朱世琦，孫曉剛

（吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130118）

隨著工業(yè)的發(fā)展，土壤重金屬污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻，重金屬對(duì)土壤的污染不可逆，且具有滯后性、易積累等特點(diǎn)。鉛（Pb）是最常見(jiàn)的重金屬之一，也是國(guó)家重點(diǎn)監(jiān)控與控制的五種重金屬之一［1］。因此，Pb污染土壤的治理一直是近年來(lái)土壤修復(fù)的主要研究方向之一。植物修復(fù)技術(shù)是當(dāng)前治理重金屬污染土壤的研究熱點(diǎn)和有效手段，已發(fā)現(xiàn)山荊芥［2］、紫花苜蓿［3］等植物對(duì)土壤鉛具有超富集作用，紅花風(fēng)鈴木［4］、竹柏［5］對(duì)Pb脅迫具有較強(qiáng)的耐受性。

外源脫落酸（ABA）是一種抑制型激素，參與植物生長(zhǎng)發(fā)育的多種過(guò)程，不僅可以促進(jìn)種子貯藏蛋白合成、誘導(dǎo)植物休眠，還在氣孔開(kāi)閉、水分調(diào)節(jié)、光合作用及植物對(duì)逆境的適應(yīng)等多方面起著重要的調(diào)控作用［6，7］。陳仕淼［8］的研究結(jié)果顯示對(duì)東南景天施用0.2 mg／L外源ABA可以提高其對(duì)土壤中Cd的吸收能力，張慧［9］的研究結(jié)果顯示外源ABA對(duì)于提升菹草重金屬脅迫耐受性具有良好的效果。

王族海棠（Malus‘Royalty’）是薔薇科蘋果屬的一個(gè)集觀花、觀葉與觀果為一體的彩色綠化品種，具有較強(qiáng)的耐寒性，且對(duì)土壤要求不嚴(yán)，耐瘠薄和輕度鹽堿。我國(guó)北方，由于氣候原因，園林綠化樹(shù)種較為單一，同時(shí)，土壤廣泛存在重金屬污染問(wèn)題，尤其東北工業(yè)區(qū)是重點(diǎn)污染區(qū)域［10－12］。為豐富北方城市景觀綠化樹(shù)種，同時(shí)發(fā)揮植物對(duì)重金屬污染土壤的生態(tài)修復(fù)功能，本研究采用盆栽試驗(yàn)，以王族海棠為試材，設(shè)置不同濃度的Pb（NO3）2溶液處理盆栽土壤以模擬Pb污染環(huán)境，同時(shí)葉面噴施外源ABA，測(cè)試不同處理王族海棠幼苗的光合氣體交換參數(shù)、葉綠素?zé)晒鈪?shù)變化，以探究其光合特性對(duì)鉛脅迫的響應(yīng)以及脫落酸對(duì)緩解鉛脅迫的光合作用機(jī)理。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為引自遼寧的王族海棠一年生嫁接苗。于2020年4月5日選取長(zhǎng)勢(shì)一致、生長(zhǎng)良好的幼苗移栽至規(guī)格為240 mm×190 mm的盆內(nèi)培養(yǎng)，培養(yǎng)基質(zhì)為5.5 kg草炭土與原土按1∶1混合的混合土。移栽后進(jìn)行正常田間管理。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與處理方法

于2020年4月5日將移栽好的王族海棠幼苗移至塑料大棚，并于2020年5月27日，用Pb（NO3）2溶液對(duì)土壤進(jìn)行鉛脅迫處理，設(shè)置5個(gè)濃度梯度：0（Pb0）、500（Pb500）、1 000（Pb1000）、1 500（Pb1500）、2 000（Pb2000）mg／kg。Pb脅迫處理7 d后，于6月2日用50μmol／L ABA進(jìn)行葉面均勻噴施（ABA50），對(duì)照組以等量蒸餾水（ABA0）代替。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

外源ABA噴施3 d后進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的測(cè)定。每個(gè)處理測(cè)定5片葉子，重復(fù)3次。

1.3.1 光合氣體交換參數(shù) 利用CIRAS－Ⅱ便攜式光合作用測(cè)定系統(tǒng)，分別于2020年6月6日、6月16日、6月28日、7月7日、7月13日晴朗無(wú)云的上午8∶00—11∶00，選擇無(wú)病蟲(chóng)害、全展開(kāi)的王族海棠葉片，測(cè)定葉片凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）、水分利用效率（WUE）等。

