石文廣，李 靖，張玉紅,3，雷靜品，羅志斌*

(1.林木遺傳育種國家重點實驗室，國家林業(yè)和草原局森林培育重點實驗室，中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所，北京 100091；2.南京林業(yè)大學(xué)輕工和食品學(xué)院，江蘇 南京 210037；3.和瑞基因科技有限公司，北京 100102)

采礦、冶煉、蓄電池等工礦業(yè)生產(chǎn)活動導(dǎo)致大量重金屬鉛(Pb)被排放到環(huán)境中[1]。絕大多數(shù)環(huán)境中的Pb最終會沉積在土壤中造成土壤Pb污染。調(diào)查顯示，我國土壤Pb超標(biāo)率達1.5%[2]。土壤中的Pb能被植物吸收，進而通過食物鏈進入人體，威脅人類健康。Pb會嚴重抑制兒童中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育，引起智力低下，還會對人體腎臟功能、心血管系統(tǒng)和生殖系統(tǒng)造成損傷[3]。

利用植物修復(fù)重金屬污染土壤，因花費低、環(huán)境友好、公眾接受度高等特點而備受關(guān)注[4]。植物修復(fù)重金屬污染土壤通常包括兩方面：植物提取(phytoextraction)和植物穩(wěn)定(phytostabilization)[4]。植物提取是指利用植物根系吸收土壤中的重金屬并轉(zhuǎn)運到植物地上部分積累，收集植物地上部分，隨后焚燒回收重金屬，以達到清潔土壤的目的。植物穩(wěn)定是指利用植物根系吸收、沉淀和絡(luò)合等作用降低土壤中重金屬的移動性，以阻止重金屬向地下水的滲漏以及進入食物鏈。適合Pb污染土壤修復(fù)的植物至少需滿足兩個條件[5]：一是能夠耐受高濃度的Pb。Pb不是植物的必需元素，對生物體具有很強毒性。Pb進入植物體內(nèi)后往往會對植物的光合系統(tǒng)造成損傷，抑制植物生長，降低植物生物量[1]。二是能夠積累大量Pb。植物的Pb積累能力直接決定了植物修復(fù)Pb污染土壤的效率。植物的Pb積累量不僅取決于植物體內(nèi)的Pb含量，還取決于植物的生物量。

楊樹是我國主要造林樹種之一，在我國分布十分廣泛，具有生長速度快、根系發(fā)達，對不同土壤和氣候適應(yīng)性強，易繁殖等優(yōu)點。并且，楊樹對重金屬有較強的耐受能力。例如，歐洲黑楊(Populusnigra)可以在含有220 mg/kg銅的土壤中生長2個月而沒有明顯中毒癥狀[6]?；覘頪P.×canescens，無性系(clone, cl.) INRA 717-14B]可以在含有265 mg/kg鋅(Zn)的土壤中生長61 d而生物量沒有明顯降低[7]。群眾楊(P. ×popularis, cl. H20)可以在0.2 mmol/L鎘(Cd)脅迫下生長20 d而光合作用沒有明顯降低[8]。筆者前期研究發(fā)現(xiàn)，灰楊可以在澆灌3 mmol/L Pb的沙中生長49 d而葉生物量只有輕微降低[9]。得益于快速生長，楊樹可以產(chǎn)出大量生物量。利用短期輪伐的種植方式，速生楊每年可產(chǎn)出35 t/hm2生物量[10]。因此，雖然楊樹富集重金屬的能力低于重金屬超富集的草本植物，但是楊樹積累重金屬的總量往往高于超富集草本植物。在Cd污染土壤的修復(fù)實踐中發(fā)現(xiàn)，楊樹每年可以從污染土壤中提取250～1 000 g/hm2的Cd[11]，而Cd超富集植物天藍遏藍菜每年可以提取約250 g /hm2的Cd[12]。這些研究表明楊樹在重金屬污染土壤修復(fù)方面具有巨大潛力。

