紫叶李对镉·铅胁迫的生理响应

倪彦博，吴恒梅，孙 权，张雪键，杨奇峰

(佳木斯大学生命科学学院，黑龙江佳木斯 154007)



紫叶李对镉·铅胁迫的生理响应

倪彦博，吴恒梅*，孙 权，张雪键，杨奇峰

(佳木斯大学生命科学学院，黑龙江佳木斯 154007)

[目的]研究紫叶李对重金属镉和铅胁迫的生理响应。[方法]研究不同浓度镉(10、30、50、100、150、200 mg/kg)、铅(50、100、500、1 000、1 500、2 000 mg/kg)对紫叶李的相对电导率、丙二醛和叶绿素含量的影响。[结果]随着镉浓度和铅浓度的升高，紫叶李的相对电导率和丙二醛含量总体呈升高趋势，叶绿素含量明显降低，在铅浓度2 000 mg/kg和镉浓度200 mg/kg时，叶绿素含量分别较对照降低60.9%和50.1%。[结论]紫叶李是一种抗重金属能力较强的植物。

重金属；紫叶李；镉；铅

近年来，随着工业的迅猛发展和各种化学产品的广泛使用，重金属废弃物不断进入环境，严重污染了土壤、水质和大气，导致环境不断恶化，尤其是土壤重金属污染日益加剧。土壤重金属污染对城市绿化树种的生长构成一定威胁，甚至对整个城市生态系统产生影响。紫叶李(Prunuscerasiferavar.atropurea)又名红叶李，是北方常用的绿化树种。随着北方城市园林绿化事业的发展，彩叶树种的应用越来越多。笔者研究不同浓度镉、铅对紫叶李生理变化的影响，揭示其变化规律，以期为北方园林绿化植物修复重金属污染土壤的选择提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况 试验于2016年在黑龙江省伊春市朗乡镇进行。伊春市有着“林都”的美称，气候属于中温带大陆性季风气候，夏季受热带海洋气团的影响，气候温热，雨量充沛，光热水同季，有利于农林业生产，森林覆盖率达到85%，而绿色植被覆盖率达到96%，能够生成负氧离子20 000个/cm3，是城市的20倍，物产自然天成，得天独厚，有着“天然氧吧”的美称，是彩叶植物栽培的最佳场所。

1.2 试验材料 栽培基质选用东北地区典型的暗棕壤腐殖层、沉积层土壤和风化沙的混合物，pH为7.0，含腐殖质较少，土质较黏重，肥力中等，结构较紧实。

选用露地栽培的2年生紫叶李树苗，购自哈尔滨江北区彩叶树基地。选择生长差异较小、长势中等、生长情况基本一致、无病虫害的紫叶李树苗。试验试剂为99%的分析纯CdCl2·2.5H2O和Pb(NO)3试剂。

1.3 试验设计 镉离子浓度分别设10、30、50、100、150、200 mg/kg 6个处理，铅离子浓度分别设50、100、500、1 000、1 500、2 000 mg/kg 6个处理，同时分别设不加镉离子和铅离子的对照(加水)。共计14组，每盆栽种3株，每处理6次重复，共84盆，共计256棵。由于重金属对土壤、地下水等污染较大，合理配置用量，防止废弃液体污染土壤。最后将含有不同浓度的重金属镉、铅离子试剂浇入盆中，并把外流部分收集再次浇回土壤中。

1.4 样品采集与处理 将待用土壤风干后，过筛，充分混匀，按土∶沙=1∶3配比，然后将土壤装入塑料盆(上口直径30 cm、下口直径23 cm、高25 cm)中，称重，每盆混合后的风干土约10 kg。

1.5 田间管理 由于北方温度较低，试验所用紫叶李于4月放置温室大棚内，以增加生长势。5月中旬转入田间，进入正常的田间管理，待其盆内土壤干透前再进行一次重金属侵染，并于7月中旬(苗木生长旺盛期)选取完全展开的叶片，测定其生理指标。

1.6 测定项目与方法 采用浸泡法测定电导率[1]；采用硫代巴比妥酸显色法测定丙二醛含量[2]。采用《植物生理生化原理技术》[2]中的叶绿素测定方法测定叶绿素含量。

1.7 数据统计 采用Spss 19.0和Excel软件处理。

2 结果与分析

2.1 镉、铅胁迫对紫叶李相对电导率的影响 从图1、2可见，随着镉、铅浓度的升高，紫叶李的相对电导率总体呈升高趋势，且明显高于CK。在铅的影响下，各处理的相对电导率较CK高出12.1、37.5、57.0、79.1、127.1、158.3百分点；在镉的影响下，较CK高出27.7、42.0、50.2、82.7、117.1、139.3百分点。这说明镉、铅对植物叶片的细胞膜通透性有一定损伤，并且紫叶李叶片对低浓度的铅有一定的抗性，但是超过一定的浓度范围后，相对电导率的数值增加较快，细胞膜的通透性损伤较为严重[3]。

图1 镉胁迫下紫叶李相对电导率的变化Fig.1 The change of relative electrical conductivity of Prunus cerasifera under lead stress

图2 铅胁迫下紫叶李相对电导率的变化Fig.2 The change of relative electrical conductivity of Prunus cerasifera under cadmium stress

2.2 镉、铅胁迫对紫叶李丙二醛含量的影响 从图3、4可以看出，镉、铅胁迫下，紫叶李叶片丙二醛的含量均随着镉、铅浓度的升高而增大。镉浓度为200 mg/kg，铅浓度为2 000 mg/kg时，紫叶李叶片中丙二醛的含量分别较CK高出56.9%、47.4%。这说明随着镉、铅浓度的升高，紫叶李叶片细胞膜受伤的程度随之增大，且在相同浓度下，镉离子对紫叶李叶片细胞膜的损伤程度较铅离子大。

