鎘污染環(huán)境下中華蚊母樹(shù)的鎘積累與生長(zhǎng)及葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)響應(yīng)

甘 龍,羅玉紅,戴澤龍,王林泉,黃應(yīng)平①

〔1.三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院,湖北 宜昌 443002;2.三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部工程研究中心(三峽大學(xué)),湖北 宜昌 443002;3.三峽地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與生態(tài)環(huán)境湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心(三峽大學(xué)),湖北 宜昌 443002〕

鎘污染環(huán)境下中華蚊母樹(shù)的鎘積累與生長(zhǎng)及葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)響應(yīng)

甘 龍1,2,3,羅玉紅1,2,3,戴澤龍2,3,王林泉1,2,3,黃應(yīng)平1,2,3①

〔1.三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院,湖北 宜昌 443002;2.三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部工程研究中心(三峽大學(xué)),湖北 宜昌 443002;3.三峽地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與生態(tài)環(huán)境湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心(三峽大學(xué)),湖北 宜昌 443002〕

以三峽庫(kù)區(qū)優(yōu)勢(shì)物種中華蚊母樹(shù)(Distyliumchinense)為試驗(yàn)對(duì)象,在其生長(zhǎng)土壤中添加不同w(Cd2+)(0、2、5、15、30 mg·kg-1),研究植物鎘積累、生長(zhǎng)高度及葉綠素?zé)晒鈪?shù)對(duì)不同含量鎘脅迫的響應(yīng)。結(jié)果表明,中、高含量鎘脅迫對(duì)植物的生長(zhǎng)高度及葉綠素總量具有顯著抑制作用;葉綠素?zé)晒鈪?shù)對(duì)植物的耐受性可以進(jìn)行生理學(xué)解釋,鎘脅迫下植物光反應(yīng)中心PSⅡ受到可逆性損傷,葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fv/Fm與RET值隨脅迫時(shí)間先降低后逐漸恢復(fù);添加w(Cd2+)為2 mg·kg-1時(shí),根、莖、葉的鎘富集系數(shù)最大，分別為7.4、8.1和8.2;莖、葉的轉(zhuǎn)移系數(shù)最大，分別為1.01和0.94;中華蚊母樹(shù)具有很強(qiáng)的富集性和轉(zhuǎn)移能力，可以作為鎘污染土壤植物修復(fù)技術(shù)的潛能物種。

中華蚊母樹(shù);鎘污染;熒光參數(shù);葉綠素;富集;轉(zhuǎn)移

三峽庫(kù)區(qū)段的多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查結(jié)果表明,鎘在三峽庫(kù)區(qū)存在區(qū)域性輕度污染(0.2～0.6 mg·kg-1)及點(diǎn)狀中度(0.6～1 mg·kg-1)以上污染;而長(zhǎng)江水系沉積物中鎘含量為0.15～2.14 mg·kg-1,存在連續(xù)的中至重度污染,其中重度以上(>1 mg·kg-1)污染占36%,鎘已經(jīng)成為三峽庫(kù)區(qū)表層土壤中污染最嚴(yán)重的重金屬元素[1]。由于土壤中的鎘污染易被植物富集,對(duì)環(huán)境以及人體健康造成嚴(yán)重影響[2-4]。萬(wàn)雪琴等[5]研究證明鎘脅迫會(huì)影響植物的呼吸與光合作用等,從而改變植物的生長(zhǎng)趨勢(shì)。植物葉片所吸收的光能有3個(gè)走向:光合驅(qū)動(dòng)、熱能、葉綠素?zé)晒?3者之間相互競(jìng)爭(zhēng),因此通過(guò)測(cè)量葉綠素?zé)晒?即可獲得光化學(xué)過(guò)程與熱耗散效率的變化信息[6]。近年來(lái),重金屬鎘對(duì)植物的脅迫影響研究在提高土壤質(zhì)量、改善生態(tài)環(huán)境方面做出了重要貢獻(xiàn)[7-8]。

