土壤鉛脅迫對核桃幼苗生長的影響

楊 晉

(貴州省畢節(jié)市林業(yè)種苗站，貴州 畢節(jié) 551700)

土壤鉛脅迫對核桃幼苗生長的影響

楊 晉

(貴州省畢節(jié)市林業(yè)種苗站，貴州 畢節(jié) 551700)

摘要：采用盆栽實驗，設(shè)置不同鉛污染濃度的土壤作為培養(yǎng)基質(zhì)(100、500、1000、1500、2000mg·kg-1)，研究了鉛脅迫對核桃1年生幼苗生長過程中葉片葉綠素含量、可溶性糖含量等生理指標及株高、地徑等生長指標的影響。結(jié)果表明：隨著Pb2+濃度的升高，核桃幼苗葉片中可溶性糖含量呈下降趨勢；較低濃度的Pb2+總體上有助于核桃幼苗葉綠素含量、株高、地徑的增長，而過高濃度的Pb2+脅迫，直接抑制核桃幼苗的生長。

關(guān)鍵詞：核桃；葉綠素；株高；地徑；可溶性糖

中圖分類號：S664.1

文獻標識碼：B

文章編號：：1674-9944(2015)02-0073-03

1引言

隨著工業(yè)化和城市化的發(fā)展，鉛污染問題日益嚴重，環(huán)境中重金屬的積累不斷加劇，其中有相當部分進入土壤，使土壤遭致污染，破壞了生態(tài)系統(tǒng)的正常功能。鉛是植物生長非必需的有毒元素，在土壤中過多積累會對植物的生長造成一定的脅迫 , 最終影響植物的生長與發(fā)育[1]。并且人類也會通過食物鏈的關(guān)系，食用這些植物，危害人類健康[2]。

近年來，由于人們對環(huán)境問題的重視，有關(guān)鉛對植物生理效應(yīng)及其生物學(xué)性狀的研究很多，并取得了較大的成果，但是大多集中在對草本及農(nóng)作物生長的研究，對木本植物的研究較少[3]。因此本研究項目主要以核桃樹為研究材料。核桃樹(Juglans regia)，屬胡桃科胡桃屬的落葉喬木。果實的營養(yǎng)豐富，每百克含蛋白質(zhì)15～20g，脂肪60～70g，碳水化合物10g，并含有人體必需的鈣、磷、鐵等多種微量元素和礦物質(zhì)，以及胡蘿卜素、核黃素等多種維生素，據(jù)測定，500g核桃仁相當于2500g雞蛋或4750g牛奶的營養(yǎng)價值，特別是對大腦神經(jīng)細胞有益的鈣、鐵和維生素B1、維生素B2等成分含量比較高[4,5]。

而核桃作為畢節(jié)市多年發(fā)展山區(qū)經(jīng)濟實踐中篩選出來的一個主要特色經(jīng)果林樹種，在畢節(jié)市農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中，核桃產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展，目前已作為支柱產(chǎn)業(yè)進行大力發(fā)展，做大做強核桃產(chǎn)業(yè)有利于調(diào)整山區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、發(fā)展庭院經(jīng)濟、增加農(nóng)民收入、保護生態(tài)環(huán)境、綠化美化村莊、改變山區(qū)貧困面貌[6,7]。畢節(jié)市的赫章、威寧等縣區(qū)由于土法煉鋅等落后的生產(chǎn)工藝導(dǎo)致目前仍有大量的鉛鋅礦山跡地，研究鉛脅迫對核桃幼苗生長過程中苗高、地徑等生長指標及葉綠素含量、可溶性還原糖的含量等生理活性指標的影響，有助于進一步揭示核桃樹生長過程中對重金屬的富集機理，為探索經(jīng)果林樹種在礦山跡地植被恢復(fù)中的利用及核桃的規(guī)范化種植提供理論依據(jù)，從而加快畢節(jié)市核桃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2材料與方法

