Cu2+/Cd2+對(duì)玉米的急性毒性及其與重金屬在根表形態(tài)分布的關(guān)系

董 歌，徐仁扣①

(1.中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210008；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院，北京 100049)

重金屬在土壤-作物系統(tǒng)內(nèi)的遷移、富集及對(duì)生態(tài)環(huán)境的危害引起了全世界的高度關(guān)注[1]。玉米既是全球也是中國(guó)第一大谷物，在保障糧食安全和優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中占有重要地位[2]，然而農(nóng)田土壤重金屬污染引起的食品安全問(wèn)題不容樂(lè)觀。例如，在湖南嚴(yán)重污染的農(nóng)田土壤上，19個(gè)玉米品種籽粒Cd質(zhì)量含量范圍為0.14～0.32 mg·kg-1，超標(biāo)率達(dá)100%[3]。另外，玉米對(duì)Cu2+較為敏感[4]，易受Cu2+的毒害。因此，減緩玉米根系對(duì)Cu2+和Cd2+的吸收和積累具有重要實(shí)際意義。

植物根系表面帶有豐富的官能團(tuán)(—OH、—NH2和—H2PO4等)，質(zhì)子的締合與解離使其表面帶有電荷，且以負(fù)電荷為主，可為陽(yáng)離子提供潛在吸附位點(diǎn)[5]。根系主要通過(guò)形成化學(xué)鍵和靜電吸引方式吸附重金屬離子，植物種類和環(huán)境條件的改變會(huì)影響根系表面官能團(tuán)類型，也會(huì)改變吸附位點(diǎn)數(shù)量和類型[6]，使得根系表面吸附重金屬的化學(xué)形態(tài)發(fā)生變化并影響重金屬在植物組織中的分布[4]。

土壤pH是影響重金屬在土壤固液相分配的最重要因素[7]，可通過(guò)改變重金屬形態(tài)影響重金屬生物有效性，進(jìn)而影響重金屬的生物毒性和植物對(duì)其的吸收[8]。而外源陽(yáng)離子和有機(jī)酸也會(huì)影響重金屬的生物有效性。陽(yáng)離子如Ca2+和Mg2+可與重金屬陽(yáng)離子競(jìng)爭(zhēng)根系表面吸附位點(diǎn)，減少重金屬在根系表面吸附量，進(jìn)而緩解其毒性[9]。pH值為4.5時(shí)，Ca2+和Mg2+緩解小麥根系受Cu2+毒害的效果最佳[10]。植物在受重金屬脅迫時(shí)會(huì)分泌有機(jī)酸，并通過(guò)有機(jī)酸與重金屬形成可溶性絡(luò)合物緩解其毒害[11]。有機(jī)酸羧基和羥基數(shù)目及其在碳鏈中的相對(duì)位置影響有機(jī)酸與Cu2+和Cd2+的絡(luò)合能力[6]，進(jìn)而影響其生物有效性。陽(yáng)離子和有機(jī)酸對(duì)緩解玉米受重金屬毒害的機(jī)制還有待探究。因此，筆者著重研究Cu2+和Cd2+的植物毒性及其與玉米根系表面電化學(xué)性質(zhì)和重金屬形態(tài)分布的關(guān)系，研究結(jié)果可為修復(fù)重金屬污染土壤和保障食品安全提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及生長(zhǎng)條件

供試玉米品種為蘇玉20，購(gòu)于江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院。將玉米種子置于φ=10%的H2O2溶液中消毒10 min后，沖洗干凈，在蒸餾水中浸泡4 h，播于墊有濕濾紙的培養(yǎng)皿中，再放入恒溫培養(yǎng)箱〔溫度為(25±2) ℃，相對(duì)濕度為70%〕中在黑暗條件下催芽48 h。最后，挑選露白的種子在人工生長(zhǎng)室〔14 h光照，27 ℃/10 h黑暗，20 ℃；光照強(qiáng)度(以光子計(jì))為375 μmol·m-2·s-1；相對(duì)濕度為70%〕中水培2 d，再轉(zhuǎn)移至營(yíng)養(yǎng)液(pH值為4.5)中進(jìn)行培養(yǎng)。