楊屬植物具有豐富的遺傳多樣性，包含5個派系30～40種[13]。不同種楊樹的重金屬抗性和重金屬積累能力存在巨大差異。在過去十幾年里，學(xué)者通過對比不同楊樹對重金屬的抗性和積累能力，篩選出在修復(fù)Cd/Zn污染土壤方面具有巨大潛力的歐洲黑楊(P.nigra, cl. Poli)、加拿大楊(P.×canadensis, cl. Luisa Avanzo)、毛果楊(P.trichocarpa, cl. Nisqually)、青楊(P.cathayana, cl. Zhonghua 1)、銀白楊(P.trichocarpavar.pyramidalis)等[8, 14-16]。然而，目前有關(guān)不同種楊樹Pb抗性和Pb積累能力的對比研究相對匱乏， 潛在的可用于Pb污染土壤修復(fù)的楊樹樹種較少。為此，本研究選取了灰楊(P.×canescens, cl. B1-714)、美洲黑楊(P.deltoides, cl. N30)、歐美楊(P.×euramericana, cl. S66)、銀腺楊(P.alba×P.glandulosa, cl. 84K)、歐洲黑楊(Populusnigra, cl. I35)、群眾楊(P. ×popularis， cl. H20)、青楊(P.cathayana, cl. Zhonghua 1)開展評估研究。這7種楊樹均為速生楊樹，抗逆性較強，在我國均有栽種；此外，已有研究表明這7種楊樹具有較高的Cd、Zn等重金屬抗性和積累能力[8, 16-19]。筆者用8 mmol/L Pb處理這7種楊樹6周,推測這7種速生楊樹的Pb抗性和Pb積累能力存在顯著差異。為此，對比分析了這7種楊樹在Pb脅迫下的光合參數(shù)、生長參數(shù)和生物量，以及各組織的Pb含量、積累的Pb總量、富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運系數(shù)等，以期為選擇具有Pb污染土壤修復(fù)潛力的楊樹樹種提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與處理

試驗所用的7種楊樹來自林木遺傳育種國家重點實驗室楊樹課題組試驗苗圃(北京通州， 39.733 741°E，116.751 993°N)[20]。采集7種楊樹1年生插條(直徑約1 cm，長約15 cm)，在水中浸泡生根后，移栽到5 L的花盆中進行沙培(每盆種植1株，基質(zhì)為約4 kg的河沙)；放置在玻璃溫室中培養(yǎng)(晝夜溫度20～30 ℃，相對空氣濕度40%～50%，自然光照)。每株苗木隔天澆灌50 mL的Hoagland營養(yǎng)液。每天澆灌適量蒸餾水，使培養(yǎng)基質(zhì)含水量保持在70%～80%。苗木長至約30 cm時，每種楊樹選取12株長勢一致的苗木分成兩組，進行Pb處理?？紤]到楊樹對Pb有較強的耐受能力，為了最大限度地測試楊樹Pb抗性和積累的潛力，用8 mmol/L Pb(NO3)2溶液進行處理。隔天對每株苗木澆灌50 mL 處理液[含有0(對照)或8 mmol/L Pb(NO3)2]，處理液和Hoagland營養(yǎng)液錯開澆灌。為了消除 Pb(NO3)2附帶的氮元素對試驗的影響，澆灌8 mmol/L Pb(NO3)2溶液處理的苗木，將澆灌的Hoagland營養(yǎng)液中部分KNO3和Ca(NO3)2用KCl和CaCl2替代。Pb處理持續(xù)6周，處理結(jié)束時，累計向每株苗木澆灌1 740.48 mg Pb。

1.2 生長監(jiān)測與光合參數(shù)測定

Pb處理期間，每周測量所有楊樹苗木的株高(不包含插條)和地徑(萌發(fā)枝距插條5 cm處)。Pb處理6周后，測量每株楊樹苗木的光合參數(shù)。每株苗木選取3片成熟葉[葉間隔期指數(shù)(leaf plastochron index) 為 7～9]，利用Li-6400便攜式光合儀(LiCor Inc, Lincoln, NE, USA)進行測定，具體參數(shù)設(shè)置參照He 等[21]的方法。

