聶文軍　譚策　解琳　金一鋒　朱琨　齊欣　楊曉杰　金忠民

摘要：許多研究表明，植物聯(lián)合化學(xué)修復(fù)重金屬污染土壤能有效提高修復(fù)速率，但在聯(lián)合修復(fù)對(duì)植物生長的影響方面關(guān)注甚少。為探究聯(lián)合修復(fù)時(shí)植物的生長情況，以高羊茅（Festuca arunclinacea）和黑麥草（Lolium perenne）為材料，分別于添加200 mg/kg 鉛、50 mg/kg鎘模擬的污染土壤中進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，施加相同濃度梯度乙二胺二琥珀酸（EDDS），測(cè)定植物幼苗株高、含水量、葉綠素含量、可溶性蛋白（SP）含量、丙二醛（MDA）含量、過氧化物酶（POD）活性、超氧化物歧化酶（SOD）活性等生理特征，得出最佳EDDS施用濃度，以改善修復(fù)過程中植物的健康狀況，進(jìn)而提高植物對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)效率。結(jié)果表明，在單一鉛、鎘脅迫下，施加3 mmol/kg EDDS對(duì)植物的生長影響最小，可保證植物長期穩(wěn)定的修復(fù)效果，提高修復(fù)效率。

關(guān)鍵詞：乙二胺二琥珀酸（EDDS）;重金屬污染;聯(lián)合修復(fù);生理指標(biāo);高羊茅;黑麥草

中圖分類號(hào)： X53文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2020）07-0260-04

全球土壤重金屬污染日趨嚴(yán)重，而我國南方地區(qū)的重金屬污染情況相比北方更加嚴(yán)重[1-5]。其中鉛、鎘對(duì)人類健康的風(fēng)險(xiǎn)較為嚴(yán)重;我國在解決重金屬污染問題方面已經(jīng)投入了大量財(cái)力、物力、人力[6-7]。在常見的重金屬污染修復(fù)方式中，生物修復(fù)作為“綠色”手段得到廣泛應(yīng)用[8-9]，部分植物因其高效的重金屬富集能力而受到推廣，其中黑麥草與高羊茅因其超強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)力以及高濃度重金屬耐受力而倍受關(guān)注[10-14]。

乙二胺二琥珀酸（EDDS）是常見的生物螯合劑，對(duì)不同重金屬的去除能力不同，對(duì)因重金屬污染導(dǎo)致的植物生物量低、葉片黃及生斑點(diǎn)等問題具有緩解作用[15-17]。適量施用外源EDDS不但可以節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本，還可以提高修復(fù)效率。但目前國內(nèi)外對(duì)于EDDS和黑麥草、高羊茅在聯(lián)合修復(fù)重金屬污染土壤中的研究仍有不足，且大多研究EDDS協(xié)助植物對(duì)重金屬的富集能力，而在植物體生長影響方面的研究較少。本研究通過盆栽試驗(yàn)，在單鉛（Pb）200 mg/kg、單鎘（Cd）50 mg/kg脅迫下對(duì)多年生高羊茅、黑麥草施加EDDS，測(cè)定植物幼苗株高、含水量、葉綠素含量、可溶性蛋白（SP）含量、丙二醛（MDA）含量、過氧化物酶（POD）活性、超氧化物歧化酶（SOD）活性等生理特征，以表征單Pb、單Cd脅迫下施加外源EDDS對(duì)黑麥草、高羊茅的生長影響，確定外源EDDS最佳施用濃度范圍。

1 材料與方法

試驗(yàn)于2018年9—12月在齊齊哈爾大學(xué)生命科學(xué)與農(nóng)林學(xué)院環(huán)境修復(fù)研究室進(jìn)行。黑麥草和高羊茅種子采購于北京盛世鵬林生態(tài)科技有限公司，盆栽試驗(yàn)用土購于齊齊哈爾市花卉農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)。設(shè)置1個(gè)對(duì)照組、2個(gè)試驗(yàn)組，重金屬處理分別為0、200 mg/kg Pb、50 mg/kg Cd，土壤中添加重金屬后室溫下平衡60 d。將平衡好的土壤分裝到規(guī)格為160 mm×140 mm×100 mm（上口徑×高×下口徑）的塑料花盆中，每盆400 g干土。

