重金屬鎘、鉛脅迫對不同品種茭白生長的影響

黃凱豐 楊凱 江解增

（1.揚州大學水生蔬菜研究室，江蘇揚州，225009；2.貴州師范大學生命科學學院植物遺傳育種研究所）

重金屬鎘、鉛脅迫對不同品種茭白生長的影響

黃凱豐1,2楊凱1江解增1

（1.揚州大學水生蔬菜研究室，江蘇揚州，225009；2.貴州師范大學生命科學學院植物遺傳育種研究所）

以茭白的單季茭品種蔣墅茭和雙季茭品種葑紅早為試材，在葦末基質和土壤2種栽培方式下添加不同濃度的Cd2+，Pb2+脅迫處理，測定了茭白生長過程中株高、葉面積、分蘗等形態指標的變化。研究結果表明，低濃度Cd2+，Pb2+脅迫能促進兩茭白品種株高、葉面積的增加，但均隨Cd2+，Pb2+處理濃度的進一步增加而下降；茭白的分蘗數表現為隨Cd2+，Pb2+處理濃度的增加而呈持續下降的變化趨勢。不同栽培介質間以葦末基質栽培處理時茭白的株高、葉面積、分蘗數同比高于土壤栽培。品種間以葑紅早的株高、葉面積同比高于蔣墅茭，而分蘗數則低于蔣墅茭。

茭白 鎘 鉛 生長 栽培介質

鎘是為害極大的環境污染物[1～2]。據研究報道，鎘脅迫對水稻分蘗的發生，株高、葉面積等都有一定程度的影響，影響程度因品種不同而有很大差異[3]。鎘對水稻毒害的常見癥狀是秧苗生活力弱，生長緩慢，生物量減少，產量下降，根受害，葉片黃化，葉緣及葉脈變成褐色等[4～5]。鉛也是一種重要的環境污染物，其進入土壤后，會產生明顯的生物效應，可導致植物特別是其根部中毒、植株枯萎死亡等。劉建國研究發現：高濃度的鉛對水稻生長發育有害，水稻不同品種間的生長發育對鉛脅迫的反應存在很大差異[3]。

茭白（Zizania latifoliaTurcz.）是我國的一種特色水生蔬菜，大都在主要水系周邊區域種植，且其生長發育過程中需要大量的灌溉用水，因此受隨水系擴散的重金屬污染的可能性要高于其他種類的農作物。國內外目前關于重金屬離子對植物的傷害規律及植物對重金屬離子的耐性機制已有大量的研究報道，而關于茭白在這方面的研究則極少。因此本試驗采用葦末基質和土壤兩種栽培介質栽培下，進行不同濃度的Cd2+，Pb2+脅迫處理，對不同品種茭白生長過程中部分形態指標進行了比較研究，以探討茭白品種間對Cd2+，Pb2+的耐性差異，同時也為Cd2+，Pb2+對茭白植株的脅迫傷害機理提供一些科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為江蘇省茭白代表性品種：蔣墅茭（單季茭，長勢較弱）、葑紅早（雙季茭，長勢較強）。

1.2 種植管理

2005年4月12日，以鎮江造紙廠生產的蔬菜專用 “葦末基質”（Cd2+含量 3.50 mg/kg；Pb2+含量39.00 μg/kg，pH值7.87）[6]，以及取自揚州大學水生蔬菜試驗田的土壤 （Cd2+含量0.16 mg/kg；Pb2+含量0.17 mg/kg，pH值7.54）為栽培介質，均按20 cm的厚度鋪設到試驗水池，每個水池長1.5 m、寬1 m、深0.5 m，灌水至30 cm，并在試驗過程中通過不斷灌自來水以保持該水位。5月10日，將蔣墅茭和葑紅早的小墩定植于水泥池中，每小墩有5株基本苗，每個池子中均栽2個品種，品種間用濾網隔開。

1.3 試驗處理

待茭白植株返青成活、長出新葉后，于5月28日，按栽培基質、土壤和水的總體積為準，設置Cd2+濃度分別為25，50，100，200 mg/kg；Pb2+濃度分別為250，500，1 000，2 000 mg/kg，向池中均勻投放高濃度的CdCl2·2.5 H2O或Pb（NO3）2母液，攪拌均勻，以不施重金屬離子的池子為空白對照，3次重復。分別于茭白的返青、分蘗期按225 kg/hm2用量施入尿素。保持水池中的水位，水池上方2.5～3.5 m覆蓋塑料薄膜，以防止降雨。

