銅脅迫對3種草本植物生長和重金屬積累的影響

王小玲，高 柱，黃益宗，劉騰云，余發新

1. 江西省科學院生物資源研究所 江西省重金屬污染生態修復工程技術研究中心，南昌 3300962. 江西省鄱陽湖重點實驗室，南昌 3300963. 農業部環境保護科研監測所， 天津 300191

銅脅迫對3種草本植物生長和重金屬積累的影響

王小玲1，2，高 柱1，2，黃益宗3，劉騰云1，2，余發新1，*

1. 江西省科學院生物資源研究所 江西省重金屬污染生態修復工程技術研究中心，南昌 3300962. 江西省鄱陽湖重點實驗室，南昌 3300963. 農業部環境保護科研監測所， 天津 300191

采用盆栽試驗，研究了不同濃度Cu脅迫對3種草本植物彎葉畫眉草、象草和蘇丹草生物量、根系耐性指數、Cu積累量、富集系數、轉運系數的影響。結果表明，彎葉畫眉草和象草生長隨著Cu脅迫濃度的升高呈現“上升-下降”趨勢，脅迫濃度低于100 mg·kg-1時促進生長；蘇丹草生長隨著Cu脅迫濃度的增加而下降；彎葉畫眉草、象草和蘇丹草的Cu耐性指數分別是130.63、149.15和75.81。3種植物對重金屬Cu均以根系積累為主，積累量隨著Cu處理濃度的增加顯著升高；對Cu的吸收和富集能力為象草>蘇丹草>彎葉畫眉草，Cu從根系轉運到地上部的能力為彎葉畫眉草>象草>蘇丹草，轉運系數均小于1。可見，象草耐性較強，可用于Cu污染土壤植物修復；彎葉畫眉草轉運能力較強，可用于Cu污染土壤生物凈化。

銅；草本植物；生長特性；耐性；轉運能力

銅(Cu)既是環境污染的重金屬元素，也是植物生長發育的必須微量營養元素之一。銅礦的工業廢水、粉塵、堆積的尾礦，通過沉降、雨淋、水洗等方式造成周邊土壤受重金屬Cu污染嚴重。江西省已被列為全國14個重金屬污染防控重點省份之一，如德興銅礦區土壤中Cu平均含量是正常值的10倍以上，其周邊農田土壤Cu平均含量是江西土壤元素背景值的9.63倍[1]。目前，重金屬污染土壤的修復技術主要有淋洗、焚燒、填埋、電動修復等，這些技術治理費用較高[2]，而植物修復技術因治理費用低廉、無二次污染及環境友好和可持續發展等優點成為研究的焦點[3]。

彎葉畫眉草(Eragrostiscurvula)[4]、象草(PennisetumpurpureumSchum.)[5]和蘇丹草(Sorghumsudanense)是適應江西省氣候條件的3種禾本科草本植物，也是具有廣泛生態可塑性的良好水土保持植物。目前，3種植物在鹽堿環境條件下的栽培技術、抗性品種選育及抗性機理方面的研究較為深入[6]，而在重金屬污染生態環境條件下的研究開展較少。有研究發現彎葉畫眉草幼苗能忍耐較低濃度的Cd脅迫，可作為Cd污染地區植被恢復的草種[7]，且在南方稀土尾砂基質上生長力、耐旱性和耐瘠性較好[8]。象草種子萌發和幼苗生長可耐受80 mg·L-1Cu2+處理[9]，在Cu污染土壤的修復中具有一定的應用前景。蘇丹草對重金屬Cu具有一定的累積性，Cu脅迫濃度低于10 mg·L-1時，可促進蘇丹草種子萌發和幼苗生長[10]；相同Cu濃度脅迫下，蘇丹草對Cu的累積能力較茼蒿弱。本研究在Cu脅迫對草本植物種子萌發和幼苗生長影響的基礎上[9-10]，進一步通過室內盆栽試驗，探討彎葉畫眉草、象草和蘇丹草體內Cu吸收、積累和轉運規律，以及Cu脅迫下植物根系的耐受性等，以期為Cu礦區污染土壤修復進行植物篩選，保護Cu礦區生態環境提供科學依據。

1 材料與方法(Materials and methods)