營(yíng)養(yǎng)液組分(mmol·L-1)：(NH4)2SO4，2.0；NaNO3，12.0；NaH2PO4·2H2O，1.0；K2SO4·5H2O，3.0；MgSO4·2H2O, 3.0；CaCl2，4.0。營(yíng)養(yǎng)液其他組分(μmol·L-1)：MnCl2·4H2O，9.15；CuSO4·5H2O，0.32；ZnSO4·7H2O，0.77；(NH4)6Mo7O24·4H2O，0.02；H3BO3，46.26；FeSO4·7H2O-EDTA， 20.0。每2 d更換1次營(yíng)養(yǎng)液，第15天時(shí)取根系分別用于Cu2+和Cd2+吸附試驗(yàn)。

1.2 玉米根伸長(zhǎng)抑制試驗(yàn)

玉米根伸長(zhǎng)試驗(yàn)參照ISO標(biāo)準(zhǔn)(11269-1)[12]。取培養(yǎng)48 h后的玉米幼苗分別置于含0.5 mmol·L-1CaCl2以及0.5、1、2、5、10、20、40、60和80 μmol·L-1Cu(NO3)2或Cd(NO3)2溶液(pH值為4.5)中，每個(gè)處理10株幼苗，重復(fù)3次，暗培養(yǎng)48 h，采用式(1)計(jì)算根系相對(duì)伸長(zhǎng)率(E)：

E=(T2-T1)/(C2-C1)×100%。

(1)

式(1)中，C1為對(duì)照處理前根長(zhǎng)，cm；C2為對(duì)照處理48 h后根長(zhǎng)，cm；T1為重金屬處理前根長(zhǎng)，cm；T2為重金屬處理48 h后根長(zhǎng)，cm。

當(dāng)研究不同陽(yáng)離子對(duì)玉米根系受重金屬毒害的影響時(shí)，選定Cu(NO3)2和Cd(NO3)2溶液濃度為40 μmol·L-1，溶液中還含有0.5 mmol·L-1CaCl2背景電解質(zhì)及1或2 mmol·L-1KCl、NH4Cl、CaCl2和MgCl2，其他試驗(yàn)條件同上。

當(dāng)研究不同有機(jī)酸對(duì)玉米根系受重金屬毒害的影響時(shí)，選定Cu(NO3)2和Cd(NO3)2溶液濃度為40 μmol·L-1，溶液還含0.5 mmol·L-1CaCl2背景電解質(zhì)及1 mmol·L-1草酸、檸檬酸、酒石酸或蘋果酸，其他試驗(yàn)條件同上。

1.3 Cu2+和Cd2+吸附/解吸試驗(yàn)

將生長(zhǎng)15 d的玉米根系置于去離子水中浸泡1 h，旨在去除根系表面多余的養(yǎng)分離子。再將根與莖分離，用蒸餾水清洗3次，用濾紙小心吸干其根系表面水分。取約10 g鮮根裝在0.05 mm孔徑尼龍網(wǎng)袋中，在磁力攪拌條件下將根與1 L含40 μmol·L-1Cu(NO3)2或Cd(NO3)2溶液反應(yīng)2 h，取出并用去離子水清洗3次，吸干表面水分，然后依次將根系置于500 mL 0.1 mol·L-1KNO3、0.05 mol·L-1EDTA溶液(pH為6.0)和0.01 mol·L-1HCl溶液中1 h，分別提取植物根系表面吸附的交換態(tài)、絡(luò)合態(tài)和沉淀態(tài)重金屬離子[6]。最終將浸提過(guò)的根系清洗后，置于溫度為50 ℃烘箱中烘干至恒重。采用原子吸收分光光度法測(cè)定提取液中Cu2+和Cd2+含量。

當(dāng)研究不同陽(yáng)離子對(duì)玉米根系吸附重金屬的影響時(shí)，配制含40 μmol·L-1Cu(NO3)2或Cd(NO3)2及1 mmol·L-1KCl、NH4Cl、CaCl2或MgCl2的混合液，溶液pH為4.5。將根系分別置于該混合液中吸附2 h后，用上述浸提液依次提取交換態(tài)、絡(luò)合態(tài)和沉淀態(tài)Cu2+和Cd2+。

當(dāng)研究不同有機(jī)酸對(duì)玉米根系吸附重金屬的影響時(shí)，配制含40 μmol·L-1Cu(NO3)2或Cd(NO3)2及1 mmol·L-1草酸、檸檬酸、酒石酸或蘋果酸的混合液，溶液pH為4.5。其他步驟同上。

當(dāng)研究不同pH值對(duì)玉米根系吸附重金屬的影響時(shí)，配制含40 μmol·L-1Cu(NO3)2或Cd(NO3)2溶液，調(diào)節(jié)溶液pH值分別至4.0、4.5和5.0。其他步驟同上。