中華蚊母樹(shù)(Distyliumchinense)為金縷梅科(Hamamelidaceae)蚊母樹(shù)屬(Distylium)常綠灌木,主要分布于烏江流域及長(zhǎng)江三峽庫(kù)區(qū)湖北區(qū)域(宜昌、巴東、秭歸、長(zhǎng)陽(yáng))和重慶區(qū)域(巫山、黔江、酉陽(yáng)、豐都、武隆、江津)長(zhǎng)江三峽兩岸海拔200 m以下干流消落帶中上部,平均高0.8～1.2 m[9-10]。中華蚊母樹(shù)根系發(fā)達(dá)、盤(pán)根錯(cuò)節(jié)且具有極強(qiáng)的喜濕耐澇和抗洪水沖擊的特性,是三峽庫(kù)區(qū)消落帶防沙固土的理想樹(shù)種[11-12];可以在改善土壤質(zhì)量、固土防沙、改善生態(tài)環(huán)境的同時(shí)又具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值[13]。目前關(guān)于它的研究較為鮮見(jiàn),僅劉澤彬等[14]研究了不同淹水時(shí)間下中華蚊母樹(shù)光響應(yīng)特征。

研究不同含量鎘脅迫對(duì)中華蚊母樹(shù)的生理特性及熒光參數(shù)的影響,探討其對(duì)鎘的耐受能力及對(duì)重金屬鎘的富集和轉(zhuǎn)移作用,并通過(guò)光合參數(shù)對(duì)中華蚊母樹(shù)耐受鎘污染的特性進(jìn)行生理學(xué)解釋,為重金屬污染土壤的植物修復(fù)技術(shù)提供重要參數(shù),并為庫(kù)區(qū)重金屬污染土壤的修復(fù)提供新的思路。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)土壤取自三峽大學(xué)植物園,曬干磨細(xì)檢測(cè)土壤中的理化性質(zhì):w(有機(jī)質(zhì))為279 mg·kg-1，w(TP)為445 mg·kg-1，w(TN)為316 mg·kg-1，w(Cd)為0.4 mg·kg-1，w(Pb)為35.35 mg·kg-1，pH值為7.21。選取三峽大學(xué)植物園中同一地點(diǎn)長(zhǎng)勢(shì)大致相同的中華蚊母樹(shù)幼苗并測(cè)定初始高度。用四水硝酸鎘配制w(Cd2+)為0(CK)、2(T1)、5(T2)、15(T3)、30 mg·kg-1(T4) 5個(gè)梯度的處理組[15-16],每個(gè)花盆裝土4 kg,每個(gè)梯度平行設(shè)置3盆,先配好高濃度母土，再風(fēng)干磨細(xì)與實(shí)驗(yàn)土攪拌均勻[17]。2015年9月初,每個(gè)花盆中栽種3株幼苗,實(shí)驗(yàn)過(guò)程保持土壤水分正常。分別在移栽前、第1月末、第2月末共3次測(cè)定各處理植株葉片熒光參數(shù),在第3月末測(cè)定植株不同組織所富集鎘含量。

1.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)定

使用米尺測(cè)量植株主干生長(zhǎng)的絕對(duì)高度,第1月末選取植株中上部長(zhǎng)勢(shì)良好的葉片，用葉綠素儀(SPAD-502 Plus)對(duì)葉綠素含量進(jìn)行測(cè)定,平行測(cè)定10次。每月月末采用便攜式光合儀(LI-6400XT)測(cè)量相同葉位下的熒光參數(shù):初始熒光(Fo)、光下最小熒光值(Fo′)最大熒光(Fm)、光下最大熒光(Fm′)以及穩(wěn)態(tài)熒光(Fs),光合有效輻射(RPA)平行測(cè)定10次;計(jì)算得出PSⅡ的光化學(xué)效率(Fv/Fm)、潛在熒光(Fv/Fo)、光下最大和最小熒光差(Fv′=Fm′-Fo′)、光化學(xué)淬滅系數(shù)〔qP=(Fm′-Fs)/Fv′〕、非光化學(xué)淬滅系數(shù)〔qN=(Fm-Fm′)/(Fm-Fo′)〕、電子傳遞速率〔RET=(Fm′-Fs)/Fm′×RPA×0.5×0.84)〕和電子傳遞的實(shí)際量子產(chǎn)量〔φPSⅡ=(Fm′-Fs)/Fm′)〕 等熒光參數(shù)。使用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定植株根、莖、葉的鎘含量,平行測(cè)定3次并計(jì)算富集系數(shù)(FBC)和轉(zhuǎn)移系數(shù)(FT):富集系數(shù)(FBC)=植株中各部位重金屬含量/土壤中重金屬含量;轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)(FT)=地上部各部位重金屬含量/根部重金屬含量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Office 2010軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,采用SPSS 20.0軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析,采用Origin 8軟件進(jìn)行圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 鎘對(duì)中華蚊母樹(shù)生理指標(biāo)的影響

