土壤铅胁迫对核桃幼苗生长的影响

杨 晋

(贵州省毕节市林业种苗站，贵州 毕节 551700)

土壤铅胁迫对核桃幼苗生长的影响

杨 晋

(贵州省毕节市林业种苗站，贵州 毕节 551700)

摘要：采用盆栽实验，设置不同铅污染浓度的土壤作为培养基质(100、500、1000、1500、2000mg·kg-1)，研究了铅胁迫对核桃1年生幼苗生长过程中叶片叶绿素含量、可溶性糖含量等生理指标及株高、地径等生长指标的影响。结果表明：随着Pb2+浓度的升高，核桃幼苗叶片中可溶性糖含量呈下降趋势；较低浓度的Pb2+总体上有助于核桃幼苗叶绿素含量、株高、地径的增长，而过高浓度的Pb2+胁迫，直接抑制核桃幼苗的生长。

关键词：核桃；叶绿素；株高；地径；可溶性糖

中图分类号：S664.1

文献标识码：B

文章编号：：1674-9944(2015)02-0073-03

1引言

随着工业化和城市化的发展，铅污染问题日益严重，环境中重金属的积累不断加剧，其中有相当部分进入土壤，使土壤遭致污染，破坏了生态系统的正常功能。铅是植物生长非必需的有毒元素，在土壤中过多积累会对植物的生长造成一定的胁迫 , 最终影响植物的生长与发育[1]。并且人类也会通过食物链的关系，食用这些植物，危害人类健康[2]。

近年来，由于人们对环境问题的重视，有关铅对植物生理效应及其生物学性状的研究很多，并取得了较大的成果，但是大多集中在对草本及农作物生长的研究，对木本植物的研究较少[3]。因此本研究项目主要以核桃树为研究材料。核桃树(Juglans regia)，属胡桃科胡桃属的落叶乔木。果实的营养丰富，每百克含蛋白质15～20g，脂肪60～70g，碳水化合物10g，并含有人体必需的钙、磷、铁等多种微量元素和矿物质，以及胡萝卜素、核黄素等多种维生素，据测定，500g核桃仁相当于2500g鸡蛋或4750g牛奶的营养价值，特别是对大脑神经细胞有益的钙、铁和维生素B1、维生素B2等成分含量比较高[4,5]。

而核桃作为毕节市多年发展山区经济实践中筛选出来的一个主要特色经果林树种，在毕节市农村产业结构调整中，核桃产业得到快速发展，目前已作为支柱产业进行大力发展，做大做强核桃产业有利于调整山区产业结构、发展庭院经济、增加农民收入、保护生态环境、绿化美化村庄、改变山区贫困面貌[6,7]。毕节市的赫章、威宁等县区由于土法炼锌等落后的生产工艺导致目前仍有大量的铅锌矿山迹地，研究铅胁迫对核桃幼苗生长过程中苗高、地径等生长指标及叶绿素含量、可溶性还原糖的含量等生理活性指标的影响，有助于进一步揭示核桃树生长过程中对重金属的富集机理，为探索经果林树种在矿山迹地植被恢复中的利用及核桃的规范化种植提供理论依据，从而加快毕节市核桃产业的发展。

2材料与方法

2.1　供试苗木的选择

本实验供试的核桃幼苗为毕节市林业种苗站提供的一年生核桃实生苗。

2.2　铅胁迫处理

选用30cm(直径)×30cm(高)的花盆为试验盆，无污染过筛后充分混匀的土壤土作为盆栽基质，每盆装土9kg(干重)，盆下垫托盘，将供试核桃树幼苗除去根系原土后进行盆栽移植，每盆栽植1株幼苗。移植后将试验盆放于正常通风、光照的地方，并进行常规浇水管理，待苗木恢复生长2个月后，选取个体健康状况一致的苗木进行铅胁迫处理。铅胁迫处理时以Pb(CH3COO)2·5H2O水溶液的形式加入到基质中，制成铅含量为(以1kg风干基质中含纯铅毫克数计)100、500、1000、1500、2000mg·kg-1的污染土壤，另设不添加污染物的基质作为对照，每个处理浓度设置3个重复。所有的处理及处理后的苗木都在简易大棚内进行培育，且每次用等量的水浇灌进行养护，从而避免因受雨水或浇灌水的影响而造成植株间处理浓度的差异，处理90d后分别取样测定叶绿素含量、可溶性总糖、每棵植株的株高与地径。