1.1 供試土壤

盆栽用土采自江西省植物遺傳育種改良基地中的紅壤土，將采回的土壤混合均勻作為供試土壤。在供試土壤中隨機取多個點的土壤混合，經風干、壓碎、過篩后測定其理化性質(表1)，其中土壤有機質、全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷、速效鉀的測定方法分別為重鉻酸鉀容量法、半微量開氏法、硫酸-高氯酸消煮法、NaOH熔融-火焰光度計法、堿解擴散法、碳酸氫鈉法和醋酸銨-火焰光度計法。實驗處理試劑為分析純CuSO4·5H2O，濃度以Cu2+計。

表1 供試土壤的基本理化性狀Table 1 Basic properties of the test soil

1.2 供試植物

供試材料為禾本科彎葉畫眉草，象草和蘇丹草種子(千粒重分別為：0.3543 g，10.2073 g和11.9008 g)，購于浙江虹越花卉有限公司。隨機挑選出飽滿一致的3種草本植物種子各200粒，先用自來水沖洗干凈，再用蒸餾水浸泡2 h，然后用0.5%的高錳酸鉀溶液表面消毒15 min后，于人工智能氣候箱中進行發芽試驗，發芽條件為：溫度28±2 ℃、光照12 h·d-1、光照強度10 000 Lx。分別統計發芽勢和發芽率。發芽試驗后挑選飽滿種子，于2013-03-05進行穴盤育苗，基質配比為泥炭土:河沙:菜園土=1:1:1.5。

1.3 實驗處理

彎葉畫眉草、象草和蘇丹草各設置6個處理：對照(CK)，50 mg·kg-1、100 mg·kg-1、200 mg·kg-1、400 mg·kg-1和500 mg·kg-1CuSO4·5H2O處理，每個處理24盆，3次重復。實驗用盆為直徑26 cm、高21 cm的塑料盆，每盆裝土5.0 kg，每盆種植3株同種草本植物。實驗前每盆分別添加2.0 g尿素、1.5 g硫酸鉀和1.5 g磷酸二氫鉀作為基肥供其生長。盆栽土經不同濃度的CuSO4·5H2O處理平衡15 d后，即2013-03-25再將3種草本植物苗子移栽至以上各盆中，3種植物在溫室同一條件下，統一水肥管理。

1.4 樣品采集

2013-07-13，即植物生長110 d后進行收獲，收獲時將植物樣品分為地上部和根系，分別測量其長度和鮮重。先用自來水充分沖洗除去粘附在植物樣品上的泥土和污物，再用蒸餾水沖洗2～3遍，最后用去離子水浸洗1遍，濾去水分，分別裝入牛皮袋中于105 ℃烘箱中殺青30 min，在85 ℃下烘干至恒重，稱取植物地上部和根系干重；然后將植物地上部和根系磨碎過100目尼龍篩。

1.5 樣品測定

植物樣品用優級純濃硝酸在微波消解儀內進行消解[11]。具體為：稱取0.25 g地上部和根系樣品放入消解管，加入5 mL優級純濃硝酸，放入微波消解儀(Mars 5，CEM Corporation，USA)中，在程序“50°，5 min；75°，5 min; 90°, 30 min”下進行消解，同時加入標準物質(GBW 10016)對整個消化過程進行質量控制。樣品經消解后用超純水定容至50 mL，用0.45 μm濾膜過濾，收集濾液，用ICP-MS 進行測定。Cu的回收率為113.2%。

1.6 數據處理

根系耐性指數(root tolerance index，%)=各處理組根系平均長度/對照組根系平均長度×100[12]

根系對重金屬的滯留率(root retention rate on heavy metal，%)=(根系中重金屬含量-地上部重金屬含量)/根系中重金屬含量×100

轉運系數(translocation factor)=植物地上部分重金屬含量/根系重金屬含量

富集系數(accumulator factor)=植物地上或根系重金屬含量/土壤中重金屬含量

采用Microsoft Excel 2003和SPSS16.0統計分析軟件進行試驗數據的處理及相關方差分析(ANOVA)。

2 結果與分析(Results and analysis)