經(jīng)過(guò)3個(gè)月的鎘脅迫,各組間植株生長(zhǎng)的絕對(duì)高度差異顯著(P=0.024<0.05),低含量植株的生長(zhǎng)高度明顯優(yōu)于中高含量處理組,T1組高度為1.1 cm,T4組為T(mén)1組的49%(圖1);說(shuō)明高含量鎘對(duì)植物脅迫作用明顯,低含量有促進(jìn)植物生長(zhǎng)的作用。

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的重要組成部分,在對(duì)光能的吸收、傳遞、轉(zhuǎn)化過(guò)程中起重要作用,葉綠素的變化也常常作為植物受外部脅迫影響的評(píng)價(jià)指標(biāo)。中華蚊母樹(shù)葉片葉綠素含量在各組間變化顯著(P=0.013<0.05),T2、T3、T4組葉綠素含量分別為CK組的80.7%、84.9%、74.2%,總體來(lái)看，葉綠素含量隨著鎘含量的升高而下降(圖1)。這說(shuō)明在低含量鎘脅迫下植物能夠正常生長(zhǎng),中、高含量鎘對(duì)植株有明顯的抑制作用。

2.2 鎘對(duì)中華蚊母樹(shù)葉片F(xiàn)o、Fm、Fv/Fm和Fv/Fo的影響

初始熒光(Fo)又稱(chēng)基底熒光或暗熒光,指經(jīng)過(guò)充分暗適應(yīng)的光合機(jī)構(gòu)光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)反應(yīng)中心全部開(kāi)放時(shí)的葉綠素(Chl)熒光發(fā)射強(qiáng)度。移栽前各處理組Fo值與CK組差別不大(P=0.548>0.05),移栽前植株生長(zhǎng)狀態(tài)相似,各處理組熒光參數(shù)與CK組都大致相同。由圖2可知,第1個(gè)月時(shí)隨鎘含量的增加脅迫作用明顯,Fo值顯著上升(P=0.014<0.05),T2、T3、T4組Fo值分別是CK組的1.09、1.18、1.21倍;這說(shuō)明在鎘脅迫作用下光反應(yīng)中心(PSⅡ)受到損傷。第2個(gè)月時(shí)各組Fo值逐漸恢復(fù)正常水平,但均高于CK組。

直方柱上方英文小寫(xiě)字母不同表示各處理間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。

最大熒光(Fm)指經(jīng)過(guò)充分暗適應(yīng)的PSⅡ反應(yīng)中心完全關(guān)閉時(shí)的Chl熒光發(fā)射強(qiáng)度。隨著光化學(xué)效率的變化,熱耗散(非光化學(xué)效率)效率也發(fā)生了改變,這種變化也可以通過(guò)Fm值的變化來(lái)體現(xiàn)。第1個(gè)月末Fm值隨鎘含量的增長(zhǎng)而顯著降低(P=0.021<0.05),T2、T3、T4組Fm值分別是CK組的89.7%、82.9%和83.6%;T2、T3、T4組Fm值隨脅迫時(shí)間先降低再升高,各組Fm值逐漸恢復(fù)到移栽前水平,各組間差異不顯著(P=0.236>0.05)。

