肖艷輝，李應(yīng)文，鄒碧，何金明，李志安*

1. 韶關(guān)學(xué)院英東農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 韶關(guān) 512005；2. 中國(guó)科學(xué)院華南植物園，廣東 廣州 510650

近年來(lái)，由于工業(yè)化進(jìn)程的加快，導(dǎo)致了土壤受到不同程度的重金屬污染（Sodango et al.，2018；Ojuederie et al.，2017）。重金屬可被植物從土壤中吸收累積，通過(guò)食物鏈對(duì)人類健康造成嚴(yán)重毒害（Joseph，2009；Al-Farraj et al.，2013），因此，重金屬污染已成為全球面臨的嚴(yán)重問(wèn)題之一。

重金屬污染土壤修復(fù)方法較多，其中植物修復(fù)技術(shù)因其綠色、有效，成為最經(jīng)濟(jì)有效的重金屬污染土壤修復(fù)方法之一（Thijs et al.，2016；Sooksawat et al.，2013）。但因修復(fù)重金屬污染土壤的大部分植物植株矮小、生長(zhǎng)緩慢等原因造成植物修復(fù)效率低下，嚴(yán)重限制了此項(xiàng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用（于彩蓮，2011）。植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑參與植物生長(zhǎng)發(fā)育及植物應(yīng)對(duì)逆境脅迫等各個(gè)過(guò)程的調(diào)控，其在強(qiáng)化植物修復(fù)上具有極大潛力，葉面噴施一定濃度脫落酸（ABA）、生長(zhǎng)素（IAA）、細(xì)胞分裂素（6-BA）等植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑可通過(guò)提高東南景天（Sedum alfredii Hance.）的生物量來(lái)增加其地上部對(duì)Cd的累積（何冰等，2014）；Tassi et al.（2008）研究表明，外施 6-BA類激素可提高向日葵（Helianthus annuus L.）的生物量和重金屬累積量。那么，DA-6作為一種高能植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，具有促進(jìn)植株干物質(zhì)積累及增強(qiáng)作物抗性的作用（王迪軒等，2018），且有研究表明，一定濃度的 DA-6能提高黑麥草（Lolium perenne L.）根部和地上部Cd含量，促進(jìn)黑麥草對(duì)Cd的富集（王雷等，2016）；龍葵（Solanum nigrum L.）葉面噴施 DA-6，能使 100 mg·kg-1Cd污染土壤中龍葵生物量增加，并提高龍葵對(duì)Cd的修復(fù)效率（于彩蓮，2011）。Cd和Zn是土壤中常見的具有代表性的重金屬污染物，且土壤中的重金屬污染物多為伴生的或復(fù)合的（王慧等，2008）。籽粒莧（Amaranthus hypochondriacus L.）是一種生長(zhǎng)迅速、適應(yīng)性強(qiáng)的莧科（Amaranthaceae）植物，對(duì) Cd、Zn有很強(qiáng)的富集能力，具有作為 Cd、Zn污染土壤修復(fù)植物的潛力（李凝玉等，2008；陳紅琳等，2007）。目前，利用DA-6來(lái)強(qiáng)化籽粒莧累積Cd、Zn的研究尚未見報(bào)道。因此，本實(shí)驗(yàn)采用盆栽方式，研究了DA-6對(duì)Cd、Zn復(fù)合污染土壤中籽粒莧植株生長(zhǎng)及Cd、Zn累積的影響，以期為利用DA-6強(qiáng)化植物累積Cd、Zn方面的研究提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

以籽粒莧（Amaranthus hypochondriacusL. cv.‘K104’）為實(shí)驗(yàn)材料。供試土壤為華南植物園試驗(yàn)田菜園土，于2012年采集表土層（0—20 cm），陰干，粉碎，并過(guò)2 mm篩孔，然后人工添加CdSO4至約5 mg·kg-1Cd水平，添加ZnCl2至約300 mg·kg-1Zn水平。本試驗(yàn)于2016年進(jìn)行。供試土壤基本理化性狀見表1。

