于 飛，馬海天才，鐘沃秀，陳舒雨，謝程程，李 西

(1.四川農(nóng)業(yè)大學風景園林學院，四川 成都 611130； 2.成都農(nóng)業(yè)科技職業(yè)學院，四川 成都 611130)

隨著我國工業(yè)化和城市化進程的加快，重金屬污染問題日益嚴重，部分重金屬致使土壤污染，嚴重破壞生態(tài)系統(tǒng)的正常功能。鉛(Pb)是重金屬污染中最廣泛的污染源之一，Pb進入土壤后通過食物鏈進入人體，對人類健康造成極大影響并能夠影響兒童的智力發(fā)育。傳統(tǒng)的鉛污染治理方法見效快，但治理成本高且會造成二次污染，很難從根本上解決問題。植物修復技術(shù)具有成本低、易實施、對環(huán)境破壞小、無二次污染、大面積推廣等優(yōu)勢，并具有經(jīng)濟和景觀價值，因此具有廣闊的應用前景[1-4]。其中草本植物更具有生長速度快、生物量大、再生能力強和易于種植等特點，可以迅速覆蓋和綠化受到污染的區(qū)域，因此篩選Pb耐受性強的草本植物對受到鉛污染區(qū)域的生態(tài)恢復具有重要的生態(tài)價值[5]。

本研究所選的植物材料金發(fā)草(Pogonatherumpaniceum)是禾本科黍亞科金發(fā)草屬的一種草本植物，主要生長于山坡、草地、溪旁，在我國西南地區(qū)多生于巖石縫隙中，根系發(fā)達，耐干旱瘠薄。繁殖能力強，植株呈金黃色，秋冬季變紅，具有較高的觀賞價值，國外稱為“微型竹”，可用于庭院栽培[6]。狗牙根(Cynodondactylon)，禾本科狗牙根屬，暖季型草坪草中應用最廣泛、研究最深入的草種。植株低矮、繁殖力強、抗旱、耐踐踏、色澤好，是優(yōu)良的固土護坡草種[7-8]。

金發(fā)草和狗牙根都具有適應性強、耐瘠薄等優(yōu)點，是應用于道路、邊坡綠化的優(yōu)良植物材料。目前對金發(fā)草和狗牙根主要在水分、溫度、踐踏脅迫和鹽脅迫等方面[9-16]成果頗豐，對重金屬脅迫的研究相對較少，尤其是金發(fā)草的重金屬脅迫方面的研究鮮有報道。本研究旨在通過研究不同濃度Pb污染土壤對金發(fā)草和狗牙根生長及生理特性的影響，分析比較兩種草的Pb耐受能力，篩選出Pb耐受性強的草本植物，為城市的植物生態(tài)修復提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與處理

金發(fā)草幼苗和狗牙根幼苗于2016年7月分別采集于綿陽市安州區(qū)羅浮山茶坪河和成都市溫江區(qū)公平鎮(zhèn)科錦路，栽植于四川農(nóng)業(yè)大學成都校區(qū)園林植物實驗基地。Pb脅迫試驗試劑為分析純試劑Pb(NO3)2。

2016年7月將幼苗種于圓形塑料花盆中(內(nèi)直徑24 cm，高20 cm)，每盆選取45株長勢一致的幼苗，栽培基質(zhì)為混合土(園土與營養(yǎng)土的質(zhì)量為2∶1)，用800倍多菌靈消毒，人工除去雜草，每盆土稱重5 kg?；旌贤羛H 6.58，有機質(zhì)含量39.17 g·kg-1，堿解氮含量58 mg·kg-1，有效磷含量53 mg·kg-1，速效鉀含量122 mg·kg-1，全鉛含量45.32 mg·kg-1。待幼苗正常生長2個月后，進行Pb脅迫試驗。

