陳良華，徐睿，楊萬勤，張健，胡相偉，張明錦，高順

四川農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)林業(yè)研究所林業(yè)生態(tài)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 611130

鎘污染條件下香樟和油樟對(duì)鎘的吸收能力和耐性差異

陳良華，徐睿，楊萬勤，張健，胡相偉，張明錦，高順*

四川農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)林業(yè)研究所林業(yè)生態(tài)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 611130

利用速生鄉(xiāng)土木本植物修復(fù) Cd污染土壤日益受到重視。利用香樟（Cinnamomum camphora）和油樟（C. longepaniculatum）作為實(shí)驗(yàn)材料，研究鎘（Cd）污染（對(duì)照（CK）0.12 mg·kg-1；處理1（T1）2.5 mg·kg-1；處理2（T2）5 mg·kg-1）對(duì)2種樹種形態(tài)生長(zhǎng)、Cd積累與分配和生理生化特征的效應(yīng)，旨在比較2種樹種的重金屬耐受性及修復(fù)能力差異。T1和T2均沒有顯著影響香樟的生物量積累，但T2條件下油樟葉片和根部的生物量顯著下降，僅為CK的86%和65%；T1和T2均顯著增加了2種樹種細(xì)根及葉片的Cd含量，油樟在T1時(shí)總積累量達(dá)最大（與香樟相當(dāng)，均為0.37 mg），T2條件下油樟的生物量和耐性指數(shù)顯著降低，僅為CK的85%和76%，香樟的Cd總積累量（0.48 mg）高于油樟（0.36 mg），因此認(rèn)為T2條件下香樟具有更強(qiáng)的修復(fù)能力；油樟葉片在T1和T2時(shí)均受到氧化脅迫，但香樟葉片卻并沒有受到活性氧分子的顯著傷害；香樟在2個(gè)污染處理時(shí)超氧化物歧化酶（SOD）（T1和T2分別為CK的1.3和1.2倍）和過氧化物酶（POD）（T1和T2分別為CK的6.3和4.0倍）的活性均顯著上升，但油樟的這些抗氧化酶活性卻沒有顯著變化。這些結(jié)果說明，香樟幼苗比油樟幼苗具有更強(qiáng)的Cd耐受能力和脫毒能力；從土壤修復(fù)角度講，低水平污染土壤條件下2種樹種的修復(fù)能力差異不大，但香樟更適合修復(fù)污染程度更高的土壤。

鎘污染；植物修復(fù)；鄉(xiāng)土樹種；樟科

隨著工農(nóng)業(yè)和城市化的發(fā)展，含鎘（Cd）污染物經(jīng)污水灌溉、大氣沉降、農(nóng)用物資施用、固體廢棄物排放等途徑進(jìn)入各類生態(tài)系統(tǒng)，造成環(huán)境 Cd污染（黃益宗和朱永官，2004）。據(jù)報(bào)道，我國(guó)Cd污染土壤面積約1.3萬hm2（茹淑華等，2006），近年來的“Cd米”事件讓人們認(rèn)識(shí)到Cd污染已經(jīng)成為當(dāng)前最為嚴(yán)重的環(huán)境問題之一。Cd污染常常以點(diǎn)源污染（point-source pollution）和面源污染（diffused pollution）的形式同時(shí)發(fā)生（郭觀林和周啟星，2005）。與點(diǎn)源污染區(qū)相比（如采礦區(qū)和冶煉區(qū)），面源性質(zhì)的Cd污染雖然污染程度低，但具有極強(qiáng)的普遍性和隱蔽性，很容易進(jìn)入食物鏈，對(duì)食品安全和人類健康的潛在威脅很大，因此，低Cd污染土壤的治理和修復(fù)顯得尤為迫切。另一方面，植物修復(fù)（Phytoremediation）技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)、高效且美化環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，在修復(fù)重金屬污染土壤的應(yīng)用中倍受關(guān)注（Meers等，2009）。目前，用于點(diǎn)源污染修復(fù)的植物材料主要是超富集草本植物，如 Thlaspi caerulesences和Solanum nigrum（Bernard等，2004；魏樹和等，2005）。這類植物因其極強(qiáng)的重金屬耐性而能夠在植被難以恢復(fù)的點(diǎn)源污染區(qū)生長(zhǎng)繁衍，但由于經(jīng)濟(jì)價(jià)值低且易被畜禽取食而進(jìn)入食物鏈，因而很難推廣和應(yīng)用于大面積的低Cd污染區(qū)，因此，篩選能有效修復(fù)低水平Cd污染土壤的其他植物顯得尤為重要。與大多草本超富集植物相比，速生木本植物具有生長(zhǎng)迅速、生物量大、根系發(fā)達(dá)、生長(zhǎng)周期長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)（Luná?ková等，2003），能積累較大量的重金屬，同時(shí)可能耐受各類低Cd污染土壤，更為重要的是，其具有較高的使用和經(jīng)濟(jì)價(jià)值而便于應(yīng)用和推廣，這類植物的修復(fù)潛力值得深入研究。

