鉛脅迫對(duì)禾本科牧草生長(zhǎng)、生理及Pb2+富集轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

李慧芳，王瑜，袁慶華*，趙桂琴

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，北京 100193；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

鉛脅迫對(duì)禾本科牧草生長(zhǎng)、生理及Pb2+富集轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

李慧芳1,2，王瑜1，袁慶華1*，趙桂琴2

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，北京 100193；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

摘要：采用苗期盆栽試驗(yàn)，對(duì)14份禾本科牧草種質(zhì)材料進(jìn)行不同濃度(0，10，50，100，200，300 mg/kg)鉛(Pb)脅迫處理，通過對(duì)株高、分蘗數(shù)、地上/地下生物量、脯氨酸含量、抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性、地上部與根中Pb2+含量等指標(biāo)的測(cè)定與分析，探究Pb脅迫對(duì)禾草生長(zhǎng)生理以及Pb2+富集轉(zhuǎn)運(yùn)的影響。結(jié)果表明，隨著Pb濃度的增加，14份材料的株高、分蘗數(shù)、地上生物量均呈先上升后下降的趨勢(shì)，地下生物量則逐漸降低，通過綜合評(píng)價(jià)，來自土耳其的長(zhǎng)穗冰草G5具有較強(qiáng)的耐Pb性。隨著Pb濃度的增加，地上部與根中Pb2+含量逐漸升高，富集系數(shù)逐漸降低，轉(zhuǎn)移系數(shù)逐漸降低(披堿草G7與G8除外)，根中Pb2+含量顯著高于地上部，為Pb2+的主要富集器官，披堿草地上部Pb2+含量高于其他材料，具有較強(qiáng)的Pb富集轉(zhuǎn)運(yùn)能力。7份材料的生理指標(biāo)測(cè)定結(jié)果表明，隨著Pb濃度的增加，7份材料的脯氨酸含量逐漸上升，CAT活性逐漸下降，POD和SOD活性則呈先上升后下降的趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：禾本科牧草；苗期；鉛脅迫；生長(zhǎng)和生理；富集轉(zhuǎn)運(yùn)

Effects of lead stress on growth, physiology, and lead ion accumulation and transportation in gramineous forages

LI Hui-Fang1，2, WANG Yu1, YUAN Qing-Hua1*, ZHAO Gui-Qin2

1.InstituteofAnimalScienceofCAAS,Beijing100193,China; 2.CollegeofGrasslandScience,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China

Abstract:Fourteen gramineous forages were stressed by different lead treatments (0, 10, 50, 100, 200, 300 mg/kg) at the seedling stage in pots. By measurement of plant height, tiller number, shoot and root biomass, antioxidant enzyme activities and shoot and root lead ion content, the effects of lead stress on growth, physiology, accumulation and transportation were analyzed. At low levels of lead exposure, plant height, tiller number and shoot biomass were generally increased, then reduced gradually with increasing lead exposure. Agropyron elongatum G5from Turkey was found to have a high lead tolerance. With increasing lead exposure, lead ion content in roots and shoots increased gradually, while the bio-concentration factor and transfer factor decreased gradually except for Elymus dahuricus G7and G8. The content of lead ions in roots was significantly higher than that in shoots, from which we concluded that the root was the main organ by which Poaceous forages accumulate lead ions. The content of lead ions in shoots of E. dahuricus G7and G8were higher than in other germplasm, indicating a high capacity for lead accumulation and transportation. From physiological analysis of seven evaluated varieties, it was found that with increased lead exposure, proline content increased gradually, and catalase (CAT) activity decreased gradually, while peroxidase (POD) and superoxide dismutase (SOD) were elevated at low levels of exposure, but decreased at higher levels of exposure.

