張瑛 宋子怡 趙冰

(西北農(nóng)林科技大學(xué)，陜西·楊凌，712100)

重金屬污染是全球的生態(tài)危機(jī)，給植物生長和人類健康帶來了很大影響[1]；對于城市或一些人類密切接觸區(qū)域的重金屬污染，利用觀賞植物進(jìn)行植物穩(wěn)定是合理的策略。植物穩(wěn)定過程，不僅抑制了金屬污染物的進(jìn)一步滲透和移動，防止了地下水污染[2]；而且轉(zhuǎn)移到植物地上部的金屬盡可能少，避免了人群與重金屬的接觸[3]。此外，觀賞植物，具有較高的觀賞性和居民適應(yīng)性，更適用于城市地區(qū)的植物修復(fù)[4]；但目前將觀賞植物用于植物修復(fù)的研究較少。

八仙花(Hydrangeamacrophylla)是一種常見的木本花卉。它不僅具有很高的觀賞價值，而且還具有生長速度快、生物量大、根系發(fā)達(dá)的優(yōu)點(diǎn)。八仙花還對金屬具有一定的抵抗力，是研究植物修復(fù)的良好材料[5-6]。但是，關(guān)于對八仙花、重金屬的研究，主要集中在單一重金屬污染方面[7-8]，涉及復(fù)合污染的研究較少。鋅(Zn)、鉛(Pb)是重金屬污染中最相關(guān)的兩種，在植物體內(nèi)存在競爭[9]、協(xié)同[10]兩種作用，這兩種不同的相互作用直接影響植物對金屬離子的累積和不同層次上的生物毒性[11]。

為此，本研究以選自溫室中生長健壯的1年生八仙花扦插苗、采集自實(shí)驗(yàn)基地附近農(nóng)田表層土壤(0～15 cm)為基材，以不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硝酸鉛溶液(Pb(NO3)2)、七水硫酸鋅溶液(ZnSO4·7H2O)為鉛鋅脅迫處理劑；按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，將鉛鋅脅迫處理劑(單一、協(xié)同)均勻噴灑入處理好的基材土壤，然后置于陰涼處30 d，使土壤中的重金屬穩(wěn)定(污染土壤)。將污染土壤加入花盆中，每盆種植1株1年生八仙花；生長試驗(yàn)持續(xù)50 d后，測定生長指標(biāo)、生理指標(biāo)、光合指標(biāo)、重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)及亞細(xì)胞分布。應(yīng)用方差分析法、最小顯著差異法，分析八仙花對鉛、鋅的單一脅迫和協(xié)同脅迫的防御機(jī)制和富集特征。旨在為八仙花用于城市鉛鋅污染土壤的環(huán)境美化和生態(tài)治理提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在西北農(nóng)林科技大學(xué)科研溫室(北緯34°15′，東經(jīng)108°30′)進(jìn)行，生長試驗(yàn)從2020年11月7日—2020年12月27日，共50 d。八仙花(Hydrangeamacrophylla)選自溫室中生長健壯的1年生扦插苗，土壤采集自實(shí)驗(yàn)基地附近農(nóng)田的表層土壤(0～15 cm)。土壤性質(zhì)pH為7.44、有效氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為112 mg/kg、有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.80 mg/kg、有效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)為219 mg/kg。將土壤在干燥通風(fēng)處風(fēng)干、粉碎，并用孔徑4 mm篩過篩。按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)，將不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硝酸鉛(Pb(NO3)2)、七水硫酸鋅(ZnSO4·7H2O)溶液(單一、協(xié)同)均勻噴灑入處理好的土壤，然后置于陰涼處30 d，使土壤中的重金屬穩(wěn)定(污染土壤)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將污染土壤加入提前清洗好的花盆中，每盆含有6.0 kg土壤，種植1株八仙花，每個處理3個重復(fù)，持續(xù)生長50 d后進(jìn)行收獲八仙花植株。試驗(yàn)期間，土壤濕度保持在田間持水量的70%，溫室的平均溫度保持在20～25 ℃，用自然光照射，光照時間為10 h。

