Pb胁迫对香花油茶幼苗生长的影响

张 烨 刘海龙 韦铄星 覃子海 陈博雯 肖玉菲 马锦林

(广西壮族自治区林业科学研究院/国家林业局中南速生材繁育实验室/广西特色经济林培育与利用重点实验室 广西南宁 530002)

近年来，随着中国经济的快速发展，环境污染越来越严重[1-4]，其中重金属是重要的环境污染物。土壤中重金属污染问题作为影响我国农业发展和生态环境质量的重要因素已引起了人们广泛关注[5]。土壤重金属积累破坏土壤生态系统的同时，也导致重金属在植物中大量积累，不仅严重影响植物的生长发育，而且还可经食物链危及动物和人类健康[6]。铅是造成土壤污染的重要重金属污染物之一，过量的铅一旦进入环境，特别是进入土壤后难以排除，而且，当土壤中铅浓度超过一定浓度时，会对植物生长发育产生一定影响，浓度过高甚至导致植物死亡，最终会引起生态环境恶化和生态平衡失调[7]。植物具有吸收、根虑、降解、稳定等功能，对土壤中的污染物有强大的净化作用，植物修复因具有绿色环保的特点而受到越来越多的关注[8-9]，但是草本植物在用于土壤重金属污染修复时存在生物量小、修复周期长、需反复收割等局限，因此，研究生物量较大的木本植物对重金属的耐性及富集效应具有重要意义[10]。研究铅胁迫对植物幼苗生长的影响对土壤重金属铅污染修复具有重要的理论和应用价值。

油茶(Camellia spp.)原产和主栽于中国，是山茶属植物中种子含油率较高，且有一定栽培经营面积的树种的统称，为世界四大木本油料植物之一[11-12]。其主要产品茶油，不饱和脂肪酸含量超过80%，有 “东方橄榄油” 的美誉[13-14]。香花油茶(C.osmantha Ye CX，Ma JL et Ye H)为2012年在南宁发现的油茶新物种，不仅果量多、出籽率高、早熟，且树型美观、花带香气，可同时作为油料作物树种和观赏树种[15]。由于油茶的种植面积广阔，而很多地方的土壤都受到重金属铅的污染，在受重金属铅污染的土壤中香花油茶幼苗是否可以生存？香花油茶幼苗在受重金属铅污染的土壤中生长状况如何？香花油茶幼苗对重金属铅的耐受限度是多少？值得深入研究。可为受重金属铅污染地区香花油茶的种植提供参考，为受重金属铅污染地区土壤修复木本植物的选择提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试验地概况

试验地位于广西南宁市广西壮族自治区林业科学研究院生物技术研究所苗圃，东经108o21'2"，北纬22o55'16"。境域属湿润的亚热带季风气候，阳光充足，雨量充沛，霜少无雪，气候温和，夏长冬短，年平均气温在21.6℃左右，极端最高气温40.4℃，极端最低气温-2.4℃。冬季最冷的1月平均12.8℃，夏季最热的7、8月平均28.2℃。年均降雨量达1 304.2 mm，平均相对湿度为79%，气候特点是炎热潮湿。土壤为第四纪红壤，立地条件中等，质地为轻粘土，土壤有机质含量11.3 g/kg、含水率3.41%、pH5.2，土壤中Pb含量为0。

1.1.2 试验材料

供试植物香花油茶选用广西林科院油茶苗圃1年生实生苗，选择长势一致(苗高、地径无显著差异)的实生苗进行盆栽实验。

1.2 方法

1.2.1 试验方法

采用硝酸铅配成1 000 mg/L的Pb标准溶液，取适量Pb标准溶液喷洒于7组供试土壤，反复搅拌、混匀，使土壤Pb含量分别达到： 200、400、600、 800、 1 000、 1 200、 2 000 mg/kg， 另外设置一组空白对照，置于通风处自然风干、熟化15 d，期间定时搅拌。待熟化完成后，将事先准备好的香花油茶实生苗进行盆栽，每盆栽植1株，试验期间保持土壤湿润，并在盆下放置塑料托盘，浇水后若有水渗出，将盘内渗出的水分倒回至盆中，以免Pb流失。每个处理设置20个重复。

1.2.2 分析方法

幼苗存活率：培养180 d后，统计幼苗存活数，幼苗存活率＝(处理后幼苗存活数/处理前幼苗数)×100%。

生长指标与生物量测定：培养180 d后，对采集的香花油茶植株先用自来水将根系洗净，再用20 mmol/L的Na2-EDTA交换15 min，用以吸附根系表面吸附的Pb离子，然后用超纯水仔细冲洗，用滤纸吸干表面水分，用卷尺测定株高、用游标卡尺测定根长，称量植株总重，然后将根、茎、叶剪开，分别称其鲜重。

1.2.3 数据处理方法

数据用Excel 2016和SPSS 19.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 Pb胁迫对香花油茶幼苗株高的影响

香花油茶幼苗的株高随着Pb浓度的增加呈现先增加后下降的趋势，不同土壤Pb浓度下香花油茶幼苗间株高呈现不同程度的差异(图1)。

图1 不同浓度Pb对香花油茶幼苗株高的影响

由图1可知，土壤Pb浓度在400、600和800 mg/kg时，香花油茶幼苗间的生长高度不存在显著差异，浓度为800 mg/kg时，株高达到最高的62.3 cm，但当浓度达到1 000 mg/kg时，株高显著变矮，当Pb浓度为1 200 mg/kg的时候香花油茶幼苗株高最矮，为27.8 cm。这说明低浓度的Pb对香花油茶幼苗的株高有一定的促进作用，高浓度的Pb对香花油茶幼苗的株高又起到了抑制作用。