Key words:gramineous forages; seedling stage; lead stress; growth and physiology; accumulation and transportation

鉛(Pb)是最嚴(yán)重的環(huán)境重金屬污染物之一[1]。Pb廣泛存在于自然界，易被土壤吸附，不易被生物降解。Pb在植物根、莖、葉及籽粒中的累積，不僅嚴(yán)重影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育、降低產(chǎn)量和質(zhì)量[2]，并通過生物鏈富集而對(duì)人類健康造成嚴(yán)重的威脅，成為環(huán)境治理中越來越突出的問題。

重金屬脅迫導(dǎo)致植物體內(nèi)活性氧的增加是其毒害植物的重要機(jī)制之一?；钚匝跄軌蚩焖俚嘏cDNA、脂類、蛋白質(zhì)等反應(yīng)從而造成細(xì)胞損傷[3-4]。正常情況下，植物體內(nèi)的活性氧物質(zhì)主要通過抗氧化劑和抗氧化酶兩者協(xié)同清除；在逆境脅迫下，植物體內(nèi)的活性氧數(shù)量劇增，植物的抗氧化酶活性迅速升高，對(duì)清除活性氧起到重要的應(yīng)激反應(yīng)，成為環(huán)境脅迫下應(yīng)激反應(yīng)的重要檢測(cè)指標(biāo)[5]。已有研究表明，Pb脅迫會(huì)導(dǎo)致羽扇豆(Lupinusluteuscv. Ventus)與豌豆(Pisumsativum)根部、水稻(Oryzasativa)植株、玉米(Zeamays)愈傷組織等活性氧的增加與抗氧化酶活性的增強(qiáng)[6]。另有研究表明，Pb脅迫會(huì)導(dǎo)致假儉草(Eremochloaophiuroides)、結(jié)縷草(Zoysiajaponica)、多年生黑麥草(Loliumperenne)等植物體內(nèi)脯氨酸含量的升高[7-8]。脯氨酸的積累可以調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的滲透勢(shì)，維持水分平衡，保護(hù)細(xì)胞內(nèi)重要代謝活動(dòng)所需的酶類活性，為植物適應(yīng)逆境脅迫的基本特征之一[9]。

我國(guó)擁有豐富的草種質(zhì)資源，但這些資源并沒有得到充分的利用，造成了資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。禾本科牧草適應(yīng)性強(qiáng)，耐刈耐牧耐栽培，是優(yōu)良的水土保持、防風(fēng)固沙的綠化植物，在草地生態(tài)系統(tǒng)中具有重要作用。錢海燕等[10]研究發(fā)現(xiàn)黑麥草對(duì)Cu、Zn污染土壤有一定的耐性及修復(fù)作用；Tamas和Kovacs[11]認(rèn)為早熟禾(Poaspp.)對(duì)Pb的吸收富集能力較強(qiáng)。本研究選取多年生黑麥草、老芒麥(Elymussibiricus)、鵝觀草(Roegneriakamoji)、披堿草(Elymusdahuricus)、高羊茅(Festucaelata)、長(zhǎng)穗冰草(Agropyronelongatum)和鴨茅(Dactylisglomerata)等禾草作為試驗(yàn)材料，通過對(duì)其在Pb脅迫下的形態(tài)指標(biāo)(株高、分蘗數(shù)、地上/地下生物量)與生理指標(biāo)(脯氨酸含量、抗氧化酶活性)的測(cè)定與分析，篩選受損程度較輕及耐Pb性較強(qiáng)的材料，并掌握Pb脅迫下禾草的生理響應(yīng)機(jī)制，另外，通過對(duì)Pb2+在禾草植株內(nèi)富集轉(zhuǎn)運(yùn)的研究，篩選Pb富集能力較強(qiáng)的禾草，為Pb污染土壤植物修復(fù)中禾草的選擇提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1　試驗(yàn)材料

供試14份禾草種質(zhì)材料由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所提供，材料名稱及來源見表1。供試土由壤土、草炭土和營(yíng)養(yǎng)土按1∶1∶1均勻混合，其理化性質(zhì)如下：pH 6.5，全氮2.8 g/kg，全鉀19 g/kg，全磷6.7 g/kg，Pb含量3.37 mg/kg。

