陳順鈺，韓航，陳加松，蔡麗平，侯曉龍，3*，劉愛琴，周垂帆

（1.福建農林大學林學院，福州 350002；2.海峽兩岸紅壤區(qū)水土保持協同創(chuàng)新中心，福州 350002；3.福建農林大學資源與環(huán)境學院，福州 350002）

柳葉箬對Pb脅迫的生理響應及其體內Pb的亞細胞分布研究

陳順鈺1，2，韓航1，2，陳加松1，2，蔡麗平1，2，侯曉龍1，2，3*，劉愛琴1，2，周垂帆1，2

（1.福建農林大學林學院，福州 350002；2.海峽兩岸紅壤區(qū)水土保持協同創(chuàng)新中心，福州 350002；3.福建農林大學資源與環(huán)境學院，福州 350002）

以Pb超富集植物柳葉箬（Isachne globosa）為研究對象，采用室內模擬Pb脅迫水培試驗，設計不同Pb濃度（0、250、500、1000、1500mg·L-1）脅迫處理，測定柳葉箬體內不同化學形態(tài)Pb、有機酸和非蛋白巰基含量，以及體內Pb的亞細胞分布，探討柳葉箬對Pb脅迫的響應機理。結果表明：隨Pb脅迫濃度的增大，柳葉箬體內各化學形態(tài)的Pb含量顯著增大（P＜0.05）；Pb脅迫條件下，柳葉箬體內的Pb以鹽酸提取態(tài)為主，其次為醋酸提取態(tài)、NaCl提取態(tài)和乙醇提取態(tài)，去離子水提取態(tài)和殘渣態(tài)含量較低；柳葉箬葉片的檸檬酸和蘋果酸，以及體內非蛋白巰基含量均隨Pb濃度的增加而顯著增加（P＜0.05）；電鏡觀察發(fā)現，大部分Pb2+被束縛在細胞壁中，細胞區(qū)室化作用顯著。以上結果表明，有機酸和非蛋白巰基的螯合作用以及Pb的細胞區(qū)室化作用對柳葉箬在Pb脅迫過程中具有重要解毒作用。

Pb超富集植物；柳葉箬；有機酸；非蛋白巰基；細胞區(qū)室化

隨著我國工農業(yè)的快速發(fā)展，許多富含重金屬的污染物通過地礦滲漏、工業(yè)廢水、大氣沉降、不合理施用農用物資等途徑進入土壤，造成大面積土壤重金屬污染。重金屬具有難被植物吸收利用、不能被微生物降解和在土壤中難遷移等特征，對土壤環(huán)境造成嚴重破壞，并通過食物鏈威脅人類健康。因此，重金屬污染土壤修復成為當前研究的熱點[1-2]。常見污染物中，Pb是對植物產生毒性、污染頻率高的重金屬之一，且具有導致人體疾病的潛質[3]。土壤重金屬污染治理的工程和物理化學方法一般都存在高能耗、費時、破壞土壤結構等缺點，影響修復效果[4]。植物修復技術具有安全經濟、綠色環(huán)保等優(yōu)點而備受關注[5]。植物修復技術的前提是篩選重金屬的超富集植物。柳葉箬（Isachne globosa）是一種在南方礦區(qū)篩選出的Pb超富集植物，最高可在Pb含量超過土壤環(huán)境質量三級標準近34倍的福建尤溪鉛鋅礦正常生長，且在Pb濃度為1000 mg·L-1處理下，其地上部Pb含量超過1000mg·kg-1，對Pb的轉運系數達6.5，達到了Pb超富集植物的標準[6-7]。柳葉箬對Pb的耐性和超富集能力是長期適應高濃度Pb脅迫環(huán)境而造就的，其中可能蘊藏著特殊的耐性策略和解毒機理。國內外學者在超富集植物對重金屬的富集能力及解毒機制方面已有部分研究[8-9]，結果表明通過螯合作用固定重金屬離子，在組織水平，細胞的區(qū)室化作用、細胞壁的固定作用等在耐性植物消解重金屬毒害方面發(fā)揮重要作用[10]。但目前發(fā)現的Pb超富集植物種類較少，對Pb超富集植物的解毒機理尚不清楚。

鑒于此，通過室內模擬Pb脅迫水培試驗，測定不同Pb濃度處理下，柳葉箬體內Pb的化學形態(tài)以及非蛋白巰基和有機酸含量，利用電鏡分析其體內Pb的亞細胞分布，探討柳葉箬如何通過生理調控來適應高濃度Pb脅迫的環(huán)境，研究其對Pb脅迫的響應策略，以期為揭示Pb超富集植物的解毒機理提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料培養(yǎng)