光化學(xué)效率(Fv/Fm)反映了反應(yīng)中心最大光能捕獲效率,代表植物葉片的生理狀況,一般植物的數(shù)值為0.75～0.85。由圖2看出,Fv/Fm值在脅迫的第1月各組間發(fā)生顯著變化(P=0.015<0.05),Fv/Fm值隨鎘含量的增加而顯著降低,T3和T4組Fv/Fm最低值分別是CK組的85.9%和84.6%;在脅迫的第2個(gè)月Fv/Fm值恢復(fù)到正常水平,各組之間變化不顯著(P=0.341>0.05),但T3和T4組Fv/Fm值小于CK組;這說(shuō)明光反應(yīng)PSⅡ之前因受到鎘脅迫而減少的反應(yīng)中心比例,在經(jīng)過(guò)脅迫適應(yīng)性調(diào)節(jié)后,光合電子鏈的傳遞速率在慢慢恢復(fù),使植物能夠進(jìn)行正常的暗反應(yīng)。

潛在熒光(Fv/Fo)是反映光反應(yīng)PSⅡ在反應(yīng)中心的潛在活性,Fv/Fo值與Fv/Fm值變化趨勢(shì)相類(lèi)似。第1月的Fv/Fo值隨含量上升而下降,變化趨勢(shì)顯著(P=0.017<0.05),T4組Fv/Fo最低，為CK組的75.9%;第2月各處理組潛在熒光恢復(fù)正常水平,說(shuō)明經(jīng)脅迫適應(yīng)性調(diào)節(jié)后,中華蚊母樹(shù)光反應(yīng)PSⅡ的活性逐漸提高。

2.3 鎘對(duì)中華蚊母樹(shù)葉片qN、qP、RET和φPSⅡ的影響

非光化學(xué)淬滅系數(shù)(qN)代表光反應(yīng)中心的光合機(jī)構(gòu)損傷程度,反映光反應(yīng)中心PSⅡ?qū)μ炀€色素吸收多余光能后把光能以熱能形式耗散的部分。如圖3所示,移栽前各組數(shù)值差異不大(P=0.631>0.05),第1個(gè)月時(shí)各組間qN值變化顯著(P=0.013<0.05),且隨鎘含量的增加而顯著升高,T3和T4組qN值分別是CK組的1.12和1.13倍;第2個(gè)月時(shí),各處理組qN值恢復(fù)到正常水平,各組間變化不顯著(P=0.368>0.05);這說(shuō)明前期中華蚊母樹(shù)受脅迫時(shí)吸收的光能大多以熱能形式散失,植株經(jīng)適應(yīng)性調(diào)節(jié)之后,光合作用恢復(fù)正常。

光化學(xué)淬滅系數(shù)(qP)指光反應(yīng)PSⅡ天線色素吸收光能用于光合作用電子傳遞的比例,其值表示光反應(yīng)中心PSⅡ開(kāi)放程度的大小。由圖3所示,第1個(gè)月時(shí)隨鎘含量的增加qP值顯著降低(P=0.009<0.05),T2、T3和T4組qP值分別是CK組的48.9%、25.8%和31.6%。qP與qN變化過(guò)程相反;第2個(gè)月末各組間數(shù)值趨于平穩(wěn)(P=0.437>0.05),光合作用電子傳遞的比例恢復(fù)到正常水平;這說(shuō)明中華蚊母樹(shù)吸收的光能用于光化學(xué)反應(yīng)部分的比例,與光合機(jī)構(gòu)的損傷程度、熱能的消散情況有關(guān)。

直方柱上方英文小寫(xiě)字母不同表示各處理間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。

電子傳遞速率(RET)反映了光反應(yīng)PSⅡ在光適應(yīng)條件下真實(shí)電子傳遞的情況。電子傳遞的實(shí)際量子產(chǎn)量(φPSⅡ)反映PSⅡ相關(guān)的葉綠素吸收的光用于光化學(xué)過(guò)程的比例,它可用于衡量線性電子傳遞的速率(整個(gè)光合的指示)。RET和φPSⅡ的變化趨勢(shì)相似,在鎘脅迫的第1個(gè)月φPSⅡ值隨鎘含量增加而顯著降低,T2、T3和T4組RET分別是CK組的58.9%、55.8%、62.6%;φPSⅡ值分別是CK組的60.2%、55.3%和43.9%;RET、φPSⅡ與qN變化過(guò)程相反。同一含量下,隨脅迫時(shí)間的進(jìn)行,RET值逐漸恢復(fù)到正常水平,中、高含量處理組φPSⅡ值低于CK組(圖3)。這說(shuō)明植株的電子傳遞速率RET在受脅迫后可以逐漸恢復(fù)其功能,但由于φPSⅡ受到高含量鎘的影響,葉綠素吸收的光用于光化學(xué)過(guò)程的比例要低于正常水平。