2.3　核桃幼苗生理指标测定

2.3.1　叶绿素含量的测定

采用叶绿素测定仪直接测定。

2.3.2　可溶性总糖的测定

(1)可溶性糖的提取。取核桃叶片于80℃烘干至恒重并磨碎，称取50mg磨碎后的核桃叶片倒入10mL刻度离心管内加入4mL80%乙醇，置于80℃水浴中不断搅拌40min后，离心，收集上清液，其残渣加2mL80%乙醇重复提取2次，合并上清液，在上清液中加10mg活性炭，在80℃水浴中脱色30min再用80%乙醇定容至10mL，过滤后取滤液测定[8]。

(2)标准曲线制作。取7支20mL干燥洁净的带塞试管，然后在每只试管中加入5mL蒽酮试剂，混匀，盖上塞子，在沸水中煮沸10min，取出试管，立即用水冷却至室温，在625nm波长下，分别测量出各管的OD值，用0号管调零，以OD值为纵坐标，葡萄糖含量为横坐标，绘制标准曲线，求出标准方程式。

(3)样品含糖量的测定。吸取上述提取液1mL置于试管中，加入5mL蒽酮试剂，用上述同样的方法，以0号管调零，在625nm处测出OD值，由标准曲线查得提取液中的糖含量，然后根据1mL提取液含有5mL干样品的糖，再计算出样品中的糖含量[8]。

2.3.3　株高与地径的测定

运用游标卡尺和钢尺对处理前及处理后的各组植株分别测定地径与株高。

2.4　数据处理

采用Excel 2003统计软件对数据进行分析。

3结果与分析

3.1　铅胁迫对核桃幼苗叶绿素含量的影响

叶绿素作为植物进行光合作用的物质，叶绿素含量多少是衡量叶片组织、器官功能状况的重要生理指标[9]。由图1可知，在实验浓度范围内，随着培养基质中Pb2+浓度的升高，核桃幼苗叶片中叶绿素含量呈缓慢下降的趋势，这与李艳丽、李永杰在旱柳上观察的结果一致[10]，当Pb2+浓度为1500 mg·kg-1时，叶绿素含量达到峰值，且略大于对照组，这可能是植物对逆性环境的一种应激机制。随着培养基质中Pb2+浓度的进一步升高，叶绿素含量逐渐下降。铅胁迫条件下，导致核桃幼苗叶片叶绿素含量下降的因素有多方面。首先，植物在遭遇重金属污染时，常常会使叶绿体膜系统遭受破坏，Rebechini H.M等[11]认为，过量的Pb2+能导致叶绿体基粒垛叠结构的解体及与片层结构有关的基质明显减少，破坏叶绿体结构。其次，由于铅的存在拮抗了植物对其他营养元素的吸收、转移,阻断了营养元素向叶部运输,使叶绿素的正常合成受阻[12]。此外，铅在植物体内还可能与酶蛋白的-SH基或其他侧链结合,取代Fe、Mg、Zn等离子，抑制包括叶绿素酸酯还原酶在内的一系列与叶绿素合成有关的酶的活性，从而影响叶绿素合成的前体物质的形成，同时铅的存在还可能增加了叶绿素酶的活性，使叶绿素分解[13]。

图 1　Pb2+浓度胁迫对核桃叶绿素含量的影响

3.2　铅胁迫对核桃幼苗株高的影响

植株的株高作为衡量植株生长大小的一个重要指标，反应出每一种植株在外界环境影响下的生长状况。从图2可以看出，当培养基质中Pb2+浓度小于100mg·kg-1时，随Pb2+浓度的升高核桃幼苗的株高逐渐增加，较低的Pb2+浓度促进核桃幼苗的生长，其原因可能是Pb2+诱导合成更多的蛋白质及碳水化合物，参与渗透调节，提高植物抗逆性的结果；当培养基质中Pb2+浓度大于100mg·kg-1小于1500mg·kg-1时，随Pb2+浓度的升高核桃幼苗的株高逐渐减小，表明核桃幼苗在铅胁迫下，植株合成自生的有机物质减少，导致植株生长受阻。当Pb2+浓度为1500 mg·kg-1后，核桃幼苗的株高最小。此后，随着Pb2+浓度的进一步升高核桃幼苗的株高逐渐增加，其原因有待进一步研究。

