鎘鉛脅迫對(duì)桑樹(shù)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)以及重金屬累積的影響

高鴻鵬　鄭直　劉超　張中羽　董小龍　蘇超　張敏娟

摘要 [目的]研究重金屬脅迫對(duì)桑樹(shù)種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響，分析桑樹(shù)幼苗對(duì)重金屬的吸收和累積規(guī)律。[方法]以冀桑3號(hào)和魯雜1號(hào)2個(gè)品種桑樹(shù)種子和幼苗為材料，采用濾紙萌發(fā)法分析重金屬鎘、鉛對(duì)2個(gè)品種桑樹(shù)種子萌發(fā)的影響，采用土培盆栽法分析鎘和鉛對(duì)2個(gè)品種桑樹(shù)幼苗生物量的影響及幼苗對(duì)鎘和鉛的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)規(guī)律。[結(jié)果]桑樹(shù)種子萌發(fā)受到鎘、鉛的抑制作用，并且鎘和鉛對(duì)胚根毒害作用更強(qiáng)。鎘和鉛元素對(duì)桑樹(shù)種子胚根生長(zhǎng)有顯著抑制作用的濃度分別為114、331 mg/L;2個(gè)品種幼苗的生物量隨著鎘和鉛處理濃度的升高而降低，冀桑3號(hào)幼苗能耐受20 mg/kg的鎘脅迫和500 mg/kg的鉛脅迫而不降低其生物量。2個(gè)品種桑樹(shù)幼苗對(duì)鎘和鉛的吸收水平均隨著鎘、鉛處理濃度的升高而升高;幼苗對(duì)鎘的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)分別為0.53～3.58和0.41～0.84，對(duì)鉛的富集指數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)分別為0.02～0.58和0.11～0.78。從2個(gè)品種的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)的對(duì)比來(lái)看，冀桑3號(hào)幼苗與魯雜1號(hào)幼苗對(duì)鎘、鉛的耐受能力、富集能力存在一定程度的差異，且2個(gè)品種幼苗均不能有效地將鎘和鉛轉(zhuǎn)運(yùn)至植株地上部分。[結(jié)論]該研究可為植物修復(fù)重金屬污染提供一定依據(jù)，為進(jìn)一步利用桑樹(shù)進(jìn)行土壤修復(fù)奠定一定的理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 桑樹(shù);鎘;鉛;累積;生物量

中圖分類(lèi)號(hào) Q945文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2020）11-0131-06

Abstract [Objective]To study the effects of heavy metal stress on seed germination，seedling growth and the heavy metals absorption and accumulation of mulberry trees.[Method]Seeds of two mulberry cultivars （Jisang No.3 and Luza No.1） were exposed to five cadmium （Cd） and lead （Pb） concentrations by using petridish method，the germination percentage and root lengths were measured.Seedlings of these two mulberry cultivars were used as materials，the heavy metal treatment was carried out by using potculture method，the biomass and heavy metal content of two mulberry cultivars were examined.[Result]The germination of mulberry seeds was inhibited by lead and cadmium treatment，cadmium and lead had stronger toxic effects on the root elongation of mulberry.The roos of mulberry seeds were significantly inhibited at concentration of 114 mg/L and 331 mg/L for cadmium and lead，respectively;at the cadmium concentration of 20 mg/kg and the lead concentration of 500 mg/kg，mulberry seedlings of Jisang No.3 grew well without reducing biomass.Both of the two mulberry cultivars absorbed more elements with increasing cadmium or lead dose.The bioconcentration factor and transfer factor for cadmium in the two mulberry seedlings ranged from 0.53 to 3.06 and from 0.41 to 0.84，respectively.The bioconcentration factor and transfer factor for lead ranged from 0.02 to 0.58 and 0.11 to 0.78，respectively.By comparing the bioconcentration factor and transfer factor of the two cultivars，we found that there was a certain degree of difference in tolerance and uptake capacity to cadmium and lead between seedlings of Jisang No.3 and Luza No.1，and the two cultivars could not effectively transport cadmium and lead from root to shoot.[Conclusion]These results provided a basis for phytoremediation of heavy metal pollution，and indicated that mulberry can be a candidate for repairing heavy metal contaminated soil.

