鉛、鋅、鎘單一及復(fù)合脅迫對(duì)多年生黑麥草生長(zhǎng)及生理特性的影響

石慧芳 席溢 張茂 裴應(yīng)杰 黃本用 李金孟 楊克超

摘要：【目的】探究鉛（Pb）、鋅（Zn）、鎘（Cd）單一及復(fù)合污染對(duì)多年生黑麥草生長(zhǎng)和生理特性的影響，為檢驗(yàn)多年生黑麥草對(duì)土壤重金屬污染的抗性能力提供科學(xué)依據(jù)?！痉椒ā坎捎蒙撑喾?，研究CK（不加任何重金屬鹽）、Pb、Zn、Cd單一及復(fù)合脅迫對(duì)多年生黑麥草株高、葉寬、根長(zhǎng)、生物量及光合色素含量、脯氨酸（Pro）、過(guò)氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、可溶性糖（SS）和丙二醛（MDA）等生理指標(biāo)的影響，利用隸屬函數(shù)對(duì)生長(zhǎng)和生理指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)?！窘Y(jié)果】Pb-Zn-Cd處理對(duì)多年生黑麥草株高、葉寬、根長(zhǎng)、分蘗數(shù)、地上生物量、地下生物量、根冠比、POD活性和SOD活性影響最大，其中株高、葉寬、根長(zhǎng)、分蘗數(shù)、地上生物量、地下生物量和根冠比較CK分別下降61.9%、35.9%、66.5%、72.1%、92.8%、94.2%和20.1%，POD和SOD活性較CK分別增加64.6%和3.8倍。Zn處理對(duì)多年生黑麥草的葉綠素a含量、類(lèi)胡蘿卜素含量、葉綠素總量和光合色素總量的影響最大，較CK分別顯著下降28.6%、31.9%、20.6%和22.9%（P<0.05，下同），而對(duì)葉綠素b含量抑制最大的是Cd處理，其次是Pb-Zn-Cd處理，較CK分別下降20.3%和20.0%;所有重金屬處理均使多年生黑麥草Pro含量顯著增加;SS和MDA含量受Zn-Cd處理抑制最明顯，較CK分別顯著增加56.4%和7.0倍;復(fù)合脅迫對(duì)多年生黑麥草各指標(biāo)的影響存在交互作用。通過(guò)隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)可知多年生黑麥草對(duì)各處理的耐受性為：Zn>CK>Cd>Zn-Cd>Pb-Zn>Pb>Pb-Cd>Pb-Zn-Cd?！窘Y(jié)論】多年生黑麥草對(duì)Zn脅迫存在一定的耐受性，而對(duì)Pb-Zn-Cd復(fù)合脅迫的耐受性最差。

關(guān)鍵詞： 多年生黑麥草;重金屬;復(fù)合脅迫;交互作用

中圖分類(lèi)號(hào)： S543.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：2095-1191（2021）04-1030-10

Effects of single and combined stresses of lead，zinc and cadmium on growth and physiological characteristics of perennial ryegrass

