高羊茅和草地早熟禾對鎘的耐受能力和解毒機制研究.pdf

1、植物對Cd的耐受能力是Cd污染土壤植物修復技術最重要的基礎。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方面具有較好的應用前景。本文系統(tǒng)評價了高羊茅（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Cd的耐受能力與植物體內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，并對耐Cd能力差異較大的高羊茅（耐受性強）和草地早熟禾（耐受性弱）進行了解毒機制研究。
　　1.草坪植物對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)出了對土壤Cd污染較強的耐受能力和植物體富集能

3、力。從Cd脅迫下的草坪質量、相對生長速率、草坪密度、地上部和根系的生物量、葉片電導率、葉片相對含水量和葉片光化學效率等生長或生理指標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Cd的耐受能力最強，其次為多年生黑麥草，草地早熟禾和匍匐剪股穎對Cd的耐受能力最差。在所有測定的生長或生理指標中，相對生長速率和根系生物量對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轉運系數(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Cd的耐受能力與富集能力比較
　　選擇對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、植物龍葵進行對比研究，土壤Cd脅迫濃度分別為0、40、80 mg Cd kg?1，脅迫時間為63 d。結果表明：Cd脅迫處理抑制了植物的生長，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照沒有顯著差異。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Cd的富集量分別達到了1114.9、761.5和63.7 mg m?2。在40和80 mg Cd kg?1的脅迫下，草地早熟禾對土壤Cd的萃取率高達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%。以上結果表明，草地早熟禾和高羊茅對Cd的耐受能力和富集能力遠大于超富集植物龍葵，顯示了其對Cd污染土壤修復的潛力。
　　3.高羊茅和草地早熟禾體內Cd的化

7、學形態(tài)
　　植物體不同組織中Cd的化學形態(tài)與植物對Cd的吸收、轉運、富集有直接關系，是重金屬解毒機制研究的重要部分。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，說明草地早熟禾根系更多的Cd能通過共質體途徑裝載到中柱進行長距離運輸。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，說明草地早熟禾能向地上部分轉運較多的Cd。從植物組織中Cd的化學形態(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制。與草地早熟禾相比，高羊茅表現(xiàn)出較強的Cd的耐受能力，可能與其根系中較少的Cd能夠轉運進入中柱、以及較少的Cd能夠轉運到地上部分有關。
　　4.高羊茅和草地早熟禾體內Cd的組織分布特征
　　通過組織化學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 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，然后進入根內部組織。組織化學染色和激光共聚焦熒光觀察均顯示：草地早熟禾能夠將根系吸收的Cd較多地轉運進入根的中柱，這與Cd的組織測定結果完全一致。在葉片中，較多的Cd分布在維管束、葉脈的機械組織、葉片表皮的角質層中，高羊茅葉片表皮的角質層Cd熒光明顯強于草地早熟禾，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排出體外的機制，從

10、而減輕Cd對細胞的毒害。
　　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、老葉和枯葉四個部分。研究結果發(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層和維管束中，

11、但在老葉中可以觀察到大量的Cd已擴散到葉肉細胞中。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的新葉保護機制。螯合劑可能會促進Cd在植物體內的轉運，但本試驗中添加螯合劑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，但對草地早熟禾的效果則不明顯。
　　6.高羊茅和草地早熟禾體內Cd的富集與脅迫時間的關系
　　隨著Cd脅迫時間的延長，高羊茅和草地早熟禾地上部和根系富集的Cd