盆栽控制試驗土壤Pb處理濃度分為6個濃度梯度(CK、P1、P2、P3、P4和P5)，分別對應Pb2+濃度為0、250、500、1 000、2 000和4 000 mg·kg-1，每個濃度處理3個重復。鉛以Pb2+水溶液形式加入，分3次均勻地澆灌在盆土中，每兩次間隔時間為2 d，滲出液反復回收澆灌，直到Pb2+與土壤均勻混合，對照組澆入等量的超純水。并且用NH4NO3溶液平衡對照與各處理的氮素營養(yǎng)，同樣將滲到托盤中的溶液倒回盆中。分別于10、20、30、40和50 d上午9：00取植物葉片進行各項生理指標測定，并在處理50 d后，測定兩種草地上部和根系樣品的重金屬Pb含量。

1.2 測定指標與方法

1.2.1生物量測定 處理50 d后，拍照記錄植株形態(tài)，對花盆中所有植株分為地上部和根系兩部分進行生物量的測定。地上部采用刈割法，取地上部材料和所有根系后，均用超純水沖洗3遍，在烘箱內(nèi)105 ℃下殺青30 min，然后80 ℃恒溫烘干至恒重，并用電子天平稱量[14]。

1.2.2生理指標測定 葉綠素含量測定采用95%無水乙醇浸提法；質(zhì)膜透性測定采用相對電導率法(REC)；丙二醛(MDA)和可溶性糖含量測定采用硫代巴比妥酸顯色法；可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍法；超氧化物歧化酶(SOD)活性測定采用氮藍四唑(NBT)法；過氧化物酶(POD)活性測定采用愈創(chuàng)木酚法；過氧化氫酶(CAT)活性測定采用紫外分光光度計法[17-20]。葉片光合指標參數(shù)使用美國產(chǎn)便攜式光合儀Li-6400XT測定，儀器設定光合有效輻射1 000 μmol·(m2·s)-1，空氣流速300 μmol·s-1，大氣CO2濃度400 μmol·mol-1，葉室溫度25 ℃，相對濕度為60%。重金屬Pb含量測定是將兩種草地上部和根系樣品粉碎，采用混合酸(硝酸∶高氯酸=5∶1)消解，過濾定容后采用上海精密科學儀器有限公司產(chǎn)AA320N原子吸收分光光度計測定地上部分及根系的Pb含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Office Excel 2007進行各個指標的試驗數(shù)據(jù)記錄，SPSS 22.0軟件進行單因素方差分析(One-way ANOVA)，用平均值和標準差表示測定結(jié)果，新復極差法(Duncan’s)對數(shù)據(jù)進行多重比較，各指標顯著性水平設定為α=0.05。采用Origin 8.0軟件制作圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 Pb脅迫對金發(fā)草和狗牙根葉片生長形態(tài)的影響

觀察植物形態(tài)發(fā)現(xiàn)，不同Pb處理下兩種草的生長情況有明顯的差異。Pb處理對金發(fā)草葉片的形態(tài)有較大影響，隨著Pb濃度的增加，葉片的外觀發(fā)生了顯著變化，顏色逐漸變淺，發(fā)黃枯萎(圖1)。當Pb2+濃度≤1 000 mg·kg-1時，葉片呈現(xiàn)正常的深綠色；Pb2+濃度為1 000～2 000 mg·kg-1時，葉片顏色逐漸變淺，呈綠色，葉尖和葉基開始泛黃，出現(xiàn)萎縮卷曲；Pb2+濃度為2 000～4 000 mg·kg-1時，葉片泛黃、卷曲枯萎嚴重，出現(xiàn)明顯的受鉛毒害特征。觀察狗牙根的葉片形態(tài)特征，Pb處理對葉片外形無顯著影響，但是葉片顏色逐漸變淺(圖1)。當Pb2+濃度≤1 000 mg·kg-1時，葉片顏色幾乎無顯著變化，均呈現(xiàn)正常的深綠色；Pb2+濃度在1 000～4 000 mg·kg-1時，葉片顏色逐漸失綠、泛黃，葉片出現(xiàn)卷曲，從葉基部開始逐漸失綠，但是并未出現(xiàn)嚴重的葉片傷害特征。