將供試土壤裝入內(nèi)徑為26 cm，深21 cm的PVC盆內(nèi)，每盆5 kg。將籽粒莧種子均勻撒播于盆內(nèi)，蓋細(xì)土，待幼苗長(zhǎng)至5 cm左右時(shí)，定苗，每盆留2株長(zhǎng)勢(shì)相當(dāng)?shù)闹仓?。籽粒莧播種后46 d（籽粒莧開花前期）進(jìn)行第 1次葉面噴施 DA-6，其濃度分別為5、10、15 mg·L-1，以噴施相同體積的清水為對(duì)照（CK），噴施時(shí)以水珠均勻分布于葉面而不成水流流下為準(zhǔn)。連續(xù)噴施2次，2次間隔時(shí)間為7 d。每個(gè)處理3次重復(fù)。試驗(yàn)期間，土壤含水量保持在田間持水量的70%—90%。籽粒莧生長(zhǎng)60 d后開始取樣測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo)。

1.2 測(cè)定指標(biāo)及方法

各處理籽粒莧株高測(cè)定完成后，收獲植物，先將其根、莖、葉分開，分別用去離子水沖洗干凈后置于 60 ℃烘箱中烘至恒質(zhì)量后稱質(zhì)量。將籽粒莧根、莖、葉烘干樣品粉碎，并過(guò)100目篩孔，保存于干燥器中待測(cè)。植物樣品用HNO3-HClO4（體積比4?1）濕法消解后定容，用于測(cè)定植物體內(nèi)Cd、Zn含量（火焰原子吸收分光光度計(jì)，Hitachi Z-5300）。植物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為菠菜標(biāo)準(zhǔn)物（GBW10015）。

收獲籽粒莧植株時(shí)，分別收集根系分布層土壤和根際土，室內(nèi)陰干，粉碎，過(guò)2 mm篩孔，用pH計(jì)（Mettler ToledoFE20）測(cè)定pH。土壤過(guò)100目篩孔，用 0.01 mol·L-1CaCl2浸提法（Foucault et al.，2013）測(cè)定有效態(tài)Cd、Zn含量，設(shè)置空白對(duì)照，3次重復(fù)。土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為土壤成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW (E) 070011）。

Cd或Zn富集系數(shù)(Enrichment Factor，EF)=植物各器官Cd或Zn含量/土壤中Cd或Zn含量（Liu et al.，2009）。

根-莖Cd或Zn運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)(Transfer Factor，TF)=莖Cd或Zn含量/根Cd或Zn含量；莖-葉Cd或Zn運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)=葉Cd或Zn含量/莖Cd或Zn含量（陳亞慧等，2014）。

所得數(shù)據(jù)采用 SPSS軟件包進(jìn)行單因素方差分析，用Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行平均數(shù)的顯著檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 DA-6處理對(duì)籽粒莧生長(zhǎng)的影響

表2可以看出，DA-6處理對(duì)籽粒莧株高和生物量有一定影響。DA-6處理后，籽粒莧株高由高到低的順序?yàn)?10 mg·L-1＞5 mg·L-1＞CK＞15 mg·L-1，其中僅15 mg·L-1處理與對(duì)照差異不顯著（P＞0.05）。籽粒莧葉、莖、根干質(zhì)量均以10 mg·L-1處理最高，10 mg·L-1處理葉干質(zhì)量顯著高于其它處理（P＜0.05），而其他處理之間差異不顯著（P＞0.05）；10 mg·L-1處理莖干質(zhì)量和全株干質(zhì)量分別比15 mg·L-1處理和對(duì)照提高131%和116%、71%和100%，但15 mg·L-1處理和對(duì)照差異不顯著（P＞0.05）；不同處理根干質(zhì)量差異均不顯著（P＞0.05）?？偟膩?lái)說(shuō)，10 mg·L-1DA-6處理對(duì)籽粒莧株高和生物量的促進(jìn)效果最為顯著。

表1 供試土壤基本理化性狀Table1 Basic physical and chemical properties of the tested soil

表2 DA-6處理對(duì)籽粒莧生長(zhǎng)的影響Table 2 Effect of DA-6 on the growth of Amaranthus hypochondriacus L.

