Cd、Pb单一胁迫对芳樟矿物质元素及叶绿素含量的影响

谢亚兵+林铃+叶兴状+李晨烨+曾桂华+赵润泽+黎璇+黄秋良+张国防

摘 要：以1a生芳樟扦插苗为研究对象，在福建农林大学温室大棚采用盆栽的方法研究不同浓度的Cd、Pb单一胁迫下芳樟对矿物质元素的吸收特性。经方差分析，结果表明：总体上来看Cd胁迫对于芳樟叶、茎、根对矿质元素K、Ca、Mg有促进吸收作用的浓度范围分别为0～20mg·kg-1、0～40mg·kg-1、0～20mg·kg-1。Pb胁迫对于芳樟叶、茎、根对矿质元素K、Ca、Mg的吸收普遍呈抑制的趋势，但在浓度0～400mg·kg-1Pb胁迫下对芳樟叶、茎对矿质元素Ca的吸收的却有促进作用。进一步的对芳樟叶绿素含量进行分析，Cd、Pb单一胁都会降低芳樟叶绿素a、叶绿素b的含量，高浓度胁迫下影响最为强烈。

关键词：芳樟；Cd；Pb；矿质元素；叶绿素

中图分类号 S718.3 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）24-0014-04

Abstract：The absorption characteristics of Cinnamomum camphor var.1inaloolifera Fujita.to mineral elements under single stress under different concentrations of Cd and Pb were studied in greenhouse greenhouses in Fujian agriculture and forestry University by using potted plant as the research object of 1a Cuttage seedling.Through the analysis of variance，the results showed that：in general，Cd stress is 0～20mg·kg-1，0～40mg· kg-1，0～20mg·kg-1 in the concentration range of Cinnamomum camphor var.1inaloolifera Fujita.leaf，stem and root on mineral element K，Ca andmg.Pb stress on the absorption of mineral element K，Ca andmg in Cinnamomum camphor var.1inaloolifera Fujita.leaves，stems and roots was generally inhibited，but the absorption of leaves and stems to mineral element Ca was promoted under the concentration of 0～400mg·kg-1 Pb stress.Further analysis of the content of Cinnamomum camphor var.1inaloolifera Fujita.，Cd，Pb single stress reduced the content of Cinnamomum camphor var.1inaloolifera Fujita.chlorophyll a，b，the most intense impact under high concentration stress.

Key words：Cinnamomum camphora var linaloolifera Fujita.；Cd；Pb；Mineral elements；Chlorophyll

隨着工业化和城市化的快速发展，环境污染日益严重，特别是重金属污染越来越受到人们的关注。重金属通过各种途径进入环境后，参与到土壤—水体—生物系统的循环，通过植物的根系吸收，在植物体中大量积累，危害植物的生长发育[1]。樟树（Cinnamomum camphora（L.）Presl.），常绿阔叶乔木，它具有生长迅速、枝叶茂密、寿命长等特点，而且能吸烟滞尘、涵养水源、固土防沙，是我国南方优良的城市绿化、美化树种；芳樟（Cinnamomum camphora var.1inaloolifera Fujita.）系樟树的一个生化变种，因富含芳香醇而得名[2]，而其根系富集系数远大于小叶榕、红花羊蹄甲、人面子、石斑木、构树等树种，单位重量内能积累较多的重金属[3]。这些都表明芳樟在重金属污染区的绿化、修复以及保护都有十分积极的意义和作用。目前，关于重金属毒害和抗性方面的研究主要集中在生长周期短植物上，还未见对芳樟这一树种的报道。鉴于此，本研究利用不同浓度的Cd、Pb对1a生芳樟扦插苗进行单一胁迫的试验。探究芳樟在Cd、Pb胁迫下的矿质元素吸收反应情况，评定芳樟对Cd、Pb胁迫的抗性能力，为今后优良抗性基因的筛选以及为重金属污染地区环境修复、绿化和保护提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料 试验材料为1a生芳樟扦插苗，平均苗高15cm、平均地径0.3cm。在福建农林大学温室大棚内进行盆栽，盆体规格25cm×25cm×30cm，盆下垫托盘。盆栽基质选用沙壤土，土样风干后过筛并混匀，同时测定其基本理化性质及重金属含量背景值（见表1）；每盆装土约6kg，土壤采用5mg·L-1的福尔马林消毒。2015年6月20日将苗木全部移栽到盆中，并移入温室大棚内培养。待苗木恢复生长后，每盆施入等量500g有机肥，开始进行Pb和Cd胁迫处理。Cd、Pb分别以CdCl2·2.5H2O、Pb（NO3）2盐溶液的形式加入，各设4个浓度水平（见表2），每个处理3个重复，每个重复10株，以清水作为对照（CK）。处理后，根据盆中水分状况，每隔2～4d等量浇入清水一次，以保证植物良好生长。endprint