2.1　供試苗木的選擇

本實驗供試的核桃幼苗為畢節(jié)市林業(yè)種苗站提供的一年生核桃實生苗。

2.2　鉛脅迫處理

選用30cm(直徑)×30cm(高)的花盆為試驗盆，無污染過篩后充分混勻的土壤土作為盆栽基質(zhì)，每盆裝土9kg(干重)，盆下墊托盤，將供試核桃樹幼苗除去根系原土后進行盆栽移植，每盆栽植1株幼苗。移植后將試驗盆放于正常通風、光照的地方，并進行常規(guī)澆水管理，待苗木恢復(fù)生長2個月后，選取個體健康狀況一致的苗木進行鉛脅迫處理。鉛脅迫處理時以Pb(CH3COO)2·5H2O水溶液的形式加入到基質(zhì)中，制成鉛含量為(以1kg風干基質(zhì)中含純鉛毫克數(shù)計)100、500、1000、1500、2000mg·kg-1的污染土壤，另設(shè)不添加污染物的基質(zhì)作為對照，每個處理濃度設(shè)置3個重復(fù)。所有的處理及處理后的苗木都在簡易大棚內(nèi)進行培育，且每次用等量的水澆灌進行養(yǎng)護，從而避免因受雨水或澆灌水的影響而造成植株間處理濃度的差異，處理90d后分別取樣測定葉綠素含量、可溶性總糖、每棵植株的株高與地徑。

2.3　核桃幼苗生理指標測定

2.3.1　葉綠素含量的測定

采用葉綠素測定儀直接測定。

2.3.2　可溶性總糖的測定

(1)可溶性糖的提取。取核桃葉片于80℃烘干至恒重并磨碎，稱取50mg磨碎后的核桃葉片倒入10mL刻度離心管內(nèi)加入4mL80%乙醇，置于80℃水浴中不斷攪拌40min后，離心，收集上清液，其殘渣加2mL80%乙醇重復(fù)提取2次，合并上清液，在上清液中加10mg活性炭，在80℃水浴中脫色30min再用80%乙醇定容至10mL，過濾后取濾液測定[8]。

(2)標準曲線制作。取7支20mL干燥潔凈的帶塞試管，然后在每只試管中加入5mL蒽酮試劑，混勻，蓋上塞子，在沸水中煮沸10min，取出試管，立即用水冷卻至室溫，在625nm波長下，分別測量出各管的OD值，用0號管調(diào)零，以O(shè)D值為縱坐標，葡萄糖含量為橫坐標，繪制標準曲線，求出標準方程式。

(3)樣品含糖量的測定。吸取上述提取液1mL置于試管中，加入5mL蒽酮試劑，用上述同樣的方法，以0號管調(diào)零，在625nm處測出OD值，由標準曲線查得提取液中的糖含量，然后根據(jù)1mL提取液含有5mL干樣品的糖，再計算出樣品中的糖含量[8]。

2.3.3　株高與地徑的測定

運用游標卡尺和鋼尺對處理前及處理后的各組植株分別測定地徑與株高。

2.4　數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行分析。

3結(jié)果與分析

3.1　鉛脅迫對核桃幼苗葉綠素含量的影響

葉綠素作為植物進行光合作用的物質(zhì)，葉綠素含量多少是衡量葉片組織、器官功能狀況的重要生理指標[9]。由圖1可知，在實驗濃度范圍內(nèi)，隨著培養(yǎng)基質(zhì)中Pb2+濃度的升高，核桃幼苗葉片中葉綠素含量呈緩慢下降的趨勢，這與李艷麗、李永杰在旱柳上觀察的結(jié)果一致[10]，當Pb2+濃度為1500 mg·kg-1時，葉綠素含量達到峰值，且略大于對照組，這可能是植物對逆性環(huán)境的一種應(yīng)激機制。隨著培養(yǎng)基質(zhì)中Pb2+濃度的進一步升高，葉綠素含量逐漸下降。鉛脅迫條件下，導(dǎo)致核桃幼苗葉片葉綠素含量下降的因素有多方面。首先，植物在遭遇重金屬污染時，常常會使葉綠體膜系統(tǒng)遭受破壞，Rebechini H.M等[11]認為，過量的Pb2+能導(dǎo)致葉綠體基粒垛疊結(jié)構(gòu)的解體及與片層結(jié)構(gòu)有關(guān)的基質(zhì)明顯減少，破壞葉綠體結(jié)構(gòu)。其次，由于鉛的存在拮抗了植物對其他營養(yǎng)元素的吸收、轉(zhuǎn)移,阻斷了營養(yǎng)元素向葉部運輸,使葉綠素的正常合成受阻[12]。此外，鉛在植物體內(nèi)還可能與酶蛋白的-SH基或其他側(cè)鏈結(jié)合,取代Fe、Mg、Zn等離子，抑制包括葉綠素酸酯還原酶在內(nèi)的一系列與葉綠素合成有關(guān)的酶的活性，從而影響葉綠素合成的前體物質(zhì)的形成，同時鉛的存在還可能增加了葉綠素酶的活性，使葉綠素分解[13]。

