过量铜胁迫对柑橘影响的研究进展（2）

郑重禄

（福建省泉州市洛江区农业水务局 泉州362011）

编者按：随着含铜化肥和农药，污水灌溉、污泥和畜禽粪便的长期大量使用及工业“三废”排放量的增多，增加了土壤中的铜（Cu）含量，植物铜中毒的现象越来越普遍。本文主要综述了柑橘对铜毒害的反应、过量铜对柑橘细胞超微结构、酶活性、光合作用和铜过量与其他元素的吸收影响等，从而为更深入的研究柑橘铜中毒的机理，合理调控果园土壤铜的生物效应，防止铜的污染，指导平衡施肥提供一定的参考。由于文字较多，分期连载。

1.3 柑橘铜的吸收、分配及叶、根含量状况

植物对铜的吸收是一种主动吸收的过程，铜被根系吸收后通过铜转运蛋白运输至植物的其他器官，铜在不同器官的积累规律由大到小依次为根系、枝干、新梢、叶片。铜在柑橘中的分布累积具有剂量-效应关系和组织器官差异性。这种差异既存在于不同的器官或组织，也存在于不同的细胞或细胞的不同部位。铜在细胞壁中含量高，细胞膜内部含量低，铜的移动主要通过细胞间隙。黎耿碧等[31]研究发现，柑橘对铜的吸收均随Cu2+浓度的增加而呈线性增加，根系铜的积累大于枝叶铜的积累，但柑橘的生长量和铜的转移率下降。这说明，柑橘在铜含量高时根系能将铜沉积富集在根部，以根部为最高，向地上部输送较少。

铜在同种柑橘的不同部位的分布不同。黄玉溢等[1]研究发现，广西柑橘叶片铜含量比侧根铜含量少。叶片铜含量在0.90～42.20mg/kg之间，平均为8.78mg/kg，变异系数为94.16%，而侧根铜含量在5.00～50.50mg/kg之间，平均为15.76mg/kg，变异系数为64.39%；不同树龄侧根及叶片的铜含量亦有差异。侧根和叶片的铜含量随树龄的增长而增加，这与耕作层土壤有效铜含量的分布规律一致。

过量铜胁迫时，柑橘根部对铜的积累远大于叶片，叶片中铜含量随着处理铜浓度的增加而增加，但铜从根部向叶片的转移率显著下降[29]。达到一定上限值后，即使增加外界铜浓度，叶片铜含量也不再增加[32]。

柑橘侧根及叶片和果实的铜含量与柑橘园耕作层土壤有效铜之间密切相关，其中侧根、叶片铜含量与土壤有效铜含量之间存在极显著正相关；侧根铜含量与叶片铜含量之间呈显著正相关[18，33，34]。柑橘叶片铜含量与土壤有机质含量呈正相关，与土壤pH值呈负相关[10]。柑橘果实铜含量与土壤中有效铜含量呈正相关，与叶片的铜含量呈正相关[35，36]。这说明，柑橘铜富集量主要来源于土壤的有效含量，与土壤铜含量呈正相关。

铜在柑橘树体内的分布并不均匀。不同柑橘品种及其树体不同部位、不同器官或组织的铜含量存在较大的差异。柑橘不同器官对土壤铜的吸收富集能力(富集系数)的差异大于同一器官的不同组织。以香橙做砧木，树体中的铜含量低于枳砧对照，而红橘做砧木，树体中的铜含量比枳砧对照高[37]。

铜在柑橘叶片中的分布是均匀的，叶绿体中含铜量比较高，线粒体中也含有铜；而茎干和老熟叶片中较少[14]。赣南脐橙叶片铜含量，在不同果园之间变化大；土壤类型对叶片铜含量无影响[38]，这可能与铜的来源有关。不用铜制剂的果园则铜含量相对缺乏或不足。湖北椪柑、脐橙和温州蜜柑叶片铜含量以温州蜜柑叶片最高。就同一柑橘种类而言，叶片铜含量变异性较大，温州蜜柑叶片铜含量与土壤有效铜含量呈正相关[14]。这说明，柑橘叶片铜含量受土壤中铜有效性的直接影响。

紫色丘陵地锦橙与夏橙果肉、果皮、叶片铜含量的总体趋势是叶片＞果皮＞果肉；锦橙叶片对土壤铜的富集能力显著大于夏橙叶片，但锦橙和夏橙的果皮、果肉与土壤铜的富集能力差异不显著[39]。而湖北宜昌温州蜜柑、清家脐橙和四季柚果肉铜含量高于果皮[40～42]。由此可见，柑橘果肉、果皮、叶片铜的富集量与土壤铜的含量呈正相关即土壤中铜的含量越高，柑橘果肉、果皮、叶片铜的富集量也越高。