參考GB15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》、GB15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》，試驗(yàn)用鉛鋅脅迫處理液質(zhì)量分?jǐn)?shù)，按照高、中、低梯度(單一脅迫處理、協(xié)同脅迫處理)設(shè)計(jì)：①對照(不施用鉛鋅脅迫處理液)；②低質(zhì)量分?jǐn)?shù)鉛脅迫處理(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為500 mg/kg的Pb(NO3)2溶液)；③中質(zhì)量分?jǐn)?shù)鉛脅迫處理(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1000 mg/kg的Pb(NO3)2溶液)；④高質(zhì)量分?jǐn)?shù)鉛脅迫處理(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 000 mg/kg的Pb(NO3)2溶液)；⑤低質(zhì)量分?jǐn)?shù)鋅脅迫處理(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為300 mg/kg的ZnSO4·7H2O溶液)；⑥中質(zhì)量分?jǐn)?shù)鋅脅迫處理(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為600 mg/kg的ZnSO4·7H2O溶液)；⑦高質(zhì)量分?jǐn)?shù)鋅脅迫處理(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 200 mg/kg的ZnSO4·7H 2O溶液)；⑧低質(zhì)量分?jǐn)?shù)鉛鋅協(xié)同脅迫處理(“質(zhì)量分?jǐn)?shù)為500 mg/kg的Pb(NO3)2溶液+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為300 mg/kg的ZnSO4·7H2O溶液”)；⑨中質(zhì)量分?jǐn)?shù)鉛鋅協(xié)同脅迫處理(“質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 000 mg/kg的Pb(NO3)2溶液+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為600 mg/kg的ZnSO4·7H2O溶液”)；⑩高質(zhì)量分?jǐn)?shù)鉛鋅協(xié)同脅迫處理(“質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 000 mg/kg的Pb(NO3)2溶液+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 200 mg/kg的ZnSO4·7H2O溶液”)。

1.3 各評價指標(biāo)測定方法

生長指標(biāo)測定：生長試驗(yàn)持續(xù)50 d結(jié)束后，收獲八仙花植株，測量每株八仙花的株高、根長。用蒸餾水沖洗后，把植株分成根、莖、葉3部分，放入烘箱中105 ℃干燥20 min，然后再70 ℃干燥至恒質(zhì)量，測定各部分干質(zhì)量。

生理指標(biāo)測定：取八仙花的新鮮，潔凈葉片進(jìn)行生理指標(biāo)的測定。光合色素，借鑒李合生[12]的方法測定；丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)，分別采用硫代巴比妥酸法[13]、茚三酮比色法測定；超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)，分別使用氮藍(lán)四唑法、愈創(chuàng)木酚法、紫外吸收法測定。

光合指標(biāo)測定：八仙花葉片光合參數(shù)的測定使用Li-6400光合儀在09:00—11:00進(jìn)行，測定時設(shè)定CO2摩爾分?jǐn)?shù)為400 μmol·mol-1、光合有效輻射為1 000 μmol·m-2·s-1、葉室溫度為25 ℃。每組取完整成熟葉片進(jìn)行測量，每個處理重復(fù)3次。記錄每次測量葉片的凈光合速率(Pn)，氣孔導(dǎo)度(Gs)，胞間CO2摩爾分?jǐn)?shù)(Ci)、蒸騰速率(Tr)。

重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)及亞細(xì)胞分布測定：分別稱量植株樣本0.2 g，土壤樣本0.1 g粉碎過篩后，使用微波消解儀(MA165-001，意大利)進(jìn)行消解。使用火焰原子吸收光譜儀(PinAAciie，美國PE900)測定金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)。并計(jì)算各種處理時，八仙花對鉛和鋅的生物富集系數(shù)(BCF)和轉(zhuǎn)移因子(TF)；生物富集系數(shù)=植株重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)/土壤中重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)，轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)=植株地上部分重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)/植株根部重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