1.3 材料收獲與生物量分析

將每株苗木的根、木材、皮和葉分開收獲。每株苗木的根在20 mmol/L的EDTA-Na2溶液中浸泡5 min，以清除根表面附著的Pb。各組織稱質(zhì)量后，裝入鋁箔紙袋中迅速浸入液氮中冷凍。隨后，用球磨儀(MM400, Retsch, Haan, Germany)將楊樹組織研磨成粉末并儲存在-80 ℃冰箱中。取100 mg左右的組織粉末，在60 ℃烘箱中烘干至質(zhì)量恒定，以計算干濕比。楊樹苗木各組織的生物量=組織鮮質(zhì)量×組織干濕比。計算抗性指數(shù)(tolerance index, TI，公式中記為IT)用于評價各楊樹樹種的Pb抗性[22]。

IT= 處理植株總生物量/對照植株總生物量×100%。

1.4 Pb含量測定

取250 mg左右的組織粉末，加入10 mL 濃硝酸(HNO3)和2 mL 高氯酸(HClO4)，搖勻后靜置過夜。隨后，在170 ℃下進行消解，完全消解后用超純水定容至25 mL。用原子吸收分光光度計(Z-2000, Tokyo, Hitachi, Japan)分析消解液中的Pb含量。各組織積累的Pb總量=組織生物量×組織Pb含量。培養(yǎng)基質(zhì)Pb含量=(澆灌Pb總質(zhì)量-植物中總Pb積累量)/培養(yǎng)基質(zhì)質(zhì)量。用富集系數(shù)(bio-concentration factor, BCF,公式中記為CBCF)來評價植物組織從土壤中提取Pb的能力[23]。CBCF=植物組織Pb含量/培養(yǎng)基質(zhì)Pb含量。用轉(zhuǎn)運系數(shù)(translocation factor, TF，CTF)來評價植物將Pb從根中轉(zhuǎn)運到地上部分的能力[23]。CTF=地上部分Pb含量/根中Pb含量。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

用Stategraphics Plus(STN, St Louis, MO, USA)進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。分析前，對所有數(shù)據(jù)進行了正態(tài)分布檢驗。方差分析采用LSD法，當(dāng)F-test的P值小于或等于0.05時，認為存在顯著差異。為了減少 Ⅰ 型誤差，所有P值用Tukey法進行矯正。

2 結(jié)果與分析

2.1 Pb對7種楊樹光合作用的影響

正常情況下，7種楊樹的凈光合速率存在較大差異，其中歐美楊、歐洲黑楊和青楊的凈光合速率最高，分別為15.35、16.04和15.31 μmol/(m2·s)；美洲黑楊的凈光合速率最低，為11.17 μmol/(m2·s)(圖1A)。Pb脅迫下，歐美楊凈光合速率最高，為12.43 μmol/(m2·s)，美洲黑楊和群眾楊凈光合速率最低，分別為8.11和8.56 μmol/(m2·s)(圖1A)。Pb脅迫導(dǎo)致7種楊樹凈光合速率顯著降低，其中群眾楊和歐洲黑楊降低較多，分別達38.63%和36.21%，銀腺楊和灰楊降低較少，分別為14.49%和17.68%(圖1A)。無論是否有Pb脅迫，青楊的氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率明顯高于其他楊樹樹種(圖1B、1C)。Pb脅迫導(dǎo)致美洲黑楊、群眾楊和青楊的氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率顯著降低，對灰楊、歐美楊、銀腺楊和歐洲黑楊的氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率影響不顯著(圖1B、1C)。沒有Pb脅迫時，青楊的胞間CO2濃度(intercellular CO2concentration,Ci)與胞外CO2濃度(Ambient CO2concentration,Ca)之比(Ci/Ca)最高，為0.81，歐洲黑楊Ci/Ca最低，為0.59(圖1D)。Pb脅迫導(dǎo)致歐洲黑楊Ci/Ca顯著升高，達25.82%， 對其他楊樹沒有顯著影響(圖1D)。