1.2　試驗(yàn)方法

1.2.1材料的培養(yǎng)與處理試驗(yàn)于2013年3-8月在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所廊坊試驗(yàn)基地溫室中進(jìn)行。將壤土、草炭土和營(yíng)養(yǎng)土(1∶1∶1)均勻混合后裝入無孔塑料花盆(高20 cm，底徑15 cm，口徑20 cm)，每盆裝土1.5 kg。裝土完成后，在盆中點(diǎn)入已發(fā)芽試驗(yàn)材料種子，每材料點(diǎn)播3盆，每盆25株，待長(zhǎng)出兩片真葉后進(jìn)行間苗，每盆留苗15株。

表1　試驗(yàn)材料及來源

間苗7 d后進(jìn)行Pb處理，將硝酸鉛Pb(NO3)2配制成一定濃度的溶液施入盆中。Pb處理共設(shè)置6個(gè)濃度梯度，0，10，50，100，200，300 mg/kg(風(fēng)干土重)，以純Pb計(jì)，分別以CK、Pb10、Pb50、Pb100、Pb200和Pb300表示，每處理3個(gè)重復(fù)。Pb脅迫期間進(jìn)行正常管理，定期定量澆水，以保持土壤含水量為最大持水量的70%。

Pb處理30 d后進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定。

1.2.2生長(zhǎng)指標(biāo)的測(cè)定株高：用直尺測(cè)量植株地上部的垂直高度，以每盆中15株苗的平均值作為株高，精確到0.01 cm。相對(duì)株高=Pb處理植株的株高/對(duì)照植株的株高。

分蘗數(shù)：測(cè)定植株的分蘗，以每盆中15株苗的平均值作為分蘗數(shù)，精確到1個(gè)。相對(duì)分蘗數(shù)=Pb2+處理植株的分蘗數(shù)/對(duì)照植株的分蘗數(shù)。

地上與地下生物量：自來水沖洗下輕柔地將植株根部從土壤中分離并沖洗干凈，蒸餾水沖洗干凈后用剪刀將植株地上部與地下部分開，用紙包好后放入烘箱，105℃殺青30 min，之后70℃烘干至恒重(12 h)后進(jìn)行稱量。每盆15株苗地上部的總干重為地上生物量，地下部的總干重為地下生物量，精確到0.001 g。

1.2.3生理指標(biāo)的測(cè)定分別從每個(gè)種中選擇1份材料，共7份材料(G1、G3、G6、G7、G10、G12與G14)進(jìn)行游離脯氨酸(Pro)含量、過氧化氫酶(CAT)活性、過氧化物酶(POD)活性、超氧化物歧化酶(SOD)活性等生理指標(biāo)的測(cè)定。Pro含量的測(cè)定參照李合生[12]的酸性茚三酮比色法， CAT活性的測(cè)定參照Dhindsa等[13]的紫外吸收法，POD活性的測(cè)定參照劉祖祺和張石城[14]的愈創(chuàng)木酚法， SOD活性的測(cè)定參照Cao等[15]的NBT光還原法。

1.2.4地上部與根部Pb2+含量的測(cè)定分別稱取烘干磨細(xì)過0.5 mm篩的植株地上部與根部樣品1.0 g于25 mL試管中，加入硝化液(5 mL濃硝酸、1 mL 60% 三氯乙酸、0.5 mL濃硫酸)，90℃水浴硝解120 min，冷卻后過濾，取50 μL濾液用超純水定容至250 mL。利用美國(guó)熱電公司的電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-MS)對(duì)Pb2+含量進(jìn)行測(cè)定。

生物富集系數(shù)(bioconcentration factor, BCF)=植物地上或根系Pb2+積累濃度/土壤中Pb2+濃度[16]；轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)(translocation factor, TF)=地上部Pb2+積累濃度/根中Pb2+積累濃度[17]；積累量=植物地上或根系Pb2+積累濃度×植物地上或根系生物量。

1.3　耐Pb性綜合評(píng)價(jià)

利用株高、分蘗數(shù)、地上與地下生物量等生長(zhǎng)指標(biāo)，采用標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)賦予權(quán)重法[18]對(duì)14份禾草進(jìn)行耐鉛性綜合評(píng)價(jià)。

1.4　數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和作圖，采用SPSS 16.0軟件的Duncan檢驗(yàn)進(jìn)行方差分析。

