高羊茅和草地早熟禾對(duì)鎘的耐受能力和解毒機(jī)制研究.pdf

1、植物對(duì)Cd的耐受能力是Cd污染土壤植物修復(fù)技術(shù)最重要的基礎(chǔ)。一些草坪植物能夠耐受較高濃度的土壤Cd污染，在重金屬污染土壤的修復(fù)方面具有較好的應(yīng)用前景。本文系統(tǒng)評(píng)價(jià)了高羊茅（Festuca arundinacea）、多年生黑麥草（Lolium perenne）、草地早熟禾（Poa pratensis）和匍匐剪股穎（Agrostis stolonifera）等四種冷季型草坪植物對(duì)Cd的耐受能力與植物體內(nèi)Cd的富集特征，比較了高羊茅、草地早熟

2、禾和超富集植物龍葵（Solanum nigrum L.）在Cd富集能力上差異，并對(duì)耐Cd能力差異較大的高羊茅（耐受性強(qiáng)）和草地早熟禾（耐受性弱）進(jìn)行了解毒機(jī)制研究。
　　1.草坪植物對(duì)Cd的耐受能力與富集特征
　　高羊茅、草地早熟禾、多年生黑麥草和匍匐剪股穎在不同土壤Cd濃度梯度（0、50、100、200、400 mg Cd kg?1）下脅迫處理60 d，四種冷季型草坪植物都表現(xiàn)出了對(duì)土壤Cd污染較強(qiáng)的耐受能力和植物體富集能

3、力。從Cd脅迫下的草坪質(zhì)量、相對(duì)生長(zhǎng)速率、草坪密度、地上部和根系的生物量、葉片電導(dǎo)率、葉片相對(duì)含水量和葉片光化學(xué)效率等生長(zhǎng)或生理指標(biāo)上可以看出四種冷季型草坪植物在 Cd的耐受能力上存在明顯差異，高羊茅對(duì)Cd的耐受能力最強(qiáng)，其次為多年生黑麥草，草地早熟禾和匍匐剪股穎對(duì)Cd的耐受能力最差。在所有測(cè)定的生長(zhǎng)或生理指標(biāo)中，相對(duì)生長(zhǎng)速率和根系生物量對(duì)Cd脅迫最敏感。四種草坪植物地上部和根系的Cd濃度和積累量隨著處理濃度的增加而增加；在相同Cd濃度

4、脅迫條件下，草地早熟禾地上部富集的Cd濃度最高，高羊茅和匍匐剪股穎次之，多年生黑麥草最低；但多年生黑麥草根系富集的Cd濃度最高。在50～400 mg Cd kg?1脅迫下，草地早熟禾的Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)和萃取率最高，多年生黑麥草最低，而草地早熟禾地上部對(duì)Cd的積累量則顯著高于其他3種草坪植物。
　　2.高羊茅、草地早熟禾和龍葵對(duì)Cd的耐受能力與富集能力比較
　　選擇對(duì)Cd耐受能力和富集特征存在顯著差異的高羊茅和草地早熟禾，與超富集

5、植物龍葵進(jìn)行對(duì)比研究，土壤Cd脅迫濃度分別為0、40、80 mg Cd kg?1，脅迫時(shí)間為63 d。結(jié)果表明：Cd脅迫處理抑制了植物的生長(zhǎng)，在40 mg Cd kg?1的Cd脅迫下，龍葵地上部和根系的生物量均已出現(xiàn)顯著下降，但草地早熟禾和高羊茅的生物量與對(duì)照沒(méi)有顯著差異。在40 mg Cd kg?1處理下，草地早熟禾、高羊茅和龍葵植物體對(duì)Cd的富集量分別為418.6、383.4和9.4 mg m?2；在80 mg Cd kg?1處理下

6、，草地早熟禾、高羊茅和龍葵對(duì)Cd的富集量分別達(dá)到了1114.9、761.5和63.7 mg m?2。在40和80 mg Cd kg?1的脅迫下，草地早熟禾對(duì)土壤Cd的萃取率高達(dá)2.10％和4.64%、高羊茅則為0.71%和1.40%、龍葵的萃取率最低，只有0.12%和0.43%。以上結(jié)果表明，草地早熟禾和高羊茅對(duì)Cd的耐受能力和富集能力遠(yuǎn)大于超富集植物龍葵，顯示了其對(duì)Cd污染土壤修復(fù)的潛力。
　　3.高羊茅和草地早熟禾體內(nèi)Cd的化