與一般木本植物相比，珍貴鄉(xiāng)土木本植物歷經(jīng)自然選擇和區(qū)域演替進(jìn)化，具有極強(qiáng)的抗逆性和適應(yīng)性，同時(shí)具有更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，因此，可以預(yù)見的是，生長(zhǎng)較快的珍貴鄉(xiāng)土木本植物既具有一般速生木本植物的修復(fù)潛能，又具有良好的市場(chǎng)前景，其開發(fā)利用的潛力值得重視。樟科（Lauraceae）植物作為我國(guó)珍貴鄉(xiāng)土樹種的重要代表，許多樟科樹種不但生長(zhǎng)迅速，而且是珍貴用材樹種和觀賞樹種，有些是重要的香料植物，這些樹種大多為闊葉喜光樹種，喜溫暖濕潤(rùn)氣候，主根發(fā)達(dá)，須、側(cè)根少，深根性。我國(guó)樟科樹種主要分布在長(zhǎng)江以南及西南地區(qū)，隨著工農(nóng)業(yè)及城鎮(zhèn)化的發(fā)展，Cd污染已經(jīng)成為這一區(qū)域典型的環(huán)境污染，例如，四川省邛崍土壤Cd含量是20年前的2倍（李冰等，2009），湖南省株洲某冶煉廠附近農(nóng)田表層土中Cd的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到2.12 mg·kg-1（楊勇等，2010）。但是，目前存在的科學(xué)問題是，這些樹種是否能良好的適應(yīng)日益嚴(yán)重的Cd污染土壤，以及哪些樹種具有較好的Cd污染土壤修復(fù)能力，這都是值得研究的科學(xué)問題。因此，本研究采用樟科樟屬（Cinnamomum Trew）的香樟（C. camphora）和油樟（C. longepaniculatum）作為研究對(duì)象，研究這兩種植物對(duì)于低Cd污染土壤的適應(yīng)性和修復(fù)能力差異，從生物量積累、重金屬積累與分配、抗氧化酶系統(tǒng)等方面比較兩種植物的物種差異，以期為篩選具有良好Cd污染修復(fù)能力的樹種，為Cd污染區(qū)的植物修復(fù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 盆栽處理

于2013年5月初選擇健康的香樟和油樟幼苗，借鑒截干、孕育新芽的傳統(tǒng)造林方式培育幼苗，剪去主根，將剩余苗木根系浸泡于 ABT生根粉溶液中（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50 mg·kg-1），浸泡時(shí)間為6 h。將浸泡后的苗木預(yù)栽培在含有混合培養(yǎng)基質(zhì)（m(沖積土)∶m(細(xì)沙)＝3∶1）的苗床中。待苗木新芽長(zhǎng)出約5 cm后，移栽長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗用于實(shí)驗(yàn)處理，實(shí)驗(yàn)分為3個(gè)處理，設(shè)置對(duì)照（0.12 mg·kg-1，CK）、2.5 mg·kg-1（T1）和5 mg·kg-1（T2）（以土壤干質(zhì)量計(jì)）含Cd量等3個(gè)梯度，該污染梯度根據(jù)中國(guó)GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》設(shè)定，即土壤含Cd量≥1 mg·kg-1屬于污染土壤，同時(shí)也參照一些Cd礦周邊的農(nóng)田土壤背景值。該污染梯度是將Cd(NO3)2溶液（2.36 mg·kg-1）施入土壤后充分混勻平衡1個(gè)月后用于盆栽實(shí)驗(yàn)。每盆移栽1株幼苗，所用花盆為圓臺(tái)型花盆（口徑為30 cm，深25 cm），每盆裝10 kg沖積土（含水量為23%，最大田間持水量是52%），土壤背景值如表1所示。于2013年6月初開始實(shí)驗(yàn)處理，每一處理9次重復(fù)，實(shí)驗(yàn)處理是在半受控（只遮蔽雨水）的大棚中生長(zhǎng)，每次日常澆水均避免多余的水滲漏出培養(yǎng)盆，從而避免Cd的流失。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Basic physical and chemical properties of testing soil

