吲哚乙酸和激動(dòng)素配合施用提高蜈蚣草和龍葵對(duì)砷、鎘富集的田間試驗(yàn)

叢超，楊寧柯，王海娟，王宏鑌

昆明理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院/云南省土壤固碳與污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650500

修復(fù)土壤重金屬污染的方法有很多，如化學(xué)、物理和生物法，但植物修復(fù)（phytoremediation）技術(shù)因具費(fèi)用低廉、環(huán)境友好和操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。它的基本方法是在污染土壤中種植超富集植物，使其根部快速吸收重金屬并大量轉(zhuǎn)移至地上部后收獲，將其安全焚燒后回收重金屬，從而降低土壤中的重金屬含量（Adriano et al.，1997）。目前全世界已報(bào)道721種重金屬超富集植物（Reeves et al.，2017），其中Ma et al.（2001）和Chen et al.（2002）發(fā)現(xiàn)蜈蚣草（Pteris vittata L.）能超量富集砷（As），魏樹(shù)和等（2004）發(fā)現(xiàn)龍葵（Solanum nigrum L.）能超量富集鎘（Cd）。

利用超富集植物進(jìn)行提取修復(fù)的效果，不但取決于植物干物質(zhì)量中的重金屬含量，還取決于植物自身的生物量。針對(duì)目前超富集植物普遍存在的發(fā)芽率低、生長(zhǎng)緩慢和生物量低等缺點(diǎn)，可以利用植物激素打破修復(fù)植物的種子休眠、促進(jìn)發(fā)芽和快速生長(zhǎng)，對(duì)提高超富集植物的修復(fù)效率具有一定意義（孫約兵等，2007）。植物激素中，生長(zhǎng)素由多種具有生長(zhǎng)效應(yīng)的物質(zhì)組成，吲哚-3-乙酸（IAA）是植物體內(nèi)普遍存在的天然生長(zhǎng)素；激動(dòng)素（KT）是一種非天然的細(xì)胞分裂素，化學(xué)名稱(chēng)為6-糖基氨基嘌呤，除具有促進(jìn)細(xì)胞分裂的作用外，還具有延緩離體葉片衰老、誘導(dǎo)芽分化和增加氣孔開(kāi)度等作用。目前國(guó)內(nèi)外在利用植物激素提高重金屬污染土壤的植物修復(fù)效率方面已進(jìn)行了一些研究。例如，Cabello-Conejo et al.（2014）研究發(fā)現(xiàn)，IAA可使鎳超富集植物 Alyssum corsicum的生物量顯著增加，并提高了其對(duì)鎳的提取，這可能與生長(zhǎng)素參與了細(xì)胞分裂過(guò)程、促進(jìn)植物生長(zhǎng)以及增加了植物生物量有關(guān)；對(duì)豆科植物Sesbania drummondii的研究表明，添加 100 μmol·L?1IAA 或 100 μmol·L?1萘乙酸（NAA）后，植物地上部鉛含量分別增加了654%和415%（Israr et al.，2008）；本課題組在前期盆栽試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，25 mg·L?1IAA 和 20 mg·L?1激動(dòng)素（KT，一種細(xì)胞分裂素）配合施用時(shí)，蜈蚣草的As提取效率最高，達(dá)到 6.49%（吳東墨等，2018）。最近，Sun et al.（2020）比較了11種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑（plant growth regulators, PGRs）對(duì)籽粒莧（Amaranths hypochondriacus L.）吸收鎘的影響，發(fā)現(xiàn)葉面噴施IAA對(duì)土壤Cd的提取效果最為顯著。

然而，上述研究多見(jiàn)于室內(nèi)水培或土壤盆栽試驗(yàn)，在大田進(jìn)行實(shí)地修復(fù)的研究甚少。因此，本文通過(guò)將前期盆栽試驗(yàn)中得到的IAA和KT最佳配比在野外As、Cd污染土壤進(jìn)行大田試驗(yàn)，檢驗(yàn)其用于植物提取修復(fù)的效果，并探索其對(duì)一些植物生理生化指標(biāo)的影響，為今后將植物激素推廣應(yīng)用于實(shí)際重金屬污染農(nóng)田的修復(fù)提供參考。