7、學(xué)形態(tài)
　　植物體不同組織中Cd的化學(xué)形態(tài)與植物對(duì)Cd的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)、富集有直接關(guān)系，是重金屬解毒機(jī)制研究的重要部分。在相同的Cd脅迫條件下，高羊茅和草地早熟禾根系的Cd濃度沒(méi)有顯著差異，但草地早熟禾地上部Cd的濃度顯著高于高羊茅。在兩種植物的根表皮和皮層組織中，Cd濃度并未表現(xiàn)出顯著差異，但在中柱組織中，草地早熟禾的Cd濃度顯著高于高羊茅，說(shuō)明草地早熟禾根系更多的Cd能通過(guò)共質(zhì)體途徑裝載到中柱進(jìn)行長(zhǎng)距離運(yùn)輸。草地早熟禾葉片的表皮、

8、葉肉組織和維管束組織中的Cd濃度也都顯著高于高羊茅，說(shuō)明草地早熟禾能向地上部分轉(zhuǎn)運(yùn)較多的Cd。從植物組織中Cd的化學(xué)形態(tài)分析中發(fā)現(xiàn)，這兩種植物葉片中形成大量的難溶性磷酸鹽態(tài)Cd可能是重要的解毒機(jī)制。與草地早熟禾相比，高羊茅表現(xiàn)出較強(qiáng)的Cd的耐受能力，可能與其根系中較少的Cd能夠轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入中柱、以及較少的Cd能夠轉(zhuǎn)運(yùn)到地上部分有關(guān)。
　　4.高羊茅和草地早熟禾體內(nèi)Cd的組織分布特征
　　通過(guò)組織化學(xué)染色和激光共聚焦顯微鏡觀察了高

9、羊茅和草地早熟禾體內(nèi) Cd的組織分布特征。土壤中的Cd首先被吸附在根毛和根的表皮上，然后進(jìn)入根內(nèi)部組織。組織化學(xué)染色和激光共聚焦熒光觀察均顯示：草地早熟禾能夠?qū)⒏滴盏腃d較多地轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入根的中柱，這與Cd的組織測(cè)定結(jié)果完全一致。在葉片中，較多的Cd分布在維管束、葉脈的機(jī)械組織、葉片表皮的角質(zhì)層中，高羊茅葉片表皮的角質(zhì)層Cd熒光明顯強(qiáng)于草地早熟禾，而其維管束中的Cd熒光則明顯弱于草地早熟禾，顯示高羊茅可能存在葉片中Cd排出體外的機(jī)制，從

10、而減輕Cd對(duì)細(xì)胞的毒害。
　　5.Cd在不同葉位葉片中的積累
　　將高羊茅和草地早熟禾地上部分的葉片分成：新葉、功能葉、老葉和枯葉四個(gè)部分。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在Cd脅迫處理下，高羊茅和草地早熟禾新葉和功能葉中Cd的濃度很低，但老葉中的Cd濃度顯著高于新葉和功能葉，其濃度分別為功能葉的3（高羊茅）和11倍（草地早熟禾），枯葉中的 Cd濃度比老葉還要高。Cd的組織化學(xué)染色發(fā)現(xiàn)，新葉和功能葉的Cd主要分布在葉片表皮的角質(zhì)層和維管束中，

11、但在老葉中可以觀察到大量的Cd已擴(kuò)散到葉肉細(xì)胞中。大量的Cd在老葉和枯葉中積累，表明高羊茅和草地早熟禾可能存在Cd的新葉保護(hù)機(jī)制。螯合劑可能會(huì)促進(jìn)Cd在植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)，但本試驗(yàn)中添加螯合劑NTA能夠顯著增加高羊茅地上部Cd的濃度，也能夠增加高羊茅老葉和枯葉中Cd的濃度，但對(duì)草地早熟禾的效果則不明顯。
　　6.高羊茅和草地早熟禾體內(nèi)Cd的富集與脅迫時(shí)間的關(guān)系
　　隨著Cd脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，高羊茅和草地早熟禾地上部和根系富集的Cd