不同字母表示不同處理及樹種間差異顯著。Different letters on the bars indicate significant difference between the treatments and among species.Ci.胞間CO2濃度ntercellular CO2 concentration；Ca.環(huán)境CO2濃度ambient CO2 concentration；Pc.灰楊P. × canescens；Pd.美洲黑楊P. deltoids；Pe.歐美楊P. × euramericana；Pg.銀腺楊P. alba × P. glandulosa；Pn.歐洲黑楊P. nigra；Pp.群眾楊P. × popularis；Pz.青楊P. cathayana。下同。The same below.圖1 Pb脅迫對7種楊樹光合作用的影響Fig.1 The effects of Pb stress on photosynthesis of the seven poplar species

2.2 Pb對7種楊樹生長的影響

正常情況下，7種楊樹高生長速率存在差異，其中銀腺楊和群眾楊高生長速率最快，分別為1.19和1.20 cm/d；青楊高生長速率最慢，為0.88 cm/d(表1)。Pb脅迫下，灰楊和銀腺楊高生長速率最快，分別為0.83和0.82 cm/d，青楊高生長速率最慢，為0.58 cm/d(表1)。Pb脅迫顯著抑制了7種楊樹的高生長，其中群眾楊的高生長率降低最大，達45.16%，美洲黑楊和歐美楊的高生長率降低較小，分別為26.38%和28.07%(表1)。無論是否有Pb脅迫，銀腺楊徑向生長率明顯高于其他楊樹，分別為0.06(0 mmol/L Pb)和0.05(8 mmol/L Pb)mm/d，而青楊徑向生長速率顯著低于其他楊樹樹種，分別為0.05(0 mmol/L Pb)和0.03(8 mmol/L Pb)mm/d(表2)。Pb脅迫顯著抑制了7種楊樹的徑向生長，其中群眾楊徑向生長率降低最多，達42.44%，歐美楊降低最少，僅為15.57%(表2)。

表1 Pb脅迫對7種楊樹高生長的影響

表2 Pb脅迫對7種楊樹徑向生長的影響

2.3 7種楊樹的生物量變化和Pb抗性指數(shù)

正常情況下，歐美楊根生物量最高，達3.24 g/株，其他楊樹樹種相差不大；Pb脅迫時，灰楊和銀腺楊根生物量最低，分別為0.78和0.82 g/株，其他楊樹樹種相差不大(圖2A)。除了歐洲黑楊根生物量沒有明顯變化外，Pb脅迫導(dǎo)致其他6種楊樹根生物量顯著降低，其中歐美楊降低最多，達50.31%(圖2A)。無論是否有Pb脅迫，歐美楊、銀腺楊和歐洲黑楊木材生物量較大，而美洲黑楊和青楊木材生物量相對較小(圖2B)。Pb脅迫導(dǎo)致歐洲黑楊和群眾楊木材生物量顯著降低，分別達31.99%和22.26%，其他楊樹木材生物量變化不顯著(圖2B)。無論是否存在Pb脅迫，歐美楊樹皮生物量最高，分別達3.03(0 mmol/L Pb)和2.65(8 mmol/L Pb)g/株，其他楊樹差異較小(圖2C)。Pb脅迫導(dǎo)致歐美楊和群眾楊樹皮生物量顯著降低，分別達12.67%和19.54%，其他楊樹變化不顯著(圖2C)。無論是否存在Pb脅迫，歐美楊葉生物量最高，分別達8.40(0 mmol/L Pb)和7.03(8 mmol/L Pb)g/株，灰楊葉生物量最低，分別為4.29(0 mmol/L Pb)和2.77(8 mmol/L Pb)g/株(圖2D)。Pb脅迫導(dǎo)致7種楊樹葉生物量顯著降低，其中灰楊葉生物量降低最多，達35.44%，歐美楊和銀腺楊降低最少，分別為16.31%和16.82%(圖2D)。

圖2 Pb脅迫對7種楊樹生物量的影響Fig.2 The effects of Pb stress on biomass of the seven poplar species

圖3 7種楊樹的總生物量和Pb抗性指數(shù)Fig.3 The total biomass and tolerance indexes of the seven poplar species