SHI Hui-fang， XI Yi*， ZHANG Mao， PEI Ying-jie， HUANG Ben-yong，

LI Jin-meng， YANG Ke-chao

（College of Animal Science， Guizhou University， Guiyang? 550025， China）

Abstract：【Objective】To explore the effects of single and combined pollution of lead（Pb）， zinc（Zn）， cadmium（Cd） on the growth and physiological characteristics of perennial ryegrass， and to improve the scientific basis for testing the resistance ability of perennial ryegrass to soil heavy metal pollution. 【Method】Used sand culture method，the effects of single and combined stress of CK（no heavy metal）， Pb， Zn and Cd on plant height， leaf width， root length， biomass， chlorophyll content， proline（Pro）， peroxidase（POD）， superoxide dismutase（SOD）， soluble sugar（SS） and malondialdehyde（MDA） of perennial ryegrass were studied by pot experiment， and growth and physiological characteristics indexes were comprehensively evaluated by subordinate function method. 【Result】Pb-Zn-Cd treatment had the greatest effect on plant height， leaf width， root length， tiller number， aboveground biomass， underground biomass， root-shoot ratio， POD activity and SOD activity of perennial ryegrass，plant height， leaf width， root length， tiller number， above ground biomass， underground biomass， root-shoot ratio decreased by 61.9%， 35.9%， 66.5%， 72.1%， 92.8%， 94.2% and 20.1% compared to CK， respectively. POD activity and SOD activity increased by 64.6% and 3.8 times compared with CK. Compared with CK treatment， Zn treatment had the greatest effect on chlorophyll a content， carotenoids content， total chlorophyll content and total photosynthetic pigment content， and they significantly decreased by 28.6%， 31.9%， 20.6% and 22.9% compared with CK（P<0.05， the same below）. Cd treatment had the largest inhibition effect on chlorophyll b content， followed by Pb-Zn-Cd treatment， and they were decreased by 20.3% and 20.0% compared with CK. All heavy metal treatments resulted in significant increase in Pro content in perennial ryegrass. The contents of SS and MDA were most affected by Zn-Cd treatment，increased by 56.4% and 7.0 times compared with CK. The effects of combined stress on the indexes of perennial ryegrass were interactive. According to the comprehensive evaluation of membership function， the tolerance of perennial ryegrass was Zn>CK>Cd>Zn-Cd>Pb-Zn>Pb>Pb-Cd>Pb-Zn-Cd. 【Conclusion】Perennial ryegrass has some tolerance to Zn stress，but it has the worst tolerance to Pb-Zn-Cd compound stress.

Key words： perennial ryegrass; heavy metal; combined stress; interaction

Foundation item： Basic Research Plan Project of Guizhou（QKHJC〔2020〕1Y126）; Science and Technology Support Project of Guizhou（QKHZC〔2018〕2258）; Guizhou Talent Work Leading Group Project（RCJD2018-13）; Support Plan for Top Scientific and Technological Talents in Colleges and Universities of Guizhou（Qianjiaohe KY〔2017〕059）

