铅胁迫对2种三峡库区消落带适生植物生理特性及铅积累的影响解读Word格式文档下载.docx
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1.1材料
实验植物狗牙根（Cynodondactylon（Linn.）Pers）和双穗雀稗（PaspalumDistichum）均采自于三峡库区万州牌楼消落带，选取生物量大致相同的幼苗，采回后，先移栽到土壤中培养直至长出新叶。
移出培养后的植株，先后用自来水、去离子水冲洗狗牙根、双穗雀稗根、茎数次，直至去离子水中检测不出Pb2+后,放于装有65ml的Hoagland营养液的广口试剂瓶中水培培养。
1.2方法
以Hoagland营养液为稀释液，一次性加入Pb（NO3）2，使溶液中含Pb量（以纯Pb计算）分别为0mg/L、10mg/L、20mg/L、40mg/L和80mg/L，在装有65ml的Hoagland营养液的广口试剂瓶中分别加入上述处理液。
保持24h连续通气，白天移到室外充分光照，每天观察。
若瓶中液体量减少则进行补充，每五天更换带有重金属的营养液。
实验设三个重复，共15个组。
都在培养22d后，取植株第2-3叶（从上到下），测定各项生理生化指标。
植株生长30天后，收获植物，测定地上（下）部分铅含量，并计算富集系数和转运系数。
富集系数=植物地上或地下部分铅含量/营养液中铅含量
转运系数=地上部分铅含量/根中铅含量
1.3测试项目与方法
1.3.1植物生理指标
叶绿素含量采用丙酮一乙醇分光光度法（郝建军，2004）；
过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）活性的测定：
购买南京建成生物工程研究所的试剂盒测定；
过氧化氢酶（CAT）活性的测定：
采用分光光度法（李合生，2000）测定。
1.3.2植物样品中重金属铅含量的测定
将30d后的狗牙根和双穗雀稗用去离子水洗净后根、茎分离，并在40～60℃鼓风干燥箱中烘干。
干燥后称重,将根、茎剪碎后放入磨砂研钵内研磨至大小、粗细均匀的粉末，精确称取0.2000g样品，加入浓HNO3：
浓H2SO4=4：
1，同时做空白组；
将以上溶液在MARS240微波消解系统（美国CEM公司）消解后，移入塑料瓶中保存,用AA-6300原子吸收分光光度计（日本岛津公司）测定样品Pb2+含量。
单位为mg/Kg干重。
1.4数据处理
利用SPSS12.0软件进行实验数据处理和分析
2结果与分析
2.1铅胁迫对2种消落带适生草本植物生长的影响
铅胁迫对狗牙根和双穗雀稗生长都有一定的影响，从表1可以看出，随着Pb2+离子浓度的增大狗牙根和双穗雀稗的生长都呈现先升后降的趋势：
Pb2+浓度小于20mg/L（狗牙根）
表1.不同浓度Pb2+处理对两种草本植物生长的影响
Tale1EffectsofPb2+stressongrowthoftwoherbaceousplants
Treatments
Pb2+/mg/L
newrootnumber
newbudnumber
Cynodondactylon
5
7
10
6
8
20
9
40
80
4
PaspalumDistichum
3
2
和10mg/L（双穗雀稗）时，新发芽数及新根数多于空白组，20mg/L（10mg/L）时最大；
当Pb2+浓度达到80mg/L时均生长缓慢，到第30d死亡；
说明低浓度的Pb2+对狗牙根和双穗2.2铅胁迫对2种适生草本植物叶绿素含量的影响
营养液中铅对叶绿素含量的影响与其生长的变化趋势基本相似。
如图1可知;
狗牙根和双穗雀稗经过铅胁迫后，叶片叶绿素含量在铅低浓度时增加，而随着铅浓度增加叶绿素含量又减少。
叶绿素含量呈现先增后递减，各处理间差异显著（P<
0.05），其相关系数分别是：
-0.539和-0.587。