1.2 试验方法

1.2.1 样品采集方法 试验结束后，采集每一株实验苗的根、茎、叶，并用去离子水冲洗干净，每株保留1～2片新鲜叶片用于叶绿素的含量测定的叶片，其余的在105℃下杀青5min，然后在80℃下烘干至恒重，待干燥后取出，用粉碎机粉碎，过100目筛，干燥保存，用于矿质元素的测定。

1.2.2 矿质元素K、Ca、Mg和叶绿素的测定方法 K、Ca、Mg的待测液的制备采用浓硝酸-浓高氯酸消煮法[4]。叶绿素的含量采用丙醇、乙醇混合浸提法测定[5]。

1.3 数据处理 应用DPS7.0.5软件和Excel 2003软件对实验数据进行统计和分析。

2 结果与分析

2.1 Cd、Pb单一胁迫对芳樟K含量的影响 由图1A可以看出，Cd胁迫下，总体体现出先上升后下降的趋势，叶、茎、根分别在Cd20、Cd40和Cd20的情况下全K含量达到最大，且与对照组呈极显著差异。由图1B可以看出，Pb胁迫下，芳樟各器官的全K含量随着Pb浓度的上升呈下降趋势，且与对照组相比普遍都达到了极显著差异。由此可见，Cd胁迫下，促进芳樟叶、茎、根对K的吸收的浓度范围分别为Cd0-Cd20、Cd0-Cd40、Cd0-Cd20，超出各自浓度范围则起抑制作用；Pb胁迫下，对芳樟叶、茎、根的作用则始终为抑制。

2.2 Cd、Pb单一胁迫对芳樟Ca含量的影响 由图2A可以看出，Cd胁迫下，叶、茎、根全Ca含量先上升后下降的趋势，都在Cd40达到最大值，且与对照组呈极显著差异。由图2B可以看出，Pb胁迫下，芳樟叶、茎全Ca含量变化趋势为先上升后下降，在Pb400的处理浓度下达到最大值，且与对照组呈极显著差异；根全Ca含量随着Pb浓度的上升而呈下降趋势。由此可见，Cd胁迫下Cd0-Cd40会促进芳樟叶、茎、根对Ca的吸收，超出各自范围则起抑制作用；而Pb0-Pb400会促进芳樟叶、茎对芳樟对Ca的吸收，然而P根对Pb胁迫比较敏感，始终起抑制作用。

<2.3 Cd、Pb单一胁迫对芳樟Mg含量的影响 由图3A可以看出，随着Cd胁迫浓度的增加，芳樟叶、茎、根的全Mg含量变化趋势为先上升，后下降；芳樟叶在Cd40变化达到极显著差异，茎和根分别在Cd80与Cd60才体现出与对照组的极显著差异。由图3B可以看出，随着Pb胁迫浓度与芳樟叶、茎、根全Mg的含量呈反比，分别在Pb400、Pb800、Pb400变化达到极显著差异。由此可见，Cd胁迫下，总体上促进芳樟各器官对Mg吸收的浓度范围为Cd0-Cd20，超出其范围则起抑制作用。Pb胁迫下则都是起抑制作用，且浓度越大，效果越显著。