以采自福建尤溪鉛鋅礦的柳葉箬種子為基礎材料，置于人工氣候箱（溫度27℃、濕度75%）中，待種子發(fā)芽后，選取長勢較為一致的幼苗移栽于Hoagland營養(yǎng)液中培養(yǎng)，調節(jié)pH為6.0，每日蒸發(fā)的營養(yǎng)液用超純水補足，每4 d更換一次營養(yǎng)液。待種子生根并長出新葉，選取苗高為7～10 cm的植株用于脅迫試驗。

1.2 試驗處理

將柳葉箬植株移入裝有營養(yǎng)液的培養(yǎng)桶中，每桶5株，分別加入Pb脅迫濃度為0、250、500、1000、1500 mg·L-1的溶液，每個處理3次重復。

在Pb脅迫第10 d，制備柳葉箬電鏡樣品。從各組中隨機取1株幼苗，依次用蒸餾水和去離子水將植株葉片表面和根系沖洗干凈后，用鋒利刀片截取植株頂端第三片葉和白色根尖，葉片取2mm×5mm的小塊，根尖取2mm長，立即放入2.5%的戊二醛，在黑暗條件下固定6 h。在試驗第12 d，采集鮮樣進行有機酸和非蛋白巰基的測定，從培養(yǎng)桶中取出2株植株用去離子水反復沖洗后立即置于液氮中保存。試驗進行15 d后收獲植株，用蒸餾水反復沖洗，再用20mmol·L-1Na2EDTA浸泡15min，將吸附于根表面的Pb交換下來，用去離子水反復沖洗干凈并擦干，將地上部與根分開，置于105℃烘箱中殺青10min，60℃烘干至恒重，經植物粉碎機磨碎處理后過0.5mm尼龍篩備用，作為柳葉箬體內Pb化學形態(tài)的待測樣品。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 Pb在柳葉箬體內的化學形態(tài)

采用化學試劑逐步提取法測定Pb在柳葉箬體內的化學形態(tài)[11]，其中5種提取劑及提取順序為：（1）FE 為80%的乙醇提取態(tài)，提取醇溶性蛋白和硝酸鹽、氨基酸鹽等；（2）FW為去離子水提取態(tài)，提取水溶性有機鹽；（3）FNaCl為1mol·L-1的NaCl提取態(tài)，提取果膠酸鹽、蛋白質結合態(tài)或吸附態(tài)重金屬等；（4）FHAc 為2%的醋酸提取態(tài)，提取難溶于水的重金屬磷酸鹽等；（5）FHCl為0.6mol·L-1的鹽酸提取態(tài)，提取草酸鹽等；（6）FR為殘渣態(tài)。

稱取地上部和根各0.5 g，加入20mL 80%的乙醇提取液，研磨勻漿后轉入50mL離心管，在25℃恒溫振蕩2 h后，5000 r·min-1離心10min，倒出上清液回收；再加入20mL乙醇提取液，浸泡2 h后回收。集中2次提取液于250mL的三角瓶中，將提取液蒸發(fā)至近干后，用8mL硝酸和2mL高氯酸加熱消煮至澄清，放置過夜后加熱，直至三角瓶中溶液近干，冷卻至室溫后用去離子水定容至50mL容量瓶中，作為待測液。將乙醇提取后的殘渣用去離子水提取，依次按以上方法繼續(xù)提取直至所有提取劑都完成提取后，殘渣經消化后也定容至50mL容量瓶中，作為待測液。采用SpectrAA-220原子吸收分光光度計，測定待測液中Pb的含量。

1.3.2 柳葉箬葉片有機酸含量

從液氮中取柳葉箬植株相同部位葉片0.5 g用超純水沖洗干凈，吸凈表面水分，加入2mL 0.5mol·L-1的HCl充分研磨成勻漿，于60℃水浴中提取1 h，將樣液轉入離心管內振蕩15min，置于12 000 r·min-1轉速下離心10min，過濾提取上清液，用去離子水定容至50mL容量瓶中，取1mL過0.45μm微孔濾膜，放入4℃冰箱待測。

采用逐級提取-高效液相色譜法[12]，測定待測液中草酸、檸檬酸、乙酸、蘋果酸4種有機酸的含量。

1.3.3 柳葉箬體內非蛋白巰基（NPT）含量

NPT含量的測定采用DTNB顯色法[13]。稱取柳葉箬相同部位葉片0.5 g及2 cm長根尖0.5 g，加入2 mL預冷的5%（W/V）磺基水楊酸，冰浴研磨，冰浴30 min后轉移到離心管，12 000 r·min-1離心15min；取上清液0.4 mL，依次加入3.05 mL 0.25 mol·L-1的Tris-HCl（pH8.3）和0.15mL 10mmol·L-1的DTNB，室溫下放置20min，然后用分光光度計（波長412 nm）測定樣品吸光度值。