2.2 Pb胁迫对香花油茶幼苗地径的影响

香花油茶幼苗的地径随着Pb浓度的增加呈现逐渐减小的趋势，不同土壤Pb浓度下香花油茶幼苗间地径呈现不同程度的差异(图2)。

图2 不同浓度Pb影响下香花油茶幼苗的地径变化

由图2可以看出，当土壤中Pb浓度小于200 mg/kg时，香花油茶幼苗地径受影响不大；当浓度增加到400 mg/kg时，幼苗的地径显著减小，但土壤Pb浓度在400、600和 800 mg/kg时，香花油茶幼苗间的地径差异不显著；当浓度增加到1 000 mg/kg时，香花油茶幼苗的地径生长受到严重的抑制作用。

2.3 Pb胁迫对香花油茶幼苗根长的影响

香花油茶幼苗的根长随着Pb浓度的增加呈现逐渐减小的趋势，不同土壤Pb浓度下香花油茶幼苗的根长存在不同程度的差异性(图3)。

图3 不同浓度Pb影响下香花油茶幼苗的根长变化

由图3可知，当土壤中Pb浓度小于600 mg/kg时，Pb含量对香花油茶幼苗根长的影响差别不大；当土壤中Pb浓度达到800 mg/kg时，香花油茶幼苗根长显著变短，说明此时土壤中重金属Pb对香花油茶幼苗根长的伸长起到了明显的抑制作用。

2.4 Pb胁迫对香花油茶幼苗生物量的影响

随着土壤中Pb含量的不断升高，香花油茶幼苗的总生物量、茎生物量、叶生物量均呈现先增加后又减少的趋势(表1)。

由表1可知，当土壤Pb含量处于较低水平(≤600 mg/kg)时，香花油茶幼苗的生物量达到最大，说明中低浓度的Pb不仅没有对香花油茶幼苗产生毒害作用，反而促进了香花油茶幼苗的生长。当土壤Pb的含量达到800 mg/kg水平时，香花油茶幼苗的生长受到了明显的限制，生物量明显下降，当Pb的含量达到1 200 mg/kg时，香花油茶幼苗的总生物量仅为95.36g，此时香花油茶幼苗受到明显的毒害作用，植株矮化，根系变短，根毛变少，生物量严重下降。当Pb含量达到2 000 mg/kg时，植株全部死亡。根生物量随着土壤中Pb含量的增加呈现逐渐减少的趋势，当土壤Pb的含量达到800 mg/kg水平时，香花油茶根系生物量显著减少。

表1 不同浓度Pb对香花油茶幼苗生物量的影响

3 讨论与结论

(1)苗期生长是植物经受重金属胁迫的关键时期。重金属元素进入土壤以后，与植物发生吸附作用并在植物体内运输，影响植物个体的形态发育，抑制植物的正常生长。通过对香花油茶幼苗进行不同浓度Pb胁迫处理，结果表明：香花油茶幼苗对重金属Pb具有较高的耐性，当土壤中Pb浓度低于800 mg/kg时，香花油茶幼苗的株高、茎生物量、叶生物量和总生物量显著提高；当土壤中Pb含量在1 200 mg/kg时，香花油茶幼苗才出现植株矮化明显、叶子蜷曲变黄的现象；当土壤中Pb含量达到2 000 mg/kg时，香花油茶幼苗全部死亡。

(2)通过试验发现，土壤中重金属Pb对香花油茶幼苗生长的影响主要是抑制根的生长，对根的影响明显大于对地上部分的影响，根是植物体在土壤中与重金属结合的最重要的部位，也是最容易受重金属毒性影响的部位。至于地上部分的变化，可能是香花油茶幼苗受重金属Pb胁迫后，抑制了根的伸长，进而影响了其地上部分的生长。土壤中重金属Pb浓度越高，这种抑制越明显。当土壤中Pb含量超过香花油茶幼苗的耐受限度时，香花油茶幼苗死亡。香花油茶对重金属Pb的富集过程是怎样的？耐性指数是多少？影响香花油茶耐重金属Pb的因素又有哪些？香花油茶根部在吸收重金属Pb后的微观结构发生了什么变化？值得进一步研究。

(3)通过试验研究发现，高浓度的Pb对香花油茶幼苗的生长具有明显的抑制作用，中低浓度的Pb对香花油茶幼苗生长的抑制作用不太明显，有的反而促进了香花油茶幼苗的生长，促进香花油茶幼苗生长的原因可能是进入香花油茶幼苗体内的Pb能够促进香花油茶对部分微量元素的吸收和诱导部分碳水化合物的表达(如多糖、功能蛋白)，从而促进了香花油茶幼苗的生长。因此，在受重金属Pb污染不是很严重的地区可以种植香花油茶，但香花油茶作为木本油料植物，主要取用部位是果实，重金属Pb进入香花油茶植株的迁移转化过程如何？后期植物开花结果是否会迁移转化到果实中？需要后期进一步的研究。