鄭武揚(yáng)，王艷霞①，鄭雁方，李凈峰

(1.西南林業(yè)大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，云南 昆明 650224；2.西南林業(yè)大學(xué)西南地區(qū)生物多樣性保育國(guó)家林業(yè)局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650224)

工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加快導(dǎo)致環(huán)境不斷惡化，重金屬污染問(wèn)題日益突出。Cd、Pb是來(lái)源廣、毒性強(qiáng)的重金屬元素。研究表明，Cd、Pb會(huì)對(duì)植物生長(zhǎng)和土壤肥力造成不良影響[1-3]。在重金屬污染修復(fù)措施中，植物修復(fù)具有安全系數(shù)高、成本低、環(huán)境擾動(dòng)小、不易造成二次污染等優(yōu)點(diǎn)[4-5]。楊樹(shù)(Populussp.)是世界上分布和種植面積較大的樹(shù)種，易種植、生長(zhǎng)速度快、適應(yīng)性強(qiáng)、生物量大[6]，且具有耐受性強(qiáng)、根系發(fā)達(dá)等特點(diǎn)，是重金屬污染修復(fù)的重要材料。DURAND等[7]的研究結(jié)果表明，銀耳白楊(Tremellapoplar)可以在Cd、Zn脅迫下生長(zhǎng)。李金花等[8]的研究結(jié)果表明，107楊(Populuseuramericana)對(duì)重金屬Cd具有很強(qiáng)的富集能力。余國(guó)營(yíng)等[9]的研究結(jié)果表明，楊樹(shù)對(duì)Pb的積累量分別是水稻、小麥、大豆的89、24、56倍。不同的楊樹(shù)品種與無(wú)性系之間重金屬的耐受與富集能力差異較大，如原改換等[10]的研究結(jié)果表明，俄羅斯楊(Populusrusskii)和胡楊(Populuseuphratica)對(duì)Cd的耐受能力高于新疆楊(Populusalba)。劉諾等[11]的研究表明，南林895楊對(duì)重金屬Pb和Cd的耐受性強(qiáng)于南林95楊。云南礦產(chǎn)資源豐富，礦山開(kāi)發(fā)導(dǎo)致重金屬污染問(wèn)題嚴(yán)重，土壤重金屬含量背景值過(guò)高，如Cd的背景值為0.218 mg·kg-1，比全國(guó)大部分地區(qū)高，土壤Pb含量在云南省超出背景值最多，為背景值的1.91倍[12]。作為西南地區(qū)鄉(xiāng)土楊樹(shù)，滇楊(Populusyunnanensis)在云南種植面積廣泛，而關(guān)于滇楊的重金屬脅迫研究較少，在重金屬高背景生長(zhǎng)環(huán)境下，滇楊為適應(yīng)環(huán)境產(chǎn)生的生長(zhǎng)和光合生理響應(yīng)過(guò)程不明確，其耐受性亦不明晰。鑒于此，該研究特選滇楊作為試驗(yàn)對(duì)象，研究不同濃度Cd、Pb脅迫對(duì)滇楊的生長(zhǎng)與光合生理的影響，探索重金屬對(duì)滇楊的傷害以及滇楊對(duì)重金屬的耐受性，以期為在云南等地利用滇楊進(jìn)行重金屬修復(fù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

2019年7月在西南林業(yè)大學(xué)采集1 a生滇楊枝條，并剪成20 cm長(zhǎng)插條，采用水培的方式，將插條置于5 L黑色塑料桶內(nèi)，并用1/3 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)60 d后，挑選根、葉長(zhǎng)勢(shì)良好且一致的滇楊幼苗用于脅迫試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