1.4 根系表面Zeta電位的測(cè)定

取約10 g玉米鮮根，與初始濃度為40 μmol·L-1Cu2+和Cd2+溶液反應(yīng)2 h，以蒸餾水為對(duì)照。反應(yīng)過(guò)程中控制pH保持恒定為4.5。吸附完成后，用蒸餾水清洗根系3次，擦去多余水分，風(fēng)干，再用流動(dòng)電位法測(cè)定根系Zeta電位[13]。具體做法：將風(fēng)干根剪成2 cm長(zhǎng)，取0.25 g填充樣品池，用稀鹽酸和稀氫氧化鈉調(diào)節(jié)1.5 L流動(dòng)液pH分別為3.76、4.65、5.50、6.86和7.66，再用NaCl調(diào)節(jié)溶液電導(dǎo)率為80 μS·cm-1；將流動(dòng)液泵入測(cè)量池后平衡90 min，更換不同pH流動(dòng)液在最大流量下平衡10 min后測(cè)量流動(dòng)電位ΔE和測(cè)量池兩端的液壓差ΔP，用Helmholtz-Smoluchowski方程計(jì)算Zeta電位(ζ)[14]：

(2)

式(2)中，ΔE為流動(dòng)電勢(shì)，mV；ΔP為液體壓力差，Pa；μ為溶液的粘滯系數(shù)，Pa·S；ε為電解質(zhì)溶液的介電常數(shù)，F(xiàn)·m-1；ε0為真空介質(zhì)的介電常數(shù)，F(xiàn)·m-1；κ為溶液電導(dǎo)，S·m-1。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差表示，采用Microsoft Excel 2010和SPSS 20.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和LSD多重分析(P<0.05)，并進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)，采用字母標(biāo)記法進(jìn)行標(biāo)記。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同濃度Cu2+和Cd2+脅迫對(duì)玉米根系伸長(zhǎng)的影響

由圖1可知，在pH為4.5條件下，玉米根系相對(duì)伸長(zhǎng)率隨著Cu2+和Cd2+濃度的升高而顯著下降，Cu2+和Cd2+濃度分別與含該重金屬溶液中玉米根相對(duì)伸長(zhǎng)率呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.571和-0.710(P<0.05)。上述結(jié)果表明Cu2+和Cd2+對(duì)根系的毒害抑制根系生長(zhǎng)，且這種毒害隨重金屬濃度的升高而增大。當(dāng)Cu2+和Cd2+濃度均為40 μmol·L-1時(shí)，玉米根系的伸長(zhǎng)均趨于停止，故選此濃度研究不同陽(yáng)離子和不同有機(jī)酸對(duì)玉米幼苗根系伸長(zhǎng)的影響。圖1還表明，當(dāng)Cu2+和Cd2+濃度相同時(shí)，玉米幼苗在含Cu2+營(yíng)養(yǎng)液中的根系相對(duì)伸長(zhǎng)率明顯低于含Cd2+營(yíng)養(yǎng)液中的根系，例如，當(dāng)Cu2+和Cd2+濃度均為1 μmol·L-1時(shí)，玉米根系相對(duì)伸長(zhǎng)率分別為52.40%和96.23%。這說(shuō)明Cu2+對(duì)玉米根系生長(zhǎng)的抑制作用大于Cd2+，因?yàn)榍罢邔?duì)植物的毒性大于后者[15]。

2.2 pH對(duì)玉米幼苗根表吸附的Cu2+和Cd2+形態(tài)分布的影響

重金屬離子與根系表面結(jié)合后才會(huì)對(duì)根系產(chǎn)生毒害。將玉米根系吸附的Cu2+和Cd2+區(qū)分為交換態(tài)、絡(luò)合態(tài)和沉淀態(tài)[16]。交換態(tài)指由于靜電引力作用而吸附于根表面負(fù)電荷位上的重金屬離子，絡(luò)合態(tài)指與根系表面官能團(tuán)形成表面絡(luò)合物的重金屬，沉淀態(tài)指以物理方式附著在根系表面的金屬氫氧化物和氧化物沉淀。由圖2可知，吸附在玉米根系表面的Cu2+主要以交換態(tài)和絡(luò)合態(tài)存在，當(dāng)pH為4.5和5.0時(shí)，沉淀態(tài)Cu2+含量較低；而吸附在玉米根系表面的Cd2+主要以交換態(tài)存在，絡(luò)合態(tài)和沉淀態(tài)含量均較低。Cu2+與有機(jī)官能團(tuán)之間的絡(luò)合能力比Cd2+與有機(jī)官能團(tuán)之間的絡(luò)合能力強(qiáng)，這是玉米根系表面絡(luò)合態(tài)Cu2+含量高于絡(luò)合態(tài)Cd2+的主要原因[6]。當(dāng)pH值相同時(shí)，玉米根系表面吸附的交換態(tài)和沉淀態(tài)Cu2+含量也明顯高于相應(yīng)形態(tài)的Cd2+。例如，當(dāng)pH為4.5時(shí)，交換態(tài)、絡(luò)合態(tài)和沉淀態(tài)Cu2+含量分別是相應(yīng)形態(tài)Cd2+含量的1.22、4.36和2.45倍。由于玉米根系對(duì)Cu2+的吸附親和力和吸附量均高于其對(duì)Cd2+，因此Cu2+對(duì)玉米根系生長(zhǎng)的抑制作用大于Cd2+。