2結(jié)果與分析

2.1　Pb脅迫對(duì)禾草株高和分蘗數(shù)的影響

如表2所示，隨Pb處理濃度的升高，14份材料的相對(duì)株高呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)Pb濃度為10，50，100 mg/kg時(shí)，分別有12,13和10份種質(zhì)的相對(duì)株高高于對(duì)照，且最大增幅分別為15.2%，16.7%和19.6%，說明低濃度Pb對(duì)禾草的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用。當(dāng)Pb濃度增至300 mg/kg時(shí)，除G2外，其余各材料的株高明顯低于對(duì)照，其中下降幅度最大的材料是來自河北木蘭圍場(chǎng)的鵝觀草G5，降幅為29.9%。

在相同Pb濃度下，14份材料的相對(duì)分蘗數(shù)存在顯著差異(P<0.05)。當(dāng)Pb濃度為10 mg/kg時(shí)，供試材料相對(duì)分蘗數(shù)均顯著高于對(duì)照，說明該濃度下，Pb對(duì)分蘗有促進(jìn)作用。但隨著Pb濃度的增加，相對(duì)分蘗數(shù)下降。在Pb濃度為300 mg/kg時(shí)，14份材料相對(duì)分蘗數(shù)均低于對(duì)照，其中降幅最大的是來自河北赤城的老芒麥G4，與對(duì)照相比下降了67.6%。

表2　Pb脅迫對(duì)相對(duì)株高和相對(duì)分蘗數(shù)的影響

注：F值表示材料間差異顯著(P<0.05)。下同。

Note: TheFvalue show significant difference at the 0.05 level. The same as below.

2.2　Pb脅迫對(duì)禾草地上和地下生物量的影響

當(dāng)Pb處理濃度為10 mg/kg時(shí)，有9份材料的相對(duì)地上生物量高于對(duì)照(表3)。隨著Pb濃度的增加，各材料相對(duì)地上生物量逐漸降低，當(dāng)Pb濃度增至300 mg/kg時(shí)，14份材料相對(duì)地上生物量與對(duì)照相比下降幅度為10.7%～45.7%，其中來自荷蘭的鴨茅G14降幅最小，來自江蘇豐縣的披堿草G8降幅最大。

從表3可以看出，Pb濃度越大，14份材料相對(duì)地下生物量越低。當(dāng)Pb濃度為100 mg/kg時(shí)，除G8外，其他材料的相對(duì)地下生物量均呈明顯下降趨勢(shì)，各材料間相對(duì)地上生物量存在顯著差異(P<0.05)。當(dāng)Pb濃度為300 mg/kg時(shí)，相對(duì)地下生物量降幅最大的是來自丹麥的多年生黑麥草G2，其次是來自加拿大的長(zhǎng)穗冰草G11，分別比對(duì)照下降了61.0%和57.7%。

2.3　14份禾草耐Pb性綜合評(píng)價(jià)

利用標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)賦予權(quán)重法對(duì)14份禾草的耐Pb性進(jìn)行排序(表4)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同種之間以及同一種的不同來源地之間均存在差異，14份禾草的耐Pb性不存在種特異性。耐Pb性由強(qiáng)到弱排序?yàn)椋篏12>G9>G6>G3>G10>G13>G1>G8>G4>G11>G7>G14>G2>G5。來自于土耳其的長(zhǎng)穗冰草G12耐Pb性最強(qiáng)，來自于河北的鵝觀草G5耐Pb性最弱。

2.4　Pb脅迫對(duì)脯氨酸含量的影響

由圖1可知，當(dāng)Pb處理濃度為0時(shí)，鵝觀草(G6)、高羊茅(G10)、長(zhǎng)穗冰草(G12)、鴨茅(G14)葉片中脯氨酸含量均小于1 μg/g，多年生黑麥草(G1)、老芒麥(G3)、披堿草(G7)均大于1 μg/g，這可能是由于材料自身的差異造成的。7份材料葉片中脯氨酸含量均隨著Pb濃度的增加而升高，當(dāng)Pb濃度為300 mg/kg時(shí)，各材料脯氨酸含量與對(duì)照相比顯著增加，鴨茅(G14)的增幅最大，較對(duì)照增長(zhǎng)78.2倍，多年生黑麥草(G1)增幅最小，較對(duì)照增長(zhǎng)28.3%。