2.2 Pb脅迫對金發(fā)草和狗牙根生物量的影響

隨著Pb脅迫濃度的升高，兩種植物的根系干重和地上部干重均在逐漸下降(表1)。金發(fā)草根系干重比對照分別下降34.37%、46.31%、54.66%、67.57%和82.52%，狗牙根根系干重比對照分別下降20.61%、36.35%、55.34%、60.69%和70.99%，二者比較金發(fā)草的根系干重較狗牙根下降幅度更大。金發(fā)草Pb2+脅迫濃度為500和1 000 mg·kg-1時根系干重差異不顯著(P>0.05)，所有處理濃度下根系生物量較對照均顯著下降(P<0.05)。狗牙根分別在Pb2+濃度為1 000和2 000 mg·kg-1時根系干重差異不顯著(P>0.05)，所有處理濃度下根系生物量同對照相比，均呈顯著下降趨勢(P<0.05)。

圖1 不同濃度Pb2+處理50 d時對金發(fā)草和狗牙根葉片形態(tài)的影響Fig. 1 Effect of Pb2+ stress on the leaf morphology of Pogonatherum paniceum and Cynodon dactylon in 50 d

金發(fā)草和狗牙根地上部干重隨Pb2+濃度的增加也逐漸減少。Pb2+濃度4 000 mg·kg-1時，金發(fā)草和狗牙根地上部干重比對照分別下降了66.82%、50.09%，狗牙根地上部干重下降幅度同樣小于金發(fā)草，且同對照差異顯著(P<0.05)。同地上部干重毒害情況相比較，可看出Pb脅迫對根系的毒害程度高于地上部，根系是重要的受害器官。

2.3 Pb脅迫對葉綠素含量的影響

隨著Pb2+濃度的增大，金發(fā)草Chl a和Chl a+b均呈顯著下降的趨勢，且各個濃度處理間差異顯著(P<0.05)。Chl b在Pb2+濃度≤500 mg·kg-1時，較對照差異不顯著(P>0.05)，Pb2+濃度>500 mg·kg-1時，較對照差異顯著(P<0.05)。Pb2+濃度為4 000 mg·kg-1時，Chl a、Chl b和Chl a+b含量最低，較對照分別下降了70.89%、66.00%和70.08%。各濃度下的Chl a/b均顯著低于對照(P<0.05)(表2)。

表1 不同濃度Pb處理50 d時對金發(fā)草和狗牙根根部干重和地上部干重的影響Table 1 Effect of Pb stress on the root and parts above ground weight of two herbs in 50 d

同列不同小寫字母表示不同濃度Pb處理間存在顯著差異(P<0.05)。下表同。

Different lowercase letters within the same column indicate significant differences among different Pb2+concentration(P<0.05); similarly for the following tables.

表2 不同濃度Pb處理30 d時對金發(fā)草和狗牙根葉片葉綠素含量的影響Table 2 Effect of Pb stress on chlorophyll contents in leaf of two herbs in 30 d

狗牙根的Chl a、Chl b和Chl a+b含量隨Pb濃度的增大而降低。與對照相比，Chl a、Chl b和Chl a+b含量均顯著低于對照(P<0.05)。Pb2+濃度為4 000 mg·kg-1時，Chla、Chlb和Chla+b含量較對照分別下降了60.62%、62.92%和61.08%，下降幅度均小于金發(fā)草(表2)。

2.4 Pb脅迫對質(zhì)膜透性和丙二醛含量的影響

Pb脅迫處理30 d內(nèi)，隨著Pb脅迫濃度的增加金發(fā)草葉片相對電導率(REC)呈上升趨勢，說明葉片細胞膜受到了Pb2+的毒害，但在濃度為≤250 mg·kg-1時，葉片REC與對照相比無顯著差異(P>0.05)。在30、40、50 d時，4 000 mg·kg-1Pb濃度下，葉片REC上升幅度極大，50 d時達到了最大值，與同期的對照相比上升了197.93%。Pb脅迫處理20～50 d內(nèi)，隨著Pb2+濃度脅迫的增加狗牙根葉片REC呈上升趨勢。在50 d時與同期的對照相比上升了249.72%，上升幅度大于金發(fā)草(圖2)。