植株的亞細(xì)胞，借鑒文獻(xiàn)[14]的方法進(jìn)行分離，將分離得到的細(xì)胞壁部分、細(xì)胞膜和細(xì)胞器部分、細(xì)胞可溶性部分在烘箱中70 ℃進(jìn)行干燥。干燥完成后，用微波消解儀消解，用火焰原子吸收光譜儀測定重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

使用SPSS 26.0分析軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(ANOVA)，使用最小顯著差異法進(jìn)行多重比較(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 鉛鋅脅迫處理對八仙花植株生物量的影響

由表1可見：低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鉛和鋅都會促進(jìn)八仙花株高的發(fā)育；與鉛相比，低質(zhì)量分?jǐn)?shù)鋅的促進(jìn)作用更明顯；鉛鋅協(xié)同脅迫處理時，鋅的促進(jìn)作用受到減弱。八仙花的根長，在低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鉛鋅協(xié)同脅迫處理時，對八仙花的根長有促進(jìn)作用；在中、高質(zhì)量分?jǐn)?shù)鉛鋅協(xié)同脅迫處理時，均對八仙花的根長有顯著抑制作用(P<0.05)，與對照相比，八仙花的根長分別減少了21.9%、36.7%。在鉛脅迫處理時，八仙花根系不僅伸長受到抑制，還發(fā)生了明顯的變黑，甚至腐爛現(xiàn)象(見圖1)，嚴(yán)重影響八仙花植株生長。植物的生物量，在一定程度上可以反應(yīng)植株對土壤重金屬的耐受能力[15]。本研究中，八仙花在低、中質(zhì)量分?jǐn)?shù)鉛鋅的單一脅迫處理時，根、莖、葉的干質(zhì)量幾乎不變或增加，沒有受到抑制；而高質(zhì)量分?jǐn)?shù)鉛鋅的單一脅迫處理時，八仙花所有部位的干質(zhì)量基本都減少。單一金屬脅迫處理與協(xié)同脅迫處理相比，低質(zhì)量分?jǐn)?shù)金屬單一脅迫處理對八仙花干質(zhì)量的促進(jìn)作用更明顯；高質(zhì)量分?jǐn)?shù)金屬單一脅迫處理對八仙花干質(zhì)量的抑制作用更明顯。

表1 不同脅迫處理時八仙花植株的生長形態(tài)及生物量

CK為對照(不施用鉛鋅脅迫處理液)；LPb、MPb、HPb，分別為低、中、高質(zhì)量分?jǐn)?shù)鉛脅迫處理；LZn、MZn、HZn，分別為低、中、高質(zhì)量分?jǐn)?shù)鋅脅迫處理；“LPb+LZn”、“MPb+MZn”、“HPb+HLZn”，分別為低、中、高質(zhì)量分?jǐn)?shù)鉛鋅協(xié)同脅迫處理。圖1 不同脅迫處理時八仙花植株的根系形態(tài)

2.2 鉛鋅脅迫處理對八仙花植株生理指標(biāo)的影響

由表2可見：在所有的重金屬脅迫處理時，八仙花植株的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度都顯著增加(P<0.05)，其中在高質(zhì)量分?jǐn)?shù)鉛脅迫處理時，丙二醛質(zhì)量摩爾濃度最高，是對照的19.7倍。丙二醛質(zhì)量摩爾濃度均隨重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加呈上升趨勢，其中鉛鋅協(xié)同脅迫處理的作用弱于單一金屬脅迫處理，單一鉛脅迫處理的效果最強(qiáng)。脯氨酸的變化基本與丙二醛一致，脯氨酸的最高質(zhì)量分?jǐn)?shù)也出現(xiàn)在高質(zhì)量分?jǐn)?shù)鉛脅迫處理時，是對照的1.9倍。在所有重金屬脅迫處理時，超氧化物歧化酶活性均增強(qiáng)，隨著鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，超氧化物歧化酶活性變化并不顯著(P<0.05)?？傮w看，金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)和種類的變化，對八仙花超氧化物歧化酶活性的影響不大。過氧化氫酶活性隨鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高而增加，在高質(zhì)量分?jǐn)?shù)鉛脅迫處理時活性最高，與對照相比增加了157.7%(見表2)。隨著鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，過氧化氫酶活性呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢；在鉛鋅協(xié)同脅迫處理時，隨著兩種金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，過氧化氫酶活性變化不明顯。過氧化物酶活性隨重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增加，單一高質(zhì)量分?jǐn)?shù)鋅脅迫處理的作用最明顯。3種酶中，過氧化物酶酶的活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他兩種。鉛和鋅會影響八仙花植株的色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，在所有鉛脅迫處理時，葉綠素a質(zhì)量分?jǐn)?shù)都顯著高于對照(P<0.05)；在單一鋅脅迫處理時，葉綠素b質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化不大，其他脅迫處理均促進(jìn)八仙花葉綠素b的合成；類胡蘿卜素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化比較復(fù)雜，隨著鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加呈先上升后下降的趨勢，隨著單一鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加的脅迫處理、鉛鋅協(xié)同質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加的脅迫處理呈先下降后增加的趨勢。