表3　Pb脅迫對(duì)相對(duì)地上和地下生物量的影響

表4　14份禾草的耐鉛系數(shù)、隸屬函數(shù)值及綜合評(píng)價(jià)D值

圖1　Pb脅迫對(duì)禾草脯氨酸含量的影響Fig.1　The effects of lead stress on proline content of forage grasses

2.5　Pb脅迫對(duì)CAT活性的影響

由圖2可知，隨著Pb處理濃度的增加，各材料葉片中CAT活性呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。當(dāng)Pb濃度為50 mg/kg時(shí)，多年生黑麥草(G1)、高羊茅(G10)、長(zhǎng)穗冰草(G12)、鴨茅(G14)等4份材料的CAT活性較對(duì)照顯著下降(P<0.05)，降幅均大于50%。當(dāng)Pb濃度為300 mg/kg時(shí)，7份材料CAT活性較對(duì)照均顯著下降(P<0.05)，降幅為69.9%～88.8%，多年生黑麥草(G1)的降幅最大(88.8%)，鵝觀草(G6)的降幅最小(69.9%)。

圖2　Pb脅迫對(duì)禾草CAT活性的影響Fig.2　The effects of lead stress on CAT activity of forage grasses

2.6　Pb脅迫對(duì)POD活性的影響

由圖3可以看出，隨著Pb處理濃度的增加，7份材料的POD活性大體上都呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)。其中，多年生黑麥草(G1)、老芒麥(G3)、鵝觀草(G6)、長(zhǎng)穗冰草(G12)和鴨茅(G14)等5份材料的POD活性在Pb濃度為100 mg/kg時(shí)達(dá)到峰值，披堿草(G7)與高羊茅(G10)則在Pb濃度為10 mg/kg時(shí)達(dá)到峰值。當(dāng)Pb濃度為300 mg/kg時(shí)，披堿草(G7)與長(zhǎng)穗冰草(G12)的POD活性仍舊高于對(duì)照，分別高于對(duì)照10.0%與3.9%，其余5份材料的POD活性均低于對(duì)照，與對(duì)照相比，5份材料POD活性的降幅為0～15.2%，多年生黑麥草(G1)降幅最大(15.2%)。

圖3　Pb脅迫對(duì)禾草POD活性的影響Fig.3　The effects of lead stress on POD activity of forage grasses

2.7　Pb脅迫對(duì)SOD活性的影響

由圖4可以看出，隨著Pb處理濃度的升高，7份材料葉片中SOD活性呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。多年生黑麥草(G1)、老芒麥(G3)、披堿草(G7)、高羊茅(G10)和鴨茅(G14)等5份材料在Pb濃度為50 mg/kg時(shí)達(dá)到峰值，其增幅為對(duì)照的24.6%～108.9%，披堿草(G7)的增幅最高(108.9%)。鵝觀草(G6)和長(zhǎng)穗冰草(G12)在Pb濃度為100 mg/kg時(shí)達(dá)到峰值，與對(duì)照相比，其增幅分別為95.7%和46.1%，均顯著高于對(duì)照(P<0.05)。當(dāng)Pb濃度為300 mg/kg時(shí)，7份材料的SOD活性仍均高于對(duì)照，高出比例為1.7%(鴨茅)～49.6%(披堿草)。

圖4　Pb脅迫對(duì)禾草SOD活性的影響Fig.4　The effects of lead stress on SOD activity of forage grasses

2.8　不同Pb處理濃度下14份供試材料的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)的變化

14份禾本科牧草體內(nèi)Pb2+含量隨著Pb處理濃度的升高而增加(表5)。在相同Pb處理濃度下，除披堿草G7和G8外，其余材料根部Pb2+含量明顯高于葉片，說明禾本科牧草吸收Pb2+主要集中在根部，很少可以運(yùn)輸?shù)降厣喜?。各材料根與地上部富集系數(shù)(BCF)隨著Pb處理濃度的升高而顯著下降(P<0.05)，根下降的幅度更大。