選取大小一致、籽粒飽滿的植物種子，用去離子水浸泡30 min后，用2%次氯酸鈉表面消毒30 min，然后用去離子水反復(fù)沖洗種子。將處理好的植物種子播種到上述試驗(yàn)土中，14 d后，在植株長勢(shì)正常時(shí)，分別向各組花盆中按濃度0、1、2、3、4、5 mmol/kg 加入EDDS，30 d后，參照《植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》[18]測(cè)定新鮮植物幼苗的株高、含水量、葉綠素含量（分光光度計(jì)法）、SP含量（考馬斯亮藍(lán)法）、MDA含量（硫代巴比妥酸法）、POD活性（愈創(chuàng)木酚法）、SOD活性（氮藍(lán)四唑法）等生理指標(biāo)。每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，分別測(cè)定后取平均值。

數(shù)據(jù)使用Excel 2016、SPSS 19.0、Origin 2017軟件進(jìn)行整理分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 EDDS對(duì)重金屬脅迫下黑麥草、高羊茅幼苗株高及含水量的影響

圖1顯示，健康土壤中，EDDS的添加對(duì)2種植物幼苗的株高無明顯影響;Pb脅迫下的高羊茅幼苗在施加3 mmol/kg EDDS時(shí)株高達(dá)到最大值;Cd脅迫下黑麥草幼苗在施加1 mmol/kg EDDS時(shí)株高達(dá)到最大值。健康土壤中，施加的EDDS濃度達(dá)到3 mmol/kg 時(shí)，2種植物含水量最大。不同重金屬單一脅迫下，高羊茅幼苗含水量在施加3 mmol/kg EDDS時(shí)達(dá)到最大值;Pb脅迫下，EDDS施加濃度對(duì)黑麥草幼苗含水量無明顯影響;Cd脅迫下，EDDS施加濃度為4 mmol/kg時(shí)黑麥草含水量最大，且各處理組之間差異較小。

2.2 EDDS對(duì)重金屬脅迫下黑麥草、高羊茅幼苗葉綠素含量的影響

圖2顯示，健康土壤中，2種植物幼苗葉綠素對(duì)外源EDDS響應(yīng)不明顯;不同單一重金屬脅迫下，高羊茅幼苗在EDDS施加濃度為3 mmol/kg時(shí)葉綠素含量達(dá)到最大值;Cd脅迫下黑麥草幼苗在4 mmol/kg EDDS處理組中葉綠素含量達(dá)到最大值，Pb脅迫下3 mmol/kg EDDS處理組中的黑麥草幼苗葉綠素含量達(dá)到最大值。

2.3 EDDS對(duì)重金屬脅迫下黑麥草、高羊茅幼苗SP、MDA含量的影響

圖3顯示，健康土壤中，隨著EDDS施加濃度的增加，高羊茅和黑麥草幼苗中SP含量變化不明顯，EDDS對(duì)其基本沒有影響;不同單一重金屬脅迫下，高羊茅和黑麥草幼苗中SP的含量均在EDDS施加濃度為3 mmol/kg 時(shí)達(dá)到最大值。健康土壤中，高羊茅和黑麥草幼苗中MDA含量對(duì)EDDS濃度變化的響應(yīng)不明顯;Pb、Cd單一脅迫下的高羊茅幼苗中MDA含量在EDDS施加濃度為3 mmol/kg時(shí)最低;Cd脅迫下的黑麥草幼苗中MDA含量受EDDS濃度變化的影響不大，Pb脅迫下施加3 mmol/kg EDDS時(shí)黑麥草幼苗中MDA含量最低。

2.4 EDDS對(duì)重金屬脅迫下黑麥草、高羊茅幼苗POD、SOD活性的影響

圖4顯示，健康土壤中，EDDS施加濃度對(duì)幼苗POD、SOD活性沒有明顯的影響;在單一重金屬污染土壤中，Cd脅迫下高羊茅幼苗的POD活性在添加3 mmol/kg EDDS時(shí)達(dá)到最大值，SOD活性在添加2 mmol/kg ESSD時(shí)達(dá)到最大值。黑麥草幼苗POD活性在Cd脅迫下不受EDDS添加濃度變化影響，SOD 活性在添加2 mmol/kg EDDS時(shí)達(dá)到最大值;Pb脅迫下在添加3 mmol/kg EDDS時(shí)黑麥草POD活性最大，添加2 mmol/kg EDDS時(shí)SOD活性最大。

