鎘脅迫對不同品種楊樹生長狀況的影響

王娜

摘 要：鎘是生物毒性最強、遷移性最大的重金屬。重金屬鎘的污染也成為了環(huán)境生物學(xué)關(guān)注的焦點。楊樹作為一種最廣泛和普遍的樹種對修復(fù)受鎘污染的土壤具有很大的優(yōu)勢。本文通過對22種不同品種的楊樹在鎘脅迫下的生長狀況（發(fā)芽率、枝生長高度、根的含水率、根生長性狀）的研究表明不同楊樹品種在同濃度重金屬Cd作用下枝的生長狀況為1北枝數(shù)最高，為10cm；2北、7北、15北發(fā)芽率最高為40%，在發(fā)芽階段對鎘的耐受程度最強；12北根的含水率最低，其值為91.2%。2北、12北的楊樹品種生根數(shù)量最多，它們對鎘的耐受程度最強。12北的楊樹品種最適合進行鎘污染環(huán)境的修復(fù)。

關(guān)鍵詞：鎘污染；楊樹；土壤修復(fù)；脅迫生長；最優(yōu)品種

中圖分類號：Q945 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）18-0003-02

目前重金屬污染已經(jīng)成為環(huán)境生物學(xué)關(guān)注的焦點，大量土壤重金屬污染有待修復(fù)，我國黑色金屬礦山每年排放剝離巖土量達(dá)2.0億t，有色金屬直屬礦山每年排放固體廢物0.6億t，占用各類土地達(dá)2萬km2。我國受重金屬污染的耕地面積近20萬km2，約占耕地總面積1/5[1]。為了治理和修復(fù)被重金屬污染土地，目前人們采用的方法主要是物理和化學(xué)方面的方法，如客土法、石灰改良法、化學(xué)淋洗法等等[2]。但這些方法不但治理費用昂貴，而且常常導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)破壞，土壤生物活性下降，土壤肥力退化等副作用，難以推廣應(yīng)用。因而尋求一種投入低，又可維持土壤肥力的植物修復(fù)法一直是眾人矚目的焦點問題。

植物修復(fù)技術(shù)就是利用植物吸收、富集、降解或固定土壤中重金屬離子或其他污染物，以消除或降低污染程度、修復(fù)環(huán)境的綜合環(huán)境生物技術(shù)，有植物提取、植物揮發(fā)、植物穩(wěn)定和植物促進等修復(fù)技術(shù)[3]。植物修復(fù)優(yōu)點：植物修復(fù)技術(shù)較其他物理、化學(xué)和生物的方法更受到社會的歡迎。該技術(shù)成本低；對環(huán)境擾動少；清理土壤中重金屬污染物的同時，可以清除污染土壤周圍的大氣或水體載體中的污染物；有較高的美化環(huán)境價值，易為社會所接受；植物修復(fù)重金屬污染物的過程也是土壤有機質(zhì)含量和土壤肥力增加的過程，被植物修復(fù)過的干凈土壤適合于多種農(nóng)作物的生長；植物固化技術(shù)能使地表長期穩(wěn)定有利于生態(tài)環(huán)境改善和野生生物的繁衍，而且維持固化的成本低。

植物修復(fù)土壤過程中當(dāng)土壤中重金屬離子超過植物對重金屬離子的自凈作用時，將對植物的生長發(fā)育產(chǎn)生不良的影響[4]。植物生長在有重金屬污染的環(huán)境中，因受重金屬的脅迫，植物與重金屬接觸界面首先受到影響，并且這種影響隨著脅迫時間的延長和重金屬濃度的升高，植物的損害也會逐漸增加[5]。在重金屬中污染中，鎘（Cd）是生物毒性最強、遷移性最大的重金屬之一。研究表明鎘（Cd）能夠引起植物體內(nèi)氧化酶系統(tǒng)紊亂，降低植物碳同化作用，導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，擾亂植物的水分狀況，降低葉綠素含量和葉綠體數(shù)量，減緩根的生長，減少營養(yǎng)元素的吸收，削弱光合作用，阻止植物生長，并可誘惑產(chǎn)生金屬螯合肽和結(jié)合蛋白等解毒物質(zhì)。在礦質(zhì)營養(yǎng)方面，鎘脅迫顯著影響植物對養(yǎng)分的吸收、轉(zhuǎn)運、分配和代謝。在進行植物修復(fù)之前選用鎘抗性好的品種尤為關(guān)鍵。

