單一重金屬脅迫下4個桂花品種幼苗的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)和積累特性比較

錢勇忠，張 楠，陳 浩，杜江麗，孟良胤

(1.浙江省建德市林業(yè)局，浙江 建德 311600；2.杭州市園林綠化股份有限公司，浙江 杭州 310000)

土壤重金屬污染是指人類活動將重金屬帶入土壤中，致使土壤中重金屬含量過高，造成生態(tài)環(huán)境惡化的現(xiàn)象[1].目前，修復(fù)土壤重金屬污染的方法有很多，而植物修復(fù)法因其效果好，簡便易行，現(xiàn)成為眾多修復(fù)技術(shù)中的一個研究熱點(diǎn).植物修復(fù)概念是由Chaney專家提出的[2]，它通過植物揮發(fā)、植物穩(wěn)定或鈍化、植物提取降低土壤中的重金屬含量[3]，該法具有生物量大且易于后處理的優(yōu)勢.

桂花是我國傳統(tǒng)十大名花之一，它是長江流域廣泛栽植的城市綠化樹種[4].研究表明，桂花Osmanthusfragrans(Thunb.) Lour對Cd、Pb、Cu具有較強(qiáng)的吸附能力[5-7].但因自然選擇和人工培育，桂花品種形成了大量的種內(nèi)變異，各品種生長特性差異顯著，同時各品種桂花對重金屬的耐受性也可能不盡相同.因此，按照桂花品種分類方法，在四季桂、金桂、銀桂、丹桂[8]中各選取一個代表品種作為實驗材料，它們分別為天香臺閣、柳葉黃、密結(jié)銀桂、滿條紅，研究不同濃度的重金屬(Cd、Pb、Cu)單一脅迫處理條件下桂花幼苗生長以及吸收積累能力，分析不同桂花品種對土壤重金屬元素吸收富集特征，希望為土壤污染環(huán)境中綠化樹種的選擇提供理論依據(jù).

1 材料和方法

1.1 供試材料

供試桂花幼苗采購于杭州市園林綠化股份有限公司桂花繁育基地，選取生長健壯、高度相近的2年生桂花幼苗(株高(50±5) cm)進(jìn)行盆栽試驗.

1.2 試驗方法

采用基質(zhì)盆栽試驗法，栽培土壤為常規(guī)植物栽培基質(zhì)，由松鱗、泥炭和黃泥按2∶2∶1的比例混合而成，其基本理化性質(zhì)為：pH 6.2，有機(jī)質(zhì)8.7 g·kg-1.土壤按照每盆4 kg的標(biāo)準(zhǔn)裝入帶托盤的注塑盆(規(guī)格為7.57 L).而后將裝有栽培土壤的注塑盆置于杭州畫境·青山湖花園中心實驗大棚(透光率為80%，大棚溫度為20～30 ℃，相對濕度為75%)內(nèi).

2015年4月10日，將2年生桂花幼苗除去原有土，剪除損傷的爛根、葉，操作時不損傷根系.再用清水(不含Cd、Pb、Cu等干擾物質(zhì))小心沖洗，每盆栽植一棵.養(yǎng)護(hù)管理期間，每天觀察植物生長情況，澆水透徹，溢出水需倒回盆內(nèi)，使土壤濕度基本一致.為避免其他物質(zhì)干擾，全程試驗中均不施肥、不噴灑農(nóng)藥.

植物恢復(fù)生長后，于2015年5月10日開始重金屬Cd、Pb、Cu單一脅迫試驗.生長脅迫處理前記錄植株苗高、地徑初始值.脅迫試驗采用完全隨機(jī)區(qū)組試驗設(shè)計，各重金屬濃度梯度設(shè)計如下：Cd為0，50，100，200 mg·kg-1；Pb為0，100，500，1 000 mg·kg-1；Cu為0，50，100，200 mg·kg-1.每個處理設(shè)置3個重復(fù).按預(yù)先設(shè)置重金屬含量于每盆中添加重金屬，將分析純CdCl2·2.5H2O、PbCl2、CuCl2·2H2O(均購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)分別與蒸餾水配置成約200 mL的不同濃度的溶液均勻施入注塑盆中，滲出液反復(fù)回收澆灌，直到重金屬物質(zhì)與土壤均勻混合.試驗期間根據(jù)氣溫情況統(tǒng)一澆水，同時進(jìn)行精細(xì)管理，防止病蟲害.