2.1 不同Cu濃度對3種草本植物生長的影響

表2顯示，隨著Cu脅迫濃度的升高，彎葉畫眉草和象草生長指標的變化規律為：先上升，后下降；蘇丹草生長指標的變化規律為：逐漸下降。彎葉畫眉草在Cu濃度為50～400 mg·kg-1時，全部生長指標大于對照；在Cu濃度為50 mg·kg-1時，根鮮重和根干重達到最大值，分別是對照的2.33倍和2.0倍；在Cu濃度為100 mg·kg-1時，地上部分長度、根長、地上部分鮮重和干重達到最大值，分別是對照的1.69倍、1.90倍、1.65倍和3.15倍。試驗范圍內Cu處理后，象草全部生長指標大于對照；在Cu濃度為50 mg·kg-1時，象草地下部分指標(根長、鮮重和干重)達到最大值，分別是對照的1.99倍、7.83倍、8.73倍；在Cu濃度為400 mg·kg-1時，象草地上部分指標(長度、鮮重和干重)達到最大值，分別是對照的2.22倍、3.14倍、5.34倍。蘇丹草全部生長指標均隨著Cu處理濃度的上升而下降。

對3種植物在不同Cu處理濃度下的生長指標進行多重比較發現(表2)：彎葉畫眉草在Cu濃度為50 mg·kg-1時，根鮮重和根干重顯著大于其它處理；在Cu濃度為100 mg·kg-1時，地上部分長度顯著大于其它處理；在Cu濃度為50 mg·kg-1和100 mg·kg-1時，兩處理間根長、地上部分鮮重和地上部分干重差異不明顯，但顯著大于其它處理。象草地上部分指標(長度、鮮重和干重)在Cu濃度為400 mg·kg-1時顯著大于其它處理；地下部分指標(根長、鮮重和干重)在Cu濃度為50 mg·kg-1時顯著大于其它處理。蘇丹草對照各生長指標顯著大于不同濃度Cu處理，其中在Cu濃度為50～200 mg·kg-1時，根長、地上部分鮮重、地上部分干重、根鮮重和根干重差異不顯著。

表2 Cu脅迫下3種草本植物生長指標變化Table 2 Growth indexes of three kinds of herbaceous plants on Cu stress

注：同列不同小寫字母表示各處理間在0.05水平差異顯著，大寫字母表示各處理間在0.01水平差異顯著，下同。

Note：Different lower case and capital letters within the same column mean significant difference among different treatments at 0.05 and 0.01 levels, respectively, same as follows.

分別計算3種植物在Cu脅迫下的耐性指數發現：隨著Cu濃度升高，彎葉畫眉草和象草的耐性指數均先上升后下降；彎葉畫眉草的耐性指數在Cu濃度為100 mg·kg-1時達到峰值，且在Cu濃度低于400 mg·kg-1時，其耐性指數均大于100；象草的耐性指數在Cu濃度為50 mg·kg-1時達到峰值，且在Cu濃度低于500 mg·kg-1時，其耐性指數均大于100。蘇丹草的耐性指數則隨著Cu濃度的上升而不斷下降，相關系數為-0.9172(p=0.01)，呈顯著負相關。彎葉畫眉草、象草、蘇丹草的平均耐性指數分別為130.63、149.15、75.81。可見，3種草本植物的耐性順序為象草>彎葉畫眉草>蘇丹草。

2.2 Cu在3種草本植物體內的分布累積特性

隨著Cu濃度的上升，3種植物地上部分和根系的Cu累積濃度均明顯升高(表3)。3種植物地上部分Cu的累積濃度為彎葉畫眉草>象草>蘇丹草。彎葉畫眉草、象草和蘇丹草，在最高脅迫濃度500 mg·kg-1時，其地上部分Cu累積濃度分別高達249.01 mg·kg-1、189.92 mg·kg-1和114.78 mg·kg-1；除了蘇丹草在50 mg·kg-1下地上部分Cu積累濃度與其對照相比差異不顯著外，其它處理和彎葉畫眉草與象草的全部處理地上部分Cu積累濃度均顯著高于其對照。在最高脅迫濃度500 mg·kg-1時，其根系Cu累積濃度分別高達581.87 mg·kg-1、723.99 mg·kg-1和1 029.59 mg·kg-1；其中根系對重金屬Cu的平均滯留率分別為43.96%、62.70%和68.39%。Cu處理后3種植物根系積累的Cu濃度顯著高于其對照組，且同種植物不同Cu處理之間差異也達到顯著水平。