2.4 Cd、Pb单一胁迫对芳樟叶绿素含量的影响 由表3可知，对芳樟叶绿素含量都会随着Cd、Pb单一胁迫浓度的提升不断下降。从叶绿素a+b含量上看，Cd、Pb单一胁迫对其的抑制程度表现出较高的一致性；Cd浓度超过Cd40会对叶绿素a+b含量表现出较强的抑制性，而Pb浓度则要超过Pb600。从叶绿素a和叶绿素b的含量上看，Cd单一胁迫对芳樟叶绿素a的抑制程度要强于Pb单一胁迫，而对叶绿素b的抑制程度则相反。由此可见，Cd、Pb单一胁迫虽然对芳樟绿素a、绿素b的影响存在差异，但是在叶绿素总量上的影响却是相似的，高浓度下抑制程度最为强烈。

3 结论与讨论

本试验结果表明：Cd对芳樟的叶、茎、根对于K的吸收分别在浓度0～20mg·kg-1、0～40mg·kg-1、0～20mg·kg-1有促进作用，相对高浓度则起抑制作用；李隼[6]等研究表明，Cd的浓度的提升会抑制K的吸收，并导致钾的外流量增加。Pb对芳樟各器官起抑制作用；这与Lamhamdi[7]等的研究相一致。对于矿质元素Ca而言，相对低浓度的Cd（0～40mg·kg-1）会促进芳樟叶、茎、根对Ca的吸收，相对高浓度则抑制，这与王丽香[8]等人对于花生的研究类似，低浓度Cd胁迫下反而会促进Ca的吸收，高浓度则表现出抑制。低浓度Pb胁迫同样也表现出这样的趋势，不过对根则一直是抑制的状态。这可能是由于Cd、Pb与Ca的电子价位相同，两者存在交互作用，矿质元素对于低浓度的重金属胁迫具有一定的缓解作用[9]。在矿质元素Mg的吸收方面，低浓度的Cd（0～20mg·kg-1）胁迫下表现为促进，高浓度抑制；而Pb的胁迫浓度则是与Mg的吸收呈负相关。宇克莉等[10]研究也发现，Cd胁迫下玉米对Mg元素的吸收也表现出这样的趋势。另外，植物也会分泌一些磷酸盐将Pb难溶化，不过具有局限性，因为Pb并不会被移除，而这种胁迫依然会存在，并导致以Mg为中心的叶绿素的光合作用受到影响[11]。

参考文献

[1]梁芳，郭晋平.植物重金属毒害作用机理研究进展[J].山西农业科学，2007，35（11）：59-61.

[2]张国防.芳樟精油主成分变异与选择的研究[D].福州：福建农林大学，2006.

[3]邹春萍，陳金峰，张佩霞.六种乡土树种重金属富集特性试验研究[J].南方农业，2016，16：16-19.

[4]中华人民共和国林业行业标准——森林植物与森林枯枝落叶层全钾、钙、镁的测定[M].北京：国家林业局发布，1999：280-294.

[5]张志良.植物生理学实验指导（第二版）[M].北京：高等教育出版社，1990.

[6]李集，黄胜东，赵福庚，等.重金属辐对水稻根毛细胞钾离子吸收过程的影响[J].植物生理学报，2011，47（5）：481-487.

[7]LAMHAMDI M，GALIOU O E，BAKRIM A，et al.Effect of lead stress on mineral content and growth of wheat （Triticum aestivum） and spinach （Spinacia oleracea） sedlings[J].Sxudi Journal of Biological Sciences，2013，20（1）：29-36.

[8] 王丽香，陈虎，郭峰，等.铅镉胁迫对花生生长和矿质元素吸收的影响[J].农业环境科学学报，2013，32（6）：1106-1110.

[9] 陈美静，刘倩雯，李雪妹，等.重金属胁迫与植物矿质元素交互作用的研究进展[J].湖北农业科学，2016（09）：2181-2184+2189.

[10]宇克莉，邹婧，邹金华.Cd胁迫对玉米幼苗抗氧化酶系统及矿质元素吸收的影响[J].农业环境科学学报，2010，29（6）：1050-1056.

[11]仲灿，葛晓敏，倪云，等.植物对土壤Cd、Pb污染的修复与抗性机理研究进展[J].世界林业研究，2017（01）：37-43.

（责编：张长青）endprint