1.2 苗木收獲

實(shí)驗(yàn)處理期為3個(gè)月，于2013年9月初，每一種苗木每一處理均隨機(jī)選擇3株苗木，將選定苗木分為細(xì)根、粗根、老莖、新莖、葉等5部分，細(xì)根為小于1 mm的根，其余歸為粗根，老莖為截干時(shí)已經(jīng)長(zhǎng)成的老莖，新莖為重新萌發(fā)后形成的莖。老莖、新莖和葉片均采用自來水沖洗干凈后利用去離子水進(jìn)行潤(rùn)洗，而細(xì)根和粗根在沖洗后用 20 mmol·L-1Na-EDTA浸泡20 min進(jìn)行潤(rùn)洗，將所有清潔后的各種植物器官放入烘箱中，于105 ℃殺青30 min之后調(diào)整到70 ℃烘干至衡質(zhì)量。生物總量為這5部分器官干質(zhì)量的總和。

1.3 實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法

在各器官生物量測(cè)定結(jié)束后，將各部分器官分別磨碎過篩（100目），細(xì)粉用于Cd含量測(cè)定。植物樣品的Cd含量測(cè)定是用HNO3-HClO4-HF三酸消解后，采用原子吸收分光光度計(jì)法(島津 AA-7000火焰原子吸收光譜儀)測(cè)定。Cd積累量為各器官Cd含量與干物質(zhì)積累量的乘積。

實(shí)驗(yàn)處理結(jié)束后，每個(gè)處理隨機(jī)選擇3株苗木的第 4片葉（由上到下）用于超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、丙二醛（MDA）、過氧化氫（H2O2）等生理指標(biāo)的測(cè)定。利用四氮唑藍(lán)（NBT）光化還原法測(cè)定SOD活性，愈創(chuàng)木酚法測(cè)定過氧化物酶（POD）活性，雙組分分光光度法測(cè)定MDA含量，利用H2O2與和鈦離子形成有色的[TiO（H2O2）]2+配合離子（特異吸收峰在410 nm）的原理對(duì)H2O2含量進(jìn)行測(cè)定（Chen等2014，2011）。各指標(biāo)的測(cè)定均重復(fù)3次。

1.4 數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析

本研究采用了轉(zhuǎn)移系數(shù)（Translocation factor,TF）和耐性指數(shù)（Tolerance index, TI）來衡量Cd的遷移能力以及兩種植物的重金屬耐受能力。

（1）轉(zhuǎn)移系數(shù)=地上部重金屬平均含量/地下部重金屬平均含量；

（2）耐性指數(shù)=重金屬處理根干質(zhì)量/對(duì)照根干質(zhì)量。

采用SPSS16.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)各物種3個(gè)處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析（one-way ANOVA），并用Duncan法進(jìn)行處理間差異顯著性檢驗(yàn)（α=0.05）。利用二元方差分析（two-way univariate analysis）檢驗(yàn)器官、Cd以及它們的交互作用對(duì)生物量積累、Cd含量和Cd積累量的顯著性效應(yīng)，以及分析物種、Cd及其交互作用對(duì)SOD、POD、MDA、H2O2、TF、TI的顯著性效應(yīng)。葉片Cd含量以及各生理生化指標(biāo)相關(guān)性則采用Pearson相關(guān)分析進(jìn)行檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 Cd污染對(duì)生物量的影響

如圖1(a)所示，T1和T2并沒有顯著影響香樟各器官的生物量積累，也并沒有顯著影響香樟生物量在各器官中的分配，二元方差分析結(jié)果表明，器官作為因子對(duì)各器官生物量積累的影響顯著，但Cd的影響不顯著。然而，對(duì)油樟而言（圖1(b)），除老莖以外，葉片、新莖、粗根和細(xì)根均隨著Cd處理水平的增加而下降，在T2條件下，這些器官的生物量積累均顯著下降，二元方差分析也表明，器官和Cd都顯著影響了油樟的生物量積累。對(duì)油樟總生物量而言，T1并沒有顯著影響總生物量，但在T2時(shí)顯著降低，下降幅度為對(duì)照的15.2%。

圖1 Cd污染對(duì)香樟（a）和油樟（b）各器官生物量的影響Fig. 1 The effect of Cd pollution on biomass accumulation of different organs in C. camphora (a) and C. longepaniculatum (b)

圖2 Cd污染對(duì)香樟（a）和油樟（b）各器官Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響Fig. 2 The effect of Cd pollution on Cd concentration of different organs in C. camphora (a) and C. longepaniculatum (b)