2.3 3種草本植物對重金屬Cu的富集系數及轉運系數

富集系數和轉運系數是評價植物對重金屬富集特征的兩個重要指標[13-14]。從圖1可以看出，3種植物地上部分與根系的富集系數隨著Cu處理濃度的增加而減少，主要是因為重金屬元素對細胞的傷害作用降低了根系對重金屬的吸收能力，進而影響了重金屬從根部吸收后向莖葉的轉移能力。3種植物地上部分對重金屬Cu的富集能力是彎葉畫眉草>象草>蘇丹草，且都小于1；而根系富集系數與地上部分富集系數不能完全對應，其中象草根系富集系數最大(2.20)，蘇丹草次之(1.93)，彎葉畫眉草最小(1.43)。說明3種植物根系對重金屬Cu有較強的吸收能力，其中象草富集能力最強，彎葉畫眉草最弱。

轉運系數則反映植物將重金屬從地下向地上的運輸和分配能力[15]。彎葉畫眉草、象草和蘇丹草轉運系數的平均值分別為：0.56、0.37和0.32。彎葉畫眉草的轉運系數在處理濃度為50 mg·kg-1時最高，比對照中的0.69增加了10.14%；在處理濃度中等或較高時(100～500 mg·kg-1)，隨著處理濃度的增加，彎葉畫眉草對Cu的轉運系數逐漸降低。象草和蘇丹草的轉運系數隨著處理濃度的增加明顯下降。在最高處理濃度為500 mg·kg-1時，彎葉畫眉草、象草和蘇丹草的轉運系數分別由對照中的0.69、0.73、0.64下降到0.43、0.26、0.11，下降的比率為蘇丹草>象草>彎葉畫眉草。由此表明，處理濃度低于50 mg·kg-1時，可促進Cu元素在彎葉畫眉草植株內由下往上轉移；在較高濃度下彎葉畫眉草轉運系數仍保持在較高的水平，體內可能存在較好的運輸和解毒機制，將吸收的較多重金屬離子運輸到地上部位，降低重金屬Cu對彎葉畫眉草根系的脅迫，保障其正常的生理習性。象草和蘇丹草這方面的自我調節能力則相對較弱。

表3 Cu脅迫下3種草本植物體內的重金屬積累和分布Table 3 Cu concentration and distributing in three kinds of herbaceous plants on Cu stress

圖1 不同水平Cu處理對3種草本植物富集系數和轉運系數的影響Fig. 1 Effect of Cu concentration on accumulator factor and translation factor of three kinds of herbaceous plants注：同列不同小寫字母表示各處理間在0.05水平差異顯著。Note: Different lower case within the same column means significant difference among different treatments at 0.05 levels.

3 討論(Discussion)

重金屬Cu是植物必需的微量元素，對植物的生長發育起著十分重要的作用。但是，當土壤中重金屬含量超過某一臨界值時，就會影響植物根尖細胞有絲分裂，造成細胞分裂速度減慢，并通過改變植物的生理生化過程而影響其生長發育[16-17]，很多學者表明重金屬Cu對植物的生長產生一定的抑制作用[18]。本實驗中，低濃度Cu(0～100 mg·kg-1)處理促進了彎葉畫眉草和象草的生長，高濃度Cu(100～500 mg·kg-1)處理則抑制其生長；不同濃度Cu處理顯著抑制了蘇丹草生長。耐性指數能較好的反映不同種類的植物對重金屬的耐受程度[19-20]。李影和王友保[21]研究表明，節節草(Equisetumramosissimum)、蜈蚣草(Pterisvittata)、大葉井口邊草(Pterismultifida)和金星蕨高(Parathelypterisglanduligera)根系對Cu的耐性指數分別為：123.53、69.10、49.29和62.40，明顯低于本試驗參試的3種禾本科草本植物。可見，本研究選取的彎葉畫眉草、象草和蘇丹草對重金屬Cu有較強的耐性，具有修復Cu尾礦的潛在能力，這與張宏等[22]和彭曉春等[23]研究認為：草本植物尤其是禾本科植物在修復銅尾礦基質時表現出較強的適應性和耐性，如矛葉藎草(Arthraxonprionodes)對銅的富集量最大，耐性表現最突出，是較為理想的銅尾礦基質的修復物種的結論相似。而土壤中重金屬Cu濃度促進本研究的3種植物生長的臨界值以及如何提高3種植物對重金屬Cu的抗性，有待進一步研究。