2 过量铜对柑橘的毒害效应

2.1 柑橘铜中毒的症状表现

土壤中铜含量超过50mg/kg时，柑橘幼苗生长受影响；叶片中铜正常含量为5～16mg/kg，超17mg/kg为过量[43]。黎耿碧等[31]通过水培发现，‘印度酸橘’、‘施文格枳柚’小苗在铜离子浓度≥0.1μmol/L时生长受到抑制；Reuther W和Smith P F[29]研究发现，佛罗里达州酸性沙质土壤铜含量为320～372kg/hm2时，柑橘叶片出现失绿，须根死亡，根系色深短粗。

柑橘铜中毒时往往伴随生长受阻和失绿症。柑橘铜毒害外部症状十分明显，表现为新叶失绿黄化，老叶坏死，叶柄和叶背面有时呈现紫红色，树皮开裂和树干流胶、落叶；反复喷施波尔多液会使柑橘生长减缓，出现部分早期异常落叶[14，43～45]。从外部特征看，柑橘铜中毒的症状与缺铁相似，出现叶片黄化，叶面喷施铁肥或螯合态铁可减轻失绿症。这可能是由于铜过多时会引起铜从生理重要中心置换出其它的金属离子(如铁等)。

据报道，化工厂氯化氢气体泄漏后与空气中的水汽结合形成酸雾，酸雾会与柑橘园刚喷过含铜杀菌剂波尔多液中的碱中和，激活铜离子（Cu2+），叶片过量吸收Cu2+后就会出现毒害症状，即叶片叶脉木质化，叶面呈褐色焦斑直至全褐，叶片脱落（叶柄留树），严重者新梢基本脱落[43]。另外，喷施波尔多液后，药液未干即遇降雨，或在叶片上露水未干时喷药，由于铜的离解度及叶片渗透能力变化，会使叶面上的可溶性铜含量骤然增加而使叶片灼伤等。

庄伊美等报道在红壤蕉柑和椪柑园出现叶片黄化，早期落叶等症状，其原因便是铜含量高，为正常量的2～3倍[46]。Reuther和Smith 观察到美国佛州酸性沙壤土(pH≤5.O)上种植的柑橘叶片易出现缺铁性黄化，被认为是由于铜中毒引起的[29]。

铜中毒首先表现在柑橘根部最易受到毒害，通常表现为新根生长受抑制，伸长受阻而畸形，侧根数量减少，严重时根尖枯死[43]。过量的铜还引起须根腐烂。可见，铜可以影响细胞有丝分裂，质膜结构受损，从而导致根内大量物质外溢。此外，过量的铜引起落叶、落果，促进乙稀合成及生长不活性化。因此，铜毒被认为是引起落叶落果的主要原因[47]。

2.2 铜毒害对柑橘细胞超微结构的影响

过量铜胁迫使植物在细胞、组织和器官水平上的结构及超微结构发生改变。铜与细胞壁具有高度亲和力，大部分以离子形式吸附结合到果胶、纤维素、木质素等上[48]。过量铜对细胞的破坏非常明显，细胞膜破裂，质壁发生分离，部分细胞细胞壁发生溶解状断裂，胞质在细胞间的流动加剧，破坏了细胞间正常的物质及信息传递。

根系是铜直接接触的部位，过量铜首先对柑橘根尖细胞壁、细胞膜结构透性等造成伤害。导致根系细胞超微结构发生改变。铜毒害下根细胞结构完整性受到破坏，皮层细胞、中柱细胞液泡化，细胞质出现淀粉粒，细胞器受到严重损伤，细胞核染色质密度增大，核仁缩小[49]。Doncheva等[50]研究发现，50mol/L Cu2+处理情况下，柑橘砧木小苗根尖细胞受到极大损伤，根尖细胞的细胞壁变薄、弯曲，胞间层降解，线粒体膜降解，细胞质中出现淀粉粒。

张国军[51]研究表明，在5μmol/L Cu2+处理下，柑橘根系细胞质收缩，细胞壁略有降解，发生质壁分离；线粒体嵴消失，核膜局部破裂，核仁消失。当Cu2+浓度＞20μmol/L时，柑橘根尖细胞壁降解，变薄，细胞间距变小；导管壁变薄，髓部变黑，木栓化严重，木质部变黑，维管束排列杂乱；核膜和线粒体膜破裂，液泡破裂，线粒体数量减少甚至解体；淀粉粒随Cu2+浓度的增加而减少。40μmol/L Cu2+处理下，柑橘根系细胞间隙变小，部分细胞壁降解，线粒体消失，细胞内物质溶解，植株已接近死亡。由此可见，铜毒害使柑橘根系逐渐变黑，根尖变粗变短，中柱和皮层细胞壁变薄，根尖细胞间距变小，细胞壁弹性变小，僵硬度增加；线粒体数量减少；膜系统被破坏，核膜线粒体膜破裂；细胞中淀粉粒明显减少，甚至消失；严重时发生细胞溶解。