表1 葦末基質栽培時Cd2＋,Pb2＋脅迫對茭白株高的影響 cm

表2 土壤栽培時Cd2＋,Pb2＋脅迫對茭白株高的影響 cm

1.4 試驗方法

株高測定：于分蘗初期（7月15日）、分蘗末期（8月 6日）、孕茭期（9月 10日）、結茭期（10月 1日），每處理3株，每株隨機選6個單莖，測量株高。葉面積測定：于分蘗期（7月 25日）、孕茭期（9月10日）每處理3株，每株隨機選6片葉子，測量倒三葉葉面積（長×寬×0.78）。莖蘗動態：分蘗末期數各濃度處理下茭白的莖蘗數。

2 結果與分析

2.1 不同濃度鎘、鉛脅迫對茭白不同時期株高的影響

由表1，2可以看出，不論是葦末基質栽培還是土壤栽培，較低濃度的Cd2＋，Pb2＋脅迫對茭白4個生育期的株高基本無抑制作用，相反存在少許促進作用，當Cd2＋，Pb2＋處理濃度分別為50，500 mg/kg時，茭白兩品種的株高達最大，但均隨Cd2＋，Pb2＋處理濃度的進一步增加而下降，說明較低濃度的Cd2＋，Pb2＋脅迫能在一定程度上促進茭白的生長，而高濃度的Cd2＋，Pb2＋脅迫則抑制茭白的生長。不同栽培介質處理間以葦末基質處理時茭白兩品種的株高同比大于土壤栽培處理。品種間以葑紅早的株高同比高于蔣墅茭。由表1還可以看出，茭白兩品種株高的變化趨勢在分蘗初期 （7月15日），分蘗末期 （8月6日），孕茭期（9月10日）和結茭期（10月1日）相似，說明Cd2＋，Pb2＋脅迫對茭白生長發育的影響貫穿整個生育期。品種間以葑紅早的株高同比高于蔣墅茭。

2.2 不同濃度鎘、鉛脅迫對茭白不同生長時期葉面積的影響

由表3可以看出，低濃度的Cd2＋脅迫能促進蔣墅茭和葑紅早倒三葉葉面積的增加，當Cd2＋脅迫濃度達到25 mg/kg時，茭白兩品種倒三葉的葉面積達最大，其后隨Cd2+脅迫濃度的進一步增加而下降，高濃度脅迫時下降的幅度更為明顯；Pb2+脅迫時茭白兩品種的葉面積則表現為隨Pb2+脅迫濃度的增加而持續下降。不同栽培介質間以葦末基質處理時茭白倒三葉的葉面積同比大于土壤栽培。不同生育期之間茭白兩品種葉面積的變化趨勢相似，均以孕茭期大于分蘗末期。品種間則以葑紅早的葉面積總體大于蔣墅茭，這可能與茭白品種間差異有關。

表3 Cd2+，Pb2+脅迫對茭白葉面積的影響 cm2

表4 Cd2+，Pb2+脅迫對茭白分蘗數的影響 個

2.3 不同濃度鎘、鉛脅迫對茭白分蘗數的影響

由表4可以看出，低濃度的Cd2+，Pb2+脅迫對茭白分蘗數的生成略有促進作用。當Cd2+，Pb2+脅迫濃度分別達 50，500 mg/kg以后，兩品種茭白的分蘗數隨Cd2+，Pb2+處理濃度的進一步增加而下降，說明高濃度的Cd2+，Pb2+脅迫能抑制茭白分蘗的產生。不同栽培介質處理間以葦末基質栽培時茭白的分蘗數總體大于土壤栽培。品種間以蔣墅茭同比大于葑紅早。

3 小結與討論

重金屬脅迫是一種氧化脅迫，影響著植物的生長發育[7]。楊金鳳等研究發現低濃度Cd2+，Pb2+脅迫能促進株高的增加，Cd2+，Pb2+對油菜的生長起促進作用；隨Cd2+，Pb2+處理濃度達到一定程度后，植株的生長明顯受到抑制，株高降低[8]。丁海東的研究發現，番茄幼苗株高和葉面積隨鎘脅迫濃度的增大而明顯下降[9]。Jalil等曾報道過低濃度Cd2+可促進硬粒小麥的生長，較高濃度下，小麥生長和分蘗受抑制，受抑制的程度因品種而異[10]，本試驗與其結果相似。

楊錦忠[11]、楊居榮等[12]通過植物對重金屬耐性機理的研究發現，低濃度重金屬離子脅迫在初期能促進部分植物生長，但后期生長變慢，而高濃度則始終起抑制作用。從本試驗的結果可以看出，不論是茭白分蘗前期的株高，還是分蘗末期的分蘗數等指標，均表現出低濃度促進生長，高濃度抑制生長，且在不同的栽培介質中、不同品種間的試驗結果相似，說明茭白對Cd2+，Pb2+脅迫的耐性較強，其原理有待進一步研究。