Cd、Pb各設(shè)3種脅迫濃度，即50、100、200 μmol·L-1，同時(shí)設(shè)置對(duì)照組(CK)，共計(jì)7個(gè)處理，每個(gè)處理均設(shè)3個(gè)重復(fù)，每桶為1個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)定植2株滇楊幼苗，共計(jì)21桶42株滇楊幼苗。脅迫試驗(yàn)時(shí)，將分析純Cd(NO3)2·4H2O和Pb(NO3)2分別溶于1/3 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液中，配制成一系列脅迫液(為避免溶液產(chǎn)生沉淀，將溶液pH值控制到5.6左右)，分裝于培養(yǎng)桶中，每桶裝4 L脅迫液，然后將滇楊幼苗移入脅迫液中進(jìn)行培養(yǎng)，脅迫時(shí)長(zhǎng)為30 d，期間每天通過(guò)空氣泵通氣2 h，7 d更換一次脅迫液。

1.3 測(cè)定方法

在脅迫開(kāi)始前與脅迫第30天時(shí)測(cè)定株高(最高展葉葉基距植株底部的垂直高度，用卷尺測(cè)量，精確到0.1 cm)、總根長(zhǎng)(各根長(zhǎng)之和，用卷尺測(cè)量，精確到0.1 cm)和地徑(生根部位上方2 cm處的基部直徑，用游標(biāo)卡尺測(cè)量，精確到0.01 mm)。在重金屬脅迫第30天，使用Li-6400XT光合測(cè)定系統(tǒng)(LI-COR公司，美國(guó))進(jìn)行光合參數(shù)的測(cè)定，設(shè)置葉室溫度25 ℃，相對(duì)濕度低于50%，測(cè)定項(xiàng)目包括光響應(yīng)曲線(設(shè)定光強(qiáng)為0、20、50、100、200、500、800、1 000、1 200、1 500、1 800、2 000 μmol·m-2·s-1)和光合日變化(測(cè)定時(shí)間為北京時(shí)間09:00、11:00、13:00、15:00、17:00)。每個(gè)處理選取3片成熟的功能葉片進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定指標(biāo)包括凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)。同時(shí)，利用HandyPEA植物效率儀對(duì)滇楊葉片進(jìn)行葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定。

植物收獲后利用WinRHIZO根系掃描系統(tǒng)測(cè)定根系平均直徑和根系體積。每株滇楊采集2片新鮮葉片(不含葉脈)，蒸餾水洗凈后用液氮研磨至粉末狀，用以測(cè)定光合色素、總酚和丙二醛含量。剩余葉片以及根、莖放入烘箱105 ℃殺青，70 ℃烘干至恒重后測(cè)定干重。

滇楊葉片中光合色素含量采用90%甲醛法測(cè)定[13]?？偡雍繀⒄瘴墨I(xiàn)[12]的方法測(cè)定。丙二醛(MDA)含量使用蘇州格銳思生物科技有限公司丙二醛含量測(cè)試盒測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，SPSS 23.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，應(yīng)用最小顯著差異法(LSD)進(jìn)行多重比較(P<0.05)，將主成分分析和模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)相結(jié)合，計(jì)算滇楊的綜合耐受性，采用Origin 9.1軟件進(jìn)行圖表繪制。單株因子得分值為

(1)

式(1)中，Ci為主成分分析后提取的因子的單株因子得分值；Yj為第i個(gè)主成分載荷矩陣表中第j個(gè)原始因子對(duì)應(yīng)的載荷值；λi為第i個(gè)主成分的初始特征值;Zxj為第j個(gè)初始指標(biāo)值經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化后的值[11]。

計(jì)算模糊隸屬函數(shù)值，公式為

(2)

式(2)中，U(Xj)為滇楊在每一脅迫條件下綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值；Xj為第j個(gè)綜合指標(biāo)；Xmin為第j個(gè)綜合指標(biāo)的最小值；Xmax為第j個(gè)綜合指標(biāo)的最大值[11]。

根據(jù)綜合指標(biāo)貢獻(xiàn)率大小可求出各綜合指標(biāo)權(quán)重。

(3)

式(3)中，Wj為第j個(gè)綜合指標(biāo)的相對(duì)重要程度即權(quán)重；Pj為試驗(yàn)材料第j個(gè)綜合指標(biāo)的貢獻(xiàn)率[14]。