图2　Pb2+浓度胁迫对核桃株高的影响

3.3　铅胁迫对核桃幼苗地径的影响

植株地径是植株在外界环境影响下的生长状况，也是作为衡量植株生长大小的一个重要指标，反应出每一种植株的生长速度。从图3可以看出，随Pb2+浓度的升高，核桃幼苗的地径呈总体增加的趋势，但Pb2+浓度过高时(2000 mg·kg-1)，核桃幼苗的地径明显下降。铅胁迫使核桃幼苗产生一个抗逆性的过程，刚开始时，核桃幼苗对铅胁迫处于一个抗逆性适应过程，地径的生长速度受到限制，当铅的胁迫适应后，核桃幼苗地径缓慢生长，地径的生长速度大于对照组，Pb2+浓度增大有利于茎的增粗，这与周娜娜、王刚、林伟在对不同浓度铅污染对黄瓜幼苗生长的影响的研究结果是一致的[14]。当Pb2+浓度达到2000 mg·kg-1后，核桃幼苗的地径生长完全受到了限制，这主要由于高浓度的Pb2+胁迫阻碍其他矿质元素在核桃树幼苗体内的运输，限制了植株的光合作用和有机物的合成，导致核桃树幼苗生长缓慢。

图3　Pb2+浓度胁迫对核桃地径的影响

3.4　铅胁迫对核桃幼苗可溶性糖的影响

植物体内可溶性糖含量代表着其体内碳水化合物的合成、转化与输出代谢状况[15]。由图4可见，随培养基质中Pb2+浓度的升高核桃幼苗叶片中可溶性糖含量呈逐渐减少的趋势，说明铅在一定程度上使可溶性糖的合成速率小于输出速率，还有一个原因也可能是低浓度Pb2+胁迫造成叶绿素含量下降，光合产物的合成运输受到抑制，这与何冰、何计兴、何新华等[16,17]的研究结果一致。

图4　Pb2+浓度胁迫对核桃可溶性糖的影响

4结果与讨论

通过实验研究可知，铅胁迫对植物的影响是多元化的。当过量的铅被输入到植物体内后，会使生物膜的结构遭受破坏，造成叶绿体、线粒体等重要器官的损伤，从而影响光合作用、呼吸作用以及碳水化合物代谢等过程，最终导致植物生长减缓甚至死亡[16]。并且叶绿素是植物体进行光合作用的关键物质，而植物叶片叶绿素的含量、可溶性糖的变化都反映了植物生长的状态和新陈代谢的水平。

本研究结果显示，在重金属铅的胁迫下，随着Pb2+浓度的升高，核桃幼苗叶片可溶性糖含量呈下降趋势；而在适当的Pb2+浓度范围内，核桃幼苗叶片中叶绿素的含量、株高及地径都大于对照组。当培养基质中浓度铅超过1500mg·kg-1时，核桃幼苗叶片叶绿素含量、地径及可溶性糖含量均呈下降趋势，表明核桃叶片的新陈代谢活动明显受到抑制。这与何冰、何计兴 、何新华等[17]对铅胁迫对杨梅生理特性的影响的研究发现相一致。在高铅胁迫下，其叶片叶绿素含量、可溶性糖含量均显著下降，可知在高铅胁迫下使得核桃幼苗叶片叶绿素降解，光合作用减弱，进而影响碳水化合物的代谢和运输，使蛋白质合成受阻，干扰植物正常的生长和代谢[18]，从而影响植株的生长。

综上所述，适当的Pb2+浓度下，核桃幼苗叶片叶绿素含量、株高、地径总体上都大于对照组，而可溶性糖含量随着Pb2+浓度的升高而呈下降趋势。总之，在高浓度铅的胁迫下，核桃幼苗各生理活动均受到不同程度的影响，植株的生长受到抑制。

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