無論是否有Pb脅迫，歐美楊的總生物量最高，分別為17.82(0 mmol/L Pb)和14.21(8 mmol/L Pb)g/株，灰楊的總生物量最低，分別為10.29(0 mmol/L Pb)和7.30(8 mmol/L Pb)g/株(圖3A)。Pb處理導(dǎo)致7種楊樹總生物量顯著降低，其中灰楊降幅最大，達29.03%；歐洲黑楊降幅最小，僅12.02%(圖3A)。相應(yīng)地，7種楊樹的抗性指數(shù)存在較大差異，大小依次為：歐洲黑楊(88.09%)>銀腺楊(82.98%)≈美洲黑楊(80.70%)>歐美楊(79.86%)>青楊(76.79%)>群眾楊(72.78%)≈灰楊(70.35%)(圖3B)。

2.4 7種楊樹各組織中的Pb含量

沒有Pb脅迫時，7種楊樹各組織中的Pb含量幾乎為零；8 mmol/L Pb處理后，7種楊樹各組織中的Pb含量明顯增加(圖4)。在根中，美洲黑楊Pb含量最高，達2 906.10 mg/kg，歐美楊和青楊Pb含量最低，分別為751.04和765.60 mg/kg(圖4A)。在木材中，灰楊和美洲黑楊Pb含量最高，分別為46.55和46.51 mg/kg，其他楊樹差異不大(圖4B)。在樹皮中，灰楊Pb含量較高，達44.39 mg/kg，歐美楊、歐洲黑楊和群眾楊Pb含量較低，分別為13.44、16.02和17.94 mg/kg(圖4C)。在葉中，灰楊Pb含量顯著高于其他楊樹，達325.90 mg/kg，歐洲黑楊和青楊Pb含量最低，分別為51.74和54.08 mg/kg(圖4D)。

圖4 7種楊樹根、木材、樹皮和葉中的Pb含量Fig.4 Pb concentrations in the roots, wood, bark and leaves of the seven poplar species

2.5 7種楊樹的Pb積累能力

美洲黑楊根中的Pb積累量最高，達4.20 mg/株，灰楊根中最低，僅為0.92 mg/株；而地上部分，灰楊積累量最高，達1.21 mg/株，歐洲黑楊和青楊最低，分別為0.27和0.32 mg/株(表3)?；覘畹厣喜糠值腜b主要積累在葉中，占比達85.95%(表3)。7種楊樹積累Pb的總量大小順序依次為：美洲黑楊(5.06 mg/株)>歐洲黑楊(3.19 mg/株)>群眾楊(3.14 mg/株)>銀腺楊(2.61 mg/株)>灰楊(2.13 mg/株)>歐美楊(1.91 mg/株)>青楊(1.72 mg/株)(表3)。在7種楊樹中，美洲黑楊的根富集系數(shù)最高，達6.70，歐美楊和青楊最低，分別為1.73和1.76；灰楊的地上部分富集系數(shù)最高，達0.43，歐洲黑楊和青楊最低，分別為0.07和0.10(表3)。7種楊樹的Pb轉(zhuǎn)運系數(shù)存在較大差異，其中灰楊的Pb轉(zhuǎn)運系數(shù)明顯高于其他楊樹，達0.16，歐洲黑楊的轉(zhuǎn)運系數(shù)最低，僅為0.02(表3)。

表3 7種楊樹的Pb積累量、富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運系數(shù)

3 討 論

3.1 7種楊樹Pb抗性

Pb是一種高毒性不可降解的重金屬。Pb的毒性僅次于砷，即使很少量Pb進入植物體內(nèi)，也會對植物產(chǎn)生毒害[24]。中度的Pb中毒會抑制植物根系生長，引起植株矮化；嚴重的Pb中毒則會導(dǎo)致植物葉片萎黃凋落，甚至植株死亡[24-25]。用0.3 mmol/L Pb處理3周后，銀合歡(Leucaenaleucocephala)根系生長顯著被抑制，植株矮化生長，葉片萎黃凋落[26]。在本研究中，8 mmol/L Pb處理6周后，7種楊樹均有根系生長被抑制、矮化生長的癥狀，但并未出現(xiàn)葉片萎黃凋落和植株死亡(未展示相關(guān)數(shù)據(jù))，表明7種楊樹對Pb脅迫具有較強的抗性。