表2 不同鉛鋅脅迫處理時八仙花的生理指標(biāo)

2.3 鉛鋅脅迫處理對八仙花光合特性的影響

由表3可見：重金屬脅迫處理，對八仙花光合指標(biāo)均具有影響。凈光合速率最大值(8.77 μmol·m-2·g-1)出現(xiàn)在中等質(zhì)量分?jǐn)?shù)鉛脅迫處理時，與對照相比增加了14.2%；凈光合速率最小值(6.39 μmol·m-2·g-1)出現(xiàn)在高質(zhì)量分?jǐn)?shù)鋅脅迫處理時，與對照相比降低了16.8%；說明鋅對八仙花的光合作用的破壞程度更大。蒸騰速率，隨單一鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加的脅迫處理、鉛鋅協(xié)同質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加的脅迫處理逐漸減小，隨著鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加先減小后增大；與對照相比，在低、中質(zhì)量分?jǐn)?shù)鋅的脅迫處理時，對八仙花的蒸騰速率有促進(jìn)作用。胞間CO2摩爾分?jǐn)?shù)的變化與蒸騰速率一致，幾乎在所有添加金屬的脅迫處理時都受到抑制。氣孔導(dǎo)度的變化相對復(fù)雜，隨鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加的脅迫處理，氣孔導(dǎo)度先下降后增加；隨鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加的脅迫處理，氣孔導(dǎo)度先增加后下降；隨鉛鋅協(xié)同質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加的脅迫處理，氣孔導(dǎo)度逐漸減小。

表3 不同鉛鋅脅迫處理時八仙花的光合特性

2.4 鉛鋅脅迫處理對八仙花重金屬富集特性的影響

由表4可見：隨著單一鉛、鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大的脅迫處理，八仙花各部位的重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)均隨之增大。八仙花體內(nèi)，鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)由大到小依次為根、葉、莖，鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)由大到小依次為根、莖、葉。盡管土壤中的鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)高于鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)，但是八仙花吸收的鋅卻多于鉛，即鋅比鉛更容易被八仙花吸收，能在八仙花體內(nèi)大量積累。在鉛鋅協(xié)同脅迫處理時，與對照相比，八仙花吸收兩種金屬的總量都增加，葉片中兩種金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都減小。重金屬的種類與重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)，對八仙花的富集系數(shù)(BCF)、轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)(TF)有影響(見表5)。八仙花對鉛的富集系數(shù)，隨鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而逐漸減小，但變化不明顯；八仙花對鋅的富集系數(shù)，隨鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而增大。在鉛鋅協(xié)同脅迫處理時，八仙花對鉛的富集和轉(zhuǎn)運(yùn)能力均增大，但變化不顯著；八仙花對鋅的富集能力，在低、中質(zhì)量分?jǐn)?shù)鉛鋅協(xié)同脅迫處理時增大，在高質(zhì)量分?jǐn)?shù)鉛鋅協(xié)同脅迫處理時減??；鉛鋅協(xié)同脅迫處理對鋅的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)減小。

表4 不同鉛鋅脅迫處理時八仙花積累的重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)