計(jì)算滇楊的綜合耐受性：

D=∑[UXj)·Wj]，j=1，2，…，n。

(4)

式(4)中，D為滇楊在Cd、Pb脅迫下用綜合指標(biāo)所得的綜合耐受值[11]。

2 結(jié)果與討論

2.1 Cd、Pb脅迫對(duì)滇楊生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

由表1可知，滇楊在Cd脅迫30 d后與脅迫前相比，所有Cd處理的株高增長(zhǎng)率以及50、200 μmol·L-1Cd處理的地徑增長(zhǎng)率與對(duì)照相比均無(wú)顯著差異，但100 μmol·L-1Cd處理的地徑增長(zhǎng)率顯著高于其他處理(P<0.05)，且較對(duì)照提高1 785.2%，可見(jiàn)100 μmol·L-1Cd處理對(duì)滇楊地徑具有顯著促進(jìn)作用，50和200 μmol·L-1Cd處理對(duì)滇楊株高與地徑影響不顯著。所有Cd處理的根長(zhǎng)增長(zhǎng)率顯著低于對(duì)照(P<0.05)，可見(jiàn)Cd脅迫可顯著抑制滇楊根系的伸長(zhǎng)，且Cd脅迫濃度越高，對(duì)根系的抑制作用越強(qiáng)。滇楊在Pb脅迫30 d后，所有Pb處理的株高增長(zhǎng)率顯著低于對(duì)照(P<0.05)，可見(jiàn)Pb脅迫會(huì)對(duì)滇楊株高產(chǎn)生顯著的抑制效應(yīng)。50和100 μmol·L-1Pb處理的地徑增長(zhǎng)率較對(duì)照分別顯著提高1 303.7%和2 996.3%(P<0.05)，可見(jiàn)Pb脅迫對(duì)滇楊地徑生長(zhǎng)具有一定促進(jìn)作用。所有Pb處理的根長(zhǎng)增長(zhǎng)率較對(duì)照分別顯著降低67.2%、79.9%和34.6%(P<0.05)，說(shuō)明Pb脅迫能顯著抑制滇楊根系的伸長(zhǎng)。

表1 Cd、Pb脅迫30 d滇楊株高、地徑、總根長(zhǎng)增長(zhǎng)率Table 1 Growth rate of plant height,ground diameter and total root length of Populus yunnanensis under Cd and Pb stress for 30 days

由表2可知，與對(duì)照相比，Cd、Pb在50和100 μmol·L-1脅迫濃度時(shí)，滇楊根系的平均直徑與根系體積無(wú)顯著變化，而在200 μmol·L-1脅迫濃度時(shí)兩者均顯著降低(P<0.05)，200 μmol·L-1Cd處理的根系平均直徑與根系體積較對(duì)照分別降低38.3%和63.2%，200 μmol·L-1Pb處理的根系平均直徑與根系體積較對(duì)照則分別降低了56.4%和87.20%。與對(duì)照相比，Cd、Pb脅迫均未對(duì)滇楊的地下部與地上部干重產(chǎn)生顯著影響。

表2 Cd、Pb脅迫下滇楊根系指標(biāo)和生物量Table 2 Root indexes and biomass of Populus yunnanensis under Cd and Pb stress

綜合表1與表2可知，在高濃度Cd、Pb脅迫下，滇楊根系會(huì)顯著變細(xì)，根體積與總根長(zhǎng)會(huì)顯著減小，而低、中脅迫濃度時(shí)滇楊僅表現(xiàn)為總根長(zhǎng)減小，其根系平均直徑與根系體積無(wú)顯著變化。