圖 1　Pb2+濃度脅迫對核桃葉綠素含量的影響

3.2　鉛脅迫對核桃幼苗株高的影響

植株的株高作為衡量植株生長大小的一個重要指標，反應(yīng)出每一種植株在外界環(huán)境影響下的生長狀況。從圖2可以看出，當培養(yǎng)基質(zhì)中Pb2+濃度小于100mg·kg-1時，隨Pb2+濃度的升高核桃幼苗的株高逐漸增加，較低的Pb2+濃度促進核桃幼苗的生長，其原因可能是Pb2+誘導(dǎo)合成更多的蛋白質(zhì)及碳水化合物，參與滲透調(diào)節(jié)，提高植物抗逆性的結(jié)果；當培養(yǎng)基質(zhì)中Pb2+濃度大于100mg·kg-1小于1500mg·kg-1時，隨Pb2+濃度的升高核桃幼苗的株高逐漸減小，表明核桃幼苗在鉛脅迫下，植株合成自生的有機物質(zhì)減少，導(dǎo)致植株生長受阻。當Pb2+濃度為1500 mg·kg-1后，核桃幼苗的株高最小。此后，隨著Pb2+濃度的進一步升高核桃幼苗的株高逐漸增加，其原因有待進一步研究。

圖2　Pb2+濃度脅迫對核桃株高的影響

3.3　鉛脅迫對核桃幼苗地徑的影響

植株地徑是植株在外界環(huán)境影響下的生長狀況，也是作為衡量植株生長大小的一個重要指標，反應(yīng)出每一種植株的生長速度。從圖3可以看出，隨Pb2+濃度的升高，核桃幼苗的地徑呈總體增加的趨勢，但Pb2+濃度過高時(2000 mg·kg-1)，核桃幼苗的地徑明顯下降。鉛脅迫使核桃幼苗產(chǎn)生一個抗逆性的過程，剛開始時，核桃幼苗對鉛脅迫處于一個抗逆性適應(yīng)過程，地徑的生長速度受到限制，當鉛的脅迫適應(yīng)后，核桃幼苗地徑緩慢生長，地徑的生長速度大于對照組，Pb2+濃度增大有利于莖的增粗，這與周娜娜、王剛、林偉在對不同濃度鉛污染對黃瓜幼苗生長的影響的研究結(jié)果是一致的[14]。當Pb2+濃度達到2000 mg·kg-1后，核桃幼苗的地徑生長完全受到了限制，這主要由于高濃度的Pb2+脅迫阻礙其他礦質(zhì)元素在核桃樹幼苗體內(nèi)的運輸，限制了植株的光合作用和有機物的合成，導(dǎo)致核桃樹幼苗生長緩慢。

圖3　Pb2+濃度脅迫對核桃地徑的影響

3.4　鉛脅迫對核桃幼苗可溶性糖的影響

植物體內(nèi)可溶性糖含量代表著其體內(nèi)碳水化合物的合成、轉(zhuǎn)化與輸出代謝狀況[15]。由圖4可見，隨培養(yǎng)基質(zhì)中Pb2+濃度的升高核桃幼苗葉片中可溶性糖含量呈逐漸減少的趨勢，說明鉛在一定程度上使可溶性糖的合成速率小于輸出速率，還有一個原因也可能是低濃度Pb2+脅迫造成葉綠素含量下降，光合產(chǎn)物的合成運輸受到抑制，這與何冰、何計興、何新華等[16,17]的研究結(jié)果一致。

圖4　Pb2+濃度脅迫對核桃可溶性糖的影響

4結(jié)果與討論

通過實驗研究可知，鉛脅迫對植物的影響是多元化的。當過量的鉛被輸入到植物體內(nèi)后，會使生物膜的結(jié)構(gòu)遭受破壞，造成葉綠體、線粒體等重要器官的損傷，從而影響光合作用、呼吸作用以及碳水化合物代謝等過程，最終導(dǎo)致植物生長減緩甚至死亡[16]。并且葉綠素是植物體進行光合作用的關(guān)鍵物質(zhì)，而植物葉片葉綠素的含量、可溶性糖的變化都反映了植物生長的狀態(tài)和新陳代謝的水平。