表5 不同鉛鋅脅迫處理時八仙花對重金屬富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)

2.5 鉛鋅脅迫處理對八仙花重金屬亞細(xì)胞分布的影響

由表6可見：八仙花不同部位對重金屬的積累方式不同。在單一金屬的脅迫處理時——八仙花根部的鉛主要積累在細(xì)胞壁部分(39.45%)，莖部的鉛主要積累在細(xì)胞器部分(40.20%)，葉片的鉛主要積累在細(xì)胞可溶性部分(53.47%)；與鉛的積累不同，八仙花根部、葉片都將鋅主要積累在細(xì)胞器部分(53.11%～44.97%)，莖部主要積累在細(xì)胞可溶性部分(70.82%)。在鉛鋅協(xié)同脅迫處理時，八仙花根部細(xì)胞器積累的鉛、鋅均減小，八仙花各個部位細(xì)胞壁積累的鉛均減少，細(xì)胞可溶性部分積累的鉛增加。

表6 不同鉛鋅脅迫處理時八仙花的重金屬亞細(xì)胞分布

亞細(xì)胞部位鋅的亞細(xì)胞分布比例/%根MPbMPb+MZn莖MPbMPb+MZn葉MPbMPb+MZn細(xì)胞可溶性部分(11.43±0.01)c(39.90±1.61)a(70.82±0.23)a(56.15±1.05)a(30.06±0.52)b(44.78±0.71)a細(xì)胞器部分(53.11±0.53)a(35.77±1.76)a(21.20±0.44)b(28.47±1.00)b(44.97±0.43)a(43.17±1.03)a細(xì)胞壁部分(35.46±0.53)b(24.32±0.19)b(7.97±0.38)c(15.39±0.12)c(24.97±0.21)c(12.06±0.41)b

3 討論

植物的生長狀況是植物耐受重金屬脅迫的直觀表現(xiàn)[16]，通過觀測植物的生長性狀評估植物對環(huán)境中刺激源的反應(yīng)是一種清晰簡便的方式。本研究中，鉛和鋅在高質(zhì)量分?jǐn)?shù)時，對八仙花造成了一系列傷害，而在低、中質(zhì)量分?jǐn)?shù)時，對八仙花的株高和生物量有促進(jìn)作用，表現(xiàn)出明顯的“低促高抑”現(xiàn)象。這種低質(zhì)量分?jǐn)?shù)脅迫處理時的促進(jìn)作用，可以用興奮現(xiàn)象解釋[9]，即植物在逆境條件時，會最大程度地提高生命活動，抵制不良環(huán)境，表現(xiàn)出生長旺盛的現(xiàn)象[17]。與株高、生物量的反應(yīng)不同，所有脅迫處理都對根系生長產(chǎn)生了抑制，說明根系比其他部位受到重金屬的毒害更大。這是因?yàn)楦凳亲钕冉佑|金屬的器官，不僅受到重金屬的毒害最早，而且持續(xù)時間最長。在重金屬脅迫時，八仙花根系表現(xiàn)出的表型可塑性，不僅是八仙花受到重金屬脅迫的結(jié)果，也是八仙花耐受污染土壤的一種機(jī)制。而在鉛鋅協(xié)同脅迫處理時，八仙花生長受到的促進(jìn)和抑制，都沒有在單一金屬脅迫處理時明顯。這說明，鉛鋅協(xié)同脅迫處理，不僅會減弱單一重金屬脅迫處理的負(fù)面效應(yīng)，而且減弱了單一重金屬脅迫處理對八仙花生長的影響。