重金屬累積能力的大小是修復物種選擇的一個重要標志。超積累植物蓖麻(Ricinuscommunis)體內Cu含量隨著Cu礦廢棄地土壤含量的增高而增高，葉、莖和根的平均Cu含量分別為550.9 mg·kg-1、394.4 mg·kg-1和2 346.2 mg·kg-1[24]；海州香薷(Elsholtziasplendens)在超過75 μmol·L-1Cu液水培條件下，根中Cu含量達到10 000 mg·kg-1以上，地上部Cu含量最高達1 411 mg·kg-1[25]；紫鴨拓草(Setcreaseapurpurea)在1 000 μmol·L-1Cu液中培養，地上部和根中Cu濃度分別高達1 105 mg·kg-1和1 210 mg·kg-1。而一般植物體內Cu含量水平僅為5～20 mg·kg-1[26]，所以Brooks等認為，植物體內Cu含量達500 mg·kg-1即可稱為Cu的超積累植物[27]。如在Cu濃度為200 mg·kg-1時，紫花苜蓿(Alfalfa,Medicagosativa)的根部和地上部分中重金屬Cu的累積濃度分別為318.78 mg·kg-1和22.36 mg·kg-1[28]；荻(Miscanthussacchariflorus(Maxim.) Benth.)根部和地上部分中重金屬Cu的累積濃度分別為196.75 mg·kg-1和27.27 mg·kg-1[29]；孔雀草(Tagetespatula)與百日草(Zinniaelegans)根部和地上部分中重金屬Cu的累積濃度分別為919.74 mg·kg-1、175.23 mg·kg-1和37.95 mg·kg-1、10.44 mg·kg-1。本研究中，Cu處理濃度為200 mg·kg-1時，彎葉畫眉草、象草和蘇丹草根部中重金屬Cu的累積濃度分別是279.97 mg·kg-1、344.68 mg·kg-1、357.10 mg·kg-1，地上部中重金屬Cu的累積濃度分別是115.47 mg·kg-1、101.82 mg·kg-1、81.98 mg·kg-1。與以上研究相比較，這說明彎葉畫眉草、象草和蘇丹草均對重金屬Cu具有較強的累積能力，根系對重金屬Cu的累積濃度大于地上部，且對Cu積累能力的大小為彎葉畫眉草>象草>蘇丹草。

Cu超積累植物是指植物葉片或地上部Cu超過1 000 mg·kg-1，且同時滿足植物地上部重金屬含量/根部重金屬含量>1的植物[30]。但大量研究表明，非超積累植物將大部分Cu積累在植物根部，減少和阻止對地上部分運輸，是植物減輕對地上部分各器官的毒害作用，增強植物耐性的重要機制之一[31]。本研究中，彎葉畫眉草、象草和蘇丹草的轉運系數均小于1，3種植物根系富集系數分別是地上部富集系數的1.74倍、3.14倍、3.86倍，這說明3種植物均不屬于Cu超積累植物，其體內的重金屬Cu主要富集在根部，有利于減弱Cu對3種植物地上部分組織的毒害作用，提高其對Cu的耐性，支持了以上研究觀點。

致謝：感謝中國科學院生態環境研究中心王菲和李季同學的幫助。

[1] 黃長干, 張莉, 余麗萍, 等. 德興銅礦銅污染狀況調查及植物修復研究[J]. 江西農業大學學報, 2004, 26(4): 629-632

Huang C G, Zhang L, Yu L P, et al. A study on pollution of environment by copper and its phytoremediation in Dexing copper mine [J]. Acta Agriculturae Universitatis Jiangxiensis, 2004, 26(4): 629-632 (in Chinese)

[2] Pulford I D, Watson C. Phytoremediation of heavy metal contaminated land by tress-A review [J]. Environment International, 2003, 29(4): 529-540

[3] Yang X E, Feng Y, He Z L, et al. Molecular mechanisms of heavy metal hyperaccumulation and phytoremediation [J]. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology, 2005, 18(4): 339-353

[4] 稅軍峰, 張玉琳, 馬永清. 白三葉對黑麥草、彎葉畫眉草的化感作用初探[J]. 草業科學, 2007, 24(1): 48-51

Shui J F, Zhang Y L, Ma Y Q. A preliminary study on allelopathy in trifolium repens onLoliumperenneandEragrostiscurvula[J]. Pratacultural Science, 2007, 24(1): 48-51 (in Chinese)

[5] Gunaseelan V N. Regression models of ultimate methane yields of fruits and vegetable solid wastes, sorghum and napiergrass on chemical composition [J]. Bioresource Technology, 2007, 98(6): 1270-1277