Pb對植物產(chǎn)生毒害的重要機制之一是Pb對植物生理生化代謝的影響。光合作用是植物生長發(fā)育的關(guān)鍵生理生化過程之一，其對Pb脅迫尤為敏感[24]。Pb脅迫會導(dǎo)致楊樹的光合作用降低，并且不同楊樹的光合作用對Pb脅迫的敏感性不同[18, 27]。例如，在相同Pb脅迫下，歐美楊(cl. Guinier 561/41)的光合速率降低程度低于歐洲黑楊(cl. Linnaeus 63/135)[18]。與已有研究一致，本研究發(fā)現(xiàn)Pb脅迫導(dǎo)致7種楊樹光合速率降低，并且呈現(xiàn)出明顯的種間差異性。Pb脅迫引起的植物光合速率降低主要有3個機制：氣孔關(guān)閉、光合系統(tǒng)紊亂和葉綠體結(jié)構(gòu)損傷[1]。Pb脅迫導(dǎo)致光合速率降低的機制因植物不同而存在差異，例如，Pb脅迫導(dǎo)致豌豆(Pisumsativum)光合速率降低主要是由于氣孔關(guān)閉[28]；而Pb脅迫導(dǎo)致紫萍(Spirodelapolyrhiza)光合速率降低主要是由于光合系統(tǒng)紊亂和葉綠體結(jié)構(gòu)損傷[29]。在7種楊樹中，歐美楊、歐洲黑楊、群眾楊和青楊的光合速率在Pb脅迫下降低程度最大，同時，歐美楊、群眾楊和青楊的氣孔導(dǎo)度及蒸騰速率明顯降低，而歐洲黑楊則沒有明顯變化，說明歐美楊、群眾楊和青楊光合速率的降低可能主要是氣孔關(guān)閉引起的，而歐洲黑楊則可能主要是光合系統(tǒng)紊亂或葉綠體損傷所致。Pb脅迫往往導(dǎo)致歐洲黑楊葉中丙二醛含量急劇升高[30]。同時，本研究發(fā)現(xiàn)歐洲黑楊葉中Ci/Ca在Pb脅迫下顯著升高，表明鉛脅迫可能導(dǎo)致了歐洲黑楊葉中葉綠體結(jié)構(gòu)損傷，引起光合速率降低。這些結(jié)果說明，在7種楊樹中歐洲黑楊葉對Pb較為敏感。與之相應(yīng)，在7種楊樹中灰楊葉中的Pb濃度最高，而凈光合速率減少量最小，表明灰楊葉對Pb的抗性較強。為了應(yīng)對Pb的毒害，植物體內(nèi)形成了一系列的解毒機制，如Pb2+的螯合/絡(luò)合與區(qū)室化等[24]。Pb脅迫時，灰楊葉中會大量積累谷胱甘肽和草酸，并上調(diào)ATP-binding cascade C3.1 (ABCC3.1)的表達，增強了Pb2+的螯合/絡(luò)合以及液泡區(qū)室化，可能是灰楊葉Pb抗性較強的主要原因[9]。

Pb脅迫會顯著抑制楊樹的生長，導(dǎo)致生物量降低[30-32]。不同楊樹的生長對Pb的敏感性不同[31, 33]。例如，在相同Pb處理條件下，銀白楊(cl. 62/154)的株高和地徑降低量顯著高于歐洲黑楊(cl. 44/9)[31]；北京楊(P.beijingensis)生物量降低量高于青楊[33]。與已有研究一致，筆者發(fā)現(xiàn)Pb脅迫顯著抑制了7種楊樹的高生長和徑向生長，導(dǎo)致生物量降低。Pb脅迫引起的7種楊樹生長抑制存在明顯的種間差異。筆者發(fā)現(xiàn)歐洲黑楊、群眾楊和青楊的株高和地徑在Pb處理的第1周就出現(xiàn)明顯的降低，表明這3種楊樹對土壤中的Pb比較敏感?？剐灾笖?shù)是描述植物重金屬抗性的重要指標(biāo)，已有研究表明，不同楊樹樹種對鎘、鋅等重金屬的抗性指數(shù)存在明顯差異[16, 34]，本研究發(fā)現(xiàn)與其他重金屬一樣，7種楊樹對Pb的抗性指數(shù)同樣存在較大差異。值得注意的是，在7種楊樹中，在光合和生長方面對Pb脅迫都十分敏感的歐洲黑楊，其Pb抗性指數(shù)最高。已有研究發(fā)現(xiàn)，歐洲黑楊根具有較強的Pb脅迫防御能力，能夠?qū)b固定在細胞壁上，將Pb轉(zhuǎn)化為沉淀態(tài)和區(qū)室化到細胞液泡中，降低Pb向地上部分轉(zhuǎn)運[35]。因此，雖然歐洲黑楊生理生化過程對Pb很敏感，但高效的防御機制，有效地降低了Pb在關(guān)鍵生理代謝組織的積累，使其具有較高的Pb抗性。