本研究結(jié)果顯示，在重金屬鉛的脅迫下，隨著Pb2+濃度的升高，核桃幼苗葉片可溶性糖含量呈下降趨勢；而在適當?shù)腜b2+濃度范圍內(nèi)，核桃幼苗葉片中葉綠素的含量、株高及地徑都大于對照組。當培養(yǎng)基質(zhì)中濃度鉛超過1500mg·kg-1時，核桃幼苗葉片葉綠素含量、地徑及可溶性糖含量均呈下降趨勢，表明核桃葉片的新陳代謝活動明顯受到抑制。這與何冰、何計興 、何新華等[17]對鉛脅迫對楊梅生理特性的影響的研究發(fā)現(xiàn)相一致。在高鉛脅迫下，其葉片葉綠素含量、可溶性糖含量均顯著下降，可知在高鉛脅迫下使得核桃幼苗葉片葉綠素降解，光合作用減弱，進而影響碳水化合物的代謝和運輸，使蛋白質(zhì)合成受阻，干擾植物正常的生長和代謝[18]，從而影響植株的生長。

綜上所述，適當?shù)腜b2+濃度下，核桃幼苗葉片葉綠素含量、株高、地徑總體上都大于對照組，而可溶性糖含量隨著Pb2+濃度的升高而呈下降趨勢?？傊诟邼舛茹U的脅迫下，核桃幼苗各生理活動均受到不同程度的影響，植株的生長受到抑制。

參考文獻：

[1]楊剛,伍鈞,唐亞.鉛脅迫下植物抗性機制的研究進展[J].生態(tài)學(xué)雜志,2005,24(12):1507~1512.

[2]許青青,周飛.研究發(fā)現(xiàn)重金屬可通過食物鏈危害人類健康[EB/OL].2014-08-15.http://finance.chinanews.com/jk/2014/04-15/6067508.shtml.

[3]穆孜頡,李永杰.土壤銅脅迫對白蠟幼苗生長及銅積累量的影響[J].河北林業(yè)科技,2012,10(5):1~2.

[4]張秀實,吳征鎰,曹子余.中國植物志[M].北京:科學(xué)出版社,1979:31.

[5]張建華,黎其萬,楊曉洪,等.大姚核桃的主要營養(yǎng)成分分析[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報,2008,21(4):1048~1053.

[6]周赟,高守榮,顧國斌.畢節(jié)市核桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究[J].烏蒙論壇, 2013(1):47~53.

[7]廖冬云,吳明艷.畢節(jié)市核桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究[J].中國農(nóng)業(yè)信息,2013(7):261~263.

[8]陳建勛.植物生理學(xué)實驗[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社,2006:55~56.

[9]李六林,楊佩芳,田彩芳.新紅星蘋果不同枝類葉片中葉綠素含量的變化[J].果樹科學(xué),1999，16(1):78~80.

[10]李艷麗,李永杰.土壤鉛脅迫對旱柳生長及相關(guān)生理特性的影響[J].北方園藝,2011(13):168~170.

[11]Rebechini H.M,Hanzely L.Lead-induced ultrastructural changes in chloroplasts of the hydrophyteCeratophyllum demersum[J].Z P Flanzenphysiol,1974,73:377~386.

[12]魯先文,宋小龍,王三應(yīng),等.重金屬鉛對小麥葉綠素合成的影響[J].濰坊教育學(xué)院報,2008,21(2):47~48,59.

[13]金琎,葉亞新,黃樂.LaCl3對鉛脅迫下番茄幼苗生理指標的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2008(2):124~129.

[14]周娜娜,王剛,林偉.不同濃度鉛污染對黃瓜幼苗生長的影響[J].瓊州大學(xué)學(xué)報,2006,13(5):26~29.

[15]張超男.不同施肥方式對超高產(chǎn)夏玉米群體質(zhì)量和源庫代謝的影響[D].鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué),2008.

[16]何冰,何計興,何新華,等.鉛脅迫對楊梅生理特性的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2009,28(6):1263~1268.

[17]曹瑩,黃瑞冬,曹志強.鉛脅迫對玉米生理生化特性的影響[J].玉米科學(xué),2005,13(3):61~64.

[18]陳茂銓,陳兵紅,劉術(shù)新,等.鉛對芫荽種子萌發(fā)及幼苗生長的影響[J].熱帶作物學(xué)報，2010(3):393~396.