3 討論

不同劑量螯合劑對(duì)植物體的影響不同，低濃度會(huì)促進(jìn)植物生長，高濃度則會(huì)產(chǎn)生毒害作用，具體表現(xiàn)為使植物葉片發(fā)黃、植株矮小且易萎蔫[19]。本試驗(yàn)中主要的毒害特征表現(xiàn)為植株生長緩慢，由于暴露時(shí)間較短而未產(chǎn)生其他明顯的響應(yīng)表現(xiàn)。生物螯合劑EDDS與非生物螯合劑乙二胺四乙酸（EDTA）相比，對(duì)Pb的活化效果較弱，對(duì)Cd的活化效果較強(qiáng)[20]。本試驗(yàn)中隨著外源EDDS濃度的變化，單一Pb、Cd脅迫下植物幼苗生理特征變化有所差異。

3.1 EDDS對(duì)重金屬脅迫下黑麥草、高羊茅幼苗株高及含水量的影響

外源EDDS的添加對(duì)重金屬脅迫下黑麥草、高羊茅幼苗的株高以及含水量雖影響較小，但在一定程度上可以促進(jìn)植株的生長，表現(xiàn)為低濃度EDDS促進(jìn)重金屬脅迫下植物生長，高濃度EDDS抑制植物生長，甚至對(duì)植物產(chǎn)生毒害作用。楊波等研究發(fā)現(xiàn)，低濃度的EDDS會(huì)促進(jìn)三葉鬼針草幼苗的生長，高濃度EDDS則會(huì)顯著抑制其生長[21];但熊國煥等研究表明，隨著外源EDDS濃度的增加，植株幼苗株高和生物量降低或無顯著變化[22-23]。產(chǎn)生該種差異結(jié)果可能是由試驗(yàn)過程中EDDS的施加方式、時(shí)間和不同種類植物以及試驗(yàn)操作手段的差異所造成。

3.2 EDDS對(duì)重金屬脅迫下黑麥草、高羊茅幼苗葉綠素含量的影響

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的主要物質(zhì)，受到逆境脅迫時(shí)會(huì)發(fā)生明顯變化。在單一Pb、Cd脅迫下，對(duì)高羊茅和黑麥草幼苗施加適量外源EDDS，會(huì)緩解重金屬對(duì)葉綠素結(jié)構(gòu)的破壞作用，但高濃度的EDDS會(huì)對(duì)植株造成二次脅迫，進(jìn)而影響葉綠素含量。這與劉慧芹等對(duì)其他不同植物在外源污染物脅迫下葉綠素含量變化的研究結(jié)果[24-25]一致。

3.3 EDDS對(duì)重金屬脅迫下黑麥草、高羊茅幼苗SP、MDA含量的影響

SP可以提高植物細(xì)胞的保水能力，對(duì)植物細(xì)胞內(nèi)的生命物質(zhì)以及生物膜起到保護(hù)作用。高羊茅和黑麥草幼苗受到單一Pb、Cd脅迫后SP含量降低。施加外源EDDS時(shí)，低濃度EDDS緩解了重金屬對(duì)幼苗的脅迫作用，使SP含量升高;高濃度EDDS使SP含量降低。MDA是植株幼苗對(duì)逆境的應(yīng)激產(chǎn)物，其含量變化趨勢(shì)與SP相反。這與羅艷等對(duì)其他不同植物受脅迫后SP、MDA含量變化情況的研究結(jié)果[26-27]一致。

3.4 EDDS對(duì)重金屬脅迫下黑麥草、高羊茅幼苗抗氧化酶活性的影響

SOD和POD為植物體內(nèi)標(biāo)志性抗氧化酶類，低濃度的Pb和Cd脅迫會(huì)使其活性升高，高濃度會(huì)抑制其活性。施加外源EDDS時(shí)，適宜濃度EDDS可以提高SOD、POD活性，當(dāng)EDDS濃度過高時(shí)會(huì)破壞植物體內(nèi)抗氧化酶系統(tǒng)，使植株幼苗表現(xiàn)出萎蔫甚至死亡的現(xiàn)象。這與曾超等對(duì)不同植物在外源脅迫下抗氧化酶系統(tǒng)變化情況的研究結(jié)果[28-30]一致。

4 結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明，單一Pb、Cd脅迫下，施加3 mmol/kg EDDS可緩解植物受到重金屬脅迫的毒害影響，且效果最佳;增加EDDS濃度，反而會(huì)減弱這種緩解作用，甚至使植物幼苗受到損傷。在實(shí)際土壤修復(fù)過程中，通過添加適量EDDS可以促進(jìn)植物對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)作用，而濃度過高會(huì)對(duì)修復(fù)植物產(chǎn)生危害，濃度過低則導(dǎo)致聯(lián)合修復(fù)效果不明顯。

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