当狗牙根生长在10-20mg/L铅处理的营养液中，其叶绿素含量均比对照高，以20mg/L铅处理的叶绿素含量最高，比对照增加59.03%。
而双穗雀稗却以10mg/L铅处理的叶绿素含量最高，达1.675mg/g,比对照增加59.22%。
说明在一定浓度范围内，铅具有促进叶绿素合成的作用，只是不同植物最适浓度不同。
当营养液中铅处理浓度均达到80mg/L时，2种植物叶绿素含量都明显降低，分别比对照降低40.2%（狗牙根）和42.99%（双穗雀稗）。
植物形态上也有明显变化，表现为植株矮化，叶色变淡甚至出现黄花现象，以双穗雀稗表现较为明显。
因此，双穗雀稗叶绿素对铅胁迫较为敏感，而狗牙根叶绿素相对稳定，说明狗牙根对铅胁迫有较强的抵抗能力。
图1Pb2+胁迫对2种草本植物叶绿素含量的影响
Fig．1EffectsofPb2+stressonactivitiesofchlorophyllcontentinleavesoftwoplants
2.3铅胁迫对2种适生草本植物超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性的影响
POD、SOD、CAT共同组成一个有效的活性氧清除酶系统，是植物适应多种逆境胁迫的重要酶类，被称为植物保护酶系统。
在植物受到逆境胁迫时，它们可以协同清除植物体内的自由基，从而保护膜系统。
高浓度Pb2+胁迫下三者的平衡被打破，植物体内自由基含量上升，影响植物体正常生长，使之出现毒害症状（徐勤松等，2001；
周长芳等，2001）。
SOD是重要的活性氧清除酶，在逆境胁迫下，如在重金属胁迫下，植物体内产生大量的活性氧自由基，为了保护细胞免受活性氧胁迫的伤害，SOD能及时有效的清除自由基。
SOD活性的变化可以较好地反映植物遭受逆境胁迫的状况．图2可知，狗牙根和双穗雀稗在正常的生长条件下，SOD活性存在一定的差异，随着营养液中外源铅浓度的增加，2种适生草本植物的SOD活性逐渐下降，并低于对照，而且各处理间差异显著（P<
0.05），SOD活性与铅浓度呈负相关，相关系数分别是-0.367（狗牙根）和-0.973**（双穗雀稗）。
在铅浓度小于20mg／L时，狗牙根和双穗雀稗SOD活性分别比对照降低10.28%和14.81%。
在铅浓度达到80mg／L狗牙根和双穗雀稗SOD活性急剧下降，分别比对照降低62.17%和44.14%。
这说明在铅胁迫浓度较低时，植物体内SOD活性降低较慢，而当铅浓度增加到一定量时，SOD活性迅速降低．植株SOD活性明显受到抑制，因此铅对植株叶片SOD活性毒害作用较大。
图2Pb2+胁迫对2种草本植物SOD活性的影响
Fig．2EffectsofPb2+stressonactivitiesofSODinleavesoftwoplants
POD和SOD一样，也是植物抗氧化系统中重要的酶。
它能将SOD的歧化产物H2O2分解成H2O。
严重的逆境可能诱使植物产生更多的过氧化物，增强POD的活性。
因此，较高的POD活性可以反映植物组织受到破坏和损害的程度。
随着营养液中外源铅浓度的增加，狗牙根和双穗雀稗叶片内POD活性先增加后下降，而且各处理间差异显著（P<
0.05），见图3。
狗牙根和双穗雀稗POD活性与外源铅浓度呈正相关，相关系数分别为0.899*和0.799。
当铅含量为一定量（狗牙根20mg/L，双穗雀稗10mg/L）时，狗牙根和双穗雀稗的POD活性达到最大值，分别比对照增加120.02%和69.89%。
当铅含量超过20mg/L（狗牙根）和10mg/L（双穗雀稗）时，2种草本植物的POD活性迅速下降，说明在同样的铅污染环境中，狗牙根比双穗雀稗具有较强的抵御能力．此时铅胁迫超出了植物的耐受能力．
图3Pb2+胁迫对2种草本植物POD活性的影响
Fig．3EffectsofPb2+stressonactivitiesofPODinleavesoftwoplants