2.2 Cd、Pb脅迫對(duì)滇楊生化指標(biāo)的影響

由圖1可知，在Cd脅迫下，滇楊葉片中的丙二醛含量顯著高于對(duì)照，且隨脅迫濃度的增加而升高，50 μmol·L-1Cd處理的丙二醛含量與對(duì)照相比提高2.8%，100 μmol·L-1Cd處理的丙二醛含量比對(duì)照顯著提高22.9%(P<0.05)，200 μmol·L-1Cd處理的丙二醛含量比對(duì)照處理顯著提高59.4%(P<0.05)。在Pb脅迫下，滇楊葉片中的丙二醛含量顯著高于對(duì)照，且隨著脅迫濃度的增加呈先升后降的趨勢(shì)，在100 μmol·L-1Pb處理時(shí)達(dá)到最高。100和200 μmol·L-1Pb處理的丙二醛含量分別比對(duì)照顯著提高96.2%和49.7%(P<0.05)。

由圖2可知，在高濃度Cd脅迫下，滇楊葉片中的總酚含量顯著提高，200 μmol·L-1Cd處理的總酚含量較對(duì)照提高20.6%。在中、高濃度Pb脅迫下，滇楊葉片中的總酚含量亦呈現(xiàn)增高的趨勢(shì)，100和200 μmol·L-1Pb處理的總酚含量較對(duì)照分別顯著提高18.1%和21.8%(P<0.05)?？梢?jiàn)，高濃度的Cd、Pb脅迫會(huì)顯著提高滇楊葉片中的總酚含量，但低濃度的Cd、Pb脅迫對(duì)總酚含量影響不顯著。

2.3 Cd、Pb脅迫對(duì)滇楊光合色素的影響

由圖3可知，在低、中濃度Cd脅迫下，滇楊葉片中的色素含量無(wú)顯著變化，在高濃度Cd脅迫下，滇楊葉片中的葉綠素含量與對(duì)照相比顯著降低(P<0.05)，200 μmol·L-1Cd處理的葉綠素含量降低18.3%，而胡蘿卜素含量無(wú)顯著變化。在低濃度Pb脅迫下，滇楊葉片中的色素含量無(wú)顯著變化，在中、高濃度Pb脅迫下，滇楊葉片中的葉綠素含量顯著低于對(duì)照(P<0.05)，100和200 μmol·L-1Pb處理的葉綠素含量與對(duì)照相比分別降低了10.8%和10%，而胡蘿卜素含量無(wú)明顯變化?？梢?jiàn)，低濃度Cd、Pb脅迫對(duì)滇楊光合色素影響不顯著，但高濃度Cd、Pb脅迫會(huì)顯著降低滇楊葉綠素含量。

2.4 Cd、Pb脅迫對(duì)滇楊葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

由圖4可知，在Cd脅迫下，PS Ⅱ最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)和PS Ⅱ潛在活性(Fv/Fo)均隨著Cd脅迫濃度的升高呈先減后增的趨勢(shì)，其中100 μmol·L-1Cd處理顯著低于其他處理(P<0.05)。在Pb脅迫下，PS Ⅱ最大光化學(xué)效率和PS Ⅱ潛在活性均無(wú)明顯差異。