1.3.2 葉綠素?zé)晒鈪?shù) 選擇完全展開(kāi)且無(wú)傷害的葉片完全暗適應(yīng)10 h后，使用FMS－Ⅱ熒光儀，分別于2020年6月7日、6月18日、6月29日、7月8日、7月14日測(cè)定初始熒光（Fo）、最大熒光（Fm）和可變熒光（Fv）等參數(shù)，計(jì)算PSⅡ最大光化學(xué)量子產(chǎn)量（Fv／Fm）、PSⅡ?qū)嶋H光能轉(zhuǎn)換效率（ΦPSⅡ）；葉片光適應(yīng)2 h后測(cè)定非光化學(xué)猝滅系數(shù)（qN）、光化學(xué)猝滅系數(shù)（qP）等。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2007處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)并制作圖表，用SPSSStatistics22軟件對(duì)各組數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析及Duncan’s多重比較，差異顯著水平設(shè)置為P<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源ABA對(duì)鉛脅迫下王族海棠光合特性的影響

2.1.1 對(duì)Pn的影響 由圖1可知，無(wú)論噴施還是未噴施外源ABA，王族海棠葉片的Pn均隨Pb濃度的增加呈先升高后降低的趨勢(shì)，且均在Pb1000達(dá)到峰值，分別比Pb0升高36.0%與25.6%。不同濃度鉛處理間，Pb1500與Pb0差異不顯著，而低濃度鉛脅迫處理（Pb500和Pb1000）下Pn顯著高于Pb0，高濃度（Pb2000）處理下Pn顯著低于Pb0（P<0.05）。相同濃度Pb處理下，噴施外源ABA的王族海棠葉片Pn顯著高于未噴施的，增幅達(dá)50.9%～69.6%。

圖1 外源ABA對(duì)鉛脅迫下王族海棠凈光合速率的影響

2.1.2 對(duì)Ci的影響 由圖2可知，隨Pb濃度的增加，噴施和未噴施ABA的Ci均在Pb500顯著下降（P<0.05），隨后逐漸升高，其中，未噴施外源ABA的葉片在Pb1000就已高于CK，Pb1500就已顯著高于CK（P<0.05），而噴施ABA的在Pb2000時(shí)才略高于CK（P＞0.05）。在沒(méi)有Pb脅迫時(shí)，噴施ABA顯著提高王族海棠葉片的Ci；而在Pb脅迫下，噴施ABA降低Ci，Pb脅迫濃度在1 000～2 000 mg／kg時(shí)差異達(dá)到顯著水平。

圖2 外源ABA對(duì)鉛脅迫下王族海棠胞間CO2濃度的影響

2.1.3 對(duì)Gs的影響 由圖3可知，未噴施ABA時(shí)，0～1 500 mg／kg Pb脅迫處理對(duì)王族海棠葉片的Gs無(wú)顯著影響，而2 000 mg／kg Pb脅迫處理顯著降低Gs 8.2%。噴施ABA后，隨Pb濃度的增加，Gs先顯著升高，在Pb1000達(dá)到峰值，顯著高于Pb0 11.5%，而后逐漸下降，Pb2000的Gs顯著低于Pb0。與未噴施ABA相比，噴施ABA可顯著提高各Pb處理的Gs（P<0.05）。

圖3 外源ABA對(duì)鉛脅迫下王族海棠氣孔導(dǎo)度的影響

2.1.4 對(duì)Tr的影響 圖4顯示，Pb脅迫顯著提高王族海棠葉片Tr，且隨著Pb濃度的增加呈上升趨勢(shì)，但不同Pb濃度處理間差異不顯著。噴施ABA顯著提高Tr（P<0.05），在0～2 000 mg／kg Pb脅迫處理下分別高出ABA0組55.1%、49.0%、49.1%、50.0%、50.8%。

圖4 外源ABA對(duì)鉛脅迫下王族海棠蒸騰速率的影響

2.1.5 對(duì)WUE的影響 圖5顯示，與Pb0相比，除Pb1000增加葉片的WUE外，Pb脅迫處理降低WUE，且有隨Pb濃度增加而下降的趨勢(shì)，1 500～2 000 mg／kg Pb脅迫處理降低顯著（P<0.05），降幅達(dá)37.9%～57.2%。噴施ABA可提高葉片的WUE，Pb0和Pb1000處理下兩者間差異不顯著，其余Pb脅迫處理下兩者間差異達(dá)顯著水平（P<0.05），且Pb濃度越高增幅越大，Pb2000處理下可提高36.2%。