CAT可促使H2O2分解为分子氧和水，清除体内的过氧化氢。
随着营养液中外源铅浓度的增加，狗牙根和双穗雀稗叶片内CAT活性先增加后下降，而且各处理间差异显著（P<
0.05），见图4。
狗牙根和双穗雀稗CAT活性与外源铅浓度相关系数分别为0.178和0.536。
当铅含量为一定量（狗牙根20mg/L，双穗雀稗10mg/L）时，狗牙根和双穗雀稗的CAT活性均达到最大值，分别比对照增加46.23%和91.48%。
当铅含量超过一定量（狗牙根20mg/L，双穗雀稗10mg/L）时，2种植物CAT活性都下降。
说明狗牙根比双穗雀稗具有较强的耐受能力，此时铅胁迫超出了植物的耐受能力。
图3Pb2+胁迫对2种草本植物CAT活性的影响
Fig．3EffectsofPb2+stressonactivitiesofCATinleavesoftwoplants
2.4铅在2种适生草本植物体内的积累和分布情况
随着营养液中外源铅浓度的增加，狗牙根和双穗雀稗2种草本植物地上部分和地下部分铅积累的浓度明显上升，而且各处理间差异显著（P<
0.05），见表2。
相关分析表明，狗牙根和双穗雀稗这2种草本植物地上部、地下部铅积累浓度与营养液中外源铅浓度呈正相关，相关系数分别为0.985**、0.975**和0.905*、0.902*。
但无论外源铅浓度高或低，2种草本植物地上部铅浓度都低于地下部，这说明根部积累的铅只有部分转移到地上部分。
耐性植物选择的重要指标之一是植物对重金属的吸收分布情况，富集系数反映了植物对重金属的富集能力，转运系数则反映了重金属在植物体内的运输和分布情况。
狗牙根和双穗雀稗地上部和地下部富集系数平均值分别为9.15、59.28和14.32、26.26，说明这2种植物对铅富集能力狗牙根大于双穗雀稗。
狗牙根和双穗雀稗2种草本植物转运系数平均值分别是0.44、0.42，表明狗牙根能较快地将吸收的铜向地上部分转运，但双穗雀稗转运铜的能力相对较低。
因此在三峡库区消落带铅污染的土壤、水体上种植狗牙根和双穗雀稗，狗牙根的修复效果较好。
表2Pb2+在2种草本植物体内的积累和分布情况1）
tale2Pb2+concentrationanddistributionintwoherbaceousplantsunderPb2+stress
Pb2+concentration（mg/L）
Shoots（mg.kg-1）
Roots（mg.kg--1）
translocationfactors
accumulationfactors
shoots
roots
17.25±
0.34e
28.48±
0.37e
0.61
——
102.25±
3.27d
103.30±
2.74d
0.99
10.23
10.33
249.73±
2.05c
1062.78±
2.38c
0.23
12.49
53.14
252.02±
2.03b
1709.63±
1.75b
0.15
6.30
42.74
807.36±
2.89a
3033.76±
1.49a
0.20
7.59
37.92
51.20±
0.28e
74.80±
0.26e
0.60
170.30±
2.83d
410.56±
2.54d
0.24
17.03
41.06
238.12±
1.67c
551.30±
1.69c
0.11
11.91
27.57
746.75±
2.44b
753.88±
2.94b
18.67
18.85
773.43±
2.49a
1084.47±
2.67a
0.19
9.67
13.56
1）同列具有不同字母上标者为差异显著（P<
0.05）
Thedifferentnormallettersinthesamecolumnindicatedsignificantdifferenceamongdifferenttreatments（P<
3讨论