植株處理12個月后記錄其生長量的變化.破壞性取樣，分別采集各處理組的桂花根、莖、葉，用清水清洗干凈，再用去離子水淋洗2遍，恒溫下烘至恒重(葉：105 ℃；根、莖：70 ℃)、粉碎，用于重金屬含量測定.

1.3 重金屬含量測定

植物樣品烘干粉碎過60目篩，馬弗爐550 ℃灰化12 h，加50%硝酸5 mL溶解，定容過濾后，采用石墨爐原子吸收分光光度計測定各樣品中的Cd、Pb、Cu含量.

1.4 統(tǒng)計分析

采用Excel 2007和SPSS16.0軟件分析數(shù)據(jù)和作圖，采用單因素方差分析進(jìn)行顯著性檢驗(p<0.05為顯著).

2 結(jié) 果

2.1 不同濃度Cd、Pb、Cu單一脅迫處理對桂花幼苗生長量的影響

2.1.1 密結(jié)銀桂幼苗生長量的影響

不同濃度Cd、Pb、Cu單一脅迫處理下密結(jié)銀桂幼苗的生長量變化列于表1.

表1 不同濃度Cd、Pb、Cu單一處理對密結(jié)銀桂幼苗生長指標(biāo)的影響

注：與同一品種桂花的對照組相比，同列不同小寫字母表示處理間差異顯著(p<0.05).

由表1可知，在Cd單一處理下，低濃度(50 mg·kg-1)Cd顯著提高了密結(jié)銀桂地徑、株高、枝生長量(p<0.05)，對葉量也有促進(jìn)作用，但無顯著影響(p>0.05)；中濃度(100 mg·kg-1)Cd顯著提高了枝生長量、葉量(p<0.05)，對株高雖有一定的促進(jìn)作用，但影響不顯著(p>0.05)，地徑受到一定程度的抑制，影響也不顯著(p>0.05)；高濃度(200 mg·kg-1)Cd顯著降低了地徑、株高(p<0.05)，對枝生長量有一定的促進(jìn)作用，但影響不顯著(p>0.05)，葉量也沒有明顯變化(p>0.05).

Pb單一處理時，低濃度(100 mg·kg-1)Pb顯著提高了株高、枝生長量、葉量(p<0.05)，地徑?jīng)]有明顯變化(p>0.05)；中濃度(500 mg·kg-1)Pb顯著提高了地徑(p<0.05)，對株高、枝生長量也有促進(jìn)作用，但無顯著影響(p>0.05)，葉量降低(p>0.05)；高濃度(1 000 mg·kg-1)Pb降低了各項生長指標(biāo)，對地徑、株高、葉量影響不顯著(p>0.05)，對枝生長量影響顯著(p<0.05).

Cu單一處理時，低濃度(50 mg·kg-1)Cu顯著提高了地徑、枝生長量、葉量(p<0.05)，對株高沒有顯著影響(p>0.05)；中濃度(100 mg·kg-1)、高濃度(200 mg·kg-1)Cu顯著降低了地徑、株高(p<0.05)，葉量雖有降低，但效果不顯著(p>0.05)，枝生長量受到一定的促進(jìn)，有所提高(p<0.05).

2.1.2 天香臺閣幼苗生長量的影響

不同濃度Cd、Pb、Cu單一脅迫處理下天香臺閣幼苗的生長量變化列于表2.

表2 不同濃度Cd、Pb、Cu單一處理對天香臺閣幼苗生長指標(biāo)的影響

注：與同一品種桂花的對照組相比，同列不同小寫字母表示處理間差異顯著(p<0.05).