圖5 外源ABA對(duì)鉛脅迫下王族海棠水分利用率的影響

2.2 外源ABA對(duì)鉛脅迫下王族海棠葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

由表1可知，隨著Pb脅迫濃度的增加，王族海棠葉片的Fv／Fm先顯著升高，均在Pb1000時(shí)達(dá)到峰值，ABA0和ABA50下分別比Pb0提高2.1%和2.6%，之后逐漸降低，濃度越高降低越顯著。噴施ABA可提高Fv／Fm，在Pb脅迫處理下差異達(dá)到顯著水平（P<0.05）。

表1 外源ABA對(duì)鉛脅迫下王族海棠葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

除未噴施ABA時(shí)Pb2000與Pb0差異不顯著外，Pb脅迫處理可顯著提高葉片ΦPSⅡ，其隨Pb濃度增加的變化趨勢(shì)與Fv／Fm 相同，也均在Pb1000達(dá)到峰值，與Pb0相比，ABA0和ABA50組分別顯著高出48.2%和70.8%。噴施ABA可顯著提高各Pb濃度處理的ΦPSⅡ（P<0.05）。

ABA0與ABA50處理的光化學(xué)猝滅系數(shù)（qP）也均隨著Pb脅迫濃度的增加先升高后下降，并在Pb1000達(dá)到峰值，分別高出Pb0 49.6%與72.3%；Pb脅迫處理的qP均顯著高于Pb0（P<0.05）。噴施ABA可顯著提高Pb脅迫處理下的qP（P<0.05）。

ABA0與ABA50的非光化學(xué)猝滅系數(shù)（qN）與其光化學(xué)猝滅系數(shù)（qP）的變化趨勢(shì)相反，表現(xiàn)為隨著Pb濃度的增加先降低后升高，均在Pb1000降至谷值，與Pb0相比分別降低50.0%與44.7%。噴施ABA的qN均顯著低于ABA0（P<0.05）。

3 討論與結(jié)論

3.1 鉛脅迫對(duì)王族海棠光合特性的影響

種植耐受性強(qiáng)的植物一直是近年來(lái)對(duì)Pb污染土壤治理和修復(fù)的主要方向。王佳穎［13］研究發(fā)現(xiàn)高濃度鉛雖對(duì)雷竹光合作用產(chǎn)生一定的抑制，但植株生長(zhǎng)表觀特征正常，表明雷竹具有極強(qiáng)的鉛耐性，在重金屬污染土壤的修復(fù)上有較大的發(fā)展空間；夏紅霞等［14］研究發(fā)現(xiàn)低濃度鉛可促進(jìn)黑麥草葉綠素的合成，促進(jìn)植株的光合作用，而高濃度鉛會(huì)降低其光合作用，抑制植株生長(zhǎng)，但未出現(xiàn)明顯的毒害癥狀，說(shuō)明黑麥草也可用于修復(fù)Pb污染土壤。

光合作用是植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中重要的代謝過(guò)程，受氣孔因素與非氣孔因素的影響，當(dāng)胞間Ci和Gs降低時(shí)，Pn的下降主要是由氣孔因素引起；而當(dāng)葉片Pn的降低伴隨著Ci的升高，則光合作用的主要限制因素是非氣孔因素，即葉肉細(xì)胞光合活性的下降［15－17］。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，低濃度（≤1 000 mg／kg）的土壤Pb脅迫會(huì)使王族海棠的Pn和Gs升高、Ci降低，但Pb濃度繼續(xù)升高，Pn和Gs下降而Ci升高，尤其2 000 mg／kg時(shí)差異達(dá)到顯著水平。說(shuō)明低濃度Pb脅迫不僅未對(duì)王族海棠的光合系統(tǒng)造成傷害，反而有一定的促進(jìn)作用，而高濃度Pb脅迫則導(dǎo)致葉肉細(xì)胞光合活性下降，氣孔導(dǎo)度下降，胞間CO2大量積累，顯著抑制其光合作用。