1.3.4 亞細胞分布

采用電鏡觀察法對柳葉箬亞細胞的分布進行測定。將在黑暗條件下用2.5%的戊二醛固定6 h后的待測樣品，用pH 7.2的磷酸緩沖液沖洗4次（每次15min）；洗滌后將樣品用2%的鋨酸浸泡過夜；用梯度濃度酒精逐級脫水（50%、70%、85%、90%、95%各5 min），最后在100%酒精中脫水兩次，時長分別為5、10min；Spur包埋，70℃聚合8 h后，用LKB8800型超薄切片機切片，在JEM-100CX型（上海秉新生物科技有限公司）透射電鏡下觀察并拍照。

1.4 數據處理方法

所有數據均采用SPSS 19.0進行統(tǒng)計分析，圖表中數據用平均值±標準差表示（n=3），采用單因子方差分析（One-way ANOVA）和多重比較法進行統(tǒng)計分析，用Tukey HSD法對處理數據進行差異顯著性分析，以P＜0.05表示處理間數據差異顯著。

2 結果與分析

2.1 Pb在柳葉箬體內的化學形態(tài)

2.1.1 Pb在柳葉箬葉片中的化學形態(tài)

由圖1可知，隨著Pb脅迫濃度的增加，柳葉箬葉中各提取態(tài)Pb含量均顯著增加（P＜0.05），且均在Pb處理濃度為1000mg·L-1時達到最大，之后略有下降，說明1000mg·L-1的Pb處理可能是柳葉箬的耐受極限。各提取態(tài)Pb含量表現為鹽酸提取態(tài)＞醋酸提取態(tài)＞乙醇提取態(tài)＞氯化鈉提取態(tài)＞去離子水提取態(tài)＞殘渣態(tài)，說明隨Pb處理濃度的增大，柳葉箬葉片醇溶性蛋白、氨基酸鹽、磷酸鹽等含量增加，與Pb2+螯合轉化為蛋白質結合態(tài)、磷酸鹽結合態(tài)等難遷移的化學形態(tài)。

圖1 Pb脅迫下柳葉箬葉片中不同化學形態(tài)Pb含量Figure 1 Concentrationsofdifferentchemical formsofPb in leaves of Isachne globosa under Pb stress

由圖2可知，不同Pb濃度處理，柳葉箬葉片中鹽酸提取態(tài)Pb所占比例均最大，達到33%以上，其次是磷酸鹽結合態(tài)17.5%～22%、蛋白質結合態(tài)12.5%～20.4%和氨基酸鹽9.9%～17.1%，水溶性有機鹽6.6%～11.8%和殘渣態(tài)1.0%～4.5%占比最低。

以上結果表明，Pb脅迫條件下，柳葉箬葉片中Pb主要與磷酸根離子、草酸根離子等形成穩(wěn)定難容、難遷移的螯合物，以此避免Pb對柳葉箬的毒性。

2.1.2 Pb在柳葉箬根系中的化學形態(tài)

圖2 柳葉箬葉片中各提取態(tài)Pb占總量的比例Figure 2 Percentage ofeach extractable formsof Pb in leaves Isachne globosa in concentration

由圖3可知，隨著Pb處理濃度的增加，柳葉箬根系中各提取態(tài)Pb含量先呈顯著增加的趨勢（P＜0.05），除殘渣態(tài)以外，其他提取態(tài)均在Pb濃度為1000 mg·L-1處理時達到最大，然后有所下降；各提取態(tài)Pb含量表現為鹽酸提取態(tài)＞醋酸提取態(tài)＞氯化鈉提取態(tài)＞乙醇提取態(tài)＞去離子水提取態(tài)＞殘渣態(tài)，表明Pb在柳葉箬根系以鹽酸提取態(tài)為主要存在形式。隨著Pb脅迫濃度的增加，根系中草酸鹽、果膠鹽及蛋白質結合態(tài)的含量增加，與Pb2+螯合形成難溶于水的鹽酸提取態(tài)、氯化鈉提取態(tài)。

圖3 Pb脅迫下柳葉箬根部各化學形態(tài)Pb含量Figure3 Concentrationsofdifferentchemical formsofPb in roots of Isachneglobosa under Pb stress