0 引言

【研究意義】多年生黑麥草（Lolium perenne）隸屬禾本科黑麥草屬，是常用的冷季型草坪草，生長(zhǎng)快、生物量大，根系發(fā)達(dá)、適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)重金屬有一定的耐受性和富集能力（馬博英，2010;劉俊祥等，2015），具備修復(fù)重金屬污染的潛在特性。鎘（Cd）、鉛（Pb）和鋅（Zn）是污染土壤的常見(jiàn)重金屬元素（劉刊等，2012）。重金屬對(duì)植物的毒害深遠(yuǎn)，從種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)到植株開(kāi)花結(jié)實(shí)等（Sun et al.， 2010）。研究表明，重金屬會(huì)降低葉綠素含量和葉綠體數(shù)量，破壞葉綠體結(jié)構(gòu)，引發(fā)失綠癥（梁堯等，2014;張傳玲等，2018）;對(duì)細(xì)胞膜造成傷害，細(xì)胞透性增大，造成植物新陳代謝紊亂（劉璐等，2014;Elftheriou et al.，2015）;且復(fù)合污染對(duì)植物的傷害大于單一污染（張嘉桐等，2018）。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)植物單一重金屬脅迫研究已較完善，但自然界的重金屬污染通常不是單獨(dú)存在的，土壤重金屬污染雖以某一種重金屬元素污染為主，但因釋放到環(huán)境中的重金屬途徑和種類(lèi)較多，因此復(fù)合形式較為常見(jiàn)（曹心德等，2011），元素間能相互促進(jìn)或抑制對(duì)生物體的毒性，從而表現(xiàn)出協(xié)同、加和或拮抗等作用。土壤重金屬污染破壞生態(tài)系統(tǒng)，進(jìn)而威脅人類(lèi)的身體健康，已成為亟待解決的熱點(diǎn)問(wèn)題。目前利用植物進(jìn)行土壤重金屬修復(fù)側(cè)重于單一污染，因此，研究Pb、Zn、Cd單一及復(fù)合脅迫對(duì)多年生黑麥草生長(zhǎng)及生理特性的影響，探討多年生黑麥草對(duì)單一及復(fù)合重金屬脅迫的耐受性和修復(fù)土壤重金屬污染的潛力，對(duì)生態(tài)治理具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】在自然界中，污染物很少單獨(dú)存在于某一環(huán)境中，通常是多種污染物共存，且對(duì)植物的影響存在交互作用。有研究表明Cd2+和Zn2+復(fù)合污染對(duì)蠶豆（Vicia faba）、大麥（Hordeum vulgare）等表現(xiàn)出拮抗作用（Tammam et al.，2016;Versieren et al.，2017），而對(duì)小麥（Triticum aestivum）、玉米（Zea mays）、番茄（Solanum lycopersicum）和油菜（Brassica napus）等表現(xiàn)出協(xié)同作用（Nan et al.，2002;Cherif et al.，2011;Cojocaru et al.，2016）。Pb2+和Zn2+高濃度對(duì)蜈蚣草（Pteris vittata）表現(xiàn)出拮抗作用，低濃度則表現(xiàn)出協(xié)同作用（夏紅霞和朱啟紅，2013）。此外，植物對(duì)不同重金屬離子的吸收能力及耐受性也各不相同。徐佩賢等（2014）發(fā)現(xiàn)多年生黑麥草對(duì)Cd有較強(qiáng)的耐受性和積累能力。馮鵬等（2016）研究發(fā)現(xiàn)多年生黑麥草對(duì)Cd離子吸收富集效應(yīng)較Pb離子更為顯著，對(duì)輕度Pb和Cd污染土壤修復(fù)效果更為明顯。朱劍飛等（2018）發(fā)現(xiàn)黑麥草對(duì)重金屬Pb具有較強(qiáng)的耐性，在Pb單一污染土壤的植物修復(fù)及尾礦廢棄地的植被重建中，可優(yōu)先作為選擇材料。重金屬污染對(duì)植物的危害包括生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖等多方面，植物在應(yīng)對(duì)重金屬污染時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的應(yīng)激機(jī)制，如抗氧化防御系統(tǒng)、滲透調(diào)節(jié)系統(tǒng)等，以減輕細(xì)胞氧化損傷，維持細(xì)胞內(nèi)滲透平衡，降低重金屬毒性等，對(duì)植物的生長(zhǎng)具有保護(hù)作用。抗氧化系統(tǒng)[包括超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）和過(guò)氧化氫酶（CAT）等]的主要作用是對(duì)逆境進(jìn)行反應(yīng)，清除活性氧自由基，消除或降低植物所受到的氧化傷害（廖柏寒等，2010）。植物體內(nèi)還會(huì)通過(guò)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)[包括可溶性糖（SS）、可溶蛋白和脯氨酸（Pro）等]的積累降低細(xì)胞滲透勢(shì)，保持細(xì)胞內(nèi)滲透平衡（李洋等，2015;胡春霞和湯潔，2008），這些活性間接反映植物對(duì)重金屬污染物的抗性?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】以往研究主要集中在單一重金屬污染對(duì)多年生黑麥草生長(zhǎng)和生理方面的影響，而對(duì)多種重金屬元素復(fù)合污染的報(bào)道較少。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】通過(guò)研究Pb、Zn、Cd單一污染及Pb-Zn、Pb-Cd、Zn-Cd、Pb-Zn-Cd復(fù)合污染對(duì)多年生黑麥草生長(zhǎng)及生理特性的影響，探討重金屬?gòu)?fù)合污染對(duì)多年生黑麥草生理毒害機(jī)制，并結(jié)合隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)多年生黑麥草對(duì)各處理的耐受性，以期獲得最大的生態(tài)效應(yīng)，為檢驗(yàn)多年生黑麥草對(duì)土壤重金屬污染的抗性能力提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 試驗(yàn)材料