處理10～40 d時，金發(fā)草MDA含量隨著Pb2+濃度的增大先升高后降低。Pb脅迫10～30 d且Pb2+濃度≥250 mg·kg-1時，MDA含量與對照差異顯著(P<0.05)。處理40～50 d時，MDA含量較10、20和30 d處理出現(xiàn)下降。狗牙根處理10～40 d時，MDA含量隨著Pb2+濃度的增大先升高后降低。處理50 d且Pb2+濃度為250、500、1 000、2 000 mg·kg-1時，與對照相比分別增加19.44%、47.22%、52.78%、66.67%，但與處理20～40 d相比MDA含量總體下降(圖3)。

圖2 不同濃度Pb處理對金發(fā)草和狗牙根葉片相對電導率的影響Fig. 2 Effect of different concentrations of Pb treatment on leaf REC of two herbs

圖3 不同濃度Pb處理對金發(fā)草和狗牙根丙二醛含量的影響Fig. 3 Effect of different concentrations of Pb treatment on MDA contents of two herbs

2.5 Pb脅迫對滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

處理10 ～20 d時，金發(fā)草可溶性糖含量隨脅迫濃度的增加呈先升后降的趨勢。處理30 d且Pb2+濃度為4 000 mg·kg-1時達到最大值，同對照相比增加了74.06%，差異顯著(P<0.05)。處理40～50 d，濃度為1 000、2 000和4 000 mg·kg-1時含量出現(xiàn)下降，處理50 d，2 000 mg·kg-1濃度時可溶性糖含量最低，但仍較對照增長了27.44%，且差異顯著(P<0.05)。狗牙根可溶性糖含量整體波動較大，處理30 d且Pb2+濃度為4 000 mg·kg-1時達到最大值，同對照相比顯著增加了94.46%(P<0.05)。說明Pb脅迫對植株的毒害作用隨著時間的延長不斷增強。處理40～50 d時狗牙根可溶性糖含量呈現(xiàn)先升后降的趨勢，但總體較30 d時下降。4 000 mg·kg-1濃度時，處理50 d較30 d下降30.10%(圖4)。

處理10～30 d時，金發(fā)草可溶性蛋白含量在各處理濃度下均不同程度的升高，40 d時含量較30 d出現(xiàn)下降后50 d時又出現(xiàn)上升趨勢，這樣的原因可能是因為金發(fā)草可溶性蛋白遭到破壞后，經(jīng)過一定的周期時間又產(chǎn)生新的可溶性蛋白來提高自身耐Pb性。處理10～40 d時狗牙根可溶性蛋白含量隨脅迫濃度的增大而持續(xù)上升，處理40 d，2 000 mg·kg-1時達到最大值，同對照相比顯著增加了28.43%(P<0.05)。50 d時各個脅迫濃度處理的可溶性蛋白含量較40 d時均有所下降，1 000 mg·kg-1時達到最大值，同對照相比增加了21.21%(圖5)。

圖4 不同濃度Pb處理對金發(fā)草和狗牙根可溶性糖含量影響Fig. 4 Effect of different concentrations of Pb treatment on soluble sugar contents of two herbs

圖5 不同濃度Pb處理對金發(fā)草和狗牙根可溶性蛋白含量影響Fig. 5 Effect of different concentrations of Pb treatment on soluble proteincontents of two herbs