1 材料和方法

1.1 供試土壤

試驗(yàn)地點(diǎn)選自云南省個(gè)舊市大屯鎮(zhèn)楊家寨村委會(huì)重金屬污染農(nóng)田，地理坐標(biāo)為23°23′53.06″N，103°15′56.98″E。

1.2 田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)于2019年6月進(jìn)行，共設(shè)置5 m×4 m的小區(qū)共45個(gè)，并將其分為4種處理（不加激素，單加 25 mg·L?1IAA，單加 20 mg·L?1KT，25 mg·L?1IAA和20 mg·L?1KT配合施用），每個(gè)處理重復(fù)3次，全部區(qū)組按隨機(jī)排列設(shè)計(jì)。每種激素處理分為4種種植模式：植物空白對(duì)照（不種植物）、單種龍葵、單種蜈蚣草以及蜈蚣草與龍葵間作，具體見(jiàn)圖1。植物種植前，先采集45個(gè)小區(qū)的土樣進(jìn)行土壤理化分析，然后將蜈蚣草和龍葵幼苗移栽種植（2019年6月），植物生長(zhǎng)1個(gè)月后長(zhǎng)勢(shì)良好，進(jìn)行第1次噴施激素處理（2019年7月），一個(gè)月后采樣并進(jìn)行第2次噴施（2019年8月），不噴施激素的對(duì)照用同體積去離子水代替。植物整個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)共噴施2次激素，于2019年10月進(jìn)行植物收獲，采集植物和對(duì)應(yīng)的土壤樣品備用。

圖1 樣方分布圖Fig. 1 Plot distribution figure

1.3 土壤和植物樣品分析、測(cè)定方法

1.3.1 土壤基本理化性質(zhì)和重金屬含量的測(cè)定

土壤基本理化性質(zhì)測(cè)定指標(biāo)為土壤pH值、全氮（TN）、全磷（TP）和全鉀（TK），具體參考鮑士旦（2000）介紹的方法。土壤重金屬As、Cd、Pb含量采用王水——HClO4消化，Cd、Pb含量測(cè)定用原子吸收光譜法（Varian AA240FS，USA），As含量測(cè)定用原子熒光法（北京瑞利儀器公司，AF-610D型）。Cd和Pb的加標(biāo)回收率分別為95%—98%和 93%—101%，符合元素測(cè)定的質(zhì)量控制要求。測(cè)定As時(shí)，首先在待測(cè)液中加入60 g·L?1硫脲和抗壞血酸的混合液還原 30 min，并按一定稀釋倍數(shù)用5% HCl（V/V）定容。As的加標(biāo)回收率為94%—97%。

試驗(yàn)地土壤的基本理化性質(zhì)和重金屬含量如表1所示，從表1可知，45個(gè)小區(qū)土壤Cd、As和Pb 平均含量分別為 (3.12±0.25)、(98.7±5.8) 和(342.7±18.6) mg·kg?1，均超過(guò)《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618—2018）（生態(tài)環(huán)境部和國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局，2018）風(fēng)險(xiǎn)篩選值，且土壤Cd含量已超過(guò)管制值，但As和Pb含量均未超過(guò)風(fēng)險(xiǎn)管制值。因此，從3種元素的毒性、易遷移性和超富集植物的易獲得性考慮，本研究重點(diǎn)選擇Cd和As進(jìn)行研究。

表1 大田試驗(yàn)土壤的基本理化性質(zhì)和重金屬含量Table 1 The basic physico-chemical properties and heavy metal concentrations in the field soil

1.3.2 植物形態(tài)和生理生化指標(biāo)測(cè)定

植物樣品采集后，測(cè)定其株高和鮮物質(zhì)量，并用冰袋保存帶回實(shí)驗(yàn)室，在 24 h內(nèi)測(cè)定其根系活力、葉片抗氧化酶活性和細(xì)胞膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物丙二醛（MDA）含量。根系活力的測(cè)定采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法（李小方等，2016），過(guò)氧化物酶（POD）活性的測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法，超氧化物歧化酶（SOD）活性的測(cè)定采用氮藍(lán)四唑法，丙二醛（MDA）含量的測(cè)定采用硫代巴比妥酸法（劉祖祺等，1994），過(guò)氧化氫酶（CAT）活性的測(cè)定采用高錳酸鉀滴定法（王學(xué)奎，2006）。