多年生黑麥草種子（雅晴）購(gòu)自北京正道生態(tài)科技有限公司。Pb（NO3）2、Zn（NO3）2·6H2O和Cd（NO3）2·4H2O購(gòu)自成都金山化學(xué)試劑有限公司。主要儀器設(shè)備：酶標(biāo)儀（賽默飛世爾科技公司）、游標(biāo)卡尺（重慶新拓儀器有限公司）和電子天平[奧豪斯儀器（常州）有限公司]。

1. 2 試驗(yàn)方法

1. 2. 1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 選取飽滿、健康的多年生黑麥草種子，用2%雙氧水溶液浸泡30 min消毒，經(jīng)蒸餾水沖洗后置于恒溫箱中發(fā)芽，待幼苗長(zhǎng)出2～3片真葉、高10 cm左右時(shí)，將其移栽到裝有石英砂的花盆中，每盆移栽5株。在貴州大學(xué)西校區(qū)崇學(xué)樓樓頂溫室內(nèi)進(jìn)行常規(guī)養(yǎng)護(hù)管理，定期澆水和霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液。

依據(jù)GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》三級(jí)污染和貴州Pb、Zn、Cd土壤污染較重地區(qū)的重金屬含量情況（李海英等，2009），設(shè)Pb、Zn、Cd離子濃度分別為500、500和10 mg/kg。試驗(yàn)共設(shè)8組處理，每組3個(gè)重復(fù)，以不添加任何重金屬鹽為對(duì)照組（CK），各處理組設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

1. 2. 2 形態(tài)指標(biāo)測(cè)定 移栽后7 d開(kāi)始用游標(biāo)卡尺測(cè)量并記錄黑麥草的垂直株高和最寬葉寬，之后每周測(cè)一次，后期3周測(cè)一次。收獲前記錄每株分蘗數(shù);收獲后用游標(biāo)卡尺測(cè)量植株的根長(zhǎng)，用電子天平稱量地上鮮重和地下鮮重，并記錄。

1. 2. 3 生理指標(biāo)測(cè)定 移栽127 d后收獲植株，測(cè)定生理指標(biāo)。Pro含量采用酸性茚三酮法測(cè)定（張立軍和樊金娟，2007），SS含量采用蒽酮法測(cè)定（王晶英，2003），SOD活性、POD活性、丙二醛（MDA）含量和光合色素含量參照高俊鳳（2006）的方法測(cè)定。

1. 2. 4 隸屬函數(shù)方法 利用隸屬函數(shù)法對(duì)Pb2+、Zn2+、Cd2+單一及復(fù)合脅迫下多年生黑麥草的耐受性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)（張宇君等，2018）。多年生黑麥草各項(xiàng)指標(biāo)的具體函數(shù)值計(jì)算公式為：

Xu=（X-Xmin）/（Xmax-Xmin） （1）

Xu=1-（X-Xmin）/（Xmax-Xmin） （2）

式中，Xu為各處理第u個(gè)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，X為參試樣品某一抗性指標(biāo)的測(cè)定值，Xmax和Xmin分別為所有試樣中該指標(biāo)的最大值和最小值，若所測(cè)指標(biāo)與黑麥草的耐受性呈正相關(guān)，則使用公式（1）計(jì)算隸屬值，負(fù)相關(guān)則用公式（2）。最后把每個(gè)試樣的各項(xiàng)指標(biāo)隸屬函數(shù)值進(jìn)行累加，取其平均值。平均值越大，抗性越強(qiáng)，反之越弱。

1. 3 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 20.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析、多重比較和三因素方差分析，利用Excel 2010和SigmaPlot 10.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2. 1 Pb2+、Zn2+、Cd2+單一及復(fù)合脅迫對(duì)多年生黑麥草生長(zhǎng)的影響

