铅胁迫下香樟幼苗生理生长的变化及对铅的富集特征
摘要：选取香樟幼苗为试验对象，在土壤中添加5个不同浓度的铅（Pb）进行盆载，测量了香樟幼苗生物量等8个生理生长指标。
结果表明，随着土壤Pb浓度的升高，香樟幼苗生物量、株高、叶绿素含量、净光合速率随之降低，SOD、POD、CAT、MDA随之升高。
土壤中Pb浓度为1 045 mg/kg是重要的临界值，当土壤Pb浓度高于1 045 mg/kg时，香樟幼苗不能正常生长，不能保持最高的转移系数，不能最有效改良土壤。
关键词：铅（Pb）；香樟幼苗；土壤污染；生长指标；生理指标；富集特征 中图分类号： Q945.78 文献标志码： A 文章编号：1002—1302（2015）10—0242—03 随着工农业生产的发展，铅（Pb）污染日益严重，铅通过食物链对人类生命健康造成极大伤害。
传统的铅污染治理成本高，不但影响土壤结构，而且治理面积小，不能从根本上解决问题。
利用植物对铅的吸收富集能力进行铅污染治理的植物修复技术成本低、对环境破坏小、能够进行大面积推广，具有广阔的应用前景[1—3]。
采用超富集植物对重金属污染土壤进行修复，由于生物量低、生长缓慢、易受杂草竞争性威胁等原因导致实际应用受到限制[4—5]。
国内外相继开展了木本植物修复重金属污染土壤研究，木本植物修复重金属污染土壤具有生物量大，生长周期长，根系、茎、枝、叶面积较大，吸收积累重金属能力强，不参与食物链循环等优点[6—8]。
香樟（Cinnamomum camphora L.）属樟科樟属常绿木本植物，是我国重要的材用和特种经济树种，具有重要的生态价值、经济价值，也是各地园林栽培中应用极为普遍的绿化树种之一，在少数地区用于尾矿的植被恢复。
本试验利用香樟作为植物修复的备选植物，初步研究土壤中添加不同含量Pb对香樟幼苗生理生长的影响以及Pb在香樟幼苗体内的富集分布规律，旨在为利用木本植物进行环境修复提供参考。
1 材料与方法 1.1 材料 2014年4月上旬取南阳师范学院校园花房温室内20 cm高、长势一致的5月龄香樟幼苗作为材料，用自来水、纯水多次冲洗幼苗。
Pb胁迫处理：在高约50 cm、直径30 cm的塑料桶中装10 kg干土（黄棕壤土，pH值为6.5，Pb本底含量为45 mg/kg，取自河南省南阳市郊区农田土壤），根据干土质量及GB 156182008《土壤环境质量标准》，结合当地重金属高度污染区的实际情况[9]，按照大跨度、多梯度、高污染的原则，向土壤中添加纯Pb2+[用Pb（CH3COOH）23H2O配制，AR]，在包含土壤本底Pb含量的基础上，分别设置：45（1组，对照组）、545（2组）、1 045（3组）、2 045（4组）、3 045 mg/kg（5组）5个Pb胁迫处理，平衡1周。
将香樟幼苗栽植于5个Pb浓度处理土壤中，每桶5株，待植株成活后每桶保留3株并移出室外（其余幼苗回埋桶内土壤中）。
将试验桶放置于南阳师范学院花房内。
晴天接受自然光照，雨天于遮雨棚内避雨，每周补充1次纯水，确保土壤湿度基本保持在适宜水分条件下，每处理重复3次。
9月下旬起苗，测定各处理下香樟生物量以及根、茎、叶各部位Pb含量。
1.2 测定指标及方法 于当年9月下旬起苗，分别用自来水冲洗根、茎、叶，再用蒸馏水冲洗3遍，沥去水分，120 ℃下烘至恒质量，各部分干质量之和即为单株生物量，求平均值。
采用浸提法[10]测定叶绿素含量。