楊樹（Populus）是世界上分布最廣、栽培最多的樹種，具有重要的生態(tài)和經(jīng)濟價值。雖然楊樹對鎘的富集系數(shù)較低（Robinson et al.，2000），但不同無性系間存在顯著差異（Laurie set a1.，2004；God bold et a1.，1991），加上其突出的速生豐產(chǎn)性能可以將土壤重金屬污染治理與城鄉(xiāng)綠化、防護林和短周期工業(yè)人工林生產(chǎn)有機結(jié)合，發(fā)揮很好的生態(tài)、經(jīng)濟和社會效益，因此在歐美國家被廣泛應(yīng)用于污染土壤的植物修復(fù)（Robinson et a1.，2000；Lauries，2004）。所以本文主要研究重金屬鎘（Cd）脅迫對不同品種楊樹生長狀況進行研究，尋找出對重金屬鎘抗性高、適合進行鎘污染土壤修復(fù)的楊樹品種。

1 試驗

采用裁剪的22個不同品種的楊樹，分別進行編號1北、2北、4北、5北、6北、7北、8北、9北、10北、11北、12北、15北、16北、19北、20北、21北、22北、23北、24北、25北、26北、29北，插條的規(guī)格長10cm，每個品種剪去5根插條備用。根據(jù)不同楊樹的品種進行編號，把準(zhǔn)備的土放好，拿3-4個一樣顏色的花盆種一樣品種的楊樹枝，標(biāo)上號，先抓5-6把土放入花盆中，然后看楊樹枝的芽是不是向上長，若是，則斜著插樹枝，使楊樹枝沒于土中即可。等過上幾天之后，加入硫酸鎘晶體，灑水，進行觀察。從而得出不同楊樹品種在同濃度重金屬Cd作用下枝的生長狀況，發(fā)芽率，根的含水率和根的生長性狀。測量得到的數(shù)據(jù)，每盆中的土壤干重為811g（烘干箱中溫度為105攝氏度時測得）。

將編號的所有楊樹按照順序進行放好，把相同品種的放在一起，將其置于溫度20攝氏度以上的環(huán)境中進行培養(yǎng)，取配置好的硫酸鎘晶體（3CdSO4·8H2O），然后再加入2100ml水進行稀釋，并不間斷的澆水，在3月8號，3月10號，3月22號，3月27號，4月12號這幾天進行不間斷的澆水，觀察楊樹的動態(tài)生長狀況。

觀察測量項目的方法，有對照試驗，在楊樹枝的生長期間，觀察楊樹插條的發(fā)芽狀況，發(fā)芽之后的葉片生長狀況；實驗收獲期，測量楊樹植株的根的長度，根的鮮重和干重，苗木的發(fā)芽率，每盆中5棵楊樹扦插植株的發(fā)芽率的對比。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同楊樹品種發(fā)芽狀況動態(tài)

3月8號，4北發(fā)芽數(shù)為2個，6北、10北、29北發(fā)芽數(shù)為1個，其他的楊樹枝沒有發(fā)芽。3月10號，2北、10北發(fā)芽數(shù)最高為5個，23北發(fā)芽數(shù)4個，21北、29北發(fā)芽數(shù)3個，4北、6北發(fā)芽數(shù)2個，11北、15北、16北、20北、24北、26北發(fā)芽數(shù)分別是1個，其余的沒有發(fā)芽。3月22號，10北、21北發(fā)芽數(shù)是5個，2北、12北、23北發(fā)芽數(shù)是4個，20北、24北、26北、29北發(fā)芽數(shù)是3個，4北、6北發(fā)芽數(shù)是2個，1北、8北、15北、25北發(fā)芽數(shù)是1個，其余沒有發(fā)芽數(shù)。3月27號，5北、11北發(fā)芽數(shù)是5個，10北、12北、21北、26北發(fā)芽數(shù)是4個，16北、20北、23北、24北、29北發(fā)芽數(shù)是3個，2北、6北、15北、19北發(fā)芽數(shù)是2個，1北、4北、8北、25北發(fā)芽數(shù)是1個，其余沒有發(fā)芽數(shù)。4月12號，2北、7北、15北發(fā)芽數(shù)是2個，1北、8北、12北發(fā)芽數(shù)是1個，其余沒有發(fā)芽數(shù)。