隨著pH的升高，玉米根系表面吸附的交換態(tài)和絡(luò)合態(tài)Cu2+含量均顯著增加(P<0.05)，其吸附的交換態(tài)和絡(luò)合態(tài)Cd2+含量也均顯著增加(P<0.05)(圖2)。植物根系表面負(fù)電荷主要來(lái)源于羧基和酚羥基等官能團(tuán)的離解，隨著介質(zhì)pH升高，這些官能團(tuán)的離解度增加，根系表面負(fù)電荷增加，對(duì)重金屬陽(yáng)離子的靜電吸附量增加，這是玉米根系表面交換態(tài)Cu2+和交換態(tài)Cd2+隨pH升高而增加的主要原因。玉米根系Zeta電位的測(cè)定結(jié)果證明了根系表面負(fù)電荷隨pH的這一變化趨勢(shì)(圖3)，結(jié)果表明玉米根系Zeta在所研究的pH為3.8～7.7范圍內(nèi)均為負(fù)值，說(shuō)明在這一pH范圍內(nèi)玉米根系帶凈負(fù)電荷；隨著介質(zhì)pH升高，玉米根系Zeta電位絕對(duì)值增加，說(shuō)明根系表面負(fù)電荷增多。重金屬陽(yáng)離子主要與根系表面有機(jī)陰離子形成絡(luò)合物，隨著pH升高，根系表面陰離子數(shù)量增多，與Cu2+和Cd2+形成表面絡(luò)合物的數(shù)量相應(yīng)增加。Zeta電位測(cè)定結(jié)果也為Cu2+和Cd2+在玉米根表面形成表面絡(luò)合物提供了證據(jù)。根據(jù)表面化學(xué)原理，陽(yáng)離子的靜電吸附不改變吸附劑表面電荷，但陽(yáng)離子的專性吸附使吸附劑表面負(fù)電荷減少，吸附劑的Zeta電位也發(fā)生相應(yīng)變化。圖3顯示，與沒(méi)有吸附重金屬的對(duì)照相比，吸附了Cu2+和Cd2+的玉米根系Zeta電位-pH曲線向正值方向位移，且吸附Cu2+的玉米根系Zeta電位-pH曲線位移更顯著，說(shuō)明Cu2+和Cd2+與玉米根系表面官能團(tuán)形成了表面絡(luò)合物，且Cu2+與根表的絡(luò)合作用大于Cd2+，此與圖2結(jié)果一致。圖3還表明，吸附Cu2+的玉米根系Zeta電位-pH曲線與對(duì)照之間的差值也隨介質(zhì)pH的升高而增大，此與根表絡(luò)合態(tài)Cu2+的量隨pH升高而顯著增加的結(jié)果一致，說(shuō)明根系吸附的絡(luò)合態(tài)Cu2+數(shù)量越多，根系表面電荷的變化越大。

玉米根系表面吸附的沉淀態(tài)Cu2+含量在pH為4.5條件下達(dá)到最高，在pH為5.0條件下有所下降；沉淀態(tài)Cd2+含量隨pH升高而增加，但在pH為4.5～5.0之間時(shí)無(wú)顯著差異。隨pH升高，沉淀態(tài)Cu2+和Cd2+含量增加是2種金屬離子的水解作用增強(qiáng)所致。因?yàn)镃u2+的水解能力比Cd2+強(qiáng)，它們的水解常數(shù)pK分別為6.5和9.7[17]，這是相同pH條件下玉米根表沉淀態(tài)Cu2+含量高于沉淀態(tài)Cd2+含量的主要原因。