采用TPS—1便携式光合仪（英国PP Systems公司）测定净光合速率（Pn）：幼苗在Pb污染土壤中生长50 d后，于每天10：00左右测定中上部未受害正常叶片的Pn，连续测定3 d，每处理重复测定5张叶片，求平均值。
幼苗在Pb污染土壤中生长50 d后采集叶片，测定各项生理指标：采用高锰酸滴定法测定过氧化氢酶（CAT）活性；采用愈创木酚法测定过氧化物酶（POD）活性；采用氮蓝四唑（NBT）光还原法测定超氧化物歧化酶（SOD） 活性；采用硫代巴比妥酸（TBA）法测定丙二醛（MDA）含量[10—11]。
起苗后分别用自来水冲洗香樟根、茎、叶，再用蒸馏水冲洗 3 遍，沥去水分，120 ℃下烘至恒质量。
将烘干后的植物磨碎，过筛（筛孔直径为 1.4 mm），每种样品称取 0.2 g，加HNO3—H2O2（4 ∶ 1）消化、定容、保存，用AAS—400型原子吸收分光光度计测定样品中Pb含量。
1.3 统计处理 对不同组别不同指标进行方差分析。
根据方差分析结果，将5个试验组分为三大污染类别：无污染、轻度污染、重度污染，按照香樟幼苗生长生理指标进行判别分析。
转移系数（TF）计算公式如下： TF=Gp/Cs。
式中：Gp表示植物中Pb含量，mg/kg；Cs表示土壤中Pb含量，mg/kg。
2 结果与分析 2.1 铅胁迫对香樟幼苗生长指标的影响 表1表明，随着土壤Pb浓度的升高，香樟幼苗生物量、株高呈下降趋势，香樟幼苗生长状况恶化，当土壤Pb浓度大于1 045 mg/kg时，香樟幼苗生物量、株高显著下降。
与对照组相比，当Pb含量为2 045 、3 045 mg/kg时，植株高度分别下降了23.0%、37.9%，生物量分别下降了31.4%、52.6%。
2.2 Pb胁迫对香樟幼苗生理活动的影响 表2表明，随着Pb浓度的升高，香樟幼苗的光合速率、叶绿素含量均呈下降趋势，当Pb浓度大于1 045 mg/kg时，香樟幼苗的光合速率、叶绿素含量均显著低于对照。
当Pb浓度为 3 045 mg/kg 时，香樟幼苗的光合速率与对照相比下降了49.97%，叶绿素总量下降了36.05%。
当Pb浓度大于1 045 mg/kg时，香樟幼苗的生存已受到严重影响。
保护酶SOD、POD、CAT活性与植物的抗性强弱密切相关。
随着Pb浓度的升高，香樟幼苗体内保护酶SOD、POD、CAT活性呈上升趋势，当Pb浓度为2 045 mg/kg时，SOD活性达到最高。
香樟幼苗体内POD、CAT活性随着Pb浓度升高持续升高，当Pb浓度为3 045 mg/kg时，POD、CAT活性达到最高。
随着Pb浓度升高，香樟幼苗体内MDA含量急剧上升，当Pb浓度为3 045 mg/kg时，MDA含量是对照组的2.2倍，表明细胞膜系统可能受到了伤害。
当土壤Pb浓度低于1 045 mg/kg时，香樟幼苗对于外来Pb胁迫的抵抗和保护响应能力较强，当土壤Pb浓度高于1 045 mg/kg时，香樟幼苗对于外来Pb胁迫的抵抗和保护响应能力下降。
2.3 香樟幼苗生理生长指标的判别分析 依据对香樟幼苗生长指标和生理指标的方差分析结果，将原来的5个试验组按照香樟幼苗生长生理受到的危害程度分为三大污染类别：无污染（对照组）、轻度污染（1组、2组）、重度污染组（3组、4组）。
对香樟幼苗生长生理8个指标组进行判别分析，结果表明，香樟幼苗生理各指标在三大污染类别上存在显著差异，三大类正确判别率为100%，说明将土壤Pb 浓度划分为无污染、轻度污染、重度污染三大类别是合理的。