过量铜胁迫造成柑橘叶片细胞超微结构的破坏。最明显的变化是叶片细胞质膜和细胞器(包括叶绿体、液泡和线粒体等)的膜系统的受损。这也许就是叶绿体对铜敏感的原因。张国军[51]研究发现，当Cu2+浓度为5μmol/L 时就已经对柑橘叶片叶绿体产生伤害，表现为叶绿体变形，叶绿体膜消失，基粒片层扭曲，分布混乱，严重时，叶绿体与细胞质混在一起；20μmol/L Cu2+处理时，柑橘叶片表面细胞凹凸不平，气孔填塞或者关闭；细胞间隙变小，细胞质浓缩，细胞明显发生质壁分离，且细胞壁降解；液泡膜破裂，液泡消失。淀粉粒减少甚至消失；线粒体变形，线粒体膜局部破裂，嵴数量明显减少且结构模糊；当Cu2+浓度达到40μmol/L时，细胞壁局部降解甚至破裂，细胞壁细胞器完全溶在一起，线粒体消失，叶绿体溶解；严重时，导致细胞溶解。

2.3 铜毒害对柑橘生物量的影响

2.3.1 铜毒害对柑橘生长的影响

过量铜胁迫对柑橘毒害效应的表现之一是抑制地上部生长，叶片发生黄化，进而影响产量。在美国佛州，当土壤的含铜量超过50mg/kg时，柑橘幼苗生长受到影响,减慢柑橘种子的发芽速率，延缓实生苗的生长等[29]。过量铜胁迫下柑橘树冠容积、干粗减小，还可引起柑橘大量落叶，枝梢枯萎，甚至全树死亡[44]。土培试验的柑橘小苗品种CM和SC 的生长量都明显地随着营养液中铜离子（Cu2+）浓度的增加而呈线性下降，大于0.1 μmol/L 就明显抑制柑橘小苗的生长[31]。张国军[51]研究发现，0.1μmol/L Cu2+处理对柑橘苗木的毒害不明显，且对生长有一定的促进作用，与对照相比，叶片浓绿，株高及叶片干、鲜重均有所增加；随着Cu2+处理浓度的逐渐增大，当Cu2+浓度为5μmol/L时就已经产生了毒害，叶量变少，叶面积变小，叶生物量降低，生长明显受到抑制。且随着浓度的增加毒害作用逐渐加深，20μmol/L Cu2+处理在15d后嫩芽枯死，叶尖失绿黄化，老叶有部分凋谢。40μmol/L Cu2+处理，7d后叶片开始萎蔫，新叶叶尖失绿黄化，老叶开始脱落嫩芽枯萎。Cu 胁迫还导致柑橘苗木叶、茎水分代谢紊乱，叶、茎吸收水分的能力明显减弱。铜对茎毒害的影响相对比叶小，这与Cu对其他植物的毒害研究相似[52]。

2.3.2 铜毒害对柑橘根系的影响

已有研究表明，外源铜进入土壤后，通过柑橘根系吸收进入根细胞内积累，与细胞膜蛋白的活性位点结合，并随着蛋白质大分子转运到地上部。铜通常在细胞壁和细胞膜的非原生质部分累积，从而阻止了铜进入胞液及向地上部分的转运[53]。根系是铜被植物吸收的最初位点，铜毒害首先是根系，最严重的也是根系。铜几乎被吸收的瞬间就影响根的伸长，伴随着细胞分裂能力的锐减和顶端分生组织核酸的破坏。过量铜影响根系细胞伸长和分化，且在伸长区和分生区检测到更高的生长素活性，说明过量铜引起了生长素的再分配，进而抑制根系细胞增殖[54]。有研究认为，细胞伸展对铜毒害比细胞分化表现得更为敏感[55]。

过量的铜抑制脱羧酶的活性，间接阻碍NH4+向谷氨酸转化，造成NH4+的累积，使根部受到严重损伤。同时铜使分生区细胞核变小，核仁变小，阻滞了其分裂[56]，使之不能发挥正常的吸收与输送养分和水分的功能。土壤中过量的有效态铜会影响土壤中微生物环境，微生物量减少，种群结构受到破坏[57]；土壤中的酶活性，如土壤脲酶、硝酸还原酶等也会受到明显抑制[58]。过量的铜对柑橘丛生菌根有着类似杀菌剂的效应，抑制了丛生菌根的侵染率和柑橘根系的功能和生长发育，从而导致了柑橘缺磷和缺铁症状[59]。