[6] 劉智微, 鐘小仙, 沈益新. 海鹽脅迫對蘇牧2號象草抗氧化酶活性和MDA含量的影響[J]. 中國草地學報, 2011, 33(1): 24-29

Liu Z W, Zhong X X, Shen Y X. Influence of sea-salt stress on antioxidative enzyme activity and MDA content ofPennisetumpurpureumSchumach cv. Sumu No. 2 [J]. Chinese Journal of Grassland, 2011, 33(1): 24-29 (in Chinese)

[7] 萬開軍, 武高林, 史曉霞, 等. 草坪草對于干旱脅迫的反應與調節研究進展[J]. 草業科學, 2006, 23 (8): 97-102

Wan K J, Wu G L, Shi X X, et al. Advances in the research of the responses and adjustment of turf-grass to drought stress [J]. Pratacultural Science, 2006, 23 (8): 97-102 (in Chinese)

[8] 曹學章, 李小青, 池明茹, 等. 4種草用于南方稀土尾砂地種植的適應性之比較[J]. 江西農業大學學報, 2012, 34(3): 603-608

Cao X Z, Li X Q, Chi M R, et al. Comparison of planting suitability of four herbaceous plants on rare earth tailings in south China [J]. Acta Agriculturae Universitatis Jiangxiensis, 2012, 34(3): 603-608 (in Chinese)

[9] 王小玲, 劉騰云, 高柱, 等. Cu2+脅迫對象草種子萌發及幼苗生長的抑制[J]. 草業科學, 2013, 30(6): 868-873

Wang X L, Liu T Y, Gao Z, et al. Inhibitory effects of Cu2+stress on seed germination and seedlings growth ofPennisetumpurpureum[J]. Pratacultural Science, 2013, 30(6): 868-873 (in Chinese)

[10] 高柱, 王小玲, 劉騰云, 等. 重金屬Cu污染對蘇丹草種子發芽及幼苗生長的影響[J]. 中國農學通報, 2013, 29(25): 199-204

Gao Z, Wang X L, Liu T Y, et al. Effects of heavy metals ccopper pollution on seed germination and seeding growth ofSorghumsudanense(Piper) Stapf [J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2013, 29(25): 199-204 (in Chinese)

[11] 黃益宗, 胡瑩, 劉云霞. Cr和As復合污染對水稻幼苗吸收積累Fe, P, As和Cr的影響[J]. 中國科學：生命科學, 2010, 40(2): 175-182

Huang Y Z, Hu Y, Liu Y X. Combined effects of chromium and arsenic on rice seedlings (OryzasatlvaL.) growth in solution culture supplied with or without P fertilizer [J]. Scientia Sinica Vitae, 2010, 40(2): 175-182 (in Chinese)

[12] 燕傲蕾, 吳亭亭, 王友保, 等. 三種觀賞植物對重金屬鎘的耐性與積累特性[J]. 生態學報, 2010, 30(9): 2491-2498

Yan A L, Wu T T, Wang Y B, et al. The characteristics of cadmium tolerance and accumulation in three kinds of ornamental plants [J]. Acta Ecologica Sinica, 2010, 30(9): 2491-2498 (in Chinese)

[13] 韓露, 張小平, 劉必融, 等. 香根草對土壤中幾種重金屬離子富集能力的比較研究[J]. 生物學雜志, 2005, 22(5): 20-23

Han L, Zhang X P, Liu B R, et al. Comparison of the accumulation ability ofVetiveriaZizanioidesto several heavy metals in soil [J]. Journal of Biology, 2005, 22(5): 20-23 (in Chinese)

[14] 欒以玲, 姜志林, 吳永剛. 棲霞山礦區植物對重金屬元素富集能力的探討[J]. 南京林業大學學報(自然科學版), 2008, 32(6): 69-72

Luan Y L, Jiang Z L, Wu Y G. Study on heavy metal accumulation ability of plant in Qixia mountain [J]. Journal of Nangjing Forestry University (Natural Sciences Edition), 2008, 32(6): 69-72 (in Chinese)

[15] 劉維濤, 張銀龍, 陳喆敏, 等. 礦區綠化樹木對鎘和鋅的吸收與分布[J]. 應用生態學報, 2008, 19(4): 752-756

Liu W T, Zhang Y L, Chen Z M, et al. Cadmium and zinc absorption and distribution in various tree species in a mining area [J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2008, 19(4): 752-756 (in Chinese)