1.3.3 植物重金屬含量測(cè)定

將植株采集回實(shí)驗(yàn)室后先用自來(lái)水清洗，再用20 mmol·L?1Na2-EDTA 浸泡 15 min 后，去除附著在植株表面的重金屬，最后用去離子水清洗干凈。用濾紙將植株表面的水分吸干，測(cè)量其鮮物質(zhì)量與株高。將龍葵分為葉片、莖和根3部分，將蜈蚣草分為羽片、葉柄和根3部分，在烘箱110 ℃殺青30 min后，繼續(xù)在75 ℃烘干至恒定質(zhì)量后將各部分磨碎。植物樣品消解采用 HNO3-H2O2法，測(cè)定方法同“1.3.1”節(jié)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

植物提取重金屬總量=植物地上部分重金屬含量×植物地上部分干物質(zhì)量；

植物重金屬提取效率=植物提取重金屬總量/(土壤重金屬含量×土壤容重 1.3 g·cm?3×體積(小區(qū) 20 m2×0.1 m×106cm3)×100%；

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與進(jìn)步，標(biāo)準(zhǔn)化工作逐漸受到社會(huì)各方的關(guān)注，標(biāo)準(zhǔn)一詞也多次出現(xiàn)在政府工作報(bào)告中。近年來(lái)，各省市標(biāo)準(zhǔn)化研究機(jī)構(gòu)承擔(dān)著越來(lái)越多的社會(huì)公益服務(wù)和標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)推廣的工作，在發(fā)展過(guò)程中各自的業(yè)務(wù)能力及品牌效應(yīng)也逐漸拉開(kāi)了差距。目前國(guó)內(nèi)有大約300余家從事與標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)相關(guān)工作的標(biāo)準(zhǔn)化研究機(jī)構(gòu)，本文選取其中32家，從標(biāo)志、名稱(chēng)、門(mén)戶(hù)網(wǎng)站、微信公眾號(hào)等方面探討各標(biāo)準(zhǔn)化研究機(jī)構(gòu)品牌的形象設(shè)計(jì)情況。

植物重金屬富集系數(shù) (Bioconcentration factor，BCF)=植物地上部分重金屬含量/土壤重金屬含量；

植物重金屬轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù) (Translocation factor，TF)=植物地上部重金屬含量/地下部重金屬含量。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)先經(jīng)Microsoft Excel 2010處理，用SPSS 23.0進(jìn)行方差分析，用Tukey’s HSD（honestly significant difference）法進(jìn)行多重比較，顯著性差異水平P取0.05，極顯著差異水平P取0.01。植物重金屬提取效率與各植物形態(tài)、生理生化指標(biāo)的關(guān)系運(yùn)用SPSS進(jìn)行逐步回歸分析。圖形用Origin 9.0軟件繪制。

2 結(jié)果

2.1 IAA和KT配合施用對(duì)植物株高和生物量的影響

從圖2a可以看出，第2次噴施激素后，各處理組與對(duì)照（不噴施激素）相比，龍葵株高顯著增加（P<0.05），其中激素配合施用間作時(shí)增加最為顯著，增長(zhǎng)率為53.1%。由圖2b可知，第2次噴施激素后，單加KT間作和激素配合施用間作處理下龍葵鮮物質(zhì)量均顯著增加（P<0.05），增長(zhǎng)率分別為73.2%和74.5%，其余處理組的鮮物質(zhì)量與對(duì)照組相比則無(wú)顯著差異（P>0.05）。

由圖2c可知，第1次噴施激素后，與對(duì)照組相比各處理組的蜈蚣草株高顯著增加（P<0.05），增加的比例為38.7%—41.3%；第2次噴施激素后，與對(duì)照組相比，只有單加IAA間作和激素配合施用間作處理下株高顯著增加（P<0.05）。