铅影响植物的生长发育（牛之欣等，2010）,本研究表明，低浓度铅胁迫能够提高狗牙根和双穗雀稗新根数和新芽数，但当铅浓度超出一定范围时，新根数和新芽数降低。
狗牙根对铅的耐受性强于双穗雀稗，这体现了不同植物对铅的耐受性不同，这与前人的研究结果相同（胡霭堂，2003；
DixitVetai）。
叶绿素是光合作用的主要色素，其含量的高低直接标志着植物生长能力的强弱。
低浓度铅胁迫促进叶绿素形成，而高浓度则抑制叶绿素形成（牛之欣等，2010）。
本研究也获得了同样的结论，即低浓度铅胁迫对狗牙根和双穗雀稗叶绿素形成均有促进作用，而高浓度铅则表现抑制作用。
SOD、POD和CAT组成植物抗氧化酶系统，其活性直接影响到活性氧的生成代谢。
高活性抗氧化酶有利于提高植物对各种生物及非生物胁迫的耐受性（胡霭堂，2003）。
本研究表明，低浓度铅处理，对2种草本植物POD和CAT活性均有增加的作用，而高浓度铅处理则表现抑制作用，致使POD和CAT降低，但SOD活性随着铅浓度的增加，逐渐降低，低于对照处理。
这说明，铅对植株叶片SOD活性毒害作用较大，植株SOD活性受到抑制明显；
随铅浓度的增加，POD活性呈上升的趋势，可能是由于铅胁迫对狗牙根和双穗雀稗POD活性起到了诱导作用；
CAT活性升高的原因可能是由于SOD活性增加，歧化反应的生成产物H2O2增加，为了对过量的H2O2作出应激反应，致使植物体内CAT活性上升。
当铅含量超过某一值时，表现为POD和CAT活性下降，而SOD活性一直下降，这表明，在重金属胁迫下，为了清除过多的活性氧，增强植株的抗逆性，减少重金属的毒害作用，植株可通过抗氧化系统的应激反应，形成一个应急系统。
随着重金属浓度增加，重金属铅将钝化植株保护酶的活性，最终造成活性氧防御系统的瓦解，致使植物生理代谢紊乱，加速细胞的衰老和死亡，对植物产生抑制效应甚至毒害作用（SharmaDCetal1996;
PandeyVetal2005）．在铅胁迫下，与双穗雀稗比较，狗牙根有较高的POD和CAT活性，表明狗牙根有较强的耐铅能力。
在本研究中，狗牙根和双穗雀稗对铅的富集量随外源重金属铅含量的增加而增大．但是2种草本植物富集于根中的铅浓度比地上部分（茎、叶）多，这与前人的研究结果一致（邱喜阳等，2008）．依据Baker等（BakerAJMetal,1983;
PandaSKetal,2007）提出的参考值,铅超积累的临界含量为植株地上部的含量达到1000mg/kg．在本试验中，当外源铅处理浓度是80mg/L时，二者地上和地下部分富集铅浓度达最高，其中狗牙根地上、地下部分富集铜浓度达最高，分别为807.36和3033.76mg/kg，说明这2种草本植物都不属于超富集植物．狗牙根和双穗雀稗这2种草本植物物转运系数平均值分别为0.44、0.42，表明狗牙根能较快地将吸收的铅向地上部分转运，但双穗雀稗转运铅的能力相对较低。
综上所述，在三峡库区消落带重金属铅污染土壤、水体治理中，结合环境绿化，狗牙根有一定的潜在应用价值。
5结论
（1）低浓度铅胁迫增加2种适生草本植物新根数和新芽数、叶绿素含量、POD和CAT活性，而高浓度却具有抑制作用，而SOD活性则随着Pb2+浓度的增加呈下降趋势。
说明，在铅胁迫下，狗牙根和双穗雀稗可通过抗氧化酶系统的应激反应形成一个应急系统，用以清除过多的活性氧，减少重金属的毒害作用，增强植株的抗逆性。
并且不同的植物最适浓度不同．随着重金
属浓度增加,最终造成活性氧防御系统瓦解，活性氧数量迅速增加而使得抗氧化酶活性降低,重金属的毒害作用开始显现。
（2）虽然2种适生草本植物对铅的富集都没有达到超富集植物的标准，但从耐铅能力、植株富集铅量和长期耐干旱及水淹等方面综合考虑，在铅污染土壤和水体的植物修复中，狗牙根具有潜在的应用价值，是三峡库区消落带环境修复优良物种
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