中华蚊母(Distylium chinense)对Pb的生理响应及吸收累积研究

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中华蚊母(Distylium chinense)为金缕梅科(Hamamelidaceae)蚊母树属(Distylium)常绿灌木,属热带及亚热带树种,根系发达,喜阳耐阴,能够耐受高温高湿、严寒洪涝,被认为是三峡库区消落区和长江支流河岸生态系统防沙固土的优选物种,也是城市及工厂绿化的理想物种。Pb是一种天然存在的有害微量金属元素,易被植物吸收累积,最终会通过食物链威胁到人类健康。钙是参与植物生理过程所必需的营养元素之一,可通过对土壤矿质元素的拮抗及影响植物体内细胞结构和功能的稳定性、信号传导、呼吸作用等来影响植物吸收累积重金属的能力。参照我国《土壤环境质量-农用地土壤污染风险管控标准》、《土壤环境质量-建设用地土壤污染风险管控标准》,结合重庆地区和三峡库区土壤Pb污染研究的实际情况,设置不同浓度单因素Pb胁迫处理,研究中华蚊母的生理响应与吸收累积能力;同时,在四组单因素Pb胁迫基质土中分别施加不同浓度外源Ca2+,研究Ca2+在中华蚊母抗Pb胁迫中的作用,以期为筛选具有铅污染土壤修复能力的植物提供参考依据,同时为三峡库区土壤环境治理、构筑长江上游重要生态屏障提供实践参考。主要研究结论如下:(1)Pb胁迫对中华蚊母幼苗生长的影响:100、200 mg/kg Pb处理下,中华蚊母幼苗生长状态良好,叶片与根系无明显病状;大于200 mg/kg时,部分叶片萎蔫脱落。幼苗株高和地径净生长量、总根长和根总表面积表现为“低促高抑”现象,处理60 d后,100 mg/kg Pb处理对幼苗株高和地径净生长量、总根长和根总表面积促进效果最明显;800 mg/kg处理组幼苗株高和地径净生长量、总根长和根总表面积则分别降至对照的82.52%和77.03%、86.34%和92.18%。(2)Pb胁迫对中华蚊母幼苗生理的影响:各浓度Pb处理下幼苗根中含水量均较对照升高,且200 mg/kg Pb处理对根中含水量促进效果最显著,茎和叶中含水量未随处理浓度变化表现出明显规律。幼苗叶绿素含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量和根系活力均表现为“低促高抑”现象,100 mg/kg Pb处理组幼苗叶绿素a、b含量和可溶性蛋白含量达到最大值,分别为对照的2.20倍、1.07倍和1.03倍,可溶性糖含量和根系活力则在200 mg/kg Pb处理下增至对照的1.51倍和1.10倍。MDA含量随胁迫浓度增大而增大;POD活性则随胁迫浓度增大而减小;SOD和CAT活性表现为“低促高抑”现象,在200 mg/kg Pb处理下达到最大值,分别为对照的2.36倍和2.43倍。Pb处理抑制了幼苗根中Ca、K、Mg含量,而茎中Ca、K、Mg含量则未表现出明显规律,叶中Ca、Mg含量未表现出明显规律,各处理组K含量分别为对照的78.95%、77.18%、68.40、62.81%。FTIR结果显示,根和茎中各特征峰峰值在200mg/kg Pb处理下达最大,叶中各特征峰峰值随处理浓度增大而减小。(3)中华蚊母幼苗对Pb的吸收累积特性:Pb胁迫浓度大于100 mg/kg时,同一浓度胁迫下幼苗各器官Pb含量表现为:根>茎>叶;各处理组幼苗根和叶中Pb含量均随处理浓度增大而增大;幼苗叶片Pb主要分布在细胞壁组分,占61.62-74.60%;地上和地下部富集及转移系数随胁迫浓度增大而降低,800 mg/kg Pb处理下分别降至对照的11.88%、6.21%和52.36%,表明中华蚊母幼苗对Pb的富集和转移能力较弱,适用于修复轻中度Pb污染土壤。(4)外源钙对Pb胁迫下中华蚊母幼苗生长、生理及Pb吸收累积的影响:100mg/kg Ca2+促进了幼苗在Pb胁迫下的生长,400 mg/kg Ca2+仅在处理30 d时对100、200 mg/kg Pb胁迫下幼苗株高和地径生长有促进作用;外源钙对Pb胁迫下幼苗组织含水量、叶绿素含量和可溶性蛋白含量的影响未表现出明显规律,施加400 mg/kg Ca2+显著提高了各浓度Pb处理下叶片可溶性糖含量,分别为单一Pb处理的1.99倍、1.70倍、2.86倍、3.67倍,100 mg/kg Ca2+处理对各浓度Pb处理下幼苗根系活力的促进效果最显著;两种浓度外源钙显著降低了各浓度Pb处理下幼苗叶片SOD活性,而对MDA含量和POD、CAT活性的影响无明显规律;外源钙的加入显著提高了各浓度Pb处理下幼苗根和叶中Ca含量;FTIR结果显示,在400、800 mg/kg Pb胁迫下,施加100 mg/kg Ca2+显著提高幼苗根、茎、叶组织各特征峰峰值。幼苗根、茎Pb含量在100 mg/kg Ca2+处理下较单一Pb处理升高,而叶中Pb含量变化无明显规律,两种浓度外源钙促进了各浓度Pb胁迫下幼苗叶片细胞壁组分Pb含量;外源钙对幼苗地上和地下部富集系数的促进效果不显著,施加400 mg/kg Ca2+显著提高了幼苗在各浓度Pb胁迫下的转移系数,表明400 mg/kg Ca2+促进了幼苗体内Pb的向上运输,但外源钙的施加未达到提高中华蚊母修复效率的效果。
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