2.2 Cd污染對(duì)植物體內(nèi)Cd含量的影響

如圖2(a)所示，T1和T2均顯著增加了香樟各器官中的Cd含量，細(xì)根和葉片的增加程度比其它器官更為顯著，并且這兩個(gè)器官中的Cd含量隨著Cd處理水平的增加均進(jìn)一步顯著增加，而新莖、老莖以及粗根中Cd的含量并未隨著Cd處理水平的增加而增加。對(duì)于Cd在香樟各器官中的分配而言，對(duì)照條件下細(xì)根中的Cd含量均顯著大于粗根以及地上部分各器官，細(xì)根中Cd的含量是葉片中的1.5倍，在Cd污染條件下這種差異更為明顯，T1條件下，細(xì)根中Cd的含量是葉片中的6倍。對(duì)于油樟而言（圖2(b)），除老莖外，Cd污染顯著增加了葉片、新莖、粗根以及細(xì)根中的Cd含量，葉片、新莖、粗根中的Cd含量隨著Cd處理水平的增加進(jìn)一步增加。和香樟相似，細(xì)根和葉片中Cd的含量增加是最為明顯的，然而，油樟細(xì)根中的Cd含量在T1條件下達(dá)最大值，此時(shí)細(xì)根中Cd的含量是葉片中的6.5倍，而對(duì)照條件下，細(xì)根中的Cd含量是葉片中的1.5倍。二元方差分析表明，兩種植物Cd的含量均顯著受到器官、Cd及其交互處理的顯著影響。

2.3 Cd污染對(duì)植物體內(nèi)Cd積累量的影響

如圖3(a)所示，因香樟的各器官生物量積累并未因Cd處理而發(fā)生顯著變化，所以各器官Cd積累量和Cd含量變化相似，T1和T2均顯著增加了香樟各器官中的Cd積累量，在T1時(shí)香樟葉片、新莖、老莖、粗根和細(xì)根的Cd積累量分別為CK的6.5、2.2、1.7、3.5和26.3倍，在T2時(shí)分別為CK的9.6、2.0、1.8、4.0和30.9倍，由此可見葉片和細(xì)根的增加幅度最大，并且這2個(gè)器官的Cd積累量隨著Cd處理水平的增加進(jìn)一步增加。雖然各種條件下細(xì)根中Cd的含量大于葉片中的Cd含量，但因香樟葉片生物量大于其細(xì)根生物量，所以，T2條件下葉片Cd的積累量超過了細(xì)根中Cd的積累量。對(duì)于油樟而言，Cd處理僅顯著增加了葉片、粗根和細(xì)根中的Cd積累量，T1時(shí)油樟葉片、粗根和細(xì)根中的 Cd積累量分別為CK的4.6、2.9、17.8倍，T2時(shí)分別為CK的6.6、3.4、11.9倍，但因器官之間生物量的差異，在T1條件下細(xì)根的Cd積累量顯著高于葉片（圖3(b)），T2條件下葉片的Cd積累量與細(xì)根無顯著差異。二元方差分析表明，兩種植物Cd積累量均受到器官、Cd及其交互處理的顯著影響。

圖3 Cd污染對(duì)香樟（a）和油樟（b）各器官Cd積累量的影響Fig. 3 The effect of Cd pollution on Cd accumulation in different organs in C. camphora (a) and C. longepaniculatum (b)

2.4 Cd污染對(duì)植物葉片活性氧的影響

由表2可見，T1沒有引起兩種樹種葉片H2O2含量的顯著上升，但T2卻顯著增加了兩種植物葉片中的H2O2含量，與CK相比，香樟和油樟的H2O2含量分別增加了70%和180%。然而，對(duì)于MDA而言，2個(gè)梯度的Cd污染處理并沒有顯著影響香樟MDA的含量，但卻顯著增加了油樟葉片MDA的含量，T1和T2分別比CK增加了30%和50%。二元方差分析表明，物種、Cd均顯著影響了H2O2的含量；物種、Cd及其交互作用顯著影響了葉片MDA的含量。

表2 Cd污染條件下2種樹種生理指標(biāo)及耐受指標(biāo)的差異Table 2 Differences in physiological and tolerant parameters between two woody species when exposed to Cd pollution

2.5 Cd污染對(duì)植物葉片抗氧化酶的影響

由表2所示，2個(gè)梯度的Cd污染顯著增加了香樟的SOD和POD活性，但卻沒有引起油樟SOD和POD活性發(fā)生顯著變化；T1條件下香樟葉片的SOD和POD活性達(dá)最大值，分別為525和17 U·g-1FW。二元方差分析表明，物種、Cd及其交互作用顯著影響了 SOD的活性，但物種作為獨(dú)立因子并未顯著影響POD的活性。

2.6 香樟和油樟Cd轉(zhuǎn)移能力及耐受能力的差異

由表2可見，與CK相比，2種樹種在Cd污染條件下Cd的TF均降低，值得注意的是，T2污染條件下油樟的TF顯著高于T1。對(duì)于TI而言，兩個(gè)Cd污染處理一定程度下降低了香樟的TI，但未達(dá)顯著水平；但T2顯著降低了油樟的TI。另外，二元方差分析表明，TF和TI均受到了Cd污染的顯著影響。