2.6 Pb脅迫對兩種草葉片酶活性的影響

2.6.1對SOD的影響 隨著Pb2+脅迫時間的延長，兩種草的SOD活性均呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢，且同時期相比活性隨著Pb2+濃度增加始終顯著高于對照。處理30 d，Pb2+濃度為4 000 mg·kg-1時，金發(fā)草SOD活性達到最大值，較對照上升了139.28%，30 d之后緩慢下降，但各濃度梯度始終均與對照差異顯著(P<0.05)，處理50 d，4 000 mg·kg-1時，SOD活性較30 d的最大值下降了18.95%。狗牙根SOD活性在30 d時，隨處理濃度升高急劇上升，與對照差異顯著(P<0.05)，4 000 mg·kg-1濃度時，SOD活性較對照上升了194.00%。處理40～50 d時各濃度處理出現(xiàn)下降，在50 d，4 000 mg·kg-1濃度時，SOD活性較30 d最大值下降了20.53%(圖6)。

2.6.2對POD的影響 隨著Pb2+濃度升高和脅迫時間的延長金發(fā)草POD活性總體呈現(xiàn)持續(xù)升高的趨勢，處理50 d且Pb2+濃度為4 000 mg·kg-1時達到最大值，比同期對照增加了304.97%，處理10 d，Pb2+濃度為250 mg·kg-1處理與對照差異不顯著(P>0.05)，這說明在低濃度下金發(fā)草POD活性能夠維持一個穩(wěn)定的范圍。狗牙根與金發(fā)草趨勢有所不同，處理10～40 d且Pb2+濃度≤2 000 mg·kg-1時，POD活性持續(xù)上升。處理40 d，Pb2+濃度為2 000 mg·kg-1時狗牙根POD活性達到最大值，同對照相比增加了259.41%。處理50 d時，500、1 000、2 000和4 000 mg·kg-1均較處理40 d時下降了6.49%、3.77%、8.60%和3.24%，仍遠高于同期對照(P<0.05)(圖7)。

圖6 不同濃度Pb處理對金發(fā)草和狗牙根SOD活性的影響Fig. 6 Effect of different concentrations of Pb on the SOD activity of two herbs

圖7 不同濃度Pb處理對金發(fā)草和狗牙根POD活性的影響Fig. 7 Effect of different concentrations of Pb on the POD activity of two herbs

2.6.3對CAT的影響 處理10～50 d內(nèi)，金發(fā)草CAT活性隨Pb2+濃度增大先升高后下降。Pb脅迫10 d～40 d時間內(nèi)，各Pb2+濃度下的CAT活性持續(xù)升高，并在處理40 d，Pb2+濃度為4 000 mg·kg-1時達到最大值，較同時期對照升高176.95%。處理50 d時各Pb2+濃度下CAT活性較40 d時明顯下降，但仍高于同時期的對照，并且同對照差異顯著(P<0.05)。狗牙根CAT活性在處理20 d且Pb2+濃度為500 mg·kg-1時達到最大值，與同期對照相比升高45.23%，處理30、40和50 d時狗牙根各Pb2+濃度下CAT活性較20 d出現(xiàn)下降，在處理50 d且Pb2+濃度為4 000 mg·kg-1時達到最低，但仍較對照升高2.6%。

2.7 Pb在金發(fā)草和狗牙根地上部分和根系的分布特征

根據(jù)外觀形態(tài)發(fā)現(xiàn)，金發(fā)草在處理50 d，Pb2+濃度為4 000 mg·kg-1時生長狀態(tài)呈現(xiàn)枯萎干黃，生物量驟降等情況，結(jié)合滲透調(diào)節(jié)，抗氧化酶系統(tǒng)指標分析，可以得出金發(fā)草并不適合在Pb濃度為4 000 mg·kg-1的土壤中長時間正常地生長。處理50 d且Pb2+濃度為2 000 mg·kg-1時金發(fā)草地上部分Pb含量為1 072.28 mg·kg-1，含量高于1 000 mg·kg-1Pb2+處理，超過Pb超富集植物地上部分Pb富集量的標準，但轉(zhuǎn)移系數(shù)0.39<1，未能達到Pb超富集植物轉(zhuǎn)移系數(shù)的標準。狗牙根根系Pb含量在處理50 d，Pb2+濃度為4 000 mg·kg-1時達到最大值3 096.19 mg·kg-1，高于同時期金發(fā)草根系Pb含量，地上部分Pb含量為1 734.12 mg·kg-1，低于金發(fā)草。狗牙根對Pb的轉(zhuǎn)移系數(shù)最大值出現(xiàn)在Pb2+濃度為250 mg·kg-1時，轉(zhuǎn)移系數(shù)為0.70<1，同樣未能達到Pb超富集植物轉(zhuǎn)移系數(shù)的標準(表3)。