2.5 Cd、Pb脅迫對(duì)滇楊光合生理的影響

由圖5可知，在各處理下，滇楊葉片的凈光合速率隨著光強(qiáng)的增大先迅速增加，當(dāng)光強(qiáng)達(dá)到1 000 μmol·m-2·s-1時(shí)趨于平緩，當(dāng)光強(qiáng)超過(guò)1 800 μmol·m-2·s-1時(shí)有所下降。Cd、Pb脅迫下葉片的凈光合速率均低于對(duì)照，Cd脅迫濃度越高，其凈光合速率越低，滇楊光合作用受到的抑制越強(qiáng)。而100 μmol·L-1Pb處理的凈光合速率顯著高于50和200 μmol·L-1Pb處理。對(duì)照和Cd、Pb脅迫下葉片的氣孔導(dǎo)度隨著光強(qiáng)的增加而緩慢增加，對(duì)照的氣孔導(dǎo)度顯著高于Cd、Pb處理，Pb處理下的氣孔導(dǎo)度均低于Cd處理，說(shuō)明Cd、Pb脅迫會(huì)抑制滇楊的氣孔導(dǎo)度，Pb脅迫抑制效果更加明顯。對(duì)照和Cd、Pb脅迫下葉片的胞間CO2濃度表現(xiàn)為隨著光強(qiáng)的增加先迅速降低，當(dāng)光強(qiáng)大于800 μmol·m-2·s-1時(shí)趨于平緩，當(dāng)光強(qiáng)超過(guò)1 500 μmol·m-2·s-1時(shí)又緩慢上升，此變化與凈光合速率變化趨勢(shì)相反，Cd、Pb處理的胞間CO2濃度均低于對(duì)照，且Pb處理的胞間CO2濃度低于Cd處理，說(shuō)明Pb脅迫對(duì)滇楊胞間CO2濃度的抑制效果更強(qiáng)。對(duì)照和Cd、Pb脅迫下葉片的蒸騰速率隨著光強(qiáng)的增大而緩慢增長(zhǎng)，50 μmol·L-1Cd處理的蒸騰速率略微低于對(duì)照，而100和200 μmol·L-1Cd處理顯著低于對(duì)照，表明低濃度Cd脅迫對(duì)滇楊葉片蒸騰速率影響較小，而隨著Cd脅迫濃度升高，其蒸騰速率顯著降低。100 μmol·L-1Pb處理的蒸騰速率顯著高于對(duì)照，說(shuō)明該處理有利于提高滇楊的蒸騰速率，50和200 μmol·L-1Cd處理則低于對(duì)照，對(duì)滇楊的蒸騰速率具有抑制作用。

由圖6可知，所有處理的凈光合速率隨著時(shí)間變化均呈現(xiàn)逐漸升高而后降低的單峰曲線，并在13:00達(dá)到最大值，說(shuō)明滇楊無(wú)明顯午休現(xiàn)象。50 μmol·L-1Cd處理凈光合速率的日平均值高于對(duì)照，100和200 μmol·L-1Cd處理則低于對(duì)照，說(shuō)明在低濃度Cd脅迫下會(huì)促進(jìn)滇楊葉片的光合作用，而中、高濃度的Cd脅迫則會(huì)抑制其光合作用的進(jìn)行。所有的Pb處理凈光合速率的日平均值均低于對(duì)照，說(shuō)明Pb脅迫會(huì)抑制滇楊的光合作用。

2.6 主成分分析

株高、地徑、根系指標(biāo)以及地上和地下部干重可以表征滇楊的生長(zhǎng)狀況，丙二醛和總酚能夠表征滇楊在逆境脅迫下的生理變化，光合色素、葉綠素?zé)晒鈪?shù)和凈光合速率能夠表征滇楊的光合生理變化情況，因此對(duì)Cd、Pb脅迫下滇楊的14個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析(表3)。因主成分1、主成分2和主成分3累計(jì)貢獻(xiàn)率為90.2%(>85%)，故提取這3個(gè)主成分，并將原有的14個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)換成3個(gè)綜合指標(biāo)。由表3可知，第1主成分主要由株高、地上部干重、葉綠素和胡蘿卜素含量決定，第2主成分主要由根系平均直徑和總酚含量決定，第3主成分主要由凈光合速率決定。由表1、表2和圖3可知，在不同濃度Cd、Pb脅迫下，滇楊地上部干重和胡蘿卜素含量無(wú)顯著變化，株高也僅在Pb脅迫下有顯著變化，可見(jiàn)，第1主成分實(shí)際主要由葉綠素含量決定。綜上，在14個(gè)指標(biāo)中，葉綠素含量、根系平均直徑、總酚含量和凈光合速率能夠更好地解釋Cd、Pb脅迫下滇楊的生長(zhǎng)與光合生理特征。