Key words Mulberry;Cadmium;Lead;Accumulation;Biomass

隨著工業(yè)化、城市化進(jìn)程的加快，近年來(lái)土壤重金屬污染問(wèn)題日益加劇，對(duì)人體健康和社會(huì)發(fā)展造成了一定威脅[1-4]。土壤中重金屬污染以鎘和鉛的污染面積最大、污染程度最甚[5-6]。重金屬污染具有隱蔽性、不可逆和殘留期長(zhǎng)等特點(diǎn)，故環(huán)境中低濃度的重金屬有可能通過(guò)食物鏈的富集而在人體內(nèi)蓄積，從而破壞人體正常代謝活動(dòng)，損害人體健康[7]。因此，土壤重金屬污染的修復(fù)研究已迫在眉睫。

生物修復(fù)作為一種費(fèi)用低、環(huán)境危害小、無(wú)二次污染的新興技術(shù)，在土壤重金屬污染治理方面具有廣闊前景[8]。其中，植物修復(fù)技術(shù)通過(guò)植物固定、植物轉(zhuǎn)移和植物分解來(lái)修復(fù)污染土壤和水體，已成為一種新興的高效生物修復(fù)技術(shù)，且植物修復(fù)具有良好的社會(huì)、生態(tài)綜合效益，因而易被大眾接受。生物修復(fù)綜合技術(shù)將是今后重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)的主要研究方向[9-10]。當(dāng)前，尋找高效、經(jīng)濟(jì)和適宜的修復(fù)植物已成為廣泛利用植物修復(fù)技術(shù)治理土壤重金屬污染的關(guān)鍵。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的重金屬超累積植物超過(guò)500種，然而，這些超累積植物的不足之處在于其多為草本植物，生長(zhǎng)緩慢且生物量小[8]，從而限制了其在重金屬污染土壤修復(fù)中的廣泛應(yīng)用。除超累積植物外，將生物量大、生長(zhǎng)迅速且具有一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值的灌木或喬木用于土壤污染修復(fù)將具有極大優(yōu)勢(shì)[11]。

桑樹(shù)是一種在我國(guó)栽培歷史悠久、地域分布廣泛的經(jīng)濟(jì)樹(shù)木，其生長(zhǎng)速度快、耐剪伐并可適應(yīng)多種不良環(huán)境，近年來(lái)已逐漸被用于生態(tài)治理[12]。該研究擬通過(guò)對(duì)重金屬脅迫下桑樹(shù)種子的發(fā)芽率、幼芽生長(zhǎng)以及重金屬鎘、鉛脅迫對(duì)桑樹(shù)幼苗生物量的影響及幼苗吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)重金屬的規(guī)律進(jìn)行分析，以期為進(jìn)一步利用桑樹(shù)進(jìn)行土壤修復(fù)奠定一定的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

以冀桑3號(hào)和魯雜1號(hào)種子和實(shí)生桑樹(shù)幼苗為材料。重金屬鎘和鉛的供源分別為氯化鎘（CdCl2·2.5H2O）和硝酸鉛[Pb（NO3）2]，購(gòu)自天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。育苗基質(zhì)購(gòu)自山東壽光天豐園藝材料廠，基質(zhì)中有機(jī)物含量≥30%，育苗基質(zhì)的鎘、鉛含量本底值分別為1.05、15.00 mg/kg。

1.2 種子萌發(fā)