從本試驗的結果還可以看出，葦末基質栽培時兩茭白品種的株高、分蘗數、葉面積同比均大于土壤栽培，這可能是由于葦末基質的主要成分是生物有機質，含有大量的活性基團，能與植物生長環境中的重金屬離子發生絡合或螯合，形成有機-金屬配合物[13]，可以固定束縛重金屬離子，阻礙植物對其的吸收；同時也使重金屬對植物的作用降低[14]，從而降低了對茭白的毒性，這可能是導致茭白植株在葦末基質栽培處理時受Cd2+，Pb2+脅迫傷害小于土壤栽培的原因之一，但尚需開展進一步的研究來證實。

[1]Alexander P D,Alloway B J,Dourado A M.Genotypic variations in the accumulation of Cd,Cu,Pb and Zn exhibited by six commonly grown vegetables[J].Environmental Pollution,2006,3(144):736-745.

[2]Doyurum S,Celik A.Pb(II)and Cd(II)removal from aqueous solutions by olive cake[J].Journal of Hazardous Materials,2006,1(138):22-28.

[3]劉建國.水稻品種對土壤重金屬鎘鉛吸收分配的差異及其機理 [D].揚州：揚州大學，2004.

[4]王凱榮.Cd對不同基因型水稻生長毒害影響的比較研究[J].農村生態環境，1996，12（3）：18-23.

[5]Athar R,Ahmad M.Heavy metal toxicity:effect of plant growth and metal uptake by wheat,and on free living Azotobacter[J].Water,Air and Soil pollution,2002,138:165-180.

[6]程斐，孫朝輝，趙玉國，等.蘆葦末有機栽培基質的基本理化性能分析[J].南京農業大學學報，2001，24（3）：19-22.

[7]布坎南，格魯依森姆，瓊斯.植物生物化學與分子生物學[M].北京：科學出版社，2003：976-983.

[8]楊金鳳，卜玉山，郭小燕，等.土壤外源鎘、鉛污染對油菜生長的影響研究[J].陜西農業科學，2005（3）：26-28.

[9]丁海東，萬延慧.重金屬（Cd2+，Zn2+）脅迫對番茄幼苗抗氧化酶系統的影響 [J].上海農業學報，2004，20（4）：79-82.

[10]Jalil A,Selles F,Clarke J M.Effect of cadmium on growth and the uptake of cadmium and other elements by durum wheat[J].Plant Nutr J，1994,17:1 839-1 895.

[11]楊錦忠.玉米的重金屬脅迫及其抗性[J].玉米科學，2000，8（3）：62-66.

[12]楊居榮，黃翌.植物對重金屬的耐性機理[J].生態學雜志，1994，13（6）：20-26.

[13]李廷強，楊肖娥.土壤中水溶性有機質及其對重金屬化學與生物行為的影響 [J].應用生態學報，2004，15（6）：1 083-1 087.

[14]李波，青長樂，周正賓，等.肥料中氮磷和有機質對土壤重金屬行為的影響及在土壤治污中的應用 [J].農業環境保護，2000，19（6）：375-377.

Effect of Cadmium and Lead on the Growth of Different Cultivars of Zizania latifolia

HUANG Kaifeng1,2,YANG Kai1,JIANG Jiezeng1
(1.Institute of Aquatic Vegetable Research,Yangzhou University,Yangzhou,Jiangsu 225009; 2.Institute of Plant Genetics and Breeding,School of Life Sciences,Guizhou Normal University)

Changes of plant height,leaf area and tiller number ofZizania latifoliawere studied with single-harvested cultivar Jiangshujiao and double-harvested cultivar Fenghongzao which cultured in reed residue substrate and in soil treated with different Cd2+and Pb2+concentrations.The results showed that,the plant height and leaf area increased under lower concentration of Cd2+and Pb2+,but significantly decreased under higher concentration of Cd2+and Pb2+,while tiller number descended with increased concentration of Cd2+and Pb2+.The plant height,leaf area,tiller number in reed residue substrate were higher than those in soil.The plant height and leaf area of Fenghongzao were higher than those of Jiangshu, but tiller number was lower.

Zizania latifolia;Cadmium;Lead;Growth;Cultivation substrate

10.3865/j.issn.1001-3547.2009.12.010

圖版說明：Na2SeO3處理對甜瓜種子萌發的影響（處理8d）

國土資源部與江蘇省政府合作項目[(2003)019-O1]，江蘇省農業三項工程項目[sx(2005)089]

黃凱豐（1979-），男，博士，研究方向為污染生態，電話：0851-6780646，13608585660。E-mail：hkf1979@163.com

江解增，通信作者

2009-04-09