生理指標(biāo)的變化，能更清晰地體現(xiàn)不良環(huán)境對植物的影響。丙二醛是膜脂過氧化的產(chǎn)物，能反映植物體內(nèi)總抗氧化能力的強(qiáng)弱。在本研究中，重金屬的添加引起八仙花植株內(nèi)丙二醛質(zhì)量摩爾濃度的顯著上升。這個變化，一方面說明重金屬對八仙花造成了嚴(yán)重的膜脂過氧化損傷，一方面也說明八仙花抗氧化系統(tǒng)對重金屬脅迫有較強(qiáng)的抗性。脯氨酸對調(diào)節(jié)細(xì)胞的滲透功能具有重要作用。加入重金屬后，脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)上升，說明植物通過自身調(diào)節(jié)機(jī)制，產(chǎn)生大量脯氨酸抵抗重金屬造成的細(xì)胞損傷和緩解重金屬引起的水分缺乏[18]。本研究中，丙二醛質(zhì)量摩爾濃度、脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增加，說明八仙花對這兩種金屬的單一、協(xié)同脅迫具有一定抗性，八仙花可以通過自身調(diào)節(jié)抵抗此質(zhì)量分?jǐn)?shù)的重金屬脅迫。

重金屬不僅會影響植物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，還會破壞細(xì)胞的正常氧化還原平衡，引起氧化應(yīng)激的發(fā)生[19]，這是重金屬對植物的主要毒性作用。在本研究中，3種氧化還原酶活性都隨著重金屬的添加而增強(qiáng)，說明八仙花可以通過對抗氧化酶的過度表達(dá)，清除有害的O2-，維持植物的正常生長。其中過氧化氫酶活性在高鋅脅迫處理時活性降低，說明高鋅脅迫處理對八仙花的毒害超過了植物的自我調(diào)節(jié)能力，打破了酶活性與活性氧(ROS)之間的平衡。綜合3種氧化還原酶在重金屬脅迫處理時活性的變化，表明在鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)時，鋅對八仙花抗氧化系統(tǒng)的毒害作用卻更大。

在植物抗氧化系統(tǒng)中，類胡蘿卜素對活性氧的清除非常有效。除了在光合反應(yīng)中心的結(jié)構(gòu)功能外，類胡蘿卜素還通過清除活性氧，在保護(hù)光合系統(tǒng)免受氧化損傷方面發(fā)揮著重要作用[20]。本研究中，八仙花的類胡蘿卜素質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化，也說明了八仙花可以通過調(diào)節(jié)自身色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)保護(hù)光合系統(tǒng)，抵抗重金屬的毒害。在鉛脅迫處理時八仙花葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，鋅脅迫處理時葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少；說明八仙花的光合系統(tǒng)對鋅更為敏感，更容易受到鋅的破壞。這是因?yàn)閆n2+可以取代葉綠素分子中的Mg2+，造成葉綠素的大量失活[21]；Zn還可以抑制氣孔保衛(wèi)細(xì)胞的水通道，從而對八仙花的光合作用產(chǎn)生氣孔限制[22]。在惡劣環(huán)境時，植株光合能力的下降有兩個因素：一是非氣孔因素，二是氣孔因素。在本研究中，八仙花植株凈光合速率下降時，氣孔導(dǎo)度、胞間CO2摩爾分?jǐn)?shù)都呈下降趨勢，說明八仙花光合速率下降主要是由氣孔因素導(dǎo)致的。

植物對金屬的富集和轉(zhuǎn)運(yùn)能力，與金屬種類和濃度有關(guān)。Basta et al.[23]研究表明，金屬對土壤的親和力，由大到小依次為Pb的親和力、Cu的親和力、Ni的親和力大于等于Cd的親和力和Zn的親和力，且鋅在土壤中的解吸過程是自發(fā)的[24]。因此與鉛相比，鋅在土壤中的流動性更高，更容易被植物吸收。本研究中，八仙花對鉛、鋅的富集系數(shù)都小于1，說明八仙花對這兩種金屬都具有一定避性，這是八仙花對重金屬毒害的一種防御機(jī)制。八仙花將鉛、鋅大量聚集在根部，導(dǎo)致這兩種金屬向地上部的轉(zhuǎn)移減少，從而避免重金屬對葉片中存在的光合機(jī)構(gòu)的破壞，也是八仙花對重金屬的一種耐性機(jī)制，也表明八仙花對這兩種金屬具有植物穩(wěn)定的潛力[25]。在本研究中鉛鋅協(xié)同脅迫處理時，八仙花吸收的鉛、鋅的總量增加，說明鉛、鋅在八仙花體內(nèi)產(chǎn)生了協(xié)同作用。這是因?yàn)楦哔|(zhì)量分?jǐn)?shù)的兩種金屬對植物細(xì)胞造成了嚴(yán)重?fù)p傷，金屬更容易進(jìn)入細(xì)胞，或是在多次暴露在重金屬條件下，植物根系釋放的分泌物，會增加金屬的移動性，然后促進(jìn)其在根系中的吸收[26]。本研究表明，較低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鉛可以促進(jìn)八仙花吸收鋅，高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鉛則抑制八仙花吸收鋅。原因是大量的金屬積累在根、莖部，破壞了八仙花根系的吸收和運(yùn)輸能力，八仙花吸收鋅的能力下降。