將種子清洗干凈，自來(lái)水浸泡過(guò)夜，選取飽滿種子以75%乙醇和次氯酸鈉溶液（有效氯含量為1%）對(duì)種子進(jìn)行表面消毒。75%乙醇浸泡5 min，無(wú)菌水洗3次，以次氯酸鈉溶液浸泡30 min，無(wú)菌水沖洗3次，最后一次浸泡5 min，吹干，置于鋪有3層濾紙的培養(yǎng)皿中。對(duì)魯雜1號(hào)、冀桑3號(hào)種子分別進(jìn)行鎘、鉛脅迫處理，設(shè)置鎘處理濃度為0、23、114、228、685、1 141 mg/L，設(shè)置鉛處理濃度為0、331、993、1 656、2 318、2 980 mg/L，對(duì)照組添加無(wú)菌水，每皿30粒種子，3次重復(fù)處理。25 ℃恒溫溫室無(wú)菌培養(yǎng)種子，光暗周期為14/12 h。以胚芽或胚根長(zhǎng)度達(dá)到種子長(zhǎng)度1/2時(shí)開(kāi)始每天記錄種子發(fā)芽數(shù)，待發(fā)芽結(jié)束后，以數(shù)顯卡尺測(cè)量根長(zhǎng)，計(jì)算發(fā)芽率，公式如下：

發(fā)芽率=供試種子的發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù)×100%

1.3 幼苗種植和脅迫處理

采用基質(zhì)培養(yǎng)方法對(duì)2個(gè)品種桑樹(shù)幼苗進(jìn)行重金屬鎘和鉛脅迫耐受性試驗(yàn)。在育苗盆中挑選1月齡長(zhǎng)勢(shì)一致、無(wú)病蟲(chóng)害、生長(zhǎng)良好的實(shí)生桑樹(shù)幼苗（平均株高5 cm，平均基部莖直徑1.96 mm），將其轉(zhuǎn)移到盛有等質(zhì)量育苗基質(zhì)的37 cm×24 cm×11 cm塑料方盆中進(jìn)行培養(yǎng)，隔天澆水1次，待幼苗穩(wěn)定生長(zhǎng)至株高約15 cm，基部莖直徑約2.30 mm時(shí)，進(jìn)行重金屬脅迫試驗(yàn)。鉛脅迫處理設(shè)置4個(gè)濃度梯度，使基質(zhì)中鉛的終濃度分別為CK，500、1 000、2 000 mg/kg，鎘脅迫處理設(shè)置4個(gè)濃度梯度，使基質(zhì)中鎘的終濃度分別為CK，20、50、100 mg/kg，對(duì)2個(gè)品種幼苗進(jìn)行4水平5重復(fù)處理?？刂泼颗柩b有相等干重的基質(zhì)，計(jì)算每組重金屬處理所需的重金屬的量，每個(gè)處理按照不同重金屬濃度配成溶液一次性澆灌基質(zhì)，待水分蒸發(fā)之后攪拌均勻，再澆透水，移栽幼苗。將幼苗置于溫室之中進(jìn)行恒溫光照培養(yǎng)（25～28 ?℃，光暗周期為10/14 h），正常澆水及護(hù)理。重金屬脅迫處理30 d后，將重金屬脅迫處理的桑樹(shù)幼苗從基質(zhì)中取出，自來(lái)水反復(fù)沖洗后蒸餾水沖洗干凈用濾紙吸干。用剪刀將根和地上部分分開(kāi)，分別測(cè)量地下部分和地上部分鮮重，再將地上部分與地下部分分別裝入無(wú)紡布袋中，在80 ℃烘箱中烘干直至恒重，取出樣品測(cè)量干重。之后將樣品取出，用研缽磨成粉末保存。

1.4 植物樣品的消化及鎘鉛含量的測(cè)定

干粉樣品采用濕法消化，稱(chēng)取0.200 0 g的樣品于消解管中，加10 mL混合酸（硝酸∶高氯酸=4∶1），將消解管放入消解爐中，設(shè)置溫度為100 ℃，緩慢加熱，使樣品充分消解，保持100 ℃ 40 ?min，升溫到230 ℃，此時(shí)消解管中充滿紅棕色濃煙，保持60 ?min，待消解至溶液透明，呈無(wú)色或淡黃色。取下冷卻至常溫，45 μm微孔濾膜過(guò)濾，用超純水定容到25 ?mL。采用石墨爐火焰原子法（火焰石墨爐原子吸收光譜儀，日本日立，Z-2000型）測(cè)定植物各部分的鎘、鉛含量[13]。