由圖2d可知，第1次噴施激素后，各處理組中，只有單加KT間作和激素配合施用間作處理下，蜈蚣草鮮物質(zhì)量與對(duì)照組相比顯著增加（P<0.05），增幅分別為22.9%和29.1%，其余處理組與對(duì)照相比均無(wú)顯著差異（P>0.05）；第2次噴施激素后，與對(duì)照組相比各處理組的鮮物質(zhì)量均顯著增加（P<0.05），其中單加KT間作和激素配合施用間作處理下的鮮物質(zhì)量增加尤為顯著，增幅分別達(dá)87.1%和86.4%。

圖2 IAA和KT配合施用對(duì)龍葵和蜈蚣草株高和鮮物質(zhì)量的影響Fig. 2 Effects of IAA and KT with combined application on plant height and fresh matter of Solanum nigrum and Pteris vittata

2.2 IAA和KT配合施用對(duì)兩種植物Cd、As富集、轉(zhuǎn)運(yùn)和提取效率的影響

2.2.1 對(duì)龍葵Cd富集和轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

分析了龍葵葉片、莖和根中的鎘含量，發(fā)現(xiàn)與對(duì)照相比，第2次噴施激素后所有處理均顯著增加了龍葵葉片鎘含量（P<0.05，圖3a），其中激素配合施用間作時(shí)Cd含量（單位質(zhì)量植物體中的Cd）顯著增加了253.6%；與對(duì)照相比，所有處理均顯著增加了龍葵莖部鎘含量（P<0.05，圖3b），其中單加IAA間作和激素配合施用間作時(shí)，Cd含量分別顯著增加了91.7%和87.9%；除了單加IAA單作處理外，與對(duì)照相比，其余處理均顯著增加了龍葵根Cd含量（P<0.05，圖 3c），其中激素配合施用間作效果最好，Cd含量顯著增加了130.5%。對(duì)比種植前后土壤中Cd含量變化，在激素配合施用單作、單加IAA間作、單加KT間作和激素配合施用間作處理下土壤中 Cd含量均顯著降低（P<0.05），其中激素配合施用間作效果最為顯著，單位質(zhì)量土壤總Cd含量顯著降低了38.2%（圖3d）。

圖3 IAA和KT配合施用對(duì)龍葵Cd富集的影響Fig. 3 Effects of IAA and KT with combined application on Cd accumulation of S. nigrum

表2 龍葵對(duì)Cd的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)Table 2 The bioconcentration factor and translocation factor of Cd by S. nigrum

2.2.2 對(duì)蜈蚣草As富集和轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

不同濃度IAA和KT配合施用對(duì)蜈蚣草As富集的影響如圖4所示。對(duì)蜈蚣草羽片、葉柄和根的進(jìn)一步分析表明，第2次噴施激素后，各處理下蜈蚣草羽片砷含量均顯著增加（P<0.05，圖4a），其中單加 KT間作和激素配合施用間作效果最為顯著，As含量顯著增加了59.2%—69.3%；對(duì)于葉柄，第2次噴施激素后，激素配合施用單作、單加IAA間作、單加KT間作、激素配合施用間作顯著提高了蜈蚣草葉柄砷含量（P<0.05，圖4b），其中激素配合施用間作效果最好，As含量顯著增加了73.4%；對(duì)于根，第 2次噴施激素后各個(gè)處理均顯著增加了蜈蚣草根部砷含量（P<0.05，圖4c），其中單加KT間作、激素配合施用間作效果最好，As含量顯著增加了58.7%—75.2%。對(duì)比種植前后土壤中As含量變化，在KT單作、KT間作和激素配合施用間作處理下土壤As含量顯著降低（P<0.05），其余各處理均與對(duì)照無(wú)顯著差異。在激素配合施用間作處理下，單位質(zhì)量土壤總 As含量顯著降低了23.1%（圖4d）。

圖4 IAA和KT配合施用對(duì)蜈蚣草As富集的影響Fig. 4 Effects of IAA and KT with combined application on As accumulation of P. vittata

從蜈蚣草砷富集系數(shù)看（表3），第1次噴施激素后，除了單加IAA單作處理外，其余各處理下蜈蚣草 As富集系數(shù)均顯著增加（P<0.05）。第 2次噴施激素后，與對(duì)照組相比只有激素配合施用單作、單加 KT間作和激素配合施用間作處理下 As富集系數(shù)顯著增加（P<0.05），其中激素配合施用間作效果最好，達(dá)到 20.53。從蜈蚣草轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)看（表3），第2次噴施激素后，與對(duì)照組相比，只有激素配合施用間作處理下轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)有顯著增加（P<0.05），達(dá)到1.75。