2.4 土壤Pb浓度与香樟幼苗生理指标间的回归关系 表3表明，香樟生长生理各指标生物量、株高、叶绿素含量、Pn与Pb浓度存在负回归关系，SOD、POD、CAT、MDA与Pb浓度存在正回归关系。
2.5 Pb在香樟幼苗体内的富集特征 从表4可以看出，随着土壤Pb浓度的升高，香樟幼苗的根、茎、叶对Pb的吸收量也随之升高。
不论在何种Pb浓度下，根对Pb的吸收量均远高于茎、叶对Pb的吸收量，根是Pb最主要的分布部位，叶片中Pb的分布量最低。
当Pb浓度高于1 045 mg/kg时，香樟幼苗根、茎、叶各部分以及整株对Pb的吸收量都变化不大，转移系数明显下降，除土壤Pb浓度为45 mg/kg外，当土壤Pb浓度为1 045 mg/kg时转移系数在各处理组中均最大，说明土壤Pb浓度为1 045 mg/kg是重要的临界值。
3 结论与讨论 本研究结果表明，随着土壤Pb浓度的增大，香樟幼苗的生长指标（生物量、株高）和叶绿素含量、Pn逐渐减小，但SOD、POD、CAT、MDA含量增大。
当土壤Pb浓度不高于 1 045 mg/kg 时，香樟幼苗自身抵抗Pb胁迫的适应能力较强，能够进行正常的生理活动。
当土壤Pb浓度高于 1 045 mg/kg 时，香樟幼苗自身抵抗Pb胁迫的能力下降，正常生理活动受到影响。
香樟幼苗生长生理各指标在无污染、轻度污染、重度污染三大类别的正确判别率为100%，说明土壤Pb污染浓度划分正确，较好地反映了香樟幼苗生长生理变化特征。
香樟生长生理各指标与土壤Pb浓度存在极显著的回归关系，土壤Pb浓度变化对香樟生长生理各指标存在极显著影响。
香樟幼苗根、茎、叶中的Pb含量随土壤Pb浓度升高而升高，但根是最主要的吸收部位。
除无污染情况外，当土壤Pb浓度为1 045 mg/kg时，香樟幼苗根、茎、叶以及幼苗整株的Pb转移系数最高。
土壤Pb浓度为1 045 mg/kg具有重要的临界值意义，当土壤Pb浓度高于1 045 mg/kg，香樟幼苗既不能很好地生长，又不能保持最高的转移系数，有效改良土壤。
秦普丰等研究表明，当土壤中Pb浓度高于1 000 mg/kg时，严重抑制棉花、水稻幼苗生长发育，植株矮小且严重受害[12]。
本研究结果表明，随着土壤Pb浓度升高，香樟幼苗高度、生物量显著降低。
邱永祥等研究表明，Pb处理降低了植株的光合能力，光合速率下降，光效率降低，Pb破坏了植物的超微结构，导致叶绿体解体[13]。
本研究结果表明，随土壤Pb浓度的升高，香樟幼苗平均植株高度、单株生物量、叶绿素含量、净光合速率明显下降。
正常情况下，细胞内自由基的产生和清除处于动态平衡状态，自由基水平很低，不会伤害细胞。
当植物受到胁迫时，平衡会被打破，自由基累积过多，会伤害细胞[14]。
植物体内SOD、POD、CAT协同构成的保护酶系统可以消除在逆境条件下植物体内增加的 O—2 、OH等自由基，减轻植物受伤害的程度。
丙二醛（MDA）是植物组织在逆境下遭受氧化胁迫发生膜脂过氧化作用的产物，其浓度高低是反映细胞质膜过氧化程度的重要指标。
本研究结果表明，当土壤Pb浓度为1 045 mg/kg时，香樟幼苗的丙二醛（MDA）含量显著增高，提示植物受胁迫伤害加重。
土壤中的Pb主要以难溶性化合物存在，导致Pb的迁移性、生物吸收有效性都大大降低。
植物对Pb的吸收与积累程度决定于环境中Pb的浓度、土壤条件、植物叶片大小等。
植物吸收的Pb主要累积在根部，只有少数Pb转移到地上部分。
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