1.5 轉(zhuǎn)移系數(shù)和富集系數(shù)的計(jì)算 植物將重金屬?gòu)牡叵虏糠洲D(zhuǎn)移至地上部分的能力即為轉(zhuǎn)移系數(shù)（TF）：

TF=地上部分（莖葉）平均重金屬濃度/地下部分重金屬濃度

植物不同部位積累重金屬的能力即為生物富集系數(shù)（BCF）：

BCF=根或地上部分（莖葉）平均重金屬濃度/土壤重金屬終濃度

1.6 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)處理及方差分析采用Excel 2003和SPSS16.0軟件進(jìn)行，柱形圖用Excel 2003制作，箱式圖用OriginV8.0制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 鎘和鉛對(duì)桑樹(shù)種子萌發(fā)和胚根伸長(zhǎng)的影響

鎘、鉛對(duì)桑樹(shù)種子萌發(fā)的抑制作用隨著其濃度的提高而增強(qiáng)，高濃度重金屬脅迫下，桑樹(shù)種子的發(fā)芽率顯著下降。與對(duì)照組相比，23 mg/L 鎘處理后桑樹(shù)種子的發(fā)芽率沒(méi)有顯著下降，隨著鎘濃度從114 ?mg/L升高到228 ?mg/L，魯雜1號(hào)種子發(fā)芽率從88%降低到62%，而冀桑3號(hào)種子發(fā)芽率從88%降低到31%（圖1a）。魯雜1號(hào)和冀桑3號(hào)發(fā)芽抑制率超過(guò)50%的鎘濃度分別為685、228 ?mg/L，說(shuō)明冀桑3號(hào)種子對(duì)高濃度鎘毒害的耐受性較魯雜1號(hào)差。鉛濃度低于1 656 ?mg/L，對(duì)魯雜1號(hào)和冀桑3號(hào)種子的發(fā)芽率沒(méi)有影響（圖1b）;當(dāng)鉛濃度分別為2 318、2 980 ?mg/L時(shí)，魯雜1號(hào)種子的發(fā)芽率分別降了5、9百分點(diǎn)，冀桑3號(hào)種子的發(fā)芽率分別降低了7、11百分點(diǎn)，說(shuō)明高濃度的鉛處理對(duì)桑樹(shù)種子萌發(fā)的影響不顯著。

隨著重金屬脅迫濃度的升高，桑樹(shù)種子胚根長(zhǎng)度逐漸減小，說(shuō)明重金屬處理對(duì)桑樹(shù)胚根的伸長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用，重金屬元素對(duì)桑樹(shù)種子胚根伸長(zhǎng)的抑制作用較胚芽強(qiáng)，因此胚根長(zhǎng)度更適合作為衡量桑樹(shù)種子重金屬傷害的指標(biāo)。與對(duì)照組相比，23 ?mg/L 鎘處理后冀桑3號(hào)和魯雜1號(hào)種子的胚根長(zhǎng)度分別下降至對(duì)照的49.62%和65.62%，114 ?mg/L鎘處理后冀桑3號(hào)和魯雜1號(hào)種子的胚根長(zhǎng)度分別下降至對(duì)照的0.41%和1.14%（圖2a和2b）。當(dāng)鉛處理濃度為331 mg/L時(shí)，冀桑3號(hào)和魯雜1號(hào)種子的胚根長(zhǎng)度分別下降至對(duì)照的51.73%和36.40%，隨著鉛濃度從993 mg/L升高至1 656 mg/L，冀桑3號(hào)和魯雜1號(hào)種子胚根長(zhǎng)度的降幅從37.74%和25.65%下降至10.31%和8.36%，當(dāng)鉛處理濃度為2 980 ?mg/L時(shí)，冀桑3號(hào)和魯雜1號(hào)種子的胚根基本停止生長(zhǎng)（圖2c和2d）。