由表2可知，重金屬脅迫下，多年生黑麥草株高和葉寬受到抑制，除Cd處理組的部分葉寬外，其他處理的株高和葉寬均顯著低于CK（P<0.05，下同）。其中移栽后126 d，Pb-Zn-Cd處理組多年生黑麥草株高和葉寬降幅最大，分別較CK顯著下降61.9%和35.9%，其次是Zn處理組，多年生黑麥草株高和葉寬分別較CK顯著下降47.6%和33.2%。

由表3可知，重金屬脅迫下，多年生黑麥草根長(zhǎng)、分蘗數(shù)和地下生物量與CK相比均有不同程度下降。地上生物量除Pb處理組顯著高于CK（增加78.2%）外，其余處理組均低于CK。Pb-Cd處理組根長(zhǎng)、分蘗數(shù)、地上生物量和地下生物量較CK分別下降27.5%、30.9%、52.1%和41.3%，根冠比較CK增加22.8%，但差異不顯著（P>0.05，下同）。Pb-Zn-Cd處理組的根長(zhǎng)、分蘗數(shù)、地上生物量和地下生物量均低于其他處理組，分別較CK顯著降低66.5%、72.1%、92.8%和94.2%，根冠比較CK顯著降低20.1%。

2. 2 Pb2+、Zn2+、Cd2+單一及復(fù)合脅迫對(duì)多年生黑麥草光合色素的影響

由圖1可知，重金屬脅迫下，多年生黑麥草葉綠素a、葉綠素b和類(lèi)胡蘿卜素含量及葉綠素總量、光合色素總量較CK均存在明顯差異。Zn處理組，除葉綠素b含量外，葉綠素a含量、類(lèi)胡蘿卜素含量、葉綠素總量和光合色素總量均最低，分別較CK顯著下降28.6%、31.9%、20.6%和22.9%。Zn作為植物必需的營(yíng)養(yǎng)元素，在一定濃度下能促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育，但達(dá)到較高濃度時(shí)反而影響葉綠素合成。Pb-Cd處理組葉綠素a含量、葉綠素總量和光合色素總量最高，較CK分別提高9.5%、10.8%和10.0%。對(duì)于葉綠素b含量，Pb處理組最高，較CK提高28.0%;Cd、Pb-Zn和Pb-Zn-Cd處理組分別較CK下降20.3%、12.0%和20.0%（圖1-B）。對(duì)于類(lèi)胡蘿卜素含量，Zn-Cd處理組較CK顯著提高12.6%，Pb、Cd處理組分別較CK下降12.2%和7.9%（圖1-C）。

2. 3 Pb2+、Zn2+、Cd2+單一及復(fù)合脅迫對(duì)多年生黑麥草抗氧化酶活性的影響

由圖2-A可知，重金屬脅迫下，多年生黑麥草POD活性高于CK，其中Pb-Zn-Cd處理組POD活性最高，Cd處理組POD活性最低，分別較CK增加64.6%和29.9%。Pb-Zn-Cd處理組SOD活性最高，其次是Zn處理組，分別較CK顯著提高3.8和3.3倍;Pb處理組SOD活性最低，較CK降低33.7%（圖2-B）。

2. 4 Pb2+、Zn2+、Cd2+單一及復(fù)合脅迫對(duì)多年生黑麥草滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

由圖3-A可知，多年生黑麥草重金屬處理組Pro含量較CK均有不同程度的增加;其中Zn、Pb-Zn和Zn-Cd處理組Pro含量較高，分別為1278.3、1278.2和1291.7 μg/g，分別較CK顯著增加67.7%、67.6%和69.4%;Cd處理組Pro含量最低，也較CK顯著增加48.5%。Zn、Pb-Cd和Zn-Cd處理組SS含量分別較CK顯著增加25.5%、35.6%和56.4%;Pb、Cd、Pb-Zn和Pb-Zn-Cd處理組分別較CK顯著下降71.8%、81.1%、16.5%和61.9%;Zn-Cd處理組對(duì)多年生黑麥草SS含量影響最大，Cd處理組影響最?。▓D3-B）。