表3 主成分因子矩陣及其特征值Table 3 Principal component factor matrix and eigen value

2.7 綜合分析

根據(jù)式(1)～(4)求得綜合評(píng)價(jià)結(jié)果(D值),由提取的3個(gè)綜合指標(biāo)決定，反映滇楊在Cd、Pb脅迫下的綜合耐受性，D值越大，耐受性越強(qiáng)[15]。綜合得分值則為不同濃度下綜合評(píng)價(jià)值的平均值，用于綜合評(píng)估其耐受性。由表4可知，在Cd脅迫下，當(dāng)脅迫濃度為50 μmol·L-1時(shí)滇楊耐受性最強(qiáng)，濃度為100 μmol·L-1時(shí)耐受性最弱。滇楊在Pb脅迫下，當(dāng)脅迫濃度為100 μmol·L-1時(shí)滇楊耐受性最強(qiáng)，其次為50 μmol·L-1，Pb濃度為200 μmol·L-1時(shí)滇楊耐受性最弱。從綜合得分值可知，滇楊對(duì)Cd的耐受性要強(qiáng)于Pb。

表4 滇楊的綜合指標(biāo)值(CI)、隸屬函數(shù)值(U)和綜合評(píng)價(jià)值(D)Table 4 The value of comprehensive index(CI),subordinative function (U)and comprehensive evaluation (D)of Populus yunnanensis

3 討論

Cd和Pb是植物生長(zhǎng)過(guò)程中的非必需元素，在Cd、Pb脅迫下，滇楊植株在生長(zhǎng)過(guò)程中將受到不同程度的毒害作用。SARASWAT等[16]研究表明，當(dāng)Cd、Pb在植物體內(nèi)積累到一定量時(shí)，會(huì)導(dǎo)致植物生長(zhǎng)緩慢、甚至死亡。在筆者研究中，當(dāng)Cd脅迫濃度為100 μmol·L-1，Pb脅迫濃度為50和100 μmol·L-1時(shí)，滇楊地徑的增長(zhǎng)率有所提高，這與Pb-Cd脅迫對(duì)楓香幼苗生長(zhǎng)和生理特征的影響研究結(jié)果相似[17]，這可能是植物應(yīng)激反應(yīng)造成的[18]，原因是植物在遭受脅迫時(shí)會(huì)從外界吸收養(yǎng)分和能量來(lái)對(duì)抗脅迫。同時(shí)，滇楊總根長(zhǎng)的增長(zhǎng)率隨著Cd脅迫濃度的增加而降低，這與徐瑩[19]的研究結(jié)果一致，即楊樹(shù)的根長(zhǎng)增長(zhǎng)率會(huì)隨著重金屬脅迫濃度的增加而降低。但在Pb脅迫下，滇楊總根長(zhǎng)增長(zhǎng)率并非隨著脅迫濃度的增加而降低，在濃度為200 μmol·L-1時(shí)，根長(zhǎng)增長(zhǎng)率顯著高于低濃度脅迫。這是由于高濃度Pb刺激植物產(chǎn)生發(fā)達(dá)根系對(duì)抗外界脅迫，植物在遭受外界脅迫時(shí)，會(huì)將營(yíng)養(yǎng)分配到根部，增加根部吸收養(yǎng)分的能力，隨著外界Pb脅迫的加劇，滇楊根長(zhǎng)不斷增加，表明滇楊根部聚集大量養(yǎng)分抵御外界脅迫，與Pb脅迫對(duì)黃花鈴木(Tabebuiachrysantha)影響的研究基本一致[20]。