图3 镉胁迫下紫叶李丙二醛含量的变化Fig.3 The change of MDA content of Prunus cerasifera under cadmium stress

图4 铅胁迫下紫叶李丙二醛含量的变化Fig.4 The change of MDA content of Prunus cerasifera under lead stress

2.3 镉、铅胁迫对紫叶李叶绿素含量的影响 由表1、2可知，紫叶李叶片的叶绿素a+b含量与土壤中重金属浓度呈负相关，随着镉、铅浓度的升高，叶绿素含量降低。在镉浓度为200 mg/kg，铅浓度为2 000 mg/kg时，叶绿素含量分别较CK降低了60.9%和50.1%。此外，在低浓度镉、铅胁迫的影响下，叶片显绿时间大于高浓度影响下。由此可知，镉、铅对叶绿素的生成有一定抑制作用。

表1 镉胁迫对紫叶李叶绿素含量的影响

Table 1 Effects of cadmium stress on chlorophyll content ofPrunuscerasifera

镉浓度Cdconcentrationmg/kg叶绿素aChlorophyllamg/g叶绿素bChlorophyllbmg/g叶绿素a+bChlorophylla+bmg/g0(CK)1．09±0．07a0．23±0．04a1．32±0．03a100．98±0．08a0．22±0．03a1．20±0．05a300．90±0．12ab0．22±0．06a1．22±0．06a500．86±0．08adc0．21±0．04a1．07±0．04ab1000．81±0．09abc0．20±0．05a1．02±0．04ab1500．74±0．06bc0．19±0．04a0．93±0．01b2000．69±0．04c0．18±0．04a0．88±0．08b

注：同列不同小写字母表示处理间在0.05水平差异显著。

Note：Different lowercases in the same column stand for significant difference at 0.05 level.

表2 铅胁迫对紫叶李叶绿素含量的影响

Table 2 Effects of lead stress on chlorophyll content ofPrunuscerasifera

铅浓度Pbconcentrationmg/kg叶绿素aChlorophyllamg/g叶绿素bChlorophyllbmg/g叶绿素a+bChlorophylla+bmg/g0(CK)1．09±0．07a0．23±0．04a1．32±0．03a500．93±0．08ab0．22±0．09a1．15±0．17ab1000．84±0．07ab0．21±0．03a1．05±0．04ab5000．77±0．04ab0．21±0．03a0．98±0．07ab10000．77±0．04b0．20±0．02a0．97±0．02b15000．69±0．05b0．19±0．01a0．88±0．06b20000．63±0．07b0．19±0．02a0．82±0．05b

注：同列不同小写字母表示处理间在0.05水平差异显著。

Note：Different lowercases in the same column stand for significant difference at 0.05 level.

3 结论与讨论

(1)该研究表明，不同浓度镉、铅胁迫对紫叶李的相对电导率、丙二醛有明显影响，均明显高于空白对照，说明重金属镉、铅能够破坏紫叶李的细胞通透性，且随着浓度的升高，电导率和丙二醛含量呈增大趋势。丙二醛含量是衡量膜脂过氧化程度的重要生理指标。重金属是脂质过氧化的诱变剂，重金属浓度越高，脂质过氧化产物丙二醛积累越多，两者密切相关。郑世英等[4]研究表明，棉花幼苗丙二醛的含量随着铅、镉离子质量浓度的升高呈增大趋势。这与笔者的研究结果一致。通过对比发现，重金属离子镉对植株的生长影响较大。

(2)不同浓度的镉离子和铅离子对紫叶李叶绿素含量的影响较为明显，叶绿素含量普遍低于空白对照。这说明镉、铅离子能够抑制紫叶李叶绿素的形成，并随着浓度的升高而降低。参考文献

[1] 陈爱葵，韩瑞宏，李东洋，等.植物叶片相对电导率测定方法比较研究[J].广东教育学院学报，2010，30(5)：88-91.

[2] 李合生.植物生理生化实验原理和技术[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3] 向地英，邸葆，张钢，等.镉胁迫对黄栌叶片电阻抗参数及相对电导率的影响[J].河北农业大学学报，2014，37(2)：58-64.

[4] 郑世英，张秀玲，王丽燕，等.Pb2+，Cd2+胁迫对棉花保护酶及丙二醛含量的影响[J].河南农业科学，2007(8)：43-45，63.

Physiological Response ofPrunuscerasiferato Cadmium, Lead Stress

NI Yan-bo, WU Heng-mei*, SUN Quan et al

(School of Life Sciences, Jiamusi University, Jiamusi, Heilongjiang 154007)

[Objective] The aim was to study physiological response ofPrunuscerasiferato cadmium, lead stress. [Method] Effects of different concentrations of cadmium(10, 30, 50, 100, 150, 200 mg/kg) and lead(50, 100, 500, 1 000, 1 500, 2 000 mg/kg) on relative electrical conductivity, MDA content and chlorophyll content were studied. [Result] With the increase of cadmium concentration and lead concentration, the relative electrical conductivity and MDA content showed an increasing trend, chlorophyll content decreased significantly. When lead concentration was 2 000 mg/kg and cadmium was 200 mg/kg, the chlorophyll content was decreased by 60.9% and 50.1% respectively compared with control. [Conclusion]Prunuscerasiferais a kind of heavy metal resistant plant.

Heavy metal;Prunuscerasifera; Cadmium; Lead

佳木斯大学研究生科技创新项目(LZR2015_005)。

倪彦博(1991- )，男，黑龙江伊春人，硕士研究生，研究方向：植物学。*通讯作者，副教授，硕士，硕士生导师，从事植物生理与分子生物学研究。

2016-09-21

S 718.43

A

0517-6611(2016)33-0061-02