表3 蜈蚣草As富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)Table 3 The bioconcentration factor and translocation factor of As by P. vittata

2.2.3 對(duì)兩種植物重金屬提取效率的影響

各個(gè)試驗(yàn)處理下2種植物對(duì)3種重金屬提取效率如表4所示。龍葵在激素配合施用間作處理下Cd提取效率最高，達(dá)到7.52%，但是由于其體內(nèi)富集的As和Pb的量不高，導(dǎo)致對(duì)這2元素的提取效率不高，最高分別只有0.17%和0.16%（表4）；對(duì)于蜈蚣草，激素配合施用間作處理下其 As提取效率最高，達(dá)到6.06%，雖然蜈蚣草生物量相對(duì)較大但是體內(nèi)富集的Pb和Cd的量不多，導(dǎo)致對(duì)這兩種元素的提取效率不高，最高分別只有0.25%和0.29%（表4）。

表4 兩種植物重金屬提取效率Table 4 Heavy metal extraction rate of two plants %

2.3 IAA和KT配合施用對(duì)兩種植物生理生化指標(biāo)的影響

2.3.1 對(duì)根系活力的影響

第1次噴施激素后，與對(duì)照組相比，單加IAA間作、單加KT間作、激素配合施用間作處理組的龍葵和蜈蚣草的根系活力均顯著提高（P<0.05，圖5a、b），單加IAA間作處理下龍葵根系活力增幅達(dá)到43.8%，在激素配合施用間作處理下蜈蚣草則達(dá)到55.7%。第2次噴施激素后，只有單加KT間作、配合施用激素間作處理組的蜈蚣草根系活力顯著提高（P<0.05），其中激素配合施用間作比對(duì)照增加85.9%。

圖5 IAA和KT配合施用對(duì)龍葵和蜈蚣草根系活力的影響Fig. 5 Effects of IAA and KT with combined application on root activity of S. nigrum and P. vittata

2.3.2 對(duì)葉片抗氧化酶活性和丙二醛含量的影響

第1次噴施激素后，與對(duì)照組相比，龍葵葉片SOD活性在單加IAA單作、單加KT單作、激素配合施用間作處理下顯著增加（P<0.05，圖6a）。由圖6b可以看出，第2次噴施激素后，單加KT間作和激素配合施用間作處理下 POD活性與對(duì)照組相比顯著增加（P<0.05），其中激素配合施用間作處理下增幅達(dá)到60.8%。對(duì)于龍葵葉片CAT活性，第1次和第2次噴施激素后各個(gè)處理組與對(duì)照組相比均無(wú)顯著差異（P>0.05，圖6c）。由圖6d可以看出，第1次噴施激素后，在激素配合施用單作、單加IAA間作、單加KT間作和激素配合施用間作處理下龍葵 MDA含量與對(duì)照組相比顯著降低（P<0.05）。第2次噴施激素后，與對(duì)照組相比，各個(gè)處理組均使龍葵葉片 MDA含量顯著降低（P<0.05），其中激素配合施用間作處理下降低最為顯著，達(dá)到48.3%。

圖6 IAA和KT配合施用對(duì)龍葵抗氧化酶活性和MDA含量的影響Fig. 6 Effects of IAA and KT with combined application on activities of antioxidant enzymes and malondialdehyde content in S. nigrum

第1次和第2次噴施激素后，蜈蚣草各個(gè)處理組的葉片 SOD活性與對(duì)照組相比均無(wú)顯著差異（P>0.05，圖7a）。由圖7b可以看出，第1次噴施激素后只有激素配合施用間作處理下 POD活性與對(duì)照組相比顯著增加了 46.3%（P<0.05）。但第 2次噴施激素后，單加KT單作、激素配合施用單作、單加KT間作和激素配合施用間作處理下POD活性與對(duì)照組相比顯著增加（P<0.05），其中激素配合施用間作處理下增加最多，達(dá)到51.6%。第1次和第2次噴施激素后，與對(duì)照組相比，只有激素配合施用間作處理顯著增加了 CAT活性（P<0.05，圖7c）。由圖7d可以看出，第1次和第2次噴施激素后各個(gè)試驗(yàn)組的MDA含量與對(duì)照組相比均顯著降低，其中激素配合施用間作降低效果最為顯著，第1次噴施激素降幅達(dá)到21.1%，第2次噴施激素后達(dá)到了85.2%。