由圖4可知，不同Pb濃度處理，柳葉箬根系中醋酸提取態(tài)Pb所占比例最大，占26.3%～41.1%，其次是鹽酸提取態(tài)25.4%～35.9%，氯化鈉提取態(tài)14.1%～17.7%和乙醇提取態(tài)12.1%～17.8%，去離子水提取態(tài)2.1%～3.4%和殘渣態(tài)2.5%～2.9%最低。這說明進入柳葉箬根系的Pb除磷酸鹽形式外主要以草酸鹽結合態(tài)、蛋白質結合態(tài)等遷移活性較弱的形態(tài)存在，從而避免Pb對柳葉箬根系的傷害。

2.2 Pb脅迫下柳葉箬葉片中有機酸含量

圖4 柳葉箬根部各提取態(tài)Pb占總量的比例Figure 4 Percentageofeach extractable formsofPb in roots Isachne globosa in concentration

由表1可得，隨著Pb處理濃度的增加，柳葉箬葉片中各有機酸的含量均呈增加的趨勢。不同Pb脅迫處理下，柳葉箬葉片中蘋果酸、草酸和檸檬酸含量均顯著大于對照（P＜0.05），而乙酸不同處理間均無顯著差異（P＞0.05）；不同Pb脅迫處理下，柳葉箬葉片中的有機酸含量表現為草酸＞蘋果酸＞檸檬酸＞乙酸，說明Pb脅迫可促進柳葉箬葉片蘋果酸、草酸和檸檬酸的分泌，螯合進入體內的Pb，從而避免Pb的毒害作用。

2.3 Pb脅迫下柳葉箬體內非蛋白巰基的含量

由表2可得，隨著Pb處理濃度的增加，柳葉箬根部和葉片的NPT含量均呈逐漸增加的趨勢，并在Pb處理濃度為1500mg·L-1時達到最大，分別為對照的2.76、3.06倍；不同Pb脅迫條件下，柳葉箬根系和葉片的NPT含量差異達顯著水平（P＜0.05），且均顯著大于對照（P＜0.05）。

2.4 Pb脅迫下柳葉箬亞細胞Pb的分布研究

2.4.1 Pb在柳葉箬葉片細胞中的分布

由電鏡圖5a和圖5b可以清楚的看到柳葉箬葉片中完好無損的各細胞器，在無Pb脅迫條件下細胞壁及細胞質膜表面清晰、光滑且連續(xù)，細胞核雙層膜結構清晰，核仁完整，染色質均勻。從放大1000倍的圖5a中沒有看到黑色顆粒沉淀。在Pb處理濃度為1000mg·L-1條件下，與圖5a和圖5b相比，圖5c和圖5d可以明顯看出Pb脅迫對柳葉箬葉片的亞細胞結構產生了一定損傷，部分細胞壁細胞膜被破環(huán)，在細胞間隙、細胞膜與細胞壁之間存在許多黑色顆粒，細胞中葉綠體基粒類囊體膨脹，基質片層排列無序，被膜結構模糊。黑色顆粒主要沉淀于細胞壁中，液泡、葉綠體中沒有發(fā)現顆粒沉淀，表明大部分黑色顆粒被細胞壁固定。黃玫英等[14]、徐劼[15]通過EDS分別探討Pb在類蘆組織和茶樹組織及亞細胞中的毒害效應，證實了大量沉淀于類蘆細胞壁以及葉綠體等細胞器中的黑色顆粒的主要成分是Pb。因此，可以推斷Pb脅迫條件下，柳葉箬葉可將Pb2+固定在細胞壁，從而對減少Pb的毒害起到重要作用。

表1 Pb脅迫下柳葉箬葉片中有機酸含量Table 1 The concentration oforganic acid in the leafof Isachne globosa under Pb stress

表2 Pb脅迫下柳葉箬體內非蛋白巰基含量Table 2 The concentration ofnonprotein thiols in Isachne globosa under Pb stress

圖5 不同處理下的柳葉箬葉細胞透射電鏡圖Figure 5 Ultrastructure of leave cellsof Isachne globosa in the differentcontrol treatment

2.4.2 Pb在柳葉箬根細胞中的分布

由電鏡圖6a和圖6b中可以看出，在對照柳葉箬根細胞中細胞壁、線粒體、液泡清晰可見，各細胞器結構無損傷，從放大2500倍的圖6a中沒有發(fā)現黑色顆粒沉淀。與對照相比圖6c和圖6d明顯可以看出線粒體被膜出現破裂，內部出現空泡化現象，脊突排列無序。細胞中有黑色顆粒沉淀，且沉積密集，形成黑斑。黑斑主要沉淀于細胞壁中，與葉片細胞相比，液泡、細胞質中含有少量的黑斑。這說明Pb脅迫條件下，柳葉箬根細胞壁對Pb的區(qū)室化作用在減輕Pb的毒害時有一定作用，但Pb脅迫也對柳葉箬根系產生了危害。