2.3 不同種類陽(yáng)離子對(duì)玉米根系受Cu2+和Cd2+毒害的緩解作用與機(jī)制

不同價(jià)態(tài)養(yǎng)分陽(yáng)離子能夠緩解玉米幼苗根系受Cu2+和Cd2+的毒害，當(dāng)K+、NH4+、Mg2+和Ca2+與Cu2+或Cd2+共存時(shí)玉米根系相對(duì)伸長(zhǎng)率大于單一Cu2+或Cd2+體系(圖4)。4種陽(yáng)離子在1和2 mmol·L-12個(gè)濃度水平下均對(duì)Cd的毒性有顯著緩解作用，但只有Mg2+和Ca2+對(duì)Cu的毒性有顯著緩解作用，K+、NH4+對(duì)Cu毒性緩解作用不顯著。4種陽(yáng)離子對(duì)Cd2+植物毒性的緩解作用大于其對(duì)Cu2+。例如，與Cu2+單一脅迫的根系相比，1 mmol·L-1NH4+、K+、Ca2+和Mg2+使玉米根系相對(duì)伸長(zhǎng)率分別增加0.48、0.48、8.44和3.32百分點(diǎn)；對(duì)Cd2+脅迫體系4種陽(yáng)離子使玉米根系相對(duì)伸長(zhǎng)率分別提高3.42、1.53、13.19和4.26百分點(diǎn)。4種陽(yáng)離子對(duì)Cu2+和Cd2+毒性的緩解作用由大到小依次為Ca2+>Mg2+>NH4+≥K+。

研究不同種類陽(yáng)離子對(duì)玉米根表吸附Cu2+和Cd2+及其形態(tài)分布的影響(圖5)，結(jié)果表明共存陽(yáng)離子均降低了玉米根表對(duì)3種形態(tài)Cu2+和Cd2+的吸附量，二價(jià)陽(yáng)離子的影響效果達(dá)到顯著水平。例如，與單一重金屬處理相比，Ca2+使交換態(tài)和絡(luò)合態(tài)Cu2+含量分別降低69.06%和77.55%，使交換態(tài)和絡(luò)合態(tài)Cd2+含量分別降低93.00%和84.75%；Mg2+使交換態(tài)和絡(luò)合態(tài)Cu2+含量分別降低60.66%和72.73%，使交換態(tài)和絡(luò)合態(tài)Cd2+含量分別降低55.6%和38.82%。共存陽(yáng)離子主要通過(guò)與重金屬陽(yáng)離子競(jìng)爭(zhēng)根表吸附位點(diǎn)來(lái)減少玉米根系對(duì)Cu2+和Cd2+的吸附，帶負(fù)電荷的根表對(duì)二價(jià)陽(yáng)離子的靜電吸引力大于一價(jià)陽(yáng)離子，這是相同濃度條件下Ca2+和Mg2+對(duì)根系吸附Cu2+和Cd2+的抑制作用大于K+和NH4+的主要原因。

共存陽(yáng)離子Ca2+、Mg2+、K+和NH4+抑制了玉米根系對(duì)Cu2+和Cd2+的吸附，從而緩解了2種重金屬對(duì)玉米根系的毒害(圖4)。隨著共存陽(yáng)離子濃度的升高，它們對(duì)根系吸附Cu2+和Cd2+的抑制作用增加，相應(yīng)地對(duì)2種重金屬毒性的緩解作用也增強(qiáng)，這與對(duì)大麥的相關(guān)研究結(jié)果[9]相一致。

2.4 不同種類有機(jī)酸對(duì)玉米根系受Cu2+和Cd2+毒害的緩解作用與機(jī)制

圖6顯示，1 mol·L-1有機(jī)酸顯著緩解玉米幼苗根系受Cu2+和Cd2+的毒害，其緩解作用由強(qiáng)到弱為草酸>檸檬酸>酒石酸≈蘋果酸。與單一重金屬處理相比，草酸、檸檬酸、酒石酸和蘋果酸分別使玉米根系受Cu2+脅迫時(shí)的相對(duì)伸長(zhǎng)率增加4.44、2.49、2.22和1.27倍，使玉米根系受Cd2+脅迫時(shí)的相對(duì)伸長(zhǎng)率增加2.06、1.78、1.59和1.44倍。