2.7 相關(guān)性分析

由表3可見，2種物種Cd的含量?jī)H與H2O2的含量呈極顯著的相關(guān)關(guān)系，但與MDA、SOD、POD并沒有顯著的相關(guān)關(guān)系，但H2O2與MDA、SOD、POD均有極顯著的相關(guān)關(guān)系，此外，MDA與H2O2、SOD、POD均有顯著的相關(guān)關(guān)系。

表3 各參數(shù)Pearson相關(guān)性檢驗(yàn)Table 3 Pearson correlation detection for relationships between the variables

3 討論

速生木本植物用于Cd修復(fù)的優(yōu)勢(shì)在于其蒸騰速率高、生長(zhǎng)迅速、生物量大、根系發(fā)達(dá)，即使各個(gè)器官只能積累較低含量的Cd，但因其具有較大的生物量積累，也能使植物積累較大總量的Cd，以達(dá)到修復(fù)重金屬污染土壤的良好效果（Wu等，2010）。香樟和油樟屬于樟科樹種中生長(zhǎng)較為迅速的代表，經(jīng)過一個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)的處理，T1條件下的Cd污染并沒有引起2種樹種生物量的顯著下降，也沒有表現(xiàn)出明顯的中毒癥狀，說明這兩種植物幼苗能夠適應(yīng)這一程度的Cd污染；然而，T2卻引起了油樟細(xì)根和葉片生物量的顯著降低，進(jìn)而引起生物總量的下降，而香樟各器官的生物量并沒有顯著的變化，由些可見，這一程度的Cd污染對(duì)油樟的負(fù)面影響比香樟大，油樟對(duì)于這一程度的土壤Cd污染表現(xiàn)出了敏感性。另一方面，對(duì)于重金屬的分配而言，許多文獻(xiàn)表明，Cd作為植物非必須元素，普通植物在受污染條件下將會(huì)把大多數(shù)有毒Cd離子積累在植物的根部（Jarvis等，1976；Das等，1997），同時(shí)也有文獻(xiàn)表明，植物如果能將更多的重金屬分配到一些不活躍的器官或組織，比如根、細(xì)胞壁、角質(zhì)層等，將減輕有毒重金屬離子對(duì)植物的傷害（Pietrini等，2010；Chen等，2014）。本研究中，隨著污染程度的增加，從各器官Cd含量及積累量變化來看，兩種植物將有毒Cd離子優(yōu)先分配到根系（尤其是細(xì)根）中，這可能是兩種植物耐受 Cd污染的關(guān)鍵，T2條件下香樟仍然保持將Cd離子優(yōu)先向根系分配，這可能是香樟具有較強(qiáng)Cd耐受能力的重要生理基礎(chǔ)。TF的變化更能直觀反映Cd離子的積累和分配策略，Cd污染條件下Cd離子向兩個(gè)樹種地上部的轉(zhuǎn)移顯著下降，說明兩樹種都存在限制有毒Cd離子向地上部分轉(zhuǎn)移的能力，以減輕Cd離子的毒害作用；然而，在T2條件下油樟的TF顯著高于香樟，說明香樟限制有毒Cd離子的能力更強(qiáng)，更有利于減輕Cd離子的毒害作用和對(duì)植物生長(zhǎng)造成的負(fù)面影響；Cd離子的分配和積累策略差異是兩樹種Cd耐受能力差異的重要機(jī)理。

以前的學(xué)者把Cd超富集植物的標(biāo)準(zhǔn)定為：地上部分Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過100 mg·kg-1，且TF大于1（劉周莉等，2013），本研究中的兩種植物顯然達(dá)不到這一標(biāo)準(zhǔn)，因此植物的生物總量對(duì)于該植物的重金屬修復(fù)顯得更為重要。T1條件下的Cd污染并沒有顯著影響兩樹種各器官的生物量積累，兩樹種的總Cd積累量、TF和TI差異也不大，兩種樹種在這一污染水平的修復(fù)能力差異是不大的。但T2引起油樟（尤其是葉片和根系）生物量的下降，油樟的 TI也顯著下降，說明這一污染水平已經(jīng)抑制了油樟的生長(zhǎng)，此時(shí)油樟的Cd總積累量也低于香樟，因此在這一污染水平香樟具有更強(qiáng)的修復(fù)能力。T2條件下，油樟根系中的Cd含量及積累量較T1條件下的Cd污染有顯著的下降，從機(jī)理上看，伴隨細(xì)根生物量的顯著下降，根系表面積隨之下降，而且細(xì)根的生物活性及功能可能受到了破壞，影響了根系對(duì)礦質(zhì)離子及重金屬Cd離子的交換吸附和在根系內(nèi)部的擴(kuò)散（Cutler和Rains，1974），Cd離子的毒害作用引起油樟生理代謝的紊亂，也必將會(huì)顯著影響它的Cd修復(fù)能力。