3.2 7種楊樹Pb積累能力

植物修復(fù)Pb等重金屬污染土壤的關(guān)鍵是植物對土壤中Pb等重金屬元素的吸收和在植物地上部分的積累[36]。已有研究表明，雖然不同楊樹吸收和積累Pb的能力存在一定差異，但是幾乎所有已研究的楊樹根中的Pb含量顯著高于地上組織[33, 37-39]。例如，北京楊根中的Pb含量是地上部分的約200倍[33]；歐美楊(cl. Dorskamp)根中的Pb含量是地上部分的約400倍[39]。本研究同樣發(fā)現(xiàn)7種楊樹吸收和積累Pb的能力存在差異，同時7種楊樹根中的Pb濃度是地上部分的7～30倍。在相同條件下，楊樹各組織中的Pb含量通常低于草本植物[40-41]。但是，楊樹的快速生長，使其積累Pb的總量往往高于草本植物[42]。例如，在140 mg/kg Pb的土壤中，楊樹(P.nigra×P.maximowiczii)能夠積累629 μg/株的 Pb，其中地上部分有239 μg/株，而玉米(Zeamays)和向日葵(Helianthusannuus)分別僅積累了88 μg/株和176 μg/株的Pb，其中地上部分分別有68 μg/株和98 μg/株[42]。本研究發(fā)現(xiàn)，美洲黑楊積累Pb的總量高達5.06 mg/株，灰楊地上部分積累的Pb總量高達1.21 mg/株，表明這兩種楊樹可能在修復(fù)Pb污染土壤方面潛力巨大。美洲黑楊和灰楊能夠大量積累Pb可能與它們體內(nèi)與Pb轉(zhuǎn)運和解毒相關(guān)的基因高表達有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，Pb脅迫下，美洲黑楊根中可能含有參與Pb吸收和解毒的基因，如natural resistance associated macrophage protein 1.3 (NRAMP1.3)、ABCC1.1、ATP sulfurylase 1 (ATPS1)等顯著上調(diào)表達，促進了根系吸收和積累Pb[43]；鉛脅迫引起灰楊根中可能參與Pb吸收和轉(zhuǎn)運的基因，如NRAMP1.3、NRAMP1.4、ABCG40、ferric reductase defective3.1(FRD3.1)等，顯著上調(diào)表達，促進了根系吸收Pb，并將其轉(zhuǎn)運至地上部分[9]。

7種楊樹的Pb抗性和Pb積累能力存在顯著差異。其中歐洲黑楊的Pb抗性指數(shù)最高，根的Pb積累能力僅次于美洲黑楊，Pb轉(zhuǎn)運系數(shù)最低；美洲黑楊的Pb抗性僅次于歐洲黑楊，根和整株的Pb積累量最大，根富集系數(shù)最高，但Pb轉(zhuǎn)運系數(shù)較低；灰楊的Pb抗性指數(shù)最低，但地上部分Pb積累量最大，地上部分富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運系數(shù)最高。這些結(jié)果表明，歐洲黑楊和美洲黑楊可能在Pb污染土壤的植物固定和生態(tài)恢復(fù)方面具有較大潛力，灰楊則在Pb污染土壤的植物提取方面具有很大潛力。