Gs的下降一般來(lái)說(shuō)與葉片水勢(shì)降低、氣孔保衛(wèi)細(xì)胞失水有關(guān)，進(jìn)而與植物組織的水分狀況有關(guān)［18］。本研究結(jié)果表明，Pb脅迫顯著提高了王族海棠葉片的Tr，且隨著土壤中Pb濃度的增加而逐漸升高；降低了除1 000 mg／kg Pb（NO3）2處理的水分利用效率，Pb脅迫濃度越高，下降越顯著?？梢?jiàn)，低濃度Pb刺激Tr增強(qiáng)，影響水分利用效率，而隨著Pb脅迫的增強(qiáng)，蒸騰過(guò)強(qiáng)，水分利用效率進(jìn)一步降低，氣孔導(dǎo)度顯著下降。說(shuō)明水分因子可能是影響王族海棠葉片氣孔導(dǎo)度下降的主要原因，其相關(guān)性還有待進(jìn)一步研究。

ABA作為植物體內(nèi)一種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)類激素，在非生物逆境脅迫下會(huì)對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育造成一定影響，使得植物的生長(zhǎng)發(fā)育能夠正常進(jìn)行［19］。本研究結(jié)果表明，噴施外源ABA能夠提高Pb脅迫下王族海棠葉片的Pn、Gs、Tr和WUE，降低Ci，這與劉小金等［20］的研究結(jié)論基本一致。然而，前人相關(guān)研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)，噴施外源ABA還可以誘導(dǎo)植物氣孔關(guān)閉，從而降低植物葉片的蒸騰速率與氣孔導(dǎo)度［21，22］。造成這種差異的原因可能與試驗(yàn)材料以及外源ABA的噴施濃度和時(shí)間不同相關(guān)［23］。范曉榮等［21］在旱作水稻葉片氣孔運(yùn)動(dòng)對(duì)ABA的響應(yīng)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，5 min內(nèi)ABA就可使氣孔完全關(guān)閉，不同濃度ABA的作用強(qiáng)弱不同，且引起作用所需的時(shí)間也不相同。這也說(shuō)明外源ABA所引起的植物氣孔關(guān)閉是一個(gè)短期過(guò)程，與作用時(shí)間及ABA濃度有著密切關(guān)系，但有關(guān)ABA作用隨處理時(shí)間的變化規(guī)律有待進(jìn)一步研究。

3.2 鉛脅迫對(duì)王族海棠葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

葉綠素?zé)晒鈶{借其非破壞性、非接觸性和測(cè)量方便等優(yōu)點(diǎn)常被用于評(píng)價(jià)光合機(jī)構(gòu)的功能和環(huán)境脅迫對(duì)其的影響［24］。光化學(xué)猝滅系數(shù)qP在一定程度上反映了光合系統(tǒng)反應(yīng)中心開(kāi)放度的高低，而非光化學(xué)猝滅系數(shù)qN反映了PSⅡ反應(yīng)中心對(duì)天線色素吸收過(guò)量光能后以熱能散發(fā)的部分，可反映光合機(jī)構(gòu)的受損程度［25］。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著土壤中Pb脅迫濃度的增加，王族海棠的Fv／Fm、ΦPSⅡ、qP先升后降，在Pb脅迫濃度為1 000 mg／kg時(shí)達(dá)到峰值；qN則先降后升，在1 000 mg／kg Pb處理時(shí)降至最低。表明王族海棠對(duì)輕、中度Pb脅迫具有一定的耐受性，可通過(guò)調(diào)整一系列生理反應(yīng)對(duì)其進(jìn)行應(yīng)激保護(hù)［26－29］，但具體作用機(jī)制還有待進(jìn)一步研究；而高濃度Pb脅迫使PSⅡ反應(yīng)中心遭到破壞而失活，導(dǎo)致其對(duì)光能的吸收和轉(zhuǎn)化效率顯著下降，阻礙了光合碳同化產(chǎn)物的累積，從而影響植物生長(zhǎng)發(fā)育［28］。而噴施50μmol／L外源ABA，可以顯著提高Pb脅迫下王族海棠葉片的Fv／Fm、ΦPSⅡ、qP，顯著降低qN，說(shuō)明噴施適宜濃度的外源ABA能夠顯著提高王族海棠抵御Pb脅迫的能力。

綜上所述，王族海棠對(duì)低濃度Pb脅迫具有一定的耐受性，但超過(guò)1 000 mg／kg的Pb脅迫會(huì)破壞其光合系統(tǒng)，濃度越高破壞越顯著；而噴施50 μmol／L ABA可顯著減輕Pb脅迫對(duì)王族海棠光合系統(tǒng)造成的傷害。有關(guān)王族海棠對(duì)其他重金屬的耐受性及富集能力以及外源ABA對(duì)抵御重金屬的作用機(jī)制還需深入研究。本研究結(jié)果可為鉛污染地區(qū)生態(tài)修復(fù)及物種選擇提供參考。