各禾本科牧草的轉(zhuǎn)移系數(shù)(TF)由材料不同而表現(xiàn)出不同的趨勢(shì)。披堿草(G7與G8)的TF隨著Pb處理濃度的升高表現(xiàn)出先降低后升高再降低的趨勢(shì)，當(dāng)Pb處理濃度為200 mg/kg時(shí)，G7與G8的TF達(dá)到最大值且均大于1，分別為1.04與1.02；其他材料的TF則隨著Pb處理濃度的升高而逐漸降低，且TF均小于1。

表5　Pb脅迫對(duì)禾本科牧草根和地上部中Pb2+含量的分布

續(xù)表5Continued

序號(hào)NO.Pb處理PbtreatmentPb2+含量Pb2+content(mg/kg)地上部Shoot根Root生物富集系數(shù)Bio-concentrationfactor(BCF)地上部Shoot根Root轉(zhuǎn)移系數(shù)Translocationfactor(TF)G7Pb1027.45±1.63a32.73±4.17a2.75±0.16a3.27±0.42a0.84±0.04dPb5045.55±1.08b56.15±4.73b0.91±0.02b1.12±0.09b0.81±0.02ePb10064.10±2.16c73.42±6.29c0.64±0.02c0.73±0.06c0.87±0.03cPb20092.75±4.72d89.36±5.40d0.46±0.02d0.45±0.03d1.04±0.08aPb30094.23±6.51e96.74±10.32e0.31±0.02e0.32±0.03e0.97±0.06bG8Pb1028.60±1.81a39.54±1.92a2.86±0.18a3.95±0.19a0.72±0.08cPb5033.51±1.25b54.59±6.24b0.67±0.03b1.09±0.12b0.61±0.02dPb10058.37±2.03c63.87±4.78c0.58±0.02c0.64±0.05c0.91±0.04bPb20079.62±2.74d78.12±6.13d0.40±0.01d0.39±0.03d1.02±0.04aPb30093.84±5.19e90.57±8.56e0.31±0.02e0.30±0.03e1.00±0.06aG9Pb1015.30±1.15a25.75±3.46a1.53±0.12a2.58±0.35a0.59±0.03aPb5019.30±1.24b43.81±5.93b0.39±0.02b0.88±0.12b0.44±0.02bPb10023.05±1.51c61.35±7.11c0.23±0.02c0.61±0.07c0.38±0.02cPb20035.60±1.02d97.47±10.25d0.18±0.01d0.49±0.05d0.37±0.01cdPb30049.10±2.63e141.32±11.37e0.16±0.01d0.47±0.04d0.35±0.02dG10Pb1010.15±0.58a23.34±3.14a1.02±0.06a2.33±0.31a0.43±0.02aPb5017.70±0.91b45.52±5.69b0.35±0.02b0.91±0.11b0.39±0.02bPb10022.35±1.74c73.05±5.83c0.22±0.02c0.73±0.06c0.31±0.03cPb20032.60±1.30d102.80±9.28d0.16±0.01d0.51±0.05d0.32±0.01cPb30052.85±2.26e179.50±15.02e0.18±0.01d0.60±0.05e0.29±0.02dG11Pb1013.35±1.01a34.82±4.33a1.34±0.10a3.48±0.43a0.38±0.02aPb5014.25±1.37b55.24±2.78b0.29±0.03b1.10±0.06b0.26±0.05bPb10018.95±2.02c79.87±6.19c0.19±0.02c0.80±0.06c0.24±0.03cPb20025.90±2.15d116.26±12.06d0.13±0.01d0.58±0.06d0.22±0.01cPb30030.20±1.87e183.82±20.47e0.10±0.01e0.61±0.07e0.16±0.02dG12Pb1011.20±0.62a23.87±4.38a1.12±0.06a2.39±0.44a0.47±0.01aPb5018.25±1.03b48.35±7.21b0.37±0.02b0.97±0.14b0.38±0.01bPb10023.05±1.47c69.37±8.76c0.23±0.01c0.69±0.09c0.33±0.02cPb20026.30±1.83d85.97±5.47d0.13±0.01d0.43±0.03d0.31±0.03dPb30032.70±2.08e113.72±8.95e0.11±0.01e0.38±0.03e0.29±0.02eG13Pb1011.35±1.01a21.93±1.22a1.14±0.10a2.19±0.12a0.52±0.06aPb5014.20±0.74b39.15±3.56b0.28±0.01b0.78±0.07b0.36±0.02bPb10015.75±1.26c47.64±2.17c0.16±0.01c0.48±0.02c0.33±0.05bPb20017.90±1.53d58.29±7.03d0.09±0.01d0.29±0.04d0.31±0.02cPb30029.40±1.79e133.97±10.78e0.10±0.01d0.45±0.04e0.22±0.03dG14Pb108.70±0.34a18.86±2.03a0.87±0.03a1.89±0.20a0.46±0.02aPb5013.70±0.95b31.33±2.76b0.27±0.02b0.63±0.06b0.44±0.03bPb10019.80±1.23c57.96±6.14c0.20±0.01c0.58±0.06c0.34±0.02cPb20022.05±1.16d82.73±9.73d0.11±0.01d0.41±0.05d0.27±0.01dPb30033.90±1.87e153.52±11.25e0.11±0.01d0.51±0.04e0.22±0.02e