活性氧自由基（Reactive oxygen species, ROS）是植物體光合、呼吸、固氮等代謝過程不可避免的產(chǎn)物，在植物體內(nèi)由抗氧化酶類（如 SOD、POD等）和一類抗氧化劑（如抗壞血酸和谷胱甘肽）協(xié)同調(diào)節(jié)其產(chǎn)生和清除，使得 ROS處于無害的極低水平（湯春芳等，2004）。然而，Cd脅迫會(huì)通過間接激活NADPH氧化酶、擾亂電子傳遞鏈以及鈍化抗氧化酶等方式導(dǎo)致ROS產(chǎn)生和清除失衡（Chen等，2011），引起這類氧化性極強(qiáng)的分子過量積累，從而對(duì)細(xì)胞內(nèi)生物大分子產(chǎn)生氧化傷害作用，比如細(xì)胞膜、蛋白質(zhì)以及核酸。在本研究中，隨著 Cd處理水平的增加，H2O2的含量也隨之增加，T2引起了兩種樹種H2O2的顯著增加。MDA作為膜脂過氧化的產(chǎn)物，其含量并沒有與 H2O2的變化完全一致，香樟MDA并沒有顯著增加，說明這一含量的H2O2并沒有顯著的傷害香樟葉片的細(xì)胞膜，香樟表現(xiàn)出比油樟更強(qiáng)的抗氧化脅迫能力。然而，兩個(gè)梯度的Cd處理均顯著引起了油樟MDA的上升，T1并沒有引起油樟 H2O2含量的增加，這說明油樟細(xì)胞膜的損傷還有可能被其它一些ROS傷害而引起，比如超氧陰離子或者羥自由基。SOD和POD分別作為清除超氧陰離子和 H2O2的重要酶類，在兩個(gè)物種的葉片內(nèi)的響應(yīng)卻截然不同，香樟的 SOD、POD在受到Cd污染條件時(shí)都發(fā)生了顯著的上升，但油樟的這兩種酶均沒有發(fā)生顯著的變化，油樟葉片內(nèi)抗氧化酶類缺乏有效響應(yīng)可能直接導(dǎo)致了其ROS的顯著增加。也有許多文獻(xiàn)（吳月燕等，2009；姜成等，2013）表明，抗性強(qiáng)的品種在受到環(huán)境Cd污染時(shí)，抗氧化酶類表現(xiàn)出了更強(qiáng)的響應(yīng)，以減輕植物遭受的氧化脅迫，而敏感性品種的抗氧化酶活性往往較低，酶的表達(dá)受到抑制或者酶的輔因子被取代而鈍化，均會(huì)導(dǎo)致其活性在受到環(huán)境Cd污染時(shí)受到抑制。由此可見，香樟具有比油樟更強(qiáng)的抗氧化酶表達(dá)體系，從而表現(xiàn)出更強(qiáng)的抗氧化脅迫能力以適應(yīng)本研究中兩水平的Cd污染。

此外，本研究對(duì)一些指標(biāo)的相關(guān)分析研究表明，細(xì)胞內(nèi)的Cd含量并沒有與細(xì)胞膜的傷害指標(biāo)（即MDA）存在顯著的相關(guān)關(guān)系，這說明細(xì)胞內(nèi)的Cd并沒有對(duì)細(xì)胞膜產(chǎn)生直接的傷害作用。但是，Cd含量與細(xì)胞內(nèi)的 H2O2存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系，這說明細(xì)胞的Cd的增加引起了兩個(gè)物種H2O2的顯著增加，而H2O2與MDA、SOD以及POD都存在顯著的相關(guān)關(guān)系，這說明 H2O2可能發(fā)揮著重要的信號(hào)分子作用。與本研究一致的是，前人的許多研究表明，H2O2等活性氧分子可能作為重要的信號(hào)分子，調(diào)控著細(xì)胞內(nèi)相關(guān)抗逆基因的表達(dá)并啟動(dòng)植物抗毒素合成基因的轉(zhuǎn)錄（杜秀敏等，2001）。