2. 5 Pb2+、Zn2+、Cd2+單一及復(fù)合脅迫對(duì)多年生黑麥草MDA含量的影響

由圖4可知，與CK相比，除Pb處理組MDA含量顯著減少外，其他處理組MDA含量均顯著增加;Zn-Cd處理組MDA含量最高，較CK提高7.0倍;Pb處理組MDA含量最低，與CK相比下降30.3%。

2. 6 Pb2+、Zn2+、Cd2+對(duì)多年生黑麥草形態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)的影響

Pb2+、Zn2+、Cd2+對(duì)多年生黑麥草形態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)影響的三因素方差分析結(jié)果見(jiàn)表4。Pb2+對(duì)株高、根長(zhǎng)、POD活性、SS含量、Pro含量和MDA含量影響極顯著（P<0.01，下同），對(duì)分蘗數(shù)影響顯著;Zn2+對(duì)葉綠素b和類(lèi)胡蘿卜素含量影響不顯著，對(duì)分蘗數(shù)影響顯著，對(duì)其他指標(biāo)均有極顯著影響;Cd2+對(duì)株高、根長(zhǎng)、地上生物量、地下生物量、葉綠素a含量、類(lèi)胡蘿卜素含量、SOD活性、Pro含量和MDA含量影響極顯著，對(duì)分蘗數(shù)、光合色素總量和SS含量影響顯著。

Pb2+和Zn2+對(duì)株高、根長(zhǎng)、葉綠素b含量、葉綠素總量及Pro、SS和MDA含量的影響有交互作用;Pb2+和Cd2+對(duì)SOD活性及Pro、SS和MDA含量的影響有交互作用;Zn2+和Cd2+對(duì)地上生物量、地下生物量及葉綠素a、類(lèi)胡蘿卜素、Pro、SS和MDA含量的影響有交互作用;除地上生物量、地下生物量和葉綠素b含量外，Pb2+、Zn2+、Cd2+對(duì)其他指標(biāo)的影響均有交互作用。

根據(jù)各形態(tài)和生理指標(biāo)的隸屬函數(shù)值（表5），評(píng)價(jià)出多年生黑麥草對(duì)各個(gè)處理的耐受性為：Zn>CK>Cd>Zn-Cd>Pb-Zn>Pb>Pb-Cd>Pb-Zn-Cd。

3 討論

生長(zhǎng)情況和生物量的改變是植物對(duì)重金屬脅迫響應(yīng)的總體反映（文曉慧，2012），重金屬污染對(duì)植物最明顯的毒害在于使其生長(zhǎng)發(fā)育遲緩、植株較矮等。本研究結(jié)果表明，不同重金屬處理組對(duì)多年生黑麥草的株高、葉寬、根長(zhǎng)、分蘗數(shù)、地上生物量、地下生物量和根冠比均具有抑制作用。Pb2+、Zn2+和Cd2+三因素復(fù)合脅迫的抑制作用大于雙因素及單因素脅迫，Pb-Zn-Cd對(duì)多年生黑麥草的生長(zhǎng)影響最大。