2.2 鎘和鉛對(duì)桑樹(shù)幼苗生物量的影響

由表1可知，20 mg/kg鎘處理使得冀桑3號(hào)幼苗地上部分和地下部分干重比對(duì)

照分別增加了63.06%和47.15%;魯雜1號(hào)幼苗地上部分干重比對(duì)照增加了12.64%，但差

異不顯著（P>0.05），而地下部分干重下降了26.96%;魯雜1號(hào)幼苗整株生物量下降了3.91%，冀桑3號(hào)幼苗整株生物量增加了57.55%。隨著鎘濃度的增加，魯雜1號(hào)幼苗與冀桑3號(hào)幼苗的生物量均有降低。當(dāng)鎘濃度為50 mg/kg時(shí)，魯雜1號(hào)幼苗、冀桑3號(hào)幼苗的地上部分和地下部分干重較對(duì)照分別下降了31.50%、65.88%和21.02%、41.85%，整株生物量分別下降了46.75%和28.37% （表 1）。當(dāng)鎘濃度為100 mg/kg時(shí)，魯雜1號(hào)和冀桑3號(hào)幼苗的地上和地下部分干重較對(duì)照分別下降了64.88%、69.37%和34.72%、52.31%，整株生物量分別下降了66.87%和40.87%。上述結(jié)果表明，冀桑3號(hào)幼苗對(duì)鎘處理的響應(yīng)呈現(xiàn)“低促高抑”現(xiàn)象，與對(duì)照生物量相比，20 mg/kg鎘處理下冀桑3號(hào)幼苗生物量顯著增加（P<0.05），而魯雜1號(hào)幼苗生物量則有所下降，但無(wú)顯著差異（P>0.05）;隨著鎘處理濃度的升高，魯雜1號(hào)幼苗生物量的下降幅度較冀桑3號(hào)幼苗更大，表明鎘脅迫對(duì)魯雜1號(hào)幼苗的傷害更為嚴(yán)重，并首先對(duì)其根部造成傷害。

由表2可知，鉛處理下桑樹(shù)幼苗的生物量隨著鉛濃度的升高而下降，500 mg/kg 鉛處理使魯雜1號(hào)幼苗的地上部分干重增加了2.29%，但無(wú)顯著性差異（P>0.05），而地下部分干重下降了48.17%，且達(dá)到顯著水平（P<0.05）;冀桑3號(hào)幼苗在500 mg/kg鉛脅迫下，其地上部分和地下部分干重分別下降了26.80%和10.05%;魯雜1號(hào)和冀桑3號(hào)幼苗的整株生物量分別下降了20.09%和20.80%。 當(dāng)鉛處理濃度從1 000 mg/kg增加到2 000 mg/kg 時(shí)，冀桑3號(hào)幼苗的地上部分干重和地下部分干重的下降比例分別從40.71% 和31.11% 增加到70.84% 和50.14%，整株生物量從37.33%下降到63.54%;魯雜1號(hào)幼苗的地上部分和地下部分干重的下降比例分別從24.76% 和62.37%增加到54.31% 和87.53%，整株生物量從41.44%下降到69.04%。以上結(jié)果表明，500 mg/kg鉛處理對(duì)桑樹(shù)幼苗的生長(zhǎng)造成了一定程度的傷害，1 000 mg/kg鉛處理嚴(yán)重影響了桑樹(shù)幼苗生長(zhǎng)。與冀桑3號(hào)幼苗相比，魯雜1號(hào)幼苗的根對(duì)鉛處理更為敏感，隨著處理濃度的升高，魯雜1號(hào)幼苗的根受到更為嚴(yán)重的傷害，而在幼苗根部受到嚴(yán)重傷害的時(shí)候，根對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收功能受到限制，進(jìn)而使幼苗地上部分生長(zhǎng)受到影響。