2.2 DA-6處理對(duì)籽粒莧根系分布層土壤和根際土pH及有效態(tài)Cd、Zn含量的影響

表3可以看出，DA-6處理對(duì)籽粒莧根系分布層土壤和根際土pH無(wú)顯著影響。DA-6處理對(duì)籽粒莧根系分布層土壤有效態(tài)Cd含量無(wú)顯著影響，但對(duì)根系分布層土壤有效態(tài)Zn含量有一定影響，10 mg·L-1處理顯著高于5 mg·L-1處理（P＜0.05），但兩者與對(duì)照差異均不顯著（P＞0.05）。DA-6處理能顯著提高籽粒莧根際土有效態(tài)Cd、Zn含量，但不同濃度DA-6處理之間差異均不顯著（P＞0.05）?？偟膩?lái)說(shuō)，DA-6處理能顯著提高籽粒莧根際土有效態(tài)Cd、Zn含量。

2.3 DA-6處理對(duì)籽粒莧葉、莖、根中Cd、Zn含量的影響

表4可以看出，DA-6處理僅對(duì)籽粒莧葉、莖中Cd含量有顯著影響。隨DA-6處理濃度增加，籽粒莧葉、莖、根中Cd含量呈增加趨勢(shì)，并均以15 mg·L-1處理Cd含量最高，但葉中Cd含量表現(xiàn)為 15 mg·L-1處理顯著高于 5 mg·L-1處理和對(duì)照（P＜0.05），莖中Cd含量表現(xiàn)為15 mg·L-1處理顯著高于其它處理（P＜0.05），而各處理根中 Cd含量無(wú)顯著差異（P＞0.05）；各處理籽粒莧葉、莖、根中Zn含量均無(wú)顯著差異（P＞0.05）。

2.4 DA-6處理對(duì)籽粒莧Cd、Zn累積量的影響

Cd或Zn累積量大小是由重量和該部位的Cd或Zn濃度所決定，可作為評(píng)價(jià)植物修復(fù)效果的指標(biāo)。籽粒莧各部位Cd或Zn累積量=相應(yīng)部位Cd或Zn濃度×相應(yīng)器官的重量。各處理籽粒莧從土壤中富集的Cd或Zn越多，修復(fù)效率越高（陳紅琳等，2007）。

表5可以看出，DA-6處理對(duì)籽粒莧葉、莖中Cd和Zn累積量有顯著影響。籽粒莧葉、莖、根中Cd和Zn累積量均以10 mg·L-1處理最高，但僅葉、莖中10 mg·L-1處理Cd和Zn累積量顯著高于對(duì)照（P＜0.05），葉、莖中Cd累積量分別比對(duì)照提高了212.82%和 66.92%，葉、莖中 Zn累積量分別比對(duì)照提高了153.17%和30.19%；DA-6處理對(duì)籽粒莧根中 Cd、Zn累積量無(wú)顯著影響（P＞0.05）?？偟膩?lái)說(shuō)，10 mg·L-1DA-6處理顯著強(qiáng)化了籽粒莧葉、莖對(duì)Cd、Zn的累積量。

2.5 DA-6處理對(duì)籽粒莧富集、運(yùn)轉(zhuǎn)Cd、Zn能力的影響

表6可以看出，各處理籽粒莧葉、莖、根的Cd富集系數(shù)及 Cd根-莖運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)和莖-葉運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)無(wú)顯著差異（P＞0.05）；籽粒莧葉的 Zn富集系數(shù)為對(duì)照顯著高于 5 mg·L-1處理和 10 mg·L-1處理（P＜0.05），但與 15 mg·L-1處理差異不顯著（P＞0.05），籽粒莧莖、根的Zn富集系數(shù)及Zn根-莖運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)和莖-葉運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)無(wú)顯著差異（P＞0.05）。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

DA-6作為一種高能植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，具有促進(jìn)植株干物質(zhì)積累及增強(qiáng)作物抗性的作用（王迪軒，2018）。研究表明，小白菜葉面噴施DA-6后，能顯著增加株高（徐偉松等，2014），草莓葉面噴施 20 mg·L-1和 30 mg·L-1DA-6 可顯著增加草莓地上部和根系干質(zhì)量（苗鵬飛等，2007），這與本實(shí)驗(yàn)籽粒莧葉面噴施10 mg·L-1DA-6可顯著增加籽粒莧株高和地上部干質(zhì)量的結(jié)果一致，說(shuō)明適宜濃度的DA-6處理能顯著促進(jìn)籽粒莧地上部生長(zhǎng)，但本研究表明，DA-6處理對(duì)籽粒莧根干質(zhì)量無(wú)顯著影響，這與以往研究結(jié)果（苗鵬飛等，2007）存在差異，這是否由于DA-6處理濃度和處理時(shí)間不同所導(dǎo)致，還有待于進(jìn)一步研究探討。

表3 DA-6處理對(duì)籽粒莧根區(qū)土壤pH及有效態(tài)Cd、Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響Table 3 Effect of DA-6 on pH and contents of available Cd, Zn of soil in root zone of Amaranthus hypochondriacus L.