植物可以將重金屬固定在生物活性低的區(qū)域，以減少重金屬對植物正常生命活動的影響。在本研究中，鉛大部分聚集在八仙花的細(xì)胞壁部分，是因?yàn)榧?xì)胞壁含有大量的果膠、多糖、蛋白質(zhì)，可以與金屬離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物[27]，避免金屬進(jìn)入細(xì)胞，破壞原生質(zhì)。鋅主要聚集在細(xì)胞的可溶性部分，說明大部分鋅可以穿過細(xì)胞壁，進(jìn)入細(xì)胞原生質(zhì)。鋅主要在液泡中被分離，大部分由液泡組成的細(xì)胞可溶性部分富含硫肽和有機(jī)酸[28]，它們可以通過與金屬離子絡(luò)合形成有機(jī)配位化合物，從而降低金屬離子的活性并固定化金屬離子，降低其毒性。但是在八仙花的葉片部分，鋅主要積累在細(xì)胞器部分，這是八仙花在鋅脅迫處理時，光合作用降低的一部分原因。在本研究中鉛鋅協(xié)同脅迫處理時，八仙花細(xì)胞壁積累的鉛減少，細(xì)胞可溶性部分的鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，原因是細(xì)胞壁上重金屬的結(jié)合位點(diǎn)達(dá)到飽和，八仙花為了維持正常的生長，將細(xì)胞內(nèi)的重金屬轉(zhuǎn)移并區(qū)隔化到液泡中。此外，鉛鋅協(xié)同脅迫處理時，八仙花各部位細(xì)胞器部分的重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)都有不同程度地減少，這也是兩種金屬協(xié)同脅迫會減輕單一金屬毒害的機(jī)制之一。

4 結(jié)論

隨著金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，在形態(tài)上，八仙花的根系逐漸縮短，以減少重金屬接觸；在生理上，八仙花細(xì)胞的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)增加以維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)，抗氧化酶活性增強(qiáng)以清除多余的活性氧，其中以過氧化物酶作用最為顯著、類胡蘿卜素質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加以保護(hù)光合系統(tǒng)；在重金屬積累上，八仙花將重金屬大量積累在根部，避免向地上部位轉(zhuǎn)移，在細(xì)胞內(nèi)將重金屬積累在活性低的區(qū)域(細(xì)胞壁、細(xì)胞可溶性部分)。

鉛、鋅對八仙花的作用有明顯的不同之處：鉛對八仙花的根系傷害大，鋅對八仙花抗氧化酶系統(tǒng)、光合系統(tǒng)傷害大；鉛主要積累在八仙花細(xì)胞的細(xì)胞壁部分，鋅主要積累在細(xì)胞可溶性部分。

鉛鋅協(xié)同脅迫處理，增加了八仙花對鉛、鋅的吸收，卻減輕了鉛、鋅對植物的毒害作用，即這兩種金屬在八仙花體內(nèi)，具有吸收量上的相互促進(jìn)、毒害作用上的相互減弱。

綜合看，八仙花在鉛鋅脅迫時，表現(xiàn)出明顯的“低促高抑”現(xiàn)象、一系列生理抵抗行為，表明八仙花對單一和復(fù)合的鉛鋅污染有一定抗性，具有植物穩(wěn)定的潛力。