圖7 IAA和KT配合施用對(duì)蜈蚣草抗氧化酶活性和MDA含量的影響Fig. 7 Effects of IAA and KT with combined application on activities of antioxidant enzymes and malondialdehyde content in P. vittata

2.4 兩種植物重金屬提取效率與生理生化指標(biāo)的逐步回歸分析

為進(jìn)一步分析IAA和KT配合施用對(duì)兩種植物重金屬提取效率和生理生化指標(biāo)之間的相關(guān)性，進(jìn)行了逐步回歸分析。Y代表植物的重金屬提取效率（Cd或As），X1指株高，X2指鮮物質(zhì)量，X3指根系活力，X4指葉片SOD的活性，X5指POD活性，X6指CAT活性，X7指MDA含量。龍葵的回歸方程為：Y=0.493X5?0.6893。因此，龍葵的Cd提取效率與葉片POD活性成顯著正相關(guān)（P<0.05）；蜈蚣草的回歸方程為：Y=0.13X2+0.26X5?0.524，表明蜈蚣草的As提取效率與其鮮物質(zhì)量和葉片POD活性成顯著正相關(guān)（P<0.05）。因此，葉片保持較高的POD活性對(duì)兩種超富集植物對(duì)Cd和As的提取均具有重要意義。

3 討論

植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程以及環(huán)境適應(yīng)的各個(gè)方面都需要植物激素的調(diào)控。綜合考慮修復(fù)效率和生態(tài)保護(hù)兩方面，在利用超富集植物修復(fù)污染土壤的同時(shí)，通過(guò)外源施用植物激素提高植物修復(fù)效率不失為一種可以嘗試的方法（Park et al.，2007）。外源植物激素配合施用之所以能提高超富集植物對(duì)重金屬的富集，從本研究結(jié)果看，主要有3方面的原因：（1）植物激素配合施用能顯著提高超富集植物的生物量；（2）植物激素配合施用能有效提高植物的根系活力，從而促進(jìn)根系對(duì)重金屬的吸收；（3）植物激素配合施用能增強(qiáng)植物的抗氧化能力，進(jìn)而能有效清除活性氧自由基、提高植物的耐逆性。

首先，在植物激素作用下超富集植物的生物量顯著增加（圖 2b、d）。我們先前的研究表明（吳東墨等，2018），IAA和KT配合施用能顯著促進(jìn)As超富集植物蜈蚣草的快速生長(zhǎng)。在55 mg·kg?1As處理下，與未施用激素的對(duì)照相比，25 mg·L?1IAA和20 mg·L?1KT配合施用使蜈蚣草株高、地上部和地下部干物質(zhì)量均顯著增加。Liu et al.（2007）發(fā)現(xiàn) 100 μmol·L?1IAA 處理顯著提高了東南景天（Sedum alfredii Hance）地下部干物質(zhì)量。植物激素施用促進(jìn)植物生物量增加的一個(gè)原因，是其改善了植物的光合作用。吳東墨等（2018）的研究表明，IAA和KT配合施用后，蜈蚣草羽片的葉綠素a、葉綠素b、類(lèi)胡蘿卜素和葉綠素a+b的含量均有顯著增加；趙書(shū)晗等（2017）研究發(fā)現(xiàn)20 mg·L?1IAA處理能顯著提高 As(V)脅迫砷超富集植物大葉井口邊草（Pteris cretica var. nervosa）葉片核酮糖-1, 5-二磷酸羧化酶活性，保證了砷脅迫下暗反應(yīng)的順利進(jìn)行。KT同樣能促進(jìn)重金屬脅迫下植物體的光合作用，Li et al.（2018a）研究表明KT能保持砷脅迫下植物葉綠體超微結(jié)構(gòu)的完整性。