2.3 桑樹(shù)幼苗對(duì)鎘和鉛的吸收和富集

隨著土壤中鎘濃度的升高，2個(gè)品種桑樹(shù)幼苗地上部分和地下部分鎘含量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，且存在劑量效應(yīng)（表3）。當(dāng)鎘濃度達(dá)50 mg/kg時(shí)，冀桑3號(hào)幼苗地上、地下部分的鎘含量較對(duì)照顯著增加（P<0.05），而魯雜1號(hào)幼苗地上部分鎘含量顯著升高（P<0.05）;當(dāng)鎘濃度達(dá)100 mg/kg時(shí)，魯雜1號(hào)與冀桑3號(hào)幼苗中鎘含量均有顯著差異（P<0.05），且魯雜1號(hào)的地上部分和地下部分重金屬鎘含量高于冀桑3號(hào)。

與對(duì)照相比，魯雜1號(hào)和冀桑3號(hào)幼苗地上、地下部分的鉛含量隨著鉛處理濃度的升高而增加（表4）。重金屬鉛處理后，2個(gè)品種桑樹(shù)幼苗地下部分對(duì)于重金屬的富集量要高于地上部分，表明植物的地下部分積累了大量的重金屬鉛，但是很難向地上部分轉(zhuǎn)運(yùn)。植物通過(guò)自身的防御機(jī)制限制重金屬離子的跨膜運(yùn)輸和轉(zhuǎn)移，阻止重金屬往地上部分轉(zhuǎn)移，從而在整體上減少植物體內(nèi)重金屬含量，可以有效地減輕重金屬對(duì)于植物的毒害作用。

2.4 桑樹(shù)幼苗對(duì)鎘和鉛的轉(zhuǎn)移系數(shù)及富集系數(shù)

由表3可知，2個(gè)品種桑樹(shù)對(duì)重金屬鎘的富集指數(shù)均高于0.5，并隨著鎘處理濃度的升高呈增加趨勢(shì)，且地下部分富集指數(shù)高于地上部分。魯雜1號(hào)對(duì)鎘的富集指數(shù)為0.53～3.06，冀桑3號(hào)對(duì)鎘的富集指數(shù)為0.66～1.85，說(shuō)明魯雜1號(hào)和冀桑3號(hào)富集重金屬鎘的能力相近。在20 mg/kg鎘脅迫下，冀桑3號(hào)對(duì)鎘的富集指數(shù)大于魯雜1號(hào);而鎘濃度為100 mg/kg時(shí)，魯雜1號(hào)對(duì)鎘的富集指數(shù)大于冀桑3號(hào)，說(shuō)明不同植物品種、不同部位都影響著植物對(duì)重金屬的富集作用。冀桑3號(hào)對(duì)重金屬鎘的轉(zhuǎn)移系數(shù)隨著鎘處理濃度的升高而降低，在鎘濃度為20 mg/kg時(shí)轉(zhuǎn)移系數(shù)為0.74，鎘濃度為100 mg/kg時(shí)轉(zhuǎn)移系數(shù)降為0.41。以上結(jié)果表明，隨著鎘濃度的升高，鎘對(duì)桑樹(shù)的毒害作用加強(qiáng)，而植株上部鎘含量遠(yuǎn)低于地下部分，可能是植物利用自身的保護(hù)機(jī)制阻止了鎘向植株地上部分的擴(kuò)散。