注：不同小寫字母表示各材料不同濃度間差異顯著(P<0.05)。

Note: Different small letters show significant difference between different concentration for each material (P<0.05).

3討論與結(jié)論

Pb是一種有毒的重金屬元素，外源重金屬鉛污染物進(jìn)入土壤后，禾本科牧草可通過根系吸收土壤中的鉛，進(jìn)而運(yùn)輸?shù)降厣喜糠?。Pb在植物體內(nèi)的過度積累會(huì)導(dǎo)致根系受損、分蘗減少、地上部生長(zhǎng)減緩[19]。本研究中，隨著Pb處理濃度的增加，14份禾草的株高、分蘗數(shù)、地上生物量均呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)，地下生物量則呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)(G8除外)?？赡苁怯捎谕寥乐惺┤氲蜐舛萈b(NO3)2后，Pb2+主要被根系吸收，使得根的生長(zhǎng)受到抑制，而NO3-的施入提高了土壤肥力，從而使得地上部的生長(zhǎng)受到促進(jìn)；隨著Pb(NO3)2施入濃度的增大，地上部積累的Pb2+也隨之升高，地上部的生長(zhǎng)也逐漸受到抑制，當(dāng)Pb處理濃度為300 mg/kg時(shí)，14份禾草的生長(zhǎng)均受到明顯抑制。李西等[19]對(duì)假儉草、狗牙根(Cynodondactylon)、結(jié)縷草的研究表明，當(dāng)Pb濃度為250 mg/kg時(shí)，3種草的生長(zhǎng)均受到顯著抑制，與本研究的結(jié)果基本一致。通過綜合評(píng)價(jià)篩選出耐鉛性最強(qiáng)的禾草為來自土耳其的長(zhǎng)穗冰草G5。

植物體內(nèi)游離脯氨酸含量的增加是植物對(duì)逆境脅迫的一種生理生化反應(yīng)，脯氨酸作為細(xì)胞質(zhì)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，具有穩(wěn)定生物大分子結(jié)構(gòu)的作用，植物通過體內(nèi)游離脯氨酸的積累可防止細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能受損以降低受傷害程度[7]。張呈祥等[20]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)Pb濃度<100 mg/kg時(shí)，草地早熟禾(Poapratensis)體內(nèi)的脯氨酸含量隨著Pb濃度的增大持續(xù)升高，當(dāng)Pb濃度>100 mg/kg時(shí)，脯氨酸含量逐漸下降。劉慧芹等[8]的研究表明，當(dāng)Pb濃度<1000 mg/L時(shí)，多年生黑麥草體內(nèi)的脯氨酸含量隨著Pb濃度的增大而升高，當(dāng)Pb濃度>1000 mg/L時(shí)，脯氨酸含量逐漸下降。本研究中，當(dāng)Pb濃度<300 mg/kg時(shí)，7份禾草的脯氨酸含量均隨著Pb處理濃度的增大而逐漸升高，表明在該濃度范圍內(nèi)7份禾草均可以通過脯氨酸含量的持續(xù)升高以緩解Pb對(duì)植物的毒害作用。

