Pb在類蘆組織和亞細胞中的分布規律和毒害效應

黃玫英，羅潔文，黃彩鳳，周垂帆*

（1.福建農林大學林學院，福建 福州 350002；2.海峽兩岸紅壤區水土保持協同創新中心，福建 福州 350002）

Pb在類蘆組織和亞細胞中的分布規律和毒害效應

黃玫英1，2，羅潔文1，2，黃彩鳳1，2，周垂帆1，2*

（1.福建農林大學林學院，福建 福州 350002；2.海峽兩岸紅壤區水土保持協同創新中心，福建 福州 350002）

通過研究類蘆體內Pb在組織和亞細胞水平的毒害效應和分布規律，分析類蘆對Pb的耐性機制，為了解類蘆對重金屬的富集能力、耐性機制及逆境生理提供理論依據。采用營養液培養的方法，以Pb為目標污染物，脅迫后測定類蘆體內（分為根和葉）Pb在各亞細胞組分的含量，并分別通過掃描電子顯微鏡（SEM）和能譜透射電子顯微鏡（TEM-EDS）觀察Pb在組織和亞細胞的分布以及對其損傷情況。結果顯示：從組織水平來看，Pb脅迫下組織結構由排列整齊變為不規則，局部出現較大破損而形成一些碎片，并出現晶體堵塞導管的現象；從亞細胞水平來看，類蘆根葉細胞均損傷，出現細胞壁模糊、線粒體減少、葉綠體腫脹等現象，在根部Pb主要分布于細胞壁（12.28 mg·kg-1）和以液泡為主的可溶組分（38.82 mg·kg-1），而葉片中以可溶組分占比例最大（32.56%），且EDS元素分析也顯示細胞內含有大量Pb。這些結果表明，類蘆對Pb有一定的吸收富集能力，并可通過改變Pb在其組織和亞細胞水平的分布來降低毒害作用，因此類蘆對重金屬Pb有較強的耐性。

Pb；類蘆；組織結構；亞細胞；SEM；TEM-EDS

Pb具有熔點低、易加工、耐腐蝕等特點，已經被人類使用了數千年。采礦、電鍍以及一些含Pb的涂料、紙張、汽油等生產和使用向環境中排放了大量的Pb。由于Pb并不是動植物生長發育所必需的元素，而是一種有毒的重金屬元素，其毒害作用具有潛伏性和長期性，進入土壤之后，可影響土壤的生化活性，致使植物葉綠素含量降低，呼吸作用受到抑制[1]，膜透性發生改變以及DNA損傷[2]，也會導致代謝過程中一些抗氧化酶如SOD、CAT、POD等的活性降低[3]。不少研究表明，低濃度的Pb對植物生長有促進作用，但是一般不超過100 mg·L-1[4]，且Pb對植物的毒害作用隨著Pb濃度、植物種類和部位以及植物生長發育階段等的不同而有差異，如白雪姬（Tradescantia sillamontana）地上部和根部Pb累積最大量可超過1000 mg· kg-1，Pb脅迫下出現根部顏色變暗、葉片變薄下垂和