其次，植物激素的配合施用顯著提高了超富集植物的根系活力，從而促進(jìn)了根系對(duì)重金屬的吸收。根系活力是反映根系生長(zhǎng)的一個(gè)重要生理指標(biāo)，它可以表征植物根系吸收水分和養(yǎng)分、合成某些化合物以及氧化/還原根際元素的能力（Ha et al.，2012）。在非生物脅迫下，生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素通過(guò)協(xié)同作用調(diào)節(jié)植物的耐受性和適應(yīng)性，從而促進(jìn)根和芽的發(fā)育進(jìn)程，并調(diào)節(jié)植物的新陳代謝活動(dòng)和信號(hào)傳遞過(guò)程。低濃度細(xì)胞分裂素對(duì)于根的發(fā)育是必需的。Li et al.（2018b）研究了植物生長(zhǎng)素是否能介導(dǎo)不定根的形成以應(yīng)對(duì)重金屬脅迫，發(fā)現(xiàn)單獨(dú)施用CdCl2和甘露醇均顯著抑制綠豆（Vigna radiata(L.) Wilczek）幼苗不定根的形成和生長(zhǎng)；而當(dāng)CdCl2或甘露醇與吲哚-3-丁酸（IBA）同時(shí)施用時(shí)，IBA顯著地消除了脅迫對(duì)不定根的抑制。Liu et al.（2007）研究表明，在Pb脅迫下外源添加低濃度的IAA，能顯著增加?xùn)|南景天根長(zhǎng)、根系活力和根表面積；和淑娟等（2016）發(fā)現(xiàn)大葉井口邊草根砷含量與根系活力成顯著正相關(guān)。但是也有研究證實(shí)，高濃度下細(xì)胞分裂素（10?5mol·L?1）會(huì)抑制其側(cè)根發(fā)育和生長(zhǎng)，只有低濃度時(shí)起刺激作用（Hare et al.，1997）。在本研究中，第1次噴施激素后，與對(duì)照組相比，單加IAA間作、單加KT間作、激素配合施用間作處理組的龍葵和蜈蚣草根系活力均顯著提高（P<0.05，圖 5a、b）；第 2次噴施激素后，單加KT間作、激素配合施用間作處理組的蜈蚣草根系活力也顯著增高（P<0.05，圖 5b）。IAA 和KT的協(xié)同增效作用較好地改善了植物的生長(zhǎng)發(fā)育，提高根系活力從而有利于對(duì)重金屬的吸收和富集。因此，從本研究結(jié)果看，激素噴施的時(shí)間直接影響根系活力的高低，并且激素誘導(dǎo)的根系活力改變也因植物種類(lèi)而異。

再次，植物激素配合施用能有效提高植物抗氧化酶活性，提高植物的抗氧化能力。Agami et al.（2013）研究發(fā)現(xiàn)，IAA和水楊酸（SA）增強(qiáng)了Cd脅迫下小麥的抗氧化防御活性，減輕了Cd誘導(dǎo)的氧化損傷，增強(qiáng)了小麥對(duì)Cd的耐受性；Zhang et al.（2020）研究表明，茶樹(shù)（Camellia sinensis）在30 mg·kg?1Cd脅迫下，通過(guò)外源施加IAA后其幼苗根部和葉片丙二醛含量顯著降低，成熟葉片的CAT、POD和SOD活性均顯著增加，同時(shí)植物各部位Cd含量減少，從而減輕Cd對(duì)茶樹(shù)幼苗生理生化的不利影響，促進(jìn)茶樹(shù)健康生長(zhǎng)；Wang et al.（2007）也發(fā)現(xiàn)Pb脅迫下IAA可顯著增加玉米幼苗的抗氧化酶活性。在本研究中，第2次噴施激素后，龍葵在配合施用激素間作處理下 POD活性與對(duì)照組相比顯著增加（P<0.05，圖6b）；龍葵在各個(gè)處理下MDA含量與對(duì)照相比顯著降低，其中激素配合施用間作條件下降低效果最顯著（P<0.05，圖6d）。對(duì)于蜈蚣草，激素配合施用間作處理下 POD活性與對(duì)照組相比顯著增加（P<0.05），各個(gè)處理組的MDA含量與對(duì)照組相比均顯著降低，其中激素配合施用間作效果降低最顯著（P<0.05，圖7d）。并且逐步回歸分析結(jié)果表明，蜈蚣草和龍葵對(duì) As、Cd的提取效率均與葉片 POD活性成顯著正相關(guān)（P<0.01)。因此，本研究表明IAA和KT的配合施用可以改善重金屬導(dǎo)致的植物過(guò)氧化脅迫，從而保持植物的健康生長(zhǎng)，同時(shí)抗氧化水平尤其是 POD活性的提高還有助于植物對(duì)重金屬超富集能力的發(fā)揮。