由表2可知，在Cd單一處理下，低濃度(50 mg·kg-1)Cd顯著提高了天香臺閣株高、枝生長量、葉量(p<0.05)，對地徑的增大也有促進(jìn)作用，但無顯著影響(p>0.05)；中濃度(100 mg·kg-1)Cd顯著提高了地徑、株高、枝生長量(p<0.05)，對葉量雖有促進(jìn)影響，但不顯著(p>0.05)；高濃度(200 mg·kg-1)Cd雖然降低了各項生長指標(biāo)，但影響不顯著(p>0.05).

Pb單一處理時，低濃度(100 mg·kg-1)Pb顯著提高了株高、葉量(p<0.05)，地徑、枝生長量雖有增長，但影響不顯著(p>0.05)；中濃度(500 mg·kg-1)Pb顯著提高了各項生長指標(biāo)(p<0.05)；高濃度(1 000 mg·kg-1)Pb則顯著降低了各項生長指標(biāo)(p<0.05).

Cu單一處理時，低濃度(50 mg·kg-1)Cu顯著提高了各項生長指標(biāo)(p<0.05)；中濃度(100 mg·kg-1)Cu顯著提高了地徑、株高(p<0.05)，枝生長量、葉量雖有提高，但影響不顯著(p>0.05)；高濃度(200 mg·kg-1)Cu提高了各生長指標(biāo)，其中對地徑、株高影響顯著(p<0.05)，對枝生長量、葉量影響不顯著(p>0.05).

2.1.3 滿條紅幼苗生長量的影響

不同濃度Cd、Pb、Cu單一脅迫處理下滿條紅幼苗的生長量變化列于表3.

表3 不同濃度Cd、Pb、Cu單一處理對滿條紅幼苗生長指標(biāo)的影響

注：與同一品種桂花的對照組相比，同列不同小寫字母表示處理間差異顯著(p<0.05).

由表3可知，在Cd單一處理下，低濃度(50 mg·kg-1)Cd提高了滿條紅各項生長指標(biāo)，對株高、枝生長量、葉量的影響顯著(p<0.05)，對地徑影響不顯著(p>0.05)；中濃度(100 mg·kg-1)Cd提高了地徑、枝生長量、葉量，其中地徑、枝生長量的提高不顯著(p>0.05)，葉量增加顯著(p<0.05)，株高降低，但不顯著(p>0.05)；高濃度(200 mg·kg-1)Cd雖然降低了各項生長指標(biāo)，但影響不顯著(p>0.05).

Pb單一處理時，低濃度(100 mg·kg-1)Pb顯著提高了株高、枝生長量、葉量(p<0.05)，地徑雖有增長，但影響不顯著(p>0.05)；中濃度(500 mg·kg-1)Pb提高了各項生長指標(biāo)，地徑、株高、枝生長量增加不顯著(p>0.05)，葉量增加顯著(p<0.05)；高濃度(1 000 mg·kg-1)Pb則顯著降低了株高、葉量(p<0.05)，枝生長量雖有降低，但不顯著(p>0.05)，地徑?jīng)]有明顯變化(p>0.05).

Cu單一處理時，低濃度(50 mg·kg-1)Cu提高了各項生長指標(biāo)，地徑、枝生長量增加不顯著(p>0.05)，株高、葉量增加顯著(p<0.05)；中濃度(100 mg·kg-1)處理時，地徑、枝生長量都有提高，其中地徑增加不顯著(p>0.05)，枝生長量提高顯著(p<0.05)，株高、葉量顯著降低(p<0.05)；高濃度(200 mg·kg-1)Cu降低了各項生長指標(biāo)，其中株高、葉量所受影響顯著(p<0.05)，地徑、枝生長量所受影響不顯著(p>0.05).

2.1.4 柳葉黃幼苗生長量的影響

不同濃度Cd、Pb、Cu單一脅迫處理下柳葉黃幼苗的生長量變化列于表4.

表4 不同濃度Cd、Pb、Cu單一處理對柳葉黃幼苗生長指標(biāo)的影響

注：與同一品種桂花的對照組相比，同列不同小寫字母表示處理間差異顯著(p<0.05).