[16] Romanowska E, Wrblewska B, Drozak A, et al. Effect of Pb ions on superoxide dismutase and catalase activities in leaves of pea plants grown in high and low Irradiance [J]. Biologia Plantarum, 2008, 52: 80-86

[17] Seregin I V, Kozhevnikova A D. Physiological role of nickel and its toxic effects on higher plants [J]. Russian Journal of Plant Physiology, 2006, 53(2): 257-277

[18] 王川, 李昆偉, 魏宇昆, 等. Cu2+脅迫對丹參生長及有效成分積累的影響[J]. 植物研究, 2012, 32(1): 124-128

Wang C, Li K W, Wei Y K, et al. Effects of copper stress on seedlings growth and active ingredients ofSalviamiltiorrhiza[J]. Bulletin of Botanical Research, 2012, 32(1): 124-128 (in Chinese)

[19] Jiang Z F, Huang S Z, Han Y L. Physiological response of Cu and Cu mine tailing remediation ofPaulowniafortunei(Seem) Hemsl [J]. Ecotoxicology, 2012, 21: 759-767

[20] Huang S Z, Han Y L, Yu S L. The effect of lead and copper on the growth and physiological response of water flowerIrispseudacorusL. will possibly be printed [J]. Fresenius Environmental Bulletin, 2011, 20(9): 2246-2250

[21] 李影, 王友保. 4種蕨類草本植物對Cu的吸收和耐性研究[J]. 草業學報, 2010, 19(3): 191-197

Li Y, Wang Y B. Research on Cu uptake and tolerance of four pteridophyta plants [J]. Acta Prataculturae Scinica, 2010, 19(3): 191-197 (in Chinese)

[22] 張宏, 沈章軍, 陳政, 等. 銅尾礦區9種優勢植物體內重金屬和氮磷含量研究[J]. 生態環境學報, 2011, 20(10): 1478-1484

Zhang H, Shen Z J, Chen Z, et al. An investigation of heavy-metal, nitrogen and phosphorus concentration in nine dominant plant species in a copper mine tailings area [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2011, 20(10): 1478-1484 (in Chinese)

[23] 彭曉春, 楊兵, 董家華, 等. 長江中下游銅礦區植被組成及植物銅含量[J]. 湖北農業科學, 2012, 51(2): 250-254

Peng X C, Yang B, Dong J H, et al. Vegetation composition and plant Cu content in copper ore district along middle-lower-Yangtze river [J]. Hubei Agricultural Sciences, 2012, 51(2): 250-254 (in Chinese)

[24] 康薇, 鄭進. 超積累植物蓖麻對重金屬銅的吸收[J]. 黃石理工學院學報, 2011, 27(5): 10-13

Kang W, Zheng J. Absorpton of hyperaccumulator ricinus communis to heavy metal copper [J]. Journal of Huangshi Institute of Technology, 2011, 27(5): 10-13 (in Chinese)

[25] 施積炎, 陳英旭, 田光明, 等. 海州香薷和鴨跖草銅吸收機理[J]. 植物營養與肥料學報, 2004, 10(6): 642-646

Shi J Y, Chen Y X, Tian G M, et al. Copper uptake mechanism of elsholtzia splendens and commelina communis [J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2004, 10(6): 642-646 (in Chinese)

[26] Tang S R, Wilke B M, Huang C Y. The uptake of copper by plants dominantly growing on copper mining spoils along the Yangtze river, the People's Republic of China [J]. Plant and Soil, 1999, 209: 225-232

[27] Brooks R R, Chambers M F, Nicks L J. Phytomining [J]. Trends in Plant Science, 1998, 3(9): 359-362

[28] 王文星, 曹成有, 崔振波, 等. 紫花苜蓿對土壤中銅的富集效應及其生理響應[J]. 東北大學學報(自然科學版), 2006, 27(10): 1161-1164

Wang W X, Cao C Y, Cui Z B, et al. Copper enrichment from contaminated soil by alfalfa and its physiological response [J]. Journal of Northeastern University (Natural Science), 2006, 27(10): 1161-1164 (in Chinese)