隨著不定期的澆水，15北的發(fā)芽數(shù)由低到高，4月12號其發(fā)芽數(shù)為2個，2北發(fā)芽數(shù)由高到低，最后為2個發(fā)芽數(shù)。1北、8北從3月22號才有發(fā)芽數(shù)，一直很穩(wěn)定，保持在1個發(fā)芽數(shù)。12北由3月22號發(fā)芽數(shù)4個逐漸降低到4月12號的1個。其余的沒有發(fā)芽數(shù)。根據(jù)4月12號的數(shù)據(jù)得出結(jié)論是：2北、7北、15北、1北、8北、12北發(fā)芽數(shù)多，則說明對鎘的抗耐性強，其他的楊樹品種枯萎現(xiàn)象嚴(yán)重。

2.2 不同楊樹品種在同濃度重金屬Cd作用下枝的生長狀況

向1北、2北、4北、7北、8北、12北、15北、18北、19北中加入鎘離子進行觀察其不同楊樹品種在同濃度重金屬Cd作用下枝的生長狀況，得出：1北枝的最高高度是10cm，4北枝的最高高度是8.5cm。鎘具有脅迫的作用，而楊樹本身具有可修復(fù)的作用。可以看出：1北的楊樹品種對鎘的耐受性最強，4北的楊樹品種對鎘的耐受性較強，其余最差。

2.3 不同品種楊樹在同種濃度重金屬Cd作用下的發(fā)芽率

2北、7北、15北的發(fā)芽率最高是40%，1北、8北、12北發(fā)芽率是20%，其他的沒有發(fā)芽率。在發(fā)芽狀況動態(tài)中，4月12號的發(fā)芽數(shù)既是本圖表中的發(fā)芽枝數(shù)。根據(jù)數(shù)據(jù)分析：發(fā)芽率20%的楊樹品種在發(fā)芽階段對鎘的耐受程度較強，發(fā)芽率40%的楊樹品種在發(fā)芽階段對鎘的耐受程度最強，其余的楊樹品種在發(fā)芽階段對鎘的耐受程度最差。

2.4 不同品種楊樹在同種濃度重金屬Cd作用下根的含水率

根的含水率=（根鮮重最重-根干重最重）/根鮮重最重。7北根的含水率最高，是96.6%。12北根的含水率最低，其值為91.2%，與最高值相差5.4%，8北根的平均干重最高，其值為3.34mg，1北根的平均干重最低，其值為0.43mg，最高與最低根的平均干重相差值為2.91mg。若要鎘元素在植物體內(nèi)累積，則需要含水率較小的，則需要12北的楊樹品種進行鎘污染環(huán)境的修復(fù)。

2.5 不同品種楊樹在同濃度重金屬Cd作用下根的生長性狀

8北根的最長長度為6.2cm，4北根的最長長度為4.5cm，12北根的最長長度為4.4cm，1北、7北根的最長長度為3.5cm，2北根的最長長度為2.2cm，8北根的最長長度與2北根的最長長度相差4.0cm，生根數(shù)量最多的是2北和12北，生根數(shù)量排名第二的是4北、8北，生根數(shù)量排名最差的是1北、7北。則說明2北、12北的楊樹品種對鎘的耐受程度最強，4北、8北的楊樹品種對鎘的耐受程度較強，1北、7北的楊樹品種對鎘的耐受程度最差。

3 結(jié)語

根據(jù)以上實驗數(shù)據(jù)從而得出結(jié)論：由對照實驗，得出不同楊樹品種在同濃度重金屬Cd作用下枝的生長狀況為1北枝數(shù)最高，為10cm。2北、7北、15北發(fā)芽率最高為40%，在發(fā)芽階段對鎘的耐受程度最強。根的含水率最高的為7北，其值為96.6%，12北根的含水率最低，其值為91.2%，若要鎘元素在植物體內(nèi)累積，則需要含水率較小的，則12北的楊樹品種進行鎘污染環(huán)境的修復(fù)。根生長最長為8北，其值為6.2cm。2北、12北的楊樹品種對鎘的耐受程度最強，4北、8北的楊樹品種對鎘的耐受程度較強，1北、7北的楊樹品種對鎘的耐受程度最差。

應(yīng)該選用12北的楊樹品種進行鎘污染環(huán)境的修復(fù)在發(fā)芽階段，對鎘的污染環(huán)境表現(xiàn)了很強的耐受性，根的含水率最低，根的生長長度排名第二，很適合處理鎘對環(huán)境的污染問題。

參考文獻(xiàn)

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