由表4可知，在Cd單一處理下，低濃度(50 mg·kg-1)、中濃度(100 mg·kg-1)Cd提高了柳葉黃各項生長指標(biāo)，其中中濃度處理組的地徑、株高所受影響不顯著(p>0.05)，其余指標(biāo)顯著提高(p<0.05)；高濃度(200 mg·kg-1)Cd提高了葉量，但影響不顯著(p>0.05)，顯著降低了株高(p<0.05)，地徑、枝生長量無明顯變化(p>0.05).

Pb單一處理時，低濃度(100 mg·kg-1)Pb顯著提高了枝生長量、葉量(p<0.05)，地徑雖有增長，但影響不顯著(p>0.05)；中濃度(500 mg·kg-1)Pb顯著提高了地徑、枝生長量、葉量(p<0.05)，株高降低顯著(p<0.05)；高濃度(1 000 mg·kg-1)Pb則顯著提高了葉量(p<0.05)，地徑雖有提高，但效果不顯著(p>0.05)，株高顯著降低(p<0.05)，枝生長量沒有明顯變化(p>0.05).

Cu單一處理時，低濃度(50 mg·kg-1)Cu提高了各項生長指標(biāo)，地徑、枝生長量、葉量的提高顯著(p<0.05)，株高不顯著(p>0.05)；中濃度(100 mg·kg-1)Cu處理時，地徑、枝生長量、葉量都有顯著提高(p<0.05)，株高顯著降低(p<0.05)；高濃度(200 mg·kg-1)Cu降低了各項生長指標(biāo)，其中對株高、葉量的影響顯著(p<0.05)，地徑、枝生長量所受影響不顯著(p>0.05).

2.2 桂花幼苗對重金屬的吸收積累能力

不同濃度Cd、Pb、Cu單一處理下桂花幼苗各器官的重金屬的相對含量列于表5.

表5不同濃度Cd、Pb、Cu單一處理下桂花幼苗各器官的重金屬的相對含量mg·kg-1

處理水平/(mg·kg-1)CdPbCu測量的重金屬密結(jié)銀桂根莖葉天香臺閣根莖葉滿條紅根莖葉柳葉黃根莖葉00050001000020000Cd5.672.570.593.282.810.951.961.853.426.292.060.9934.4210.407.6243.3736.0014.2321.9942.3810.7013.6812.2812.4857.5223.5616.1865.4456.8821.3240.4951.2015.4232.126.1718.88115.137.0724.42189.372.0429.9050.0560.2116.1676.6350.5920.590000100005000010000Pb4.891.120.005.753.000.004.020.500.156.060.003.1834.292.390.6026.325.712.1219.561.050.8071.10.153.32215.455.582.4584.639.054.52120.253.071.00295.151.766.37387.8311.205.20181.6511.664.98318.285.275.12468.156.9010.4300000500010000200Cu7.568.376.545.097.166.164.755.190.005.696.155.5030.7927.3717.5115.6723.656.9318.6612.3811.0420.67.106.3064.2834.1519.5622.124.5711.1830.118.2116.9843.7315.2310.10118.5437.5422.5659.6130.5315.5567.9419.5117.1494.7516.2910.70

由表5可知，在單一重金屬脅迫下，4種桂花幼苗根、莖、葉單位質(zhì)量中重金屬含量隨著處理濃度增加而增加.單一Cd處理時，密結(jié)銀桂、天香臺閣、柳葉黃各組織的 Cd 相對含量大小順序為根>莖>葉，滿條紅則為莖>根>葉；Pb單一處理時，4種桂花根對Pb的富集能力都是最強(qiáng)，密結(jié)銀桂、天香臺閣、滿條紅莖的富集能力優(yōu)于葉，而柳葉黃中情況則相反.數(shù)據(jù)顯示，Pb在植物體內(nèi)流動性較差，桂花幼苗吸收的Pb主要存儲在根部，莖、葉的Pb相對含量極低.Cu單一處理時,密結(jié)銀桂、滿條紅、柳葉黃各組織的Cu的相對含量大小順序為根>莖>葉.天香臺閣在低濃度(50 mg·kg-1)與中濃度(100 mg·kg-1)Cu處理時，Cu含量是莖>根>葉；高濃度(200 mg·kg-1)時，Cu含量是根>莖>葉.