由表4可知，魯雜1號(hào)和冀桑3號(hào)對(duì)鉛的富集系數(shù)分別為0.06～0.58、0.02～0.30。魯雜1號(hào)和冀桑3號(hào)對(duì)鉛的富集系數(shù)隨著鉛處理濃度的升高而降低，且地下部分富集系數(shù)高于地上部分;地上部分的富集指數(shù)平均值分別為0.11和0.10，地下部分的富集指數(shù)平均值分別為0.36和0.21。當(dāng)土壤中鉛濃度為500 mg/kg時(shí)2個(gè)品種對(duì)鉛的富集系數(shù)達(dá)到了最大值，表明鉛濃度過(guò)高對(duì)植物的毒害作用加劇，植物體內(nèi)的各種轉(zhuǎn)運(yùn)和解毒機(jī)制被破壞，無(wú)法正常生長(zhǎng)，這與桑樹(shù)在高濃度鉛脅迫下生物量的顯著降低（P<0.05）相一致。

3 討論

重金屬元素對(duì)植物的傷害體現(xiàn)在低濃度時(shí)抑制植物生長(zhǎng)發(fā)育，高濃度致使植物死亡，并且重金屬對(duì)植物胚根的毒害作用較胚芽強(qiáng)。研究表明，不同種類(lèi)的植物種子能夠耐受的同種重金屬濃度差異較大，同一類(lèi)植物的重金屬耐受性存在品種間差異[14-15]。4 mg/L鎘脅迫下堿蓬的發(fā)芽率下降54%，而0.5 mg/L鎘處理就能使其根長(zhǎng)抑制率高于50%[16]。10 μmol/L 鎘處理后甘藍(lán)型油菜的發(fā)芽率降低3.5%，根長(zhǎng)抑制率為15.4%;90 μmol/L 鎘處理后甘藍(lán)型油菜的發(fā)芽率降低20.7%，根長(zhǎng)抑制率為28.0%[17]。50 mg/L鎘處理后，云南松、榿木、紅椿、五小葉槭種子的發(fā)芽率分別為77.3%、48.0%、29.3%、8.7%[18]。鄧恩桉和直桿藍(lán)桉在0.5 mg/kg 鎘脅迫下，發(fā)芽率分別為94.1%和85.0%，根長(zhǎng)抑制率分別為18.6%和18.7%，而本沁桉、巨桉的發(fā)芽率分別為105%和95%，根長(zhǎng)抑制率分別為5.9%和33.3%，4個(gè)品種桉樹(shù)之間有顯著差異[19]。陳露等[20]分析了10個(gè)桑樹(shù)品種對(duì)鎘脅迫的耐受性，結(jié)果表明50 mg/L鎘處理下，鎘耐受型品種桂桑6號(hào)的發(fā)芽率為74.5%，耐受性居中的品種桂桑特優(yōu)12號(hào)和69851的發(fā)芽率分別為44.0%和48.5%，而鎘敏感品種沙2×倫109的發(fā)芽率僅為4.0%。與龍葵和桉樹(shù)相比，相同根長(zhǎng)抑制率下，桑樹(shù)種子能夠耐受的鎘濃度較高，鎘對(duì)甘藍(lán)型油菜發(fā)芽率的抑制作用較桑樹(shù)強(qiáng)，對(duì)胚根伸長(zhǎng)的抑制作用較桑樹(shù)弱。文獻(xiàn)報(bào)道，能夠使種子根長(zhǎng)抑制率高于50%的鉛濃度分別為500 mg/L （麻瘋樹(shù)、玉米）[21-22]、300 mg/L（毛竹）[23]、260 mg/L （小白菜）[24]、1.5 mmol/L（小麥）[25]。桑樹(shù)種子對(duì)鉛的耐受性較麻瘋樹(shù)、小麥和玉米弱，與毛竹相當(dāng)，較小白菜強(qiáng)。與已報(bào)道的植物相比，桑樹(shù)種子對(duì)2種重金屬元素的耐受性較強(qiáng)，具有作為重金屬污染修復(fù)植物的潛力。