[29] 張杰, 周守標, 黃永杰, 等. 能源植物荻對銅脅迫的耐性和積累特性[J]. 水土保持學報, 2013, 27(2): 168-172

Zhang J, Zhou S B, Huang Y J, et al. Copper tolerance and accumulation characteristics of energy plantMiscanthussacchariflorus(Maxim.) Benth [J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2013, 27(2): 168-172 (in Chinese)

[30] Liu X H, Gao Y T, Khans S. Accumulation of Pb, Cu and Zn in native plants growing on contaminated sites and their potential accumulation capacity in Heqing, Yunnan [J]. Journal of Environmental Sciences, 2008, 20: 1469-1474

[31] 張宏, 沈章軍, 陳政, 等. 銅尾礦區9種優勢植物體內重金屬和氮磷含量研究[J]. 生態環境學報, 2011, 20(10): 1478-1484

Zhang H, Shen Z J, Chen Z, et al. An investigation of heavy-metal, nitrogen and phosphorus concentration in nine dominant plant species in a copper mine tailings area [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2011, 20(10): 1478-1484 (in Chinese)

◆

EffectsofCopperStressonThreeKindsofHerbaceousPlantsGrowthandHeavyMetalAccumulation

Wang Xiaoling1,2, Gao Zhu1,2, Huang Yizong3, Liu Tengyun1,2, Yu Faxin1,﹡

1. Institute of Biological Resources, Jiangxi Academy of Sciences, Jiangxi Engineering Research Center of Eco-Remedication of Heavy Metal Pollution, Nanchang 330096, China2. Jiangxi Key Laboratory of Poyang Lake, Nanchang 330096, China3. Agro-evironmental protection Institute, Ministry of Agriculture, Tianjin 300191, China

20 March 2014accepted9 June 2014

The biomass, root tolerance index, Cu accumulation, accumulator factor and translation factor ofEragrostiscurvula,PennisetumpurpureumSchum., andSorghumsudanensewere investigated with five Cu levels. The results showed that the growth tendency was ascending-descend ofEragrostiscurvulaandPennisetumpurpureumSchum. with the increase of Cu concentration. It can promote their growth when the Cu concentration was lower than 100 mg·kg-1. But the growth ofSorghumsudanensewas decreasing with the increasing Cu concentration. The root tolerance index ofEragrostiscurvula,PennisetumpurpureumSchum., andSorghumsudanensewere 130.63, 149.15, and 75.81 respectively. Heavy metal Cu was mainly accumulated in the roots ofEragrostiscurvula,PennisetumpurpureumSchum., andSorghumsudanense. The roots accumulation increased significantly with the increasing of Cu stress concentration. Cu absorption and accumulation order wasPennisetumpurpureumSchum.>Sorghumsudanense>Eragrostiscurvula. However, Cu translocation from root to aboveground wasEragrostiscurvula>PennisetumpurpureumSchum.>Sorghumsudanense. All translation factors of three kinds of herbaceous plants were less than 1. Therefore,PennisetumpurpureumSchum. can be used as recovery of Cu contaminated soil because of the high tolerance.Eragrostiscurvulacan be used to biological purification of Cu contaminated soil because of the high translation.

Cu; herbaceous plants; growth characteristics; tolerance; translocation ability

2014-03-20錄用日期：2014-06-09

1673-5897(2014)4-699-08

： X171.5

： A

余發新(1968-)，男，遺傳育種博士，研究員，主要研究方向為林木遺傳育種和植物生態修復，發表學術論文50余篇。

江西省科技支撐計劃項目(20133BBG70013)，江西省科學院"省部共建國家重點實驗室培育基地"計劃項目(贛科院字[2013]19號-04)，江西省新農村試點示范工程項目(20123BBF61150)，江西省科學院科研開發專項基金項目(2012-YYB-03)，江西省科學院協同創新專項研究項目(2013-XTPH1-05)

王小玲(1979-)，女，博士，副研究員，研究方向為污染生態學，E-mail：wangxiaoling1979@126.com

*通訊作者(Corresponding author), E-mail: fxyu2000@126.com

10. 7524/AJE. 1673-5897. 20140320001

王小玲，高 柱，黃益宗，等. 銅脅迫對3種草本植物生長和重金屬積累的影響[J]. 生態毒理學報, 2014, 9(4): 699-706

Wang X L, Gao Z, Huang Y Z, et al. Effects of copper stress on three kinds of herbaceous plants growth and heavy metal accumulation [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2014, 9(4): 699-706 (in Chinese)