3 討 論

當(dāng)植物受到外界脅迫后，其生長變化常常是最先表現(xiàn)出的可見響應(yīng)[9].長春花在Cd處理(cCd≥25 mg·kg-1)時生長特性、生物量生產(chǎn)均受到抑制[10]；金盞銀盤在含Pb 100 mg·L-1的溶液中生長12 d，與對照相比，根部和根上部生物量分別減少15.6%和 42.5%[11]；狗牙根在Cu濃度為60 mg·L-1的環(huán)境下生長緩慢，16 d后出現(xiàn)死亡現(xiàn)象[12].筆者的實驗中，低濃度Cd、Pb、Cu處理對4種桂花的生長量無顯著影響或者起到一定的促進(jìn)作用，而較高濃度的重金屬脅迫明顯抑制了4種桂花的生長，這與先前相關(guān)研究結(jié)果相一致[13-14].生長指標(biāo)顯示，4種桂花均對低濃度的Cd、Pb、Cu污染具有較強(qiáng)的抗性，可以栽植于具有一定程度Cd、Pb、Cu污染的土壤環(huán)境，但桂花的長勢會隨著重金屬脅迫濃度的升高呈現(xiàn)“上升-下降”趨勢.

該實驗中，天香臺閣根莖葉吸收積累Cd能力均為最強(qiáng)；根和葉中的Pb含量以柳葉黃最高，天香臺閣的莖組織對Pb的積累量明顯高于其他3種桂花；根莖葉中Cu含量均以密結(jié)銀桂最高. 4個品種桂花同一器官中同一種重金屬的含量不同，即使是同一種植物, 同一種重金屬在不同器官中的含量也不盡相同，不同植物同一器官中不同重金屬元素的含量也不同.說明了不同器官即使是同一種植物對不同元素吸收、遷移、累積不一樣, 一方面反映植物本身的特性, 另一方面也反映重金屬對植物的影響及其在植物器官間的遷移能力有差異.城市園林設(shè)計中，桂花作為常用景觀樹種，有時也會種植在重金屬污染地區(qū)，選用合適的桂花品種，不僅能夠保證景觀設(shè)計效果，還能起到環(huán)境污染修復(fù)的目的，重金屬吸收積累能力研究顯示，天香臺閣適用于Cd污染區(qū)域，柳葉黃適用于Pb污染區(qū)域，密結(jié)銀桂適用于Cu污染區(qū)域.

此外，研究中發(fā)現(xiàn)4種桂花在受到Cd、Pb、Cu脅迫后，重金屬主要積累在植物根部，只有少量重金屬轉(zhuǎn)移到莖葉中，這是植物的一種適應(yīng)性表現(xiàn)，當(dāng)受到重金屬污染時，植物往往將土壤中有害物質(zhì)阻滯在根部，以減輕污染物對地上部分的傷害[6].

4 結(jié)束語

(1) 低濃度Cd、Pb、Cu處理對4個桂花品種生長沒有明顯的傷害現(xiàn)象，甚至表現(xiàn)出促進(jìn)作用，而較高濃度的重金屬脅迫明顯抑制了4個桂花品種的生長.

(2) 單一重金屬脅迫下，4個桂花品種幼苗根、莖、葉組織中重金屬含量伴隨處理濃度增加而增加；當(dāng)受到脅迫后，重金屬主要積累在幼苗的根部，只有少量重金屬轉(zhuǎn)移到莖、葉中.

(3) 盆栽試驗中，4個桂花品種均未枯萎、死亡，雖與超富集植物存在一定的差距，但其較強(qiáng)的積累能力，穩(wěn)定的生長表現(xiàn)，表明它們對Cd、Pb、Cu污染具有較強(qiáng)的耐性，在重金屬污染土壤的修復(fù)中具有一定的應(yīng)用價值.建議Cd污染區(qū)域選用天香臺閣，Pb污染區(qū)域選用柳葉黃，Cu污染區(qū)域選用密結(jié)銀桂.

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