SOD、CAT和POD是控制植物體內(nèi)活性氧積累的最主要的酶。SOD是活性氧防御體系的第一道防線，能歧化超氧陰離子自由基生成H2O2；CAT和POD又可以將H2O2歧化成無毒害的H2O和O2。李西等[19]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Pb濃度為0～1000 mg/kg時(shí)，假儉草、狗牙根、結(jié)縷草的SOD、POD、CAT活性均隨著Pb處理濃度的增大而逐漸升高。本研究中，隨著Pb處理濃度的增大，7種禾草SOD與POD活性均先升高后降低，CAT活性則一直降低，表明SOD與POD在禾草體內(nèi)超氧陰離子自由基的清除中發(fā)揮主要作用；當(dāng)Pb濃度為100 mg/kg時(shí)，3種酶活性均處于降低狀態(tài)，表明禾草體內(nèi)活性氧的積累超出了自身的清除能力，此時(shí)大部分材料的地上與地下生物量均低于對(duì)照，生長(zhǎng)受到抑制。

植物體內(nèi)重金屬含量與植株的生物量、品種的遺傳特性、生長(zhǎng)條件及土壤中Pb濃度的含量等因素直接相關(guān)[21]。本研究中，隨著Pb處理濃度的升高，14份禾草地上部與根的富集系數(shù)逐漸降低，表明Pb脅迫的加劇降低了禾草對(duì)Pb的富集效率，另外，除披堿草(G7與G8)外，其余12份禾草的轉(zhuǎn)移系數(shù)也呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，并且轉(zhuǎn)移系數(shù)均小于1，表明根是禾草富集Pb的主要器官，從根向地上部轉(zhuǎn)移Pb的能力較弱，且會(huì)隨著Pb脅迫的加劇更趨減弱。Pb超富集植物要求植株地上部Pb2+含量大于1000 mg/kg，地上部生物富集系數(shù)大于1，轉(zhuǎn)移系數(shù)大于1，且在Pb污染土壤中能夠生長(zhǎng)良好，不會(huì)發(fā)生毒害現(xiàn)象[22]。本研究中，14份材料均未達(dá)到超富集植物的標(biāo)準(zhǔn)。披堿草(G7與G8)雖然在Pb處理濃度為200 mg/kg時(shí)的轉(zhuǎn)移系數(shù)大于1，但其地上部Pb2+含量，地上部生物富集系數(shù)都遠(yuǎn)未達(dá)到超富集植物的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)Pb處理濃度為200和300 mg/kg時(shí)，G7與G8地上部Pb2+含量與轉(zhuǎn)移系數(shù)均顯著高于其他材料(P<0.05)，說明其在高濃度Pb脅迫下具有較強(qiáng)的Pb吸收與富集轉(zhuǎn)運(yùn)能力，可作為Pb污染土壤修復(fù)的候選植物。

綜合而言，來自土耳其的長(zhǎng)穗冰草G5具有較強(qiáng)的耐Pb性，而披堿草G7與G8則具有較強(qiáng)的Pb富集轉(zhuǎn)運(yùn)能力，是否能將披堿草用于Pb污染土壤的生態(tài)修復(fù)還需要進(jìn)一步的大田試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

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通訊作者*Corresponding author. E-mail:yuanqinghua@hotmail.com

作者簡(jiǎn)介：李慧芳(1987-)，女，山西忻州人，在讀碩士。 E-mail:lhf523-dxxz@163.com

基金項(xiàng)目：十二五國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題(2011BAD17B01)，國(guó)家牧草產(chǎn)業(yè)體系(崗位專家)項(xiàng)目(CARS-35)和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目(2014ywf-zd-2)資助。

收稿日期：2014-07-03；改回日期：2015-02-26

DOI：10.11686/cyxb2014303http://cyxb.lzu.edu.cn