张国军[51]研究发现，0.1μmol/L Cu2+处理柑橘苗，其根鲜重、平均根长均略有增加，但与对照差异不显著。但当Cu2+浓度为5μ mol/L 时就已经产生了毒害，根系长度、侧根数量和根系生长范围均受到抑制，且随着浓度的增加毒害作用逐渐加深，根含水量明显下降，与对照差异达极显著。胁迫20d后，根系生长明显受阻，无新根产生，50d后根尖腐烂，侧根、根毛减少。由此可见，在低铜情况下，柑橘苗的中毒反应不明显，高铜胁迫下柑橘苗现出强烈的中毒现象，且对地下部的伤害大于地上部。

2.3.3 铜毒害对柑橘产量和品质的影响

铜是柑橘多种蛋白质和酶的组成成分，影响碳水化合物、脂肪和氮的代谢，对植株的发育、产量和品质有重要影响。一些供给外源铜的试验表明，铜含量显著影响花器官发育。高浓度铜会抑制柑橘花粉萌发和花粉管伸长。柑橘叶片铜含量显著影响柑橘产量，柑橘果实产量(y)与叶片含铜量(x)间存在二次函数关系y＝-0.6859X2＋15.392x-48.173（r=O.8991**，n=7)[14]。

由于高浓度铜抑制根系生长，降低根系活力，使叶绿素含量降低，导致养分吸收减少，光合速率降低，因而明显降低植株产量和品质。铜的毒性水平仅略高于正常水平[60]，轻微的铜中毒就会导致柑橘的品质下降。随土壤有效铜含量增加，琯溪蜜柚果实粒化程度加重[61]。过量铜可使柑橘树的果数减少[28]，反复喷施波尔多液可使柑橘果实变小，产量降低[44]。

杨生权[10]研究发现，重庆忠县柑橘叶片铜含量与果实品质大多数指标呈负相关。马家柚单果质量和果皮厚度均与果实中的铜呈负相关[62]。南丰蜜橘果实化渣品质因子与叶片铜含量有着密切的联系，果肉瓤瓣剪切力与叶片铜含量呈显著负相关；果肉瓤瓣剪切功与叶片铜含量呈二次函数关系，当铜含量大于35mg/kg时，果肉瓤瓣剪切功随着铜含量的增加而升高；果实维生素C（Vc）随着叶片铜的增加而降低；果实单果重与叶片铜含量呈显著负相关[63]。温州蜜柑叶片铜含量与果实“酸化”有关，果实固酸比与土壤有效铜和叶片铜均呈显著负相关[40]。总之，土壤中过量的铜使果实中铜含量增加，对柑橘产生明显的毒害，通过一系列生物化学过程及代谢过程的紊乱表现，并最终导致柑橘的生物产量和经济产量明显降低。

2.4 铜毒害对不同柑橘砧木的影响

Chundawat等[64]对不同柑橘砧穗组合植株组织中的微量元素进行分析，发现6种砧木对叶片铜含量的影响不显著，而在接穗和不同砧穗组合影响下变化显著。在‘Sathgudi甜橙’上的研究结果与之相似，砧木在微量元素的吸收方面无显著差异。Alva等[29]研究发现，耐铜性较强的‘印度酸橘’在铜过量情况下，对微量元素的吸收下降幅度小于‘施文格枳柚’，枝叶中铜含量显著低于‘施文格枳柚’。用含200mg/kg Cu2+的土壤对‘粗柠檬’与‘印度酸橘’进行处理，发现根系生长都受到影响，但‘粗柠檬’枝梢的生长量受影响程度轻于‘印度酸橘’，同时‘粗柠檬’根系的铜含量比‘印度酸橘’少45%[65]。

另有研究发现，‘施文格枳柚’砧夏橙（SW）在正常情况下，叶片铜含量比酸橘砧夏橙（SM）高，但在过量铜情况下无显著差异；铜过量情况下，SW叶绿素值较SM下降更多，但在根尖显微结构中，SM 胞间层受损呈碎片状，细胞壁也受到严重破坏，而SW细胞结构相对更完整[66]。Hippler F R等[67]研究发现，‘施文格枳柚’砧甜橙（SW）在0.015～0.6 μmol/L 铜浓度期间新梢干质量增长45%，0.6～24μmol/L 铜浓度新梢干质量下降16%，而莱檬砧甜橙（RL）新梢分别增长23%，下降46%；RL 受到胁迫后叶面积较SW下降得更多，MnSOD、Fe-SOD 抗氧化酶活性更低，表明RL 在铜过量时忍耐性不如SW。