圖8 不同濃度Pb處理對金發(fā)草和狗牙根CAT活性的影響Fig. 8 Effect of different concentrations of Pb on the CAT activity of two herbs

表3 兩種植物50 d時地上部分和根系部分Pb含量Table 3 The contents of Pb in shoots and roots of two herbs in 50 d

重金屬轉(zhuǎn)移系數(shù)=地上部分重金屬含量/根系重金屬含量

Heavy metal transfer coefficient = heavy metal content above ground/heavy metal content in root.

3 討論與結(jié)論

高濃度的Pb導致草本植物外觀質(zhì)量(色澤、密度、質(zhì)地)下降，失綠和分蘗減少是Pb對植物生長影響較為直觀的表現(xiàn)[21-22]。本研究中，其結(jié)果同樣表明高濃度Pb2+(≥1 000 mg·kg-1)脅迫會造成草本植物的生長及外觀形態(tài)的傷害，且隨著Pb2+脅迫濃度的增大傷害愈發(fā)明顯，這一結(jié)果與朱燕華[23]研究草坪植物對Pb的耐性及富集特性結(jié)論相一致。此外，在最高濃度Pb2+4 000 mg·kg-1時，金發(fā)草葉片失綠發(fā)黃，枯萎卷曲嚴重，而狗牙根僅葉片基部失綠，其上部葉片并未表現(xiàn)出明顯受害癥狀，從葉片外觀上看，狗牙根較金發(fā)草具有更高的Pb耐受能力。

本研究中，金發(fā)草和狗牙根生物量上表現(xiàn)出相同的變化趨勢，根部干重和地上部干重均隨Pb2+濃度增大逐漸減少，但根部干重較地上部下降幅度更大，可能是根系作為植物和土壤直接接觸的首要部位，其受到的毒害癥狀比地上部更直接和明顯。這與前人的研究[21,24]結(jié)果一致。金發(fā)草根系生物量下降幅度大于狗牙根，從這一方面狗牙根根系的Pb耐受性強于金發(fā)草。

葉綠素是植物進行光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，通過含量高低可以判定植物光合作用強弱[25-26]。Chl a能夠?qū)⒐饽苻D(zhuǎn)換成電能，進行電子傳遞后，最后變?yōu)橹参锟梢岳玫幕瘜W能，Chl b的作用為將光能吸收并且進行傳遞，Chl a/b的比值能夠說明植物光合作用速率的強弱，與其呈負相關(guān)[27]。本研究中，隨著Pb2+脅迫濃度增大，金發(fā)草和狗牙根的Chl a、Chl b和Chl a+b含量均逐漸下降，但在4 000 mg·kg-1Pb脅迫下，狗牙根較對照下降幅度為60.62%、62.92%、61.08%，金發(fā)草較對照下降幅度為70.89%、66.00%、70.08%，狗牙根下降幅度均低于金發(fā)草，從這一方面可以推斷出狗牙根對高濃度Pb脅迫的耐受性強于金發(fā)草，并且與前面目測外觀質(zhì)量結(jié)果相吻合。金發(fā)草和狗牙根的Chl a/b值的最小值分別出現(xiàn)在500和1 000 mg·kg-1的低濃度Pb2+(≤1 000 mg·kg-1)處理下，說明低濃度Pb會提高植物的光合速率，增強植物的光合作用。

