镉胁迫对不同品种杨树生长状况的影响

王娜

摘 要：镉是生物毒性最强、迁移性最大的重金属。重金属镉的污染也成为了环境生物学关注的焦点。杨树作为一种最广泛和普遍的树种对修复受镉污染的土壤具有很大的优势。本文通过对22种不同品种的杨树在镉胁迫下的生长状况（发芽率、枝生长高度、根的含水率、根生长性状）的研究表明不同杨树品种在同浓度重金属Cd作用下枝的生长状况为1北枝数最高，为10cm；2北、7北、15北发芽率最高为40%，在发芽阶段对镉的耐受程度最强；12北根的含水率最低，其值为91.2%。2北、12北的杨树品种生根数量最多，它们对镉的耐受程度最强。12北的杨树品种最适合进行镉污染环境的修复。

关键词：镉污染；杨树；土壤修复；胁迫生长；最优品种

中图分类号：Q945 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）18-0003-02

目前重金属污染已经成为环境生物学关注的焦点，大量土壤重金属污染有待修复，我国黑色金属矿山每年排放剥离岩土量达2.0亿t，有色金属直属矿山每年排放固体废物0.6亿t，占用各类土地达2万km2。我国受重金属污染的耕地面积近20万km2，约占耕地总面积1/5[1]。为了治理和修复被重金属污染土地，目前人们采用的方法主要是物理和化学方面的方法，如客土法、石灰改良法、化学淋洗法等等[2]。但这些方法不但治理费用昂贵，而且常常导致土壤结构破坏，土壤生物活性下降，土壤肥力退化等副作用，难以推广应用。因而寻求一种投入低，又可维持土壤肥力的植物修复法一直是众人瞩目的焦点问题。

植物修复技术就是利用植物吸收、富集、降解或固定土壤中重金属离子或其他污染物，以消除或降低污染程度、修复环境的综合环境生物技术，有植物提取、植物挥发、植物稳定和植物促进等修复技术[3]。植物修复优点：植物修复技术较其他物理、化学和生物的方法更受到社会的欢迎。该技术成本低；对环境扰动少；清理土壤中重金属污染物的同时，可以清除污染土壤周围的大气或水体载体中的污染物；有较高的美化环境价值，易为社会所接受；植物修复重金属污染物的过程也是土壤有机质含量和土壤肥力增加的过程，被植物修复过的干净土壤适合于多种农作物的生长；植物固化技术能使地表长期稳定有利于生态环境改善和野生生物的繁衍，而且维持固化的成本低。

植物修复土壤过程中当土壤中重金属离子超过植物对重金属离子的自净作用时，将对植物的生长发育产生不良的影响[4]。植物生长在有重金属污染的环境中，因受重金属的胁迫，植物与重金属接触界面首先受到影响，并且这种影响随着胁迫时间的延长和重金属浓度的升高，植物的损害也会逐渐增加[5]。在重金属中污染中，镉（Cd）是生物毒性最强、迁移性最大的重金属之一。研究表明镉（Cd）能够引起植物体内氧化酶系统紊乱，降低植物碳同化作用，导致气孔关闭，扰乱植物的水分状况，降低叶绿素含量和叶绿体数量，减缓根的生长，减少营养元素的吸收，削弱光合作用，阻止植物生长，并可诱惑产生金属螯合肽和结合蛋白等解毒物质。在矿质营养方面，镉胁迫显著影响植物对养分的吸收、转运、分配和代谢。在进行植物修复之前选用镉抗性好的品种尤为关键。

杨树（Populus）是世界上分布最广、栽培最多的树种，具有重要的生态和经济价值。虽然杨树对镉的富集系数较低（Robinson et al.，2000），但不同无性系间存在显著差异（Laurie set a1.，2004；God bold et a1.，1991），加上其突出的速生豐产性能可以将土壤重金属污染治理与城乡绿化、防护林和短周期工业人工林生产有机结合，发挥很好的生态、经济和社会效益，因此在欧美国家被广泛应用于污染土壤的植物修复（Robinson et a1.，2000；Lauries，2004）。所以本文主要研究重金属镉（Cd）胁迫对不同品种杨树生长状况进行研究，寻找出对重金属镉抗性高、适合进行镉污染土壤修复的杨树品种。

1 试验

采用裁剪的22个不同品种的杨树，分别进行编号1北、2北、4北、5北、6北、7北、8北、9北、10北、11北、12北、15北、16北、19北、20北、21北、22北、23北、24北、25北、26北、29北，插条的规格长10cm，每个品种剪去5根插条备用。根据不同杨树的品种进行编号，把准备的土放好，拿3-4个一样颜色的花盆种一样品种的杨树枝，标上号，先抓5-6把土放入花盆中，然后看杨树枝的芽是不是向上长，若是，则斜着插树枝，使杨树枝没于土中即可。等过上几天之后，加入硫酸镉晶体，洒水，进行观察。从而得出不同杨树品种在同浓度重金属Cd作用下枝的生长状况，发芽率，根的含水率和根的生长性状。测量得到的数据，每盆中的土壤干重为811g（烘干箱中温度为105摄氏度时测得）。

将编号的所有杨树按照顺序进行放好，把相同品种的放在一起，将其置于温度20摄氏度以上的环境中进行培养，取配置好的硫酸镉晶体（3CdSO4·8H2O），然后再加入2100ml水进行稀释，并不间断的浇水，在3月8号，3月10号，3月22号，3月27号，4月12号这几天进行不间断的浇水，观察杨树的动态生长状况。