4 結(jié)論

在 T1條件下，香樟和油樟各器官生物量均未發(fā)生顯著變化，T2水平的污染仍未顯著影響香樟生物量，而油樟顯著下降，由此可見，油樟對(duì)于較高水平的Cd污染更為敏感，只能通過生長(zhǎng)調(diào)節(jié)以適應(yīng)土壤Cd污染的加劇。另一方面，根系（尤其是細(xì)根）是兩種植物重金屬Cd積累最重要的器官，隨著Cd污染的加劇，香樟將Cd離子穩(wěn)定分配到根系，TF遠(yuǎn)低于對(duì)照，表現(xiàn)出了植物固定的特征；但T2條件下油樟中 Cd向地上部分轉(zhuǎn)移比例增加（TF=0.81），顯著抑制了油樟的生長(zhǎng)，導(dǎo)致其Cd積累總量小于香樟，香樟更適合這一水平的Cd污染；兩種植物的活性氧特征也表明Cd污染條件下油樟葉片的細(xì)胞膜受到了更為嚴(yán)重的傷害，這與其抗氧化酶體系沒有有效的響應(yīng)密切相關(guān)。因此，從修復(fù)層面來講，T1污染水平條件下，香樟和油樟的修復(fù)能力差異不大，但香樟更適合T2污染水平的土壤修復(fù)；從耐受能力來看，香樟具有比油樟顯著高的重金屬耐受能力，尤其是對(duì)較高水平的土壤Cd污染。

BERNARD C, ROOSENS N, CZERNIC P, et al. 2004. A novel CPx-ATPase from the cadmium hyperaccumulator Thlaspi caerulescens[J]. FEBS Letters, 569: 140-148.

CHEN L, GAO S, ZHU P, et al. 2014. Comparative study of metal resistance and accumulation of lead and zinc in two poplars[J]. Physiologia Plantarum, 151: 390-405.

CHEN L, HAN Y, JIANG H, et al. 2011. Nitrogen nutrient status induces sexual differences in responses to cadmium in Populus yunnanensis[J]. Journal of Experimental Botany, 62: 5037-5050.

CUTLER JM, RAINS DW. 1974. Characterization of cadmium uptake by plant tissue[J]. Plant Physiology, 54: 67-71.

DAS P, SAMANTARAY S, ROUT G. 1997. Studies on cadmium toxicity in plants: a review[J]. Environmental Pollution, 98: 29-36.

JARVIS S, JONES L, HOPPER M. 1976. Cadmium uptake from solution by plants and its transport from roots to shoots[J]. Plant and soil, 44: 179-191.

LUNá?KOVá L, MASAROVI?OVá E, KRáL'OVá K, et al. 2003. Response of fast growing woody plants from family Salicaceae to cadmium treatment[J]. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 70: 576-585.

MEERS E, QADIR M, DE CARITAT P, et al. 2009. EDTA-assisted Pb phytoextraction[J]. Chemosphere, 74: 1279-1291.

PIETRINI F, ZACCHINI M, IORI V, et al. 2010. Spatial distribution of cadmium in leaves and its impact on photosynthesis: examples of different strategies in willow and poplar clones[J]. Plant Biology, 12: 355-363.

WU F, YANG W, ZHANG J, et al. 2010. Cadmium accumulation and growth responses of a poplar (Populus deltoids×Populus nigra) in cadmium contaminated purple soil and alluvial soil[J]. Journal of Hazardous Materials, 177: 268-273.

杜秀敏, 殷文璇, 趙彥修, 等. 2001. 植物中活性氧的產(chǎn)生及清除機(jī)制[J].生物工程學(xué)報(bào), 17(2): 121-125.

郭觀林, 周啟星. 2005. 鎘在黑土和棕壤中吸附行為比較研究[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 16(12): 2403-2408.

黃益宗, 朱永官. 2004. 森林生態(tài)系統(tǒng)鎘污染研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 24(1): 101-108.

姜成, 申曉慧, 周清波, 等. 2013. Pb-Cd 復(fù)合脅迫對(duì)3種草本花卉抗氧化酶系統(tǒng)的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào), 29(28): 134-137.

李冰, 王昌全, 譚婷, 等. 2009. 成都平原土壤重金屬區(qū)域分布特征及其污染評(píng)價(jià)[J]. 核農(nóng)學(xué)報(bào), 23(2): 308-315.

劉周莉, 何興元, 陳瑋. 2013. 忍冬 —— 一種新發(fā)現(xiàn)的鎘超富集植物[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 22(4): 666-670.

茹淑華, 蘇德純, 王激清. 2006. 土壤鎘污染特征及污染土壤的植物修復(fù)技術(shù)機(jī)理[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 14(4): 29-33.

湯春芳, 劉云國(guó), 曾光明, 等. 2004. 鎘脅迫對(duì)蘿卜幼苗活性氧產(chǎn)生、脂質(zhì)過氧化和抗氧化酶活性的影響[J]. 植物生理與分子生物學(xué)學(xué)報(bào), 30(4): 469-474.