細胞膜是保障植物細胞內(nèi)外物質(zhì)交換運輸?shù)闹匾Y(jié)構(gòu)，Pb2+可以通過破壞植物細胞膜完整性，致使膜透性增加，使細胞內(nèi)的滲透勢、水分失衡，影響細胞的正常生理活動[28]。逆境脅迫下，植物的ROS等物質(zhì)的積累會增多，MDA是膜脂過氧化產(chǎn)物之一，其含量的高低可以反映膜脂過氧化程度[29]。結(jié)果表明，高濃度Pb2+脅迫下，金發(fā)草和狗牙根葉片REC增大，但金發(fā)草和狗牙根MDA含量卻表現(xiàn)出不同的變化趨勢，金發(fā)草MDA含量下降的原因可能是金發(fā)草通過自身保護機制調(diào)節(jié)清除MDA以抵御逆境脅迫，但是外觀形態(tài)觀察金發(fā)草在4 000 mg·kg-1Pb2+脅迫下已無法正常生長，葉片枯萎卷曲嚴重，說明長時間的4 000 mg·kg-1Pb2+脅迫嚴重超出了其耐受的閥值，植物瀕臨死亡，這也與50 d時4 000 mg·kg-1Pb脅迫下金發(fā)草的MDA再次上升相對應。而狗牙根的MDA含量50 d時下降可能是由于自身保護機制能夠正常發(fā)揮作用，致使其MDA含量下降。而在低濃度Pb2+脅迫下，兩種草的REC和MDA含量變化不顯著(P>0.05)，說明此時植物自身保護機制能夠正常運行，所受到的毒害在植物可控范圍內(nèi)。

植物在干旱、高鹽、低溫以及重金屬脅迫等逆境時，會通過積累可溶性蛋白、可溶性糖、甜菜堿等一系列滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來維持植物細胞的重要代謝活動，增強植物的抗逆性[30]。通?？扇苄蕴呛吭礁?，植物抗逆性越強[31]。試驗發(fā)現(xiàn)，兩種草可溶性糖含量均出現(xiàn)先升后降的變化趨勢，說明植物在低濃度下可通過調(diào)節(jié)體內(nèi)可溶性糖來抵御Pb脅迫，而高濃度Pb影響了植物吸收營養(yǎng)物質(zhì)，使可溶性糖合成過程受阻，從而導致可溶性糖含量下降[32]。狗牙根可溶性糖含量變化幅度較金發(fā)草小，說明狗牙根自身具有較強的維持細胞膨壓、降低滲透勢的能力。金發(fā)草的可溶性蛋白含量持續(xù)升高，狗牙根的可溶性蛋白含量先升后降，原因一方面可能是因為低濃度Pb誘導兩種草形成金屬硫蛋白和類金屬螯合蛋白等結(jié)合蛋白，提高植物的抗逆性[32]；另一方面可溶性蛋白可以保證細胞滲透勢正常的代謝活動[33-34]。而狗牙根下降的原因可能是高濃度、長時間的Pb脅迫使其滲透調(diào)節(jié)系統(tǒng)達到了閥值，植物膜系統(tǒng)遭到嚴重破壞[35]。