3 討論

重金屬對植物的毒害程度與重金屬在植物體內的化學形態(tài)有密切關系[16]。本試驗發(fā)現，Pb脅迫條件下，柳葉箬葉片和根系的Pb均以草酸結合態(tài)、磷酸鹽結合態(tài)和蛋白質結合態(tài)等難溶、遷移能力弱、毒性低的結合態(tài)存在。楊素勤等[17]研究發(fā)現，Pb脅迫條件下，在小麥百農160和偃展4110體內Pb以醋酸提取態(tài)和鹽酸提取態(tài)為主，其次是氯化鈉提取態(tài)，并隨Pb濃度增加難溶的草酸鹽等含量增多，有效降低了Pb的毒害。崔研等[18]研究證實了蘆葦體內重金屬以不同的化學形態(tài)存在，其遷移能力和從基質分離的難易程度及活性有明顯差異，水溶性的有機酸鹽、氯化物的遷移能力比難溶于水的重磷酸鹽、草酸鹽強，其毒性也更強。這些研究結果與本研究一致，說明將體內Pb轉化為難溶性的結合態(tài)可能是柳葉箬耐Pb的重要機理之一。

圖6 不同處理下的柳葉箬根細胞透射電鏡圖Figure 6 Ultrastructure of rootcellsof Isachneglobosa in the differentcontrol treatment

NPT是植物抵抗重金屬脅迫的主要物質之一[19]，巰基（-SH）與重金屬離子可以形成無毒或低毒的絡合物存在于植物體內，是植物解毒機理之一[20]。如Cd脅迫誘導了兩個品種水稻體內NPT含量的增加，部分Cd2+與大分子量蛋白質結合，大部分與植物螯合肽（PCs）結合，從而降低Cd的毒害性[20]。本研究發(fā)現，隨著Pb處理濃度的增大，柳葉箬根系和葉片的NPT含量顯著增加，與前人的研究結果一致[21]。同時，有機酸對重金屬脅迫下植物抵抗重金屬毒害具有重要意義，低分子有機酸與多種重金屬離子形成不同的可溶性絡合物，抑制重金屬的跨膜運輸，降低植物體內的重金屬濃度，減輕傷害[22-23]。在本研究中，Pb脅迫下柳葉箬葉片中檸檬酸、蘋果酸、草酸等有機酸含量增加，與Pb2+發(fā)生螯合作用，形成可溶性的低毒或無毒的螯合態(tài)，此可能為柳葉箬耐Pb的重要機理之一。

細胞壁由含有負電基團（羧基、醛基、氨基及磷酸基）的纖維素、半纖維素和果膠組成，其代謝能力弱、活性低，并易與金屬離子發(fā)生各種物理、化學反應，可有效防止植物體內重金屬離子的跨膜轉運[24-25]。徐義昆等[26]通過對Pb脅迫下香蒲細胞超微結構的觀察發(fā)現，隨著Pb脅迫的增加，其對香蒲亞細胞中各細胞器造成不可逆的損傷，葉綠體數目減少、線粒體結構破裂、核膜破損、核仁消失。從柳葉箬葉片和根部亞細胞結構中也發(fā)現，各細胞器在Pb處理下受到損傷以及大部分Pb2+被束縛于細胞壁中，細胞壁中親金屬離子的配位基團與進入植物體內的Pb2+相互作用形成穩(wěn)定的螯合物。這對提高柳葉箬對抗Pb毒害具有重要意義，其各細胞器沉積的Pb含量還有待進一步研究。

4 結論

Pb脅迫條件下，柳葉箬體內的Pb主要以草酸鹽結合態(tài)、磷酸鹽結合態(tài)和蛋白質結合態(tài)等難遷移的形態(tài)存在。Pb脅迫可誘導柳葉箬體內檸檬酸和蘋果酸的增加，與Pb2+發(fā)生螯合作用，以降低Pb2+的毒害。Pb脅迫顯著增加了柳葉箬體內非蛋白巰基含量。柳葉箬葉片和根內大部分Pb2+被束縛在細胞壁中，細胞區(qū)室化作用顯著，避免了Pb對柳葉箬植株的進一步傷害。因此，有機酸和非蛋白巰基對Pb的螯合作用以及Pb的細胞區(qū)室化作用對柳葉箬在Pb脅迫過程中具有重要解毒作用。

[1]薛永,王苑螈,姚泉洪,等.植物對土壤重金屬鎘抗性的研究進展[J].生態(tài)環(huán)境學報,2014,23（3）：528-534.