表4 DA-6處理對(duì)籽粒莧葉、莖、根中Cd、Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響Table 4 Effect of DA-6 on Cd, Zn contents in leaves, stem, root of Amaranthus hypochondriacus L.

表5 DA-6處理對(duì)籽粒莧Cd、Zn累積量的影響Table 5 Effect of DA-6 on accumulation amount of Cd, Zn in Amaranthus hypochondriacus L.

表6 DA-6處理對(duì)籽粒莧富集、運(yùn)轉(zhuǎn)Cd、Zn能力的影響Table 6 Effect of DA-6 on EF and TF of Cd, Zn in Amaranthus hypochondriacus L.

根際是指受植物根系活動(dòng)影響的靠近植物根系的微域土區(qū)，其在物理、化學(xué)及生物學(xué)性質(zhì)上均不同于土體（吳林坤等，2014）。植物通過(guò)產(chǎn)生和釋放根系分泌物來(lái)抵御生物或非生物脅迫。在金屬污染物脅迫下，某些植物的根系分泌物可通過(guò)螯合、絡(luò)合、沉淀等作用將金屬污染物滯留在根外，降低土壤中金屬的有效性，減少植物對(duì)有害金屬的吸收（常學(xué)秀等，2000），如在 Al脅迫下，植物根系可分泌大量的檸檬酸、蘋果酸等來(lái)螯合游離的Aln+，從而降低 Al對(duì)植物根系毒害（Neumann，2007）。還有一些實(shí)驗(yàn)表明，根系分泌物對(duì)重金屬脅迫下的調(diào)節(jié)機(jī)理之一是改變根際pH對(duì)重金屬有效性的影響，根系分泌的H+和有機(jī)酸可使根際pH降低，使一些有毒重金屬活化（常二華等，2006）。本研究結(jié)果表明，5—15 mg·L-1DA-6處理下，根際土壤pH并未發(fā)生顯著變化，但顯著提高了根際土有效態(tài)Cd、Zn含量，這說(shuō)明葉面噴施DA-6后，籽粒莧根系分泌的 H+和有機(jī)酸并未顯著增加進(jìn)而顯著降低根際土pH，籽粒莧根際土有效態(tài)Cd、Zn含量的顯著提高是否與DA-6存在某種內(nèi)在聯(lián)系，還需進(jìn)一步研究。本實(shí)驗(yàn)研究表明，15 mg·L-1DA-6處理能顯著提高籽粒莧葉和莖中 Cd含量，而 10 mg·L-1DA-6處理能顯著提高籽粒莧葉和莖對(duì)Cd和Zn的累積量，這與DA-6能顯著提高龍葵植株地上部Cd含量和Cd累積量的結(jié)果一致（于彩蓮，2011）。

DA-6處理龍葵后，苗期地上部分的Cd富集系數(shù)顯著高于對(duì)照，而成熟期地上部分的Cd富集系數(shù)與對(duì)照無(wú)顯著差異（于彩蓮，2011）。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，各處理籽粒莧葉、莖、根的Cd富集系數(shù)無(wú)顯著差異，這可能與本實(shí)驗(yàn)中DA-6處理籽粒莧時(shí)處于開花前期即成熟期有關(guān)；5 mg·L-1和 10 mg·L-1DA-6處理下籽粒莧葉的Zn富集系數(shù)顯著低于對(duì)照或與對(duì)照差異不顯著，說(shuō)明一定濃度的DA-6處理可能會(huì)抑制籽粒莧葉對(duì) Zn的富集，其原因還有待進(jìn)一步研究。

3.2 結(jié)論

籽粒莧開花前期葉面噴施DA-6，10 mg·L-1處理能顯著促進(jìn)籽粒莧植株生長(zhǎng)和生物量累積，并強(qiáng)化籽粒莧地上部（莖、葉）對(duì)Cd、Zn的累積量，但DA-6處理對(duì)籽粒莧富集Cd、Zn及其在根-莖和莖-葉的轉(zhuǎn)移并無(wú)顯著促進(jìn)作用。