重金屬脅迫會(huì)引發(fā)細(xì)胞膜中不飽和脂肪酸產(chǎn)生過(guò)氧化反應(yīng)，導(dǎo)致丙二酫含量增加，破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)[21]。植物體內(nèi)丙二酫含量越高，對(duì)植物造成的危害越大[22]。在筆者研究中，滇楊葉片中的丙二酫含量隨著Cd脅迫濃度增加而增加，表明隨著Cd脅迫濃度提高，對(duì)滇楊造成的危害愈加嚴(yán)重。而在Pb脅迫下，其丙二酫含量表現(xiàn)為200 μmol·L-1時(shí)低于100 μmol·L-1時(shí)，原因可能是200 μmol·L-1濃度脅迫對(duì)滇楊產(chǎn)生了嚴(yán)重的毒害作用，導(dǎo)致其生理代謝紊亂，自我保護(hù)和調(diào)節(jié)功能下降。總酚具有吸收紫外線和自由基而起到保護(hù)細(xì)胞的生理作用，也可作為植物抗毒素抵抗微生物和真菌的浸染[23]，植物體內(nèi)的總酚含量往往會(huì)隨著毒害作用的增強(qiáng)而提高。在該研究中，滇楊葉片中的總酚含量隨著Cd、Pb脅迫濃度的增加而增加，然而，在脅迫濃度為50 μmol·L-1時(shí)，總酚含量卻低于對(duì)照，可能是在低濃度脅迫下，楊樹(shù)的區(qū)室化作用會(huì)使得重金屬固定在植物某一區(qū)域以減輕傷害[24]。

重金屬會(huì)對(duì)植物葉片的光合作用和腺嘌呤核苷三磷酸的合成以及抗氧化系統(tǒng)等產(chǎn)生負(fù)面影響，誘導(dǎo)氧自由基產(chǎn)生，造成超氧化傷害，導(dǎo)致脂質(zhì)過(guò)氧化及細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和活性的破壞[25]。光合色素在植物的光合作用中具有重要作用，該研究中滇楊葉片中的葉綠素含量在Cd、Pb 脅迫下呈現(xiàn)出不同程度的降低，這與劉諾等[11]和薛文秀等[26]的研究結(jié)果一致。高濃度的重金屬離子會(huì)抑制某些酶活性，而這些酶與葉綠素生物合成密切相關(guān)，進(jìn)而導(dǎo)致葉綠素含量下降[27]。葉綠素?zé)晒鈪?shù)主要反映了植物對(duì)光能吸收、傳遞和利用的效率，可表征植物光合效能的高低[28]，因此常用于檢測(cè)環(huán)境脅迫對(duì)植物的影響以及植物對(duì)環(huán)境脅迫的響應(yīng)機(jī)制[29]。PS Ⅱ最大光化學(xué)效率降低是光合作用抑制的顯著特征，不受物種和生長(zhǎng)條件的限制[30]。在濃度為100 μmol·L-1Cd脅迫下，滇楊葉片的PS Ⅱ最大光化學(xué)效率、PS Ⅱ潛在活性顯著低于對(duì)照，而在Pb脅迫下，滇楊葉片的PS Ⅱ最大光化學(xué)效率、PS Ⅱ潛在活性與對(duì)照相比無(wú)顯著降低，這與薛文秀等[26]的研究結(jié)果不一致，此結(jié)果可能與楊樹(shù)、垂柳的脅迫響應(yīng)差異有關(guān)。

凈光合速率變化的原因主要包括氣孔因素和非氣孔因素[31]，胞間CO2濃度是判斷的依據(jù)，若凈光合速率隨胞間CO2濃度的降低而降低，則是氣孔因素，反之則是非氣孔因素[32]。在Cd脅迫下，滇楊葉片凈光合速率隨著脅迫濃度的升高而降低，而胞間CO2濃度隨著脅迫濃度的升高呈先降低后增加的趨勢(shì)，說(shuō)明Cd脅迫下限制滇楊葉片凈光合速率的主要原因是非氣孔因素，這與姚俊修等[33]研究鎘脅迫對(duì)黑楊派無(wú)性系光合作用影響的結(jié)論一致。Pb脅迫下滇楊葉片的凈光合速率隨著脅迫濃度的升高呈先增加后降低的趨勢(shì)，胞間CO2濃度隨著脅迫濃度的升高而升高，說(shuō)明Pb脅迫下限制滇楊葉片凈光合速率主要原因亦是非氣孔因素。Cd、Pb脅迫下滇楊葉片的凈光合速率日變化曲線均為單峰型，說(shuō)明滇楊無(wú)午休現(xiàn)象，且光合作用隨著光強(qiáng)的增大而增大。