2.4 中華蚊母樹(shù)各組織鎘含量以及富集系數(shù)(FBC)和轉(zhuǎn)移系數(shù)(FT)

中華蚊母樹(shù)在鎘脅迫3個(gè)月之后,各組織中鎘含量如圖4所示,各處理組莖、葉、根鎘含量與CK組相比均達(dá)到顯著水平(P<0.05),T1組莖、葉鎘含量已達(dá)15 mg·kg-1左右,隨著鎘含量的增加,莖、葉中鎘吸附量大致相同;根的吸附量和鎘含量呈正相關(guān)關(guān)系,T4組根的吸附量達(dá)63.2 mg·kg-1。

圖5表明，中華蚊母樹(shù)莖、葉、根的FBC隨著鎘含量增加而顯著降低(P<0.05),T1組莖、葉、根FBC值均最大(7.4、8.1和8.2),莖、葉的FBC差別不大,根的FBC明顯大于莖、葉;T1組莖、葉的FT接近1。在中、低含量時(shí)中華蚊母樹(shù)各部位FBC值均大于1,說(shuō)明中華蚊母樹(shù)具有很強(qiáng)的從土壤中吸附鎘的能力;FT按近1,說(shuō)明在低含量時(shí)中華蚊母樹(shù)吸收鎘能力的效率最高;莖、葉、根的鎘含量大致相同,即植株有很強(qiáng)的從地下部向地上部轉(zhuǎn)移鎘能力。

直方柱上方英文小寫(xiě)字母不同表示各處理間鎘含量差異顯著(P<0.05)。

直方柱上方英文小寫(xiě)字母不同表示各處理間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。

3 討論

目前，像鎘一類(lèi)的重金屬在土壤中的危害日益加重,工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在土壤中所產(chǎn)生的重金屬污染主要以結(jié)合態(tài)形式存在[18]。在人工栽培以及控制實(shí)驗(yàn)的條件下,通過(guò)對(duì)中華蚊母樹(shù)的生理特性研究,能夠反映出重金屬污染對(duì)植物生長(zhǎng)趨勢(shì)的影響。植物外觀生長(zhǎng)狀況是觀察重金屬對(duì)植物影響的最顯著特征。中華蚊母樹(shù)生長(zhǎng)的絕對(duì)高度在不同含量間差異明顯,相對(duì)于CK組低含量鎘有促進(jìn)作用,而中、高含量鎘處理組表現(xiàn)出明顯的抑制作用,說(shuō)明不同含量鎘對(duì)植物生長(zhǎng)狀態(tài)有著很大影響[19]。