观察测量项目的方法，有对照试验，在杨树枝的生长期间，观察杨树插条的发芽状况，发芽之后的叶片生长状况；实验收获期，测量杨树植株的根的长度，根的鲜重和干重，苗木的发芽率，每盆中5棵杨树扦插植株的发芽率的对比。

2 结果与分析

2.1 不同杨树品种发芽状况动态

3月8号，4北发芽数为2个，6北、10北、29北发芽数为1个，其他的杨树枝没有发芽。3月10号，2北、10北发芽数最高为5个，23北发芽数4个，21北、29北发芽数3个，4北、6北发芽数2个，11北、15北、16北、20北、24北、26北发芽数分别是1个，其余的没有发芽。3月22号，10北、21北发芽数是5个，2北、12北、23北发芽数是4个，20北、24北、26北、29北发芽数是3个，4北、6北发芽数是2个，1北、8北、15北、25北发芽数是1个，其余没有发芽数。3月27号，5北、11北发芽数是5个，10北、12北、21北、26北发芽数是4个，16北、20北、23北、24北、29北发芽数是3个，2北、6北、15北、19北发芽数是2个，1北、4北、8北、25北发芽数是1个，其余没有发芽数。4月12号，2北、7北、15北发芽数是2个，1北、8北、12北发芽数是1个，其余没有发芽数。

随着不定期的浇水，15北的发芽数由低到高，4月12号其发芽数为2个，2北发芽数由高到低，最后为2个发芽数。1北、8北从3月22号才有发芽数，一直很稳定，保持在1个发芽数。12北由3月22号发芽数4个逐渐降低到4月12号的1个。其余的没有发芽数。根据4月12号的数据得出结论是：2北、7北、15北、1北、8北、12北发芽数多，则说明对镉的抗耐性强，其他的杨树品种枯萎现象严重。

2.2 不同杨树品种在同浓度重金属Cd作用下枝的生长状况

向1北、2北、4北、7北、8北、12北、15北、18北、19北中加入镉离子进行观察其不同杨树品种在同浓度重金属Cd作用下枝的生长状况，得出：1北枝的最高高度是10cm，4北枝的最高高度是8.5cm。镉具有胁迫的作用，而杨树本身具有可修复的作用。可以看出：1北的杨树品种对镉的耐受性最强，4北的杨树品种对镉的耐受性较强，其余最差。

2.3 不同品种杨树在同种浓度重金属Cd作用下的发芽率

2北、7北、15北的发芽率最高是40%，1北、8北、12北发芽率是20%，其他的没有发芽率。在发芽状况动态中，4月12号的发芽数既是本图表中的发芽枝数。根据数据分析：发芽率20%的杨树品种在发芽阶段对镉的耐受程度较强，发芽率40%的杨树品种在发芽阶段对镉的耐受程度最强，其余的杨树品种在发芽阶段对镉的耐受程度最差。

2.4 不同品种杨树在同种浓度重金属Cd作用下根的含水率

根的含水率=（根鲜重最重-根干重最重）/根鲜重最重。7北根的含水率最高，是96.6%。12北根的含水率最低，其值为91.2%，与最高值相差5.4%，8北根的平均干重最高，其值为3.34mg，1北根的平均干重最低，其值为0.43mg，最高与最低根的平均干重相差值为2.91mg。若要镉元素在植物体内累积，则需要含水率较小的，则需要12北的杨树品种进行镉污染环境的修复。

2.5 不同品种杨树在同浓度重金属Cd作用下根的生长性状

8北根的最长长度为6.2cm，4北根的最长长度为4.5cm，12北根的最长长度为4.4cm，1北、7北根的最长长度为3.5cm，2北根的最长长度为2.2cm，8北根的最长长度与2北根的最长长度相差4.0cm，生根数量最多的是2北和12北，生根数量排名第二的是4北、8北，生根数量排名最差的是1北、7北。则说明2北、12北的杨树品种对镉的耐受程度最强，4北、8北的杨树品种对镉的耐受程度较强，1北、7北的杨树品种对镉的耐受程度最差。

3 结语

根据以上实验数据从而得出结论：由对照实验，得出不同杨树品种在同浓度重金属Cd作用下枝的生长状况为1北枝数最高，为10cm。2北、7北、15北发芽率最高为40%，在发芽阶段对镉的耐受程度最强。根的含水率最高的为7北，其值为96.6%，12北根的含水率最低，其值為91.2%，若要镉元素在植物体内累积，则需要含水率较小的，则12北的杨树品种进行镉污染环境的修复。根生长最长为8北，其值为6.2cm。2北、12北的杨树品种对镉的耐受程度最强，4北、8北的杨树品种对镉的耐受程度较强，1北、7北的杨树品种对镉的耐受程度最差。

应该选用12北的杨树品种进行镉污染环境的修复在发芽阶段，对镉的污染环境表现了很强的耐受性，根的含水率最低，根的生长长度排名第二，很适合处理镉对环境的污染问题。

参考文献

[1]彭觥.八十年代中国地质科学：十年来我国矿山地质科技进步新成就[M].北京科技出版社，1992.

[2]夏星辉，陈静生.土壤重金属污染治理方法研究进展[J].环境科学，1997（3）：72-76.

[3]王志香，周光益，吴仲民，等.植物重金属毒害及其抗性机理研究进展.河南林亚科技，2007，27（2）：26-29.

[4]周焱，钱肖余，罗安程.土壤和植物中镉的污染及防治[J].1995，5（12）：19-21.

[5]陈怀满.土壤-植物系统中的重金属污染[M].北京：科学出版社，1996.