正常情況下，作為保護酶系統(tǒng)的重要組成部分，SOD、POD、CAT等能維持體內(nèi)ROS產(chǎn)生和清除的動態(tài)平衡，從而防止過量ROS對細胞的毒害[5]。植物在不同逆境下，會通過抗氧化酶系統(tǒng)和非酶抗氧化物質(zhì)來抵抗逆境誘導的氧化傷害，以減少ROS的積累，降低膜傷害的程度[36]。結(jié)果表明，金發(fā)草和狗牙根SOD活性均隨Pb脅迫時間的延長表現(xiàn)出先升后降的變化趨勢，說明在Pb脅迫下SOD通過增強活性來清除ROS，當脅迫時間延長，植物體內(nèi)累積過多Pb2+時，高濃度Pb2+會使得H2O2積累過多并抑制O·2-轉(zhuǎn)化，進而使SOD活性降低[21]。在高濃度Pb2+下狗牙根的SOD活性上升和下降幅度均大于金發(fā)草，說明狗牙根SOD活性對Pb脅迫造成的ROS清除方面更為敏感和迅速，后期降幅大的原因可能是狗牙根的抗氧化酶系統(tǒng)及時地進行了調(diào)整和適應[21]。過氧化物酶POD的主要作用是清除氧代謝中產(chǎn)生的H2O2以及由此產(chǎn)生的氫過氧化物ROOH[5]。結(jié)果表明，兩種草在Pb脅迫下POD活性均顯著增加，其中金發(fā)草POD活性隨脅迫時間的延長持續(xù)升高，狗牙根在高濃度Pb處理下，POD活性先升后降，原因可能是當兩種草處于低濃度Pb脅迫時，植物通過提高POD活性來增強清除H2O2的能力，但是當Pb2+濃度超出植物的耐受范圍時，有害物質(zhì)過多會導致細胞內(nèi)的酶系統(tǒng)受到損害，代謝趨于紊亂，抑制抗氧化酶基因的表達，導致POD活性下降[37]。CAT是植物體內(nèi)一種重要的氧化還原酶，可以清除植物通過呼吸代謝或者光合作用等途徑產(chǎn)生的H2O2，維持活性氧代謝平衡，保護細胞膜的完整性[38]。兩種草CAT活性均隨著時間延長和Pb2+濃度增大先升后降，金發(fā)草CAT活性在40 d時達到最大值后驟降，可能是因為金發(fā)草對Pb脅迫產(chǎn)生應激保護反應后，Pb2+濃度過大和長時間脅迫，超出植物的耐受范圍后活性被減弱，符合植物對脅迫的典型特征[5,39]。狗牙根CAT活性變化范圍較金發(fā)草小，10 d時CAT活性較對照顯著升高后下降幅度平緩，說明狗牙根的CAT發(fā)揮作用時間較金發(fā)草早，并且在Pb2+高濃度、長時間脅迫下仍能正常的發(fā)揮作用，說明不同植物的自身保護酶體系機制不同，其CAT活性對Pb脅迫反應時間也存在較大的差異。

隨著Pb2+脅迫濃度的升高和時間的延長，兩種草根系和地上部的Pb含量逐漸增加，Pb在兩種草體內(nèi)的分布特征均為根系含量高于地上部含量，說明根是積累Pb的主要器官[40]。金發(fā)草在4 000 mg·kg-1時生長狀態(tài)呈現(xiàn)枯萎干黃、生物量驟降等，結(jié)合其他所測生理指標分析，可以得出金發(fā)草在Pb2+濃度4 000 mg·kg-1時并不能正常生長，而在Pb2+濃度2 000 mg·kg-1時金發(fā)草能夠較為正常的生長。狗牙根在250 mg·kg-1Pb2+脅迫下的轉(zhuǎn)移系數(shù)最大。兩種草地上部Pb富集含量均高于Pb超富集植物的標準，但轉(zhuǎn)運系數(shù)均未達到Pb超富集植物標準。

Pb污染土壤會抑制兩種草的生長，葉片外觀質(zhì)量、生物量及葉綠素含量均出現(xiàn)不同程度的下降，兩種草均能夠通過增加滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和提高抗氧化酶活性來抵御土壤Pb脅迫。金發(fā)草在Pb2+濃度4 000 mg·kg-1時并不能正常生長，Pb2+濃度為2 000 mg·kg-1時金發(fā)草能保持較為正常的生長狀態(tài)。Pb2+濃度為4 000 mg·kg-1時狗牙根的耐受能力強于金發(fā)草。因此狗牙根能夠更好地適應土壤Pb污染環(huán)境，在Pb污染土壤修復中具有更大的應用價值。