XUE Yong,WANG Yuan-yuan,YAO Quan-hong,et al.Research progress of plants resistance to heavymetal Cd in soil[J].Ecology and EnvironmentalSciences,2014,23（3）：528-534.

[2]譚九洲,黃迎波.植物重金屬耐受分子機理的研究進展[J].安徽農業(yè)科學,2014,42（35）：12782-12785.

TAN Jiu-zhou,HUANG Ying-bo.Research progress of themolecular mechanism ofheavymetal tolerance ofplants[J].Journalof Anhui Agriculture Sciences,2014,42（35）：12782-12785.

[3]喬緒強.鉛（Pb2+）脅迫下荇菜和菹草無菌苗的生理生化特性與容忍機制[D].南京：南京師范大學,2014.

QIAOXu-qiang.Under the lead stressphysico-chemical responsesand tolerancemechanism in Nymp hoiles peltata and Potamogeton crispus [D].Nanjing：NanjingNormalUniversity,2014.

[4]肖青青,王宏鑌,王海娟,等.滇白前（Silene viscidula）對鉛、鋅、鎘的共超富集特征[J].生態(tài)環(huán)境學報,2009,18（4）：1299-1306.

XIAO Qing-qing,WANG Hong-bin,WANG Hai-juan,et al.Cohyper accumulative characteristics of lead,zinc and cadmium by Silene viscidula franch[J].Ecology and Environmental Sciences,2009,18（4）：1299-1306.

[5]Insook L,Kyunghwa B,Hyunhee K,et al.Phytoremediation of soil cocontaminated with heavy metals and TNT using four plant species[J]. JournalofEnvironmentalScienceand Health,2007,42（3）：2039-2045.

[6]侯曉龍,常青山,劉國鋒,等.Pb超富集植物金絲草（Pogonatherum crinitum）,柳葉箬（Isachne globosa）[J].環(huán)境工程學報,2012,6（3）：889-995.

HOU Xiao-long,CHANGQing-shan,LIUGuo-feng,et al.Two leadhyperaccumulator：Pogonatherum crinitum and Isachne globosa[J].Chinese JournalofEnvironmental Engineering,2012,6（3）：889-995.

[7]Liu JG,Dong Y,Xu H.Accumulation of Cd,Pb and Zn by 19 wetland plant species in constructed wetland[J].Journal of Hazardous Materials,2007,147（3）：947-953.

[8]郭曉宏,朱廣龍,魏學智.5種草本植物對土壤重金屬鉛的吸收、富集及轉運[J].水土保持研究,2016,23（1）：183-186.

GUOXiao-hong,ZHUGuang-long,WEIXue-zhi.Characteristicsofuptake,bioaccumulation and tranlocation of soil lead in five species of herbaceousplants[J].Research ofSoilandWater Conservation,2016,23 （1）：183-186.

[9]張富運,陳永華,吳曉芙,等.鉛鋅超富集植物及耐性植物篩選研究進展[J].中南林業(yè)科技大學學報,2012,32（12）：92-96.

ZHANG Fu-yun,CHEN Yong-hua,WU Xiao-fu,et al.Research advances on screening of hyperaccumulator and tolerant plant species of Pb-Zn[J].JournalofCentral South University of Forestry&Technology, 2012,32（12）：92-96.

[10]孫念禮,陳琳煜,丁培培,等.鉛超富集植物篩選的研究進展[J].科學中國人,2014,14：25-26.

SUN Nian-li,CHEN Lin-yu,DING Pei-pei,et al.The research progressofscreening Pb hyperaccumulator[J].Scientific Chinese,2014, 14：25-26.

[11]Peronnet K,Schwartz C,Mbrel JL.Distribution of cadmium and zinc in the hyperaccumulator Thlaspi caerulescens grown on multicontaminated soil[J].Plantand Soil,2003,249（1）：19-25.

[12]黃天志,王世杰,劉秀明,等.逐級提取-高效液相色譜法快速測定植物組織中8種有機酸[J].色譜,2014,32（12）：1356-1361.

HUANG Tian-zhi,WANG Shi-jie,LIU Xiu-ming,etal.Rapid determination of eight organic acids in plant tissue by sequential extraction and high performance liquld chromatography[J].Chinese Journal of Chromatography,2014,32（12）：1356-1361.