葉綠素是植物光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，其含量高低直接影響植物光合作用的強(qiáng)度及物質(zhì)合成速率。當(dāng)植物受到重金屬脅迫時(shí)，葉綠素含量顯著降低，葉綠體膜結(jié)構(gòu)受到損傷，葉綠體內(nèi)的光合酶含量降低，葉片氣孔關(guān)閉，光合作用強(qiáng)度降低（朱成豪等，2019）。在重金屬脅迫下，葉綠素含量的變化可較直接反映重金屬對(duì)植物的損害程度。本研究中，Zn處理組對(duì)多年生黑麥草葉綠素a含量、類(lèi)胡蘿卜素含量、葉綠素總量和光合色素總量影響明顯，但與Pb2+和Cd2+復(fù)合后，其對(duì)葉綠素的影響降低，Cd處理組對(duì)多年生黑麥草葉綠素b含量影響最大。Zn2+既為植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，同時(shí)也是一個(gè)有害的重金屬元素。低濃度Zn2+能促進(jìn)植物生長(zhǎng)，高濃度Zn2+則抑制植物生長(zhǎng)。有研究表明，Pb2+、Cd2+、Zn2+污染明顯降低黑麥草葉綠素含量（趙玉紅等，2014），究其原因可能是Zn以離子的形式進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，與植物體內(nèi)葉綠素合成的幾種酶分子的-SH相結(jié)合或取代其中Fe2+、Mg2+（任永霞等，2005），改變酶分子構(gòu)象，從而降低酶活性，導(dǎo)致細(xì)胞中葉綠素的合成受阻，降低葉綠素含量。在脅迫過(guò)程中，Zn2+還會(huì)破壞葉綠體結(jié)構(gòu)，致使存在于葉綠體和有色體膜上的類(lèi)胡蘿卜素含量也呈下降趨勢(shì)。重金屬的存在提高了葉綠素酶的活性，使葉綠素分解（劉柿良等，2015）。

重金屬污染對(duì)植物抗氧化酶的影響已有報(bào)道。CAT、POD和SOD抗氧化酶是植物適應(yīng)外部污染脅迫的保護(hù)性酶，在外部重金屬脅迫下可協(xié)同清除由其產(chǎn)生的活性氧基團(tuán)，從而保護(hù)植物細(xì)胞不受到破壞（趙玉紅等，2014）。本研究中，除Pb和Pb-Zn處理組外，其他重金屬處理組的SOD活性較CK均有所提高，其中Zn和Pb-Zn-Cd 2個(gè)處理組多年生黑麥草的SOD活性增加最明顯，說(shuō)明這2個(gè)處理對(duì)多年生黑麥草傷害最大。SOD廣泛存在于植物體內(nèi)不同組織中，作為活性較高的適應(yīng)性酶，能反映植物生長(zhǎng)發(fā)育的特點(diǎn)、體內(nèi)代謝狀況以及對(duì)外界環(huán)境的適應(yīng)性（Yilmaz et al.，2017）。POD也是植物體內(nèi)抗氧化酶系統(tǒng)的重要組成部分，能催化有毒物質(zhì)的分解，將H2O2轉(zhuǎn)化成O2和H2O，其活性的高低能反映植物受毒害的程度以及植物對(duì)逆境的適應(yīng)能力（楊國(guó)遠(yuǎn)等，2014）。本研究中，各重金屬處理組POD活性較CK均有明顯提高，尤其是Pb、Zn和Pb-Zn-Cd處理組。由此可知，在重金屬離子的逆境脅迫下，生物體自身有抗氧化能力。

滲透調(diào)節(jié)是植物適應(yīng)鹽漬、低溫、干旱和重金屬等脅迫的重要生理機(jī)制之一，在逆境條件下，植物通過(guò)積累一些小分子化合物，以增加細(xì)胞質(zhì)濃度，降低滲透勢(shì)，保持體內(nèi)正常生理活動(dòng)的進(jìn)行，從而增強(qiáng)植物的抗逆性（劉慧芹等，2012）。Pro和SS是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在植物滲透調(diào)節(jié)中起著舉足輕重的作用。重金屬處理下植物SS含量增加的原因可能是葉片內(nèi)不溶性糖降解及光合產(chǎn)物運(yùn)輸受阻的結(jié)果（沙翠蕓等，2011）。本研究中，Pb、Zn、Cd單一處理，僅有Zn處理SS含量高于CK。在Pb-Zn復(fù)合處理中，Pb的進(jìn)入減弱了Zn對(duì)SS的刺激作用，顯示Pb對(duì)Zn有一定的拮抗效應(yīng)，相反Cd對(duì)Zn、Pb有一定的協(xié)同效應(yīng)，Pb、Zn、Cd的交互較復(fù)雜，需進(jìn)一步研究。植物體內(nèi)游離Pro含量的增加是植物對(duì)逆境脅迫的一種生理生化反應(yīng)（張呈祥和陳為峰，2013）。植株細(xì)胞內(nèi)Pro的增量可表征植株受到重金屬的毒害程度，Pro增量越大植株受到的傷害就越深，反之則傷害越輕。在本研究中，各重金屬處理組Pro含量較CK均顯著升高，Zn-Cd處理較單一Cd、Zn處理含量高，表現(xiàn)為協(xié)同作用，與郭曉音等（2009）的研究結(jié)果一致。這可能由于重金屬脅迫改變了植物體內(nèi)Pro的代謝途徑，影響蛋白質(zhì)合成，使得Pro氧化受阻，蛋白質(zhì)合成速度減慢，Pro含量升高（溫瑀和穆立薔，2013）。