光合作用是植物的生命之源,植株受到脅迫之后,葉綠素總量直接影響植物光合作用的效率,實(shí)驗(yàn)測(cè)得葉綠素總量隨鎘含量升高而降低,可以看出中、高含量鎘對(duì)中華蚊母樹(shù)有脅迫作用[20]。在脅迫的逆境中葉綠體吸收光能所消耗的3種途徑(光合電子傳遞、葉綠素?zé)晒饧盁嵘⑹?的比例會(huì)發(fā)生變化,熒光參數(shù)是光合作用的內(nèi)在指針,能夠?qū)χ参锏哪褪苄赃M(jìn)行生理學(xué)解釋[21-22];植物受重金屬脅迫的逆境情況可以通過(guò)葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué)參數(shù)來(lái)表現(xiàn),在正常生長(zhǎng)條件下植物的各個(gè)熒光動(dòng)力學(xué)參數(shù)比較穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)大的波動(dòng)[23]。光合作用中受到脅迫的光合機(jī)構(gòu)與光反應(yīng)中心PSⅡ聯(lián)系緊密,且Fo值與光反應(yīng)中心PSⅡ有關(guān),隨著脅迫的進(jìn)行,Fo值增加可能反映出植物的光反應(yīng)中心PSⅡ受到不可逆的破壞或可逆性損傷;圖1中的Fo值隨脅迫時(shí)間先上升后顯著下降;說(shuō)明鎘脅迫使植物葉片光反應(yīng)中心PSⅡ受到可逆性損傷[24]。Fv/Fm代表著光反應(yīng)中心PSⅡ捕獲激發(fā)能的效率即光化學(xué)效率,T2、T3、T4組Fv/Fm值從第1月末的最低值逐漸上升的變化過(guò)程,說(shuō)明隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行,前期的鎘脅迫影響了反應(yīng)中心捕獲光能的效率,后期經(jīng)過(guò)適應(yīng)性調(diào)節(jié),中華蚊母樹(shù)在一定程度上恢復(fù)了其功能[25]。Fv/Fo與Fv/Fm的變化相似,說(shuō)明潛在熒光在鎘脅迫過(guò)程中也受到顯著影響,反映出光合活性也受到鎘脅迫的影響[26]。

葉綠素?zé)晒獯銣绶譃楣饣瘜W(xué)淬滅系數(shù)(qP)和非光化學(xué)淬滅系數(shù)(qN)2種,都是葉綠體耗散能量的途徑,RET代表著脅迫作用下的電子傳遞速率,φPSⅡ反映PSⅡ相關(guān)的葉綠素吸收的光用于光化學(xué)過(guò)程的比例[27]。在鎘脅迫的第1月,qN隨鎘含量增加顯著增大,qP、RET和φPSⅡ的變化規(guī)律則與qN相反;說(shuō)明中華蚊母樹(shù)受到鎘脅迫時(shí)的光合活性和電子傳遞效率隨著鎘含量的增加而降低,葉片吸收的大多數(shù)光能通過(guò)熱耗散形式散失,這與賈中民等[28]研究的三峽庫(kù)區(qū)岸生植物秋華柳(Salixvariegata)對(duì)鎘脅迫的光合響應(yīng)得出的葉片在受到脅迫時(shí)的光合活性和電子傳遞效率受到影響,吸收的光能多以熱耗散形式散失這個(gè)結(jié)論相符;第2月qN、qP、RET及φPSⅡ都逐漸恢復(fù)到正常值;說(shuō)明植株通過(guò)自適應(yīng)調(diào)節(jié)后,光合活性和電子傳遞效率恢復(fù)正常[26]。

植物對(duì)重金屬的耐性指在重金屬污染土壤中能正常生長(zhǎng)的植物,還能適應(yīng)一些極端環(huán)境;通過(guò)對(duì)中華蚊母樹(shù)各組織鎘含量的測(cè)定以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中植物的長(zhǎng)勢(shì),能夠表明中華蚊母樹(shù)對(duì)鎘污染土壤表現(xiàn)出很強(qiáng)的修復(fù)性[29]。富集系數(shù)反映植物對(duì)重金屬的累積能力,其值越大,說(shuō)明在某一含量下植物對(duì)重金屬的累積能力越強(qiáng);轉(zhuǎn)移系數(shù)指植物從根部向地上部運(yùn)輸重金屬的能力,也能反映出重金屬在植物各組織的分布情況,系數(shù)越大，說(shuō)明向地上部轉(zhuǎn)移重金屬的能力就越強(qiáng)[30-31]。在不同含量鎘污染下中華蚊母樹(shù)各組織富集系數(shù)均大于1,T1組富集系數(shù)最大;低含量鎘處理組莖、葉的轉(zhuǎn)移系數(shù)接近于1,隨鎘含量的增加轉(zhuǎn)移系數(shù)降低,周啟星等[32]認(rèn)為只有當(dāng)富集系數(shù)與轉(zhuǎn)移系數(shù)均大于1時(shí)才是超富集植物,說(shuō)明在治理鎘污染時(shí),中華蚊母樹(shù)與魏樹(shù)和等[33]研究的超積累植物龍葵(Solanumnigrum),與鄒春萍等[34]研究的超富集植物白花鬼針草(Bidenspilosa)都屬于超富集植物;但與其他超富集植物相比,中華蚊母樹(shù)生物量大，根系發(fā)達(dá),具有固定和轉(zhuǎn)移重金屬的優(yōu)勢(shì);在植物的修復(fù)效率上與土壤的污染程度有關(guān),低污染區(qū)修復(fù)效率高,針對(duì)目前三峽庫(kù)區(qū)的污染情況,中華蚊母樹(shù)具有很高的修復(fù)效率,加強(qiáng)此方面的研究有助于篩選出高修復(fù)率植物[29]。