魏樹和, 周啟星, 王新. 2005. 超積累植物龍葵及其對(duì)鎘的富集特征[J].環(huán)境科學(xué), 26(3): 167-171.

吳月燕, 陳賽, 張燕忠, 等. 2009. 重金屬脅迫對(duì)5個(gè)常綠闊葉樹種生理生化特性的影響[J]. 核農(nóng)學(xué)報(bào), 23(5): 843-852.

楊勇, 江榮風(fēng), 李花粉, 等. 2010. 土壤容重改變對(duì)鋅/鎘超累積植物遏蘭菜根系特征及吸鎘的影響[J]. 環(huán)境科學(xué), 31(12): 3043-3049.

Interspecific Differences between Cinnamomum camphora and C. longepaniculatum in Cd Absorption and Tolerance under Two Levels of Cd Pollution

CHEN Lianghua, XU Rui, YANG Wanqin, ZHANG Jian, HU Xiangwei, ZHANG Mingjin, GAO Shun
Key Laboratory of Ecological Forestry Engineering, Institute of Ecology & Forestry, Sichuan Agricultural University, Sichuan Chengdu 611130, China

More and more attention is being paid to the methods of using fast-growing woody plants for cleaning soil polluted by heavy metals. In our study, Cinnamomum camphora and C. longepaniculatum as model species were used to detect three levels of cadmium (Cd) (CK, 0.12 mg·kg-1soil; T1, 2.5 mg·kg-1soil; T2, 5 mg·kg-1soil) on morphological growth, metal accumulation and distribution, and physiological and biochemical traits. Our aim was to compare the differences in metal tolerance and remediation capacity between the species. The results showed that (1) both T1 and T2 did not significantly affect biomass of C. camphora, but T2 significantly decreased the mass of leaves and fine roots in C. longepaniculatum, which decreased to 86 and 65% of CK, respectively. (2) Cd pollution induced an increase in Cd concentration of both fine roots and leaves in both species. The maximum of total Cd accumulation (0.37 g) reached at T1 in C. longepaniculatum. Similar accumulation amount was detected under T1 in C. camphora. In contrast, biomass and tolerance index (TI) in C. longepaniculatum decreased to 85 and 76% of CK under T2, respectively. Total of Cd accumulation in C. camphora (0.48 mg) was higher than that in C. longepaniculatum (0.36 mg), which indicated that C. camphora has a higher capacity in Cd remediation than C. longepaniculatum under T2. (3) leaves of C. longepaniculatum suffered an oxidative stress under both T1 and T2, while such stress did not occur in C. camphora. (4) the activities of both SOD and POD significantly increased in C. camphora under both levels of Cd pollution, although activities of such anti-oxidative enzymes did not significantly change in leaves of C. longepaniculatum. The SOD in C. camphora increased to 1.3 and 1.2 times of CK, respectively, and POD increased to 6.3 and 4.0 times of CK, respectively. Therefore, our results indicated that there is a higher capacity in Cd tolerance and detoxification against heavy metals in C. camphora seedlings, when compared to C. longepaniculatum seedlings. In refer to soil remediation, there was no significant difference in remediation capacity between two species under low level of Cd pollution, whereas C. camphora has a higher capacity in Cd remediation under higher extent of Cd pollution.

cadmium pollution; phytoremediation; native tree species; lauraceae

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.02.021

X173

A

1674-5906（2015）02-0316-07

陳良華，徐睿，楊萬勤，張健，胡相偉，張明錦，高順. 鎘污染條件下香樟和油樟對(duì)鎘的吸收能力和耐性差異[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2015, 24(2): 316-322.

CHEN Lianghua, XU Rui, YANG Wanqin, ZHANG Jian, HU Xiangwei, ZHANG Mingjin, GAO Shun. Interspecific Differences between Cinnamomum camphora and C. longepaniculatum in Cd Absorption and Tolerance under Two Levels of Cd Pollution [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(2): 316-322.

四川省科技廳應(yīng)用基礎(chǔ)項(xiàng)目（2013JY0083）；國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃課題（2011BAC09B05）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31300513）；中國(guó)博士后科學(xué)基金項(xiàng)目（2012M521707）；四川省教育廳基礎(chǔ)研究項(xiàng)目（13ZB0280）

陳良華（1982年生），男，博士，主要從事木本植物抗逆生理研究。E-mail: chenlh@sicau.edu.cn *通訊作者：高順（1977年生），男，博士，副研究員，碩士生導(dǎo)師，主要從事植物生理學(xué)和環(huán)境生態(tài)學(xué)研究。E-mail: sicauchenlh@126.com

2014-11-17