[13]黃凱豐,江解增.復合脅迫下茭白體內鎘、鉛的亞細胞分布和植物絡合素的合成[J].植物科學學報,2011,29（4）：502-506.

HUANG Kai-feng,JIANG Jie-zeng.Sub-cellular fraction of heavy metals and production of phytochelatins in Zizania latifolia exposed to cadmium and lead[J].PlantScience Journal,2011,29（4）：502-506.

[14]黃玫英,羅潔文,黃彩鳳,等.Pb在類蘆組織和亞細胞中的分布規(guī)律和毒害效應[J].農業(yè)環(huán)境科學學報,2016,35（11）：2077-2085. HUANGMei-ying,LUO Jie-wen,HUANGCai-feng,etal.The distribution and toxic effectsof Pb at the levelsof the tissue and sub-cellular in Neyraudia reynaudiana[J].Journal of Agro-Environmet Science, 2016,35（11）：2077-2085.

[15]徐劼.茶樹（Camellia sinensis L.）對鉛的吸收累積及耐性機制研究[D].杭州：浙江大學,2011.

XU Jie.Mechanisms of lead uptake/accumulation and tolerance in tea plant（Camellia sinensis L.）[D].Hangzhou：Zhejiang University,2011.

[16]梁亮,林華,田靜,等.多重金屬富集植物李氏禾體內銅的化學形態(tài)研究[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2016,42（3）：4-7.

LIANG Liang,LINHua,TIAN Jing,etal.Chemical formsof Cu in Coaccumulator Leersiahexandra Swartz[J].IndustrialSafetyand EnvironmentalProtection,2016,42（3）：4-7.

[17]楊素勤,程海寬,景鑫鑫,等.不同鉛吸收特性小麥Pb的亞細胞分布和化學提取態(tài)[J].中國農業(yè)科學,2015,48（14）：2848-2856.

YANG Su-qin,CHENG Hai-kuan,JING Xin-xin,et al.Subcellular distribution and chemical-extraction of lead in wheat with different characteristicsof lead absorption[J].Scientia Agricultura Sinica,2015, 48（14）：2848-2856.

[18]崔妍,丁永生,公維民,等.土壤中重金屬化學形態(tài)與植物吸收的關系[J].大連海事大學學報（自然科學版）,2005,31（2）：59-63. CUIYan,DING Yong-sheng,GONGWei-min,et al.Relations with chemical speciation of heavymetals in the soil and plantabsorption[J]. JournalofDalian Maritime University（Natural Science）,2005,31（2）：59-63.

[19]王芳,丁杉,張春華,等.不同鎘耐性水稻非蛋白巰基及鎘的亞細胞和分子分布[J].農業(yè)環(huán)境科學學報,2010,29（4）：625-629.

WANG Fang,DING Shan,ZHANGChun-hua,etal.Non-protein thiols,subcellular andmolecular distribution of cadmium in two rice cultivarswith difference tolerance[J].Journal of Agro-Environment Science,2010,29（4）：625-629.

[20]王朋,鄧小娟,黃益安,等.鎘脅迫下不同大豆品種各器官中鎘和非蛋白巰基物質的動態(tài)變化[J].華南農業(yè)大學學報,2016,37（2）：42-50.

WANGPeng,DENGXiao-juan,HUANGYi-an,etal.Dynamic changes of cadmium and non-protein thiol in different organs of different soybean genotypesunder cadmium stress[J].Journalof South China AgriculturalUniversity,2016,37（2）：42-50.

[21]Sun R,Zhou Q.Heavymetal toleranceand hyperaccumulation ofhigher plants and theirmolecularmechanisms[J].Acta Ecologica Sinica, 2005,29（3）：497-504.

[22]陳美靜,劉倩雯,譚佳緣,等.重金屬脅迫對植物有機酸代謝影響研究進展[J].廣東農業(yè)科學,2015,42（24）：86-91.

CHEN Mei-jing,LIU Qian-wen,TAN Jia-yuan,et al.Research advanceon effectsofheavymetalstresson plantorganic acidmetabolism [J].Guangdong Agricultural Sciences,2015,42（24）：86-91.

[23]劉福春.鋅脅迫對互花米草生長、金屬累積和有機酸變化的影響[J].安徽大學學報,2016（4）：80-86.

LIU Fu-chun.Effectsof zinc stresson growth,metalaccumulation and organic acids changes of Spartina alterniflora Loisel[J].Journal of AnhuiUniversity,2016（4）：80-86.