綜上所述,從植株生長(zhǎng)高度和葉綠素總量來(lái)判斷植株對(duì)不同鎘含量的適應(yīng)性;通過(guò)測(cè)定Fo、Fv/Fm和RET等熒光參數(shù)來(lái)對(duì)植物耐受性進(jìn)行生理學(xué)上的解釋。從中華蚊母樹(shù)各器官吸附含量以及富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)可以看出，中華蚊母樹(shù)具有很強(qiáng)的富集與轉(zhuǎn)移性,這為庫(kù)區(qū)鎘污染土壤的修復(fù)提供依據(jù),且中華蚊母樹(shù)根系發(fā)達(dá)，生命力強(qiáng)，對(duì)固土防沙、保持庫(kù)區(qū)壩坡穩(wěn)定起到很好的作用,所以中華蚊母樹(shù)可以作為重金屬污染土壤植物修復(fù)技術(shù)的潛能物種。

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(責(zé)任編輯： 陳 昕)

Responses ofDistyliumchinenseto Cd Stress in Cd Accumulation, Growth and Chlorophyll Fluorescence Dynamics.

GANLong1,2,3,LUOYu-hong1,2,3,DAIZe-long2,3,WANGLin-quan1,2,3,HUANGYing-ping1,2,3

(1.Collgeg of Hydraulic and Environmental Engineering, China Three Gorges University, Yichang 443002, China;2.Engineering Research Center of Eco-environment in the Three Gorges Reservoir Region, Ministry of Education, China Three Gorges University, Yichang 443002, China;3.Collaborative Innovation Center for Geo-Hazards and Eco-Environment in Three Gorges Area Hubei Province, China Three Gorges University, Yichang 443002, China)

Distyliumchinense(growth similar), a dominant species in the Three Gorges Reservoir area, is selected as object for the study to investigate responses of the tree to Cd stress [w(Cd2+), 0, 2, 5, 15 and 30 mg·kg-1] in Cd accumulation, growth and chlorophyll fluorescence parameters. Results show that Cd stress, moderate and high in concentration, inhibited significantly growth in height and total chlorophyll content of the plant under stress. Chlorophyll fluorescence parameters of the plant can be used to explain Cd tolerance of the plant physiologically. Cd stress damaged the plant′s photoreactive center PSⅡ, though reversibly. Chlorophyll fluorescence parameters (Fv/FmandRET) declined first and gradually came back with the stress going on. Under the Cd stress of 2 mg·kg-1, Cd enrichment coefficient of the plant reached up to 7.4, 8.1 and 8.2 in roots, stems and leaves, respectively, and Cd transfer coefficient up to 1.01 and 0.94 in stem and leaves, respectively. ObviouslyDistyliumchinensepossesses a high Cd accumulation and transfer capacity. According to the pollution status of the Three Gorges Reservoir area,Distyliumchinensecan be used as a potential species for phytoremediation of Cd contaminated soils.

Distyliumchinense; Cd pollution; fluorescence parameter; chlorophyll; enrichment; transfer

2016-07-07

國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專(zhuān)項(xiàng)(2012ZX07103-005)

X53

A

1673-4831(2017)07-0665-08

10.11934/j.issn.1673-4831.2017.07.012

甘龍(1992—),男,安徽淮南人,碩士生,主要從事生態(tài)水利方面的研究。E-mail: 821333219@qq.com.

① 通信作者E-mail: hbyin@niglas.ac.cn