在筆者研究中，滇楊在Cd、Pb脅迫下生物量無(wú)明顯變化，但凈光合速率降低，這與金花茶(Camelliapetelotii)幼苗在125 mg·kg-1Pb脅迫下的生長(zhǎng)生理響應(yīng)相似[34]。滇楊在Cd、Pb脅迫下生物量無(wú)明顯差異，但是丙二醛和葉綠素含量差異顯著，這與張博宇等[20]的研究結(jié)果一致。在姚俊修等[33]的研究中，與對(duì)照相比，黑楊派各無(wú)性系間的平均地徑在不同濃度Cd2+脅迫下存在差異，平均苗高和光合指標(biāo)在不同濃度Cd2+脅迫下同樣存在顯著性差異。滇楊在不同濃度的Cd、Pb脅迫下生長(zhǎng)指標(biāo)與對(duì)照相比無(wú)明顯差異，而生理指標(biāo)則差異顯著，說(shuō)明該試驗(yàn)中的重金屬脅迫濃度還未達(dá)到抑制滇楊生長(zhǎng)的臨界濃度，而滇楊的丙二醛、總酚及光合作用對(duì)重金屬脅迫更為敏感。

利用植物多指標(biāo)的綜合隸屬函數(shù)值進(jìn)行植物抗重金屬性評(píng)價(jià)是常用的方法[35]。該研究將主成分分析法和隸屬函數(shù)相結(jié)合，來(lái)分析滇楊在Cd、Pb脅迫下的綜合耐受性。滇楊對(duì)Cd、Pb的耐受性并非隨著脅迫濃度的提高而降低。因?yàn)闂顦?shù)自身會(huì)對(duì)一定程度的脅迫有解毒作用，如因Cd脅迫導(dǎo)致楊樹(shù)體內(nèi)活性氧增加，植物體內(nèi)自身的應(yīng)答機(jī)制會(huì)使得酶類(lèi)抗氧化物和非酶類(lèi)抗氧化物出現(xiàn)相應(yīng)變化，以減輕Cd對(duì)植物的毒害作用[24]。

4 結(jié)論

(1)滇楊生長(zhǎng)量受到Cd、Pb脅迫的影響，在低濃度和中等濃度的Cd脅迫下抑制了株高的增長(zhǎng)，但促進(jìn)了地徑、根系直徑和體積的增長(zhǎng)，在高濃度下則促進(jìn)了株高增長(zhǎng)，抑制了地徑、根系直徑和根系體積的增長(zhǎng)，脅迫濃度越高，總根長(zhǎng)生長(zhǎng)越受抑制；Pb脅迫抑制了滇楊株高和總根長(zhǎng)的生長(zhǎng)，在低濃度和中等濃度的Pb脅迫下促進(jìn)了根系直徑和體積的增長(zhǎng)，在高濃度的Pb脅迫下則抑制了根系直徑和體積的增長(zhǎng)。滇楊的丙二醛含量在中高濃度的Cd、Pb脅迫下顯著提高，總酚含量隨著脅迫濃度的升高而升高，光合色素含量均降低。在Cd脅迫下，滇楊的凈光合速率隨著脅迫濃度的增加而降低，在Pb脅迫下，凈光合速率則是隨著脅迫濃度的提高先增后減。根據(jù)主成分分析和隸屬函數(shù)建立起耐受性評(píng)價(jià)指數(shù)，顯示滇楊對(duì)Cd、Pb脅迫表現(xiàn)出一定耐受性，且對(duì)Cd的耐受性強(qiáng)于Pb。

(2)在滇楊耐受性計(jì)算體系中，葉綠素含量、根系平均直徑、總酚含量和凈光合速率貢獻(xiàn)率最大，能夠較好地表征滇楊在重金屬脅迫下的耐受性。