興元, 陳瑋. 2013. 忍冬 —— 一種新發(fā)現的鎘超富集植物[J]. 生態(tài)環(huán)境學報, 22(4): 666-670.

茹淑華, 蘇德純, 王激清. 2006. 土壤鎘污染特征及污染土壤的植物修復技術機理[J]. 中國生態(tài)農業(yè)學報, 14(4): 29-33.

湯春芳, 劉云國, 曾光明, 等. 2004. 鎘脅迫對蘿卜幼苗活性氧產生、脂質過氧化和抗氧化酶活性的影響[J]. 植物生理與分子生物學學報, 30(4): 469-474.

魏樹和, 周啟星, 王新. 2005. 超積累植物龍葵及其對鎘的富集特征[J].環(huán)境科學, 26(3): 167-171.

吳月燕, 陳賽, 張燕忠, 等. 2009. 重金屬脅迫對5個常綠闊葉樹種生理生化特性的影響[J]. 核農學報, 23(5): 843-852.

楊勇, 江榮風, 李花粉, 等. 2010. 土壤容重改變對鋅/鎘超累積植物遏蘭菜根系特征及吸鎘的影響[J]. 環(huán)境科學, 31(12): 3043-3049.

Interspecific Differences between Cinnamomum camphora and C. longepaniculatum in Cd Absorption and Tolerance under Two Levels of Cd Pollution

CHEN Lianghua, XU Rui, YANG Wanqin, ZHANG Jian, HU Xiangwei, ZHANG Mingjin, GAO Shun
Key Laboratory of Ecological Forestry Engineering, Institute of Ecology & Forestry, Sichuan Agricultural University, Sichuan Chengdu 611130, China

More and more attention is being paid to the methods of using fast-growing woody plants for cleaning soil polluted by heavy metals. In our study, Cinnamomum camphora and C. longepaniculatum as model species were used to detect three levels of cadmium (Cd) (CK, 0.12 mg·kg-1soil; T1, 2.5 mg·kg-1soil; T2, 5 mg·kg-1soil) on morphological growth, metal accumulation and distribution, and physiological and biochemical traits. Our aim was to compare the differences in metal tolerance and remediation capacity between the species. The results showed that (1) both T1 and T2 did not significantly affect biomass of C. camphora, but T2 significantly decreased the mass of leaves and fine roots in C. longepaniculatum, which decreased to 86 and 65% of CK, respectively. (2) Cd pollution induced an increase in Cd concentration of both fine roots and leaves in both species. The maximum of total Cd accumulation (0.37 g) reached at T1 in C. longepaniculatum. Similar accumulation amount was detected under T1 in C. camphora. In contrast, biomass and tolerance index (TI) in C. longepaniculatum decreased to 85 and 76% of CK under T2, respectively. Total of Cd accumulation in C. camphora (0.48 mg) was higher than that in C. longepaniculatum (0.36 mg), which indicated that C. camphora has a higher capacity in Cd remediation than C. longepaniculatum under T2. (3) leaves of C. longepaniculatum suffered an oxidative stress under both T1 and T2, while such stress did not occur in C. camphora. (4) the activities of both SOD and POD significantly increased in C. camphora under both levels of Cd pollution, although activities of such anti-oxidative enzymes did not significantly change in leaves of C. longepaniculatum. The SOD in C. camphora increased to 1.3 and 1.2 times of CK, respectively, and POD increased to 6.3 and 4.0 times of CK, respectively. Therefore, our results indicated that there is a higher capacity in Cd tolerance and detoxification against heavy metals in C. camphora seedlings, when compared to C. longepaniculatum seedlings. In refer to soil remediation, there was no significant difference in remediation capacity between two species under low level of Cd pollution, whereas C. camphora has a higher capacity in Cd remediation under higher extent of Cd pollution.

cadmium pollution; phytoremediation; native tree species; lauraceae

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.02.021

X173

A

1674-5906（2015）02-0316-07

陳良華，徐睿，楊萬勤，張健，胡相偉，張明錦，高順. 鎘污染條件下香樟和油樟對鎘的吸收能力和耐性差異[J].生態(tài)環(huán)境學報, 2015, 24(2): 316-322.

CHEN Lianghua, XU Rui, YANG Wanqin, ZHANG Jian, HU Xiangwei, ZHANG Mingjin, GAO Shun. Interspecific Differences between Cinnamomum camphora and C. longepaniculatum in Cd Absorption and Tolerance under Two Levels of Cd Pollution [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(2): 316-322.

四川省科技廳應用基礎項目（2013JY0083）；國家“十二五”科技支撐計劃課題（2011BAC09B05）；國家自然科學基金項目（31300513）；中國博士后科學基金項目（2012M521707）；四川省教育廳基礎研究項目（13ZB0280）

陳良華（1982年生），男，博士，主要從事木本植物抗逆生理研究。E-mail: chenlh@sicau.edu.cn *通訊作者：高順（1977年生），男，博士，副研究員，碩士生導師，主要從事植物生理學和環(huán)境生態(tài)學研究。E-mail: sicauchenlh@126.com

2014-11-17