有機(jī)酸也主要通過(guò)抑制玉米根系對(duì)Cu2+和Cd2+的吸附來(lái)緩解重金屬對(duì)根系的毒性。當(dāng)有機(jī)酸與Cu2+或Cd2+共存時(shí)，玉米根系吸附的交換態(tài)、絡(luò)合態(tài)和沉淀態(tài)Cu2+和Cd2+含量均有不同程度的減小(圖7)。與單一Cu2+處理相比，添加草酸、檸檬酸、蘋果酸和酒石酸分別使玉米根表交換態(tài)Cu2+含量降低91.34%、88.65%、74.38%和73.86%，使絡(luò)合態(tài)Cu2+分別降低96.13%、80.60%、58.82%和52.96%。與單一Cd2+處理相比，添加草酸、檸檬酸、蘋果酸和酒石酸分別使玉米根表交換態(tài)Cd2+含量降低62.13%、48.21%、40.31%和46.72%，分別使絡(luò)合態(tài)Cd2+含量降低57.56%、28.37%、20.33%和27.20%。4種有機(jī)酸對(duì)玉米根系吸附Cu2+和Cd2+抑制作用的大小順序與它們對(duì)玉米根系受2種重金屬毒害的緩解作用的大小順序一致。

在玉米根系受Cu2+和Cd2+短期脅迫時(shí)，有機(jī)酸通過(guò)與2種重金屬陽(yáng)離子形成絡(luò)合物使其保留在溶液中，從而減小根系對(duì)重金屬陽(yáng)離子的吸附量，減輕2種重金屬對(duì)根系的毒害。有機(jī)酸這2種作用的強(qiáng)弱主要取決于它們與重金屬陽(yáng)離子絡(luò)合作用的強(qiáng)弱，絡(luò)合作用的強(qiáng)弱一般用絡(luò)合穩(wěn)定常數(shù)(lgK穩(wěn))表征。檸檬酸、酒石酸和蘋果酸與Cu2+形成絡(luò)合物的穩(wěn)定常數(shù)分別為5.90、3.20和3.42，與Cd2+形成絡(luò)合物的穩(wěn)定常數(shù)分別為3.12、2.80和2.36[18]，與這3種有機(jī)酸抑制玉米根系吸附2種重金屬陽(yáng)離子的大小順序及緩解重金屬對(duì)根系毒性的大小順序基本一致。雖然草酸與2種重金屬陽(yáng)離子形成絡(luò)合物的穩(wěn)定常數(shù)(4.84和2.75)小于檸檬酸，但草酸的酸離解常數(shù)pKa1(1.25)也小于檸檬酸(3.13)，因此，相同pH和有機(jī)酸濃度條件下，草酸體系比檸檬酸體系含有更多的有機(jī)陰離子，更有利于絡(luò)合物的形成。這是草酸對(duì)玉米根系吸附Cu2+和Cd2+的抑制作用及對(duì)2種重金屬毒性的緩解作用大于檸檬酸的主要原因。因此，有機(jī)酸與重金屬陽(yáng)離子的絡(luò)合作用越強(qiáng)，它對(duì)植物根系吸附重金屬陽(yáng)離子的抑制作用就越大，它緩解植物受重金屬毒害的效果就越顯著。

3 結(jié)論

(1)Cu2+和Cd2+通過(guò)在玉米根系表面的吸附對(duì)根系產(chǎn)生毒害并抑制根系生長(zhǎng)，帶負(fù)電荷的根系表面對(duì)Cu2+的吸附親和力大于其對(duì)Cd2+，因此相同條件下Cu2+對(duì)根系的毒害大于Cd2+。

(2)Ca2+、Mg2+、K+和NH4+等共存陽(yáng)離子通過(guò)與Cu2+和Cd2+競(jìng)爭(zhēng)玉米根系表面的吸附點(diǎn)位而抑制根系對(duì)重金屬陽(yáng)離子的吸附，從而緩解2種重金屬對(duì)根系的毒害。4種陽(yáng)離子緩解根系受Cu2+和Cd2+毒害的作用由大到小依次為Ca2+、Mg2+、K+和NH4+，與這些陽(yáng)離子競(jìng)爭(zhēng)根系表面吸附位點(diǎn)的能力大小相一致。

(3)低相對(duì)分子質(zhì)量有機(jī)酸主要通過(guò)與Cu2+和Cd2+形成絡(luò)合物抑制2種重金屬陽(yáng)離子在根系表面的吸附，從而緩解玉米受2種重金屬的毒害作用。4種有機(jī)酸緩解重金屬毒性的作用由大到小依次為草酸>檸檬酸>酒石酸≈蘋果酸，這與上述有機(jī)酸絡(luò)合Cu2+和Cd2+的能力大小順序基本一致。