[24]劉小文,齊成媚,李園,等.不同鉛水平下紫莖澤蘭細胞內鉛的分布和化學形態(tài)的分析[J].廣西植物,2016,36（3）：335-341.

LIU Xiao-wen,QICheng-mei,LIYuan,etal.Subcellular distribution and chemical forms of lead in Eupatorium adenophorum at different lead levels[J].Guihaia,2016,36（3）：335-341.

[25]陳麗鵑,周冀衡,李強,等.鎘對煙草的毒害及煙草抗鎘機理研究進展[J].中國煙草科學,2014,35（6）：93-97.

CHEN Li-juan,ZHOU Ji-heng,LIQiang,et al.Advance in cadmium toxicity to tobacco and its resistancemechanism[J].Chinese Tobacco Science,2014,35（6）：93-97.

[26]徐義昆,徐小穎,池源,等.香蒲對不同濃度Pb2+脅迫的生理應答及其細胞超微結構變化[J].西北植物學報,2015,35（10）：2018-2025.

XU Yi-kun,XU Xiao-ying,CHIYuan,et al.Physiological responses and ultrastructural changes of Typha orientalis Presl under Pb2+stress [J].Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica,2015,35（10）：2018-2025.

Effectsof Pb stresson physiological characteristicsand subcellular distribution of Pb in Isachne globosa

CHENShun-yu1,2,HANHang1,2,CHEN Jia-song1,2,CAILi-ping1,2,HOUXiao-long1,2,3*,LIUAi-qin1,2,ZHOUChui-fan1,2
（1.College of Forestry,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou 350002,China;2.Co-innovation Center for Soiland Water Conservation in Red SoilRegion of the Cross-straits,Fuzhou 350002,China;3.CollegeofResource and Environment,Fujian Agricultureand Forestry University,Fuzhou 350002,China）

Isachne globosa,a type of Pb hyperaccumulator,was selected as a study subject.An indoor hydroponic Pb stress experimentwas designed and five different Pb concentrations（0,250,500,1000,and 1500mg·L-1）were set to identify the concentrations of the different chemical forms of Pb,organic acids,and non-protein thiols（NPT）and the distribution of Pb,and then to reveal the responsemechanism of Isachne globosa to high Pb stress.The results showed thatwith the increase in Pb concentration,the concentrations of Pb of different chemical forms in the shootand rootof Isachne globosa were significantly increased（P＜0.05）.Pb primarily existed in roots and leaves of Isachne globosa as HCl-extractable forms,secondly as HAc-and NaCl-extractable forms,and was barely found as H2O-extractable and residualforms.In addition,the citric acid,malic acid,and NPT concentrations of Isachne globosa significantly increased（P＜0.05）alongwith the increase in Pb concentration.Observations through an electronmicroscope revealed that themostof Pb existed in the cellwalls of the rootand shootof Isachne globosa and an obvious cell compartmentation was detected.We therefore concluded that the chelation oforganic acids and NPTand the cell compartmentation of Pb played important roles in the adaptation of Isachne globosa to the high Pb stressenvironment.

Pb hyperaccumulator；Isachne globosa；organic acid；non-protein thiols；cellcompartmentation

X171.5

A

1672-2043（2017）05-0884-07

10.11654/jaes.2016-1575

2016-12-09

陳順鈺（1993—），女，四川攀枝花人，碩士研究生，研究方向為退化地生態(tài)修復。E-mail：1607236994@qq.com

*通信作者：侯曉龍E-mail：xl.hou@fafu.edu.cn

國家自然科學基金項目（41401364）；國家科技支撐計劃項目（2014BAD15B02）；國家林業(yè)局林業(yè)公益性行業(yè)科研項目（201304303）；福建省科技廳重點項目（2017Y0001）

Project supported：The National Natural Science Foundation ofChina（41401364）；The National Key Technology Research and Development Program of the Ministry of Scienceand Technology of China（2014BAD15B02）；Special Fund for ForestScientific Research in the PublicWelfare（201304303）；The Special Fund for Key Program of Scienceand Technology of Fujian Province,China（2017Y0001）

陳順鈺，韓航，陳加松，等.柳葉箬對Pb脅迫的生理響應及其體內Pb的亞細胞分布研究[J].農業(yè)環(huán)境科學學報,2017,36（5）：884-890.

CHEN Shun-yu,HANHang,CHEN Jia-song,etal.Effectsof Pb stress on physiological characteristics and subcellular distribution of Pb in Isachne globosa [J].JournalofAgro-EnvironmentScience,2017,36（5）:884-890.