MDA含量是植物受逆境脅迫時(shí)發(fā)生膜脂過(guò)氧化的最終產(chǎn)物，其含量直接反映植物細(xì)胞發(fā)生膜脂過(guò)氧化的程度（張宇君等，2018）。本研究中，Pb-Zn、Pb-Cd和Cd-Zn復(fù)合脅迫的MDA含量較Pb、Zn、Cd單一脅迫高，說(shuō)明Pb與Zn、Pb與Cd、Cd與Zn在對(duì)多年生黑麥草MDA的影響上表現(xiàn)為協(xié)同，Pb-Zn-Cd交互較復(fù)雜有待進(jìn)一步研究。

自然界中重金屬污染物通常不是單獨(dú)存在的，而是相互伴生。相同的復(fù)合污染對(duì)不同的效應(yīng)和指標(biāo)可能會(huì)表現(xiàn)出不同的效果（郭俊娒等，2019）。本研究發(fā)現(xiàn)Pb-Zn、Pb-Cd、Zn-Cd和Pb-Zn-Cd交互作用對(duì)多年生黑麥草生長(zhǎng)和生理指標(biāo)的影響各不相同。Pb-Zn交互脅迫對(duì)多年生黑麥草株高、根長(zhǎng)、葉綠素總量、Pro含量和MDA含量的交互效應(yīng)是拮抗作用，對(duì)葉綠素b和SS含量則是協(xié)同作用;Pb-Cd交互脅迫對(duì)Pro、SS和MDA含量是拮抗作用，對(duì)SOD活性是協(xié)同作用;Zn-Cd交互脅迫對(duì)地上生物量、地下生物量及葉綠素a、類(lèi)胡蘿卜素、Pro、SS和MDA含量是拮抗作用;Pb-Zn-Cd交互脅迫對(duì)株高、葉寬、根長(zhǎng)、分蘗數(shù)、根冠比、POD活性、Pro含量和MDA含量是拮抗作用，對(duì)葉綠素a含量、類(lèi)胡蘿卜素含量、葉綠素總量、光合色素總量、SOD活性和SS含量是協(xié)同作用。通過(guò)隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)得知，Zn處理隸屬函數(shù)值最大，有利于多年生黑麥草的生長(zhǎng)，較其他脅迫處理更具優(yōu)勢(shì);Pb-Zn-Cd脅迫處理隸屬函數(shù)值最小，對(duì)多年生黑麥草的傷害最大。

4 結(jié)論

本研究得出多年生黑麥草對(duì)各處理的耐受性為：Zn>CK>Cd>Zn-Cd>Pb-Zn>Pb>Pb-Cd>Pb-Zn-Cd。其中Zn對(duì)多年生黑麥草的抗性有促進(jìn)作用，多年生黑麥草在Pb-Zn-Cd復(fù)合脅迫中耐受性最差，可為多年生黑麥草修復(fù)Pb/Zn/Cd污染提供一定的理論依據(jù)。

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（責(zé)任編輯 羅 麗）