土壤重金屬污染是亟待解決的環(huán)境問(wèn)題，土壤的鎘、鉛污染問(wèn)題尤為嚴(yán)峻，因此，分析植物重金屬吸收特性，篩選適宜的植物對(duì)重金屬污染土壤進(jìn)行修復(fù)是最佳的選擇[26]。植物生物量可以作為生長(zhǎng)在重金屬污染土壤里植物健康的一個(gè)標(biāo)志，高生物量、強(qiáng)耐受性和積累能力強(qiáng)的作物在植物修復(fù)中具有廣闊的前景[11，27-29]。在現(xiàn)有高生物量植物中，不降低其生物量而提高重金屬的積累是最為可行的策略，成為研究的熱點(diǎn)。飼料桑品種桂桑優(yōu)系列和粵桑優(yōu)系列的一年生樹(shù)苗，其地上部分干重可達(dá)18 900 kg/hm2;四年生強(qiáng)桑1號(hào)樹(shù)苗地上部分鮮重可達(dá)34 425 kg/hm2[30-31]。因此，桑樹(shù)作為一種生長(zhǎng)快速的經(jīng)濟(jì)樹(shù)木，完全滿足高生物量植物的條件。

轉(zhuǎn)移系數(shù)大于1被認(rèn)為是重金屬超累積植物的標(biāo)志，而富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)均大于1的植物，即地上部分重金屬含量高于地下部分重金屬含量且高于土壤重金屬含量的植物才具有修復(fù)重金屬污染的價(jià)值[32]。2個(gè)品種桑樹(shù)幼苗地上部分和地下部分對(duì)鎘和鉛的富集系數(shù)隨著鎘、鉛處理濃度的升高而降低，2個(gè)品種桑樹(shù)幼苗地下部分比地上部分富集系數(shù)更高，說(shuō)明桑樹(shù)幼苗對(duì)重金屬鎘、鉛有一定的吸收能力，且根部富集能力更強(qiáng)。魯雜1號(hào)和冀桑3號(hào)對(duì)重金屬鎘的轉(zhuǎn)移系數(shù)為0.23～0.84，對(duì)重金屬鉛的轉(zhuǎn)移系數(shù)為0.11～0.78，這說(shuō)明桑樹(shù)幼苗將鎘、鉛轉(zhuǎn)移至地上部分的能力較弱。綜上所述，2個(gè)桑樹(shù)品種幼苗對(duì)鎘、鉛具有較強(qiáng)的耐受性和吸收能力，且2種重金屬元素均不能被有效轉(zhuǎn)運(yùn)至植株地上部分，魯雜1號(hào)和冀桑3號(hào)幼苗在不同濃度的重金屬鎘和鉛處理下，其吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)重金屬的能力有不同程度的差異。

4 結(jié)論

大型木本植物生物量大，壽命長(zhǎng)，易護(hù)理，且一般的喬木綠化樹(shù)種不會(huì)進(jìn)入食物鏈，也避免了重金屬污染，尤其是樹(shù)干部位，可長(zhǎng)期穩(wěn)固并儲(chǔ)存大量重金屬元素，因此成為較為理想的重金屬修復(fù)樹(shù)種[26]。根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB15618—1995）三級(jí)限值，保障農(nóng)林生產(chǎn)和植物正常生長(zhǎng)的土壤鎘、鉛含量臨界值分別為1.0、500 mg/kg。而桑樹(shù)2月齡幼苗對(duì)重金屬鎘的吸收能力達(dá)到土壤三級(jí)污染限值的20倍，對(duì)鉛的吸收水平也能達(dá)到土壤三級(jí)污染限值，作為一個(gè)大生物量植物，桑樹(shù)在重金屬鎘、鉛污染土壤的治理方面有一定的應(yīng)用潛力。幾千年來(lái)，桑樹(shù)主要作為家蠶飼料而存在，隨著桑產(chǎn)業(yè)的振興，桑樹(shù)的生態(tài)價(jià)值受到廣泛關(guān)注，除此之外，桑樹(shù)的食用和藥用價(jià)值也不容忽視，因此，桑樹(shù)作為重金屬污染治理樹(shù)種時(shí)，要謹(jǐn)慎處理并避免食用、藥用方向的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，以免其進(jìn)入食物鏈，損害人體健康。