需要注意的是，在施用植物激素修復(fù)重金屬污染土壤的同時(shí)，應(yīng)考慮植物不同種植方式（單作和間作）是否影響超富集植物對(duì)重金屬的吸收。安玲瑤（2012）研究表明，在Cd脅迫下，與單作相比，青菜和甘藍(lán)間作條件下Cd在青菜中的積累濃度提高，其地上部分Cd含量從6.55 mg·kg?1升高至 9.29 mg·kg?1，地下部分從 4.45 mg·kg?1升高至7.65 mg·kg?1，但在甘藍(lán)中并無(wú)顯著差異。然而也有研究表明（秦歡等，2012），將不同玉米品種和砷超富集植物大葉井口邊草間作種植，盡管砷含量與單作沒(méi)有顯著差異，但是大葉井口邊草的生物量均不同程度的降低。與單作相比，間作能顯著提高玉米各器官重金屬含量。本研究結(jié)果表明，在激素施用的條件下，間作并沒(méi)有顯著抑制兩種植物的生長(zhǎng)，反而增加了兩種植物的株高和鮮物質(zhì)量，并且 25 mg·L?1IAA 和 20 mg·L?1KT配合施用對(duì)于 Cd和 As的提取效率分別達(dá)到7.52%和6.06%。Zeng et al.（2019）研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)建立樹(shù)—草間作模式并測(cè)定污染土壤中酶活性和微生物群落的變化，結(jié)果表明樹(shù)—草間作能有效地恢復(fù)污染土壤的酶活性、細(xì)菌和叢枝菌根真菌（AM）的多樣性。我們將25 mg·L?1IAA和20 mg·L?1KT配合施用于兩種植物間作條件下，植物對(duì)兩種元素提取效率最好，這可能是外源激素的施用促進(jìn)了兩種植物的生長(zhǎng)發(fā)育，進(jìn)而影響到兩種植物的根系環(huán)境。因此，在利用植物激素提高超富集植物的修復(fù)效率時(shí)，應(yīng)把多種植物激素之間的協(xié)同作用和間作效應(yīng)加以考慮。本研究結(jié)果表明，通過(guò)兩種植物激素配合施用提高植物對(duì)重金屬提取效率是可行的。

4 結(jié)論

（1）IAA和KT配合施用能夠促進(jìn)兩種超富集植物龍葵和蜈蚣草快速生長(zhǎng)，在大田鎘、砷復(fù)合污染條件下，與未施用植物激素的對(duì)照組相比，25 mg·L?1IAA 和 20 mg·L?1KT 配合施用后，龍葵和蜈蚣草的株高、鮮物質(zhì)量、地上部和地下部Cd/As含量、Cd/As轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)和富集系數(shù)均顯著增加。

（2）經(jīng)過(guò)大田4個(gè)月的種植其間噴施2次植物激素，配合施用 25 mg·L?1IAA 和 20 mg·L?1KT 使蜈蚣草對(duì)As、龍葵對(duì)Cd的提取效率最高，分別達(dá)6.06%和7.52%。

（3）在IAA和KT配合施用下，龍葵葉片和蜈蚣草羽片中的POD活性顯著增加，體內(nèi)MDA含量顯著降低。逐步回歸分析表明，龍葵的Cd提取效率與葉片POD活性成顯著正相關(guān)（P<0.05），蜈蚣草的As提取效率與蜈蚣草鮮物質(zhì)量和葉片POD活性成顯著正相關(guān)。

致謝：感謝昆明理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院博士生導(dǎo)師、美國(guó)麻省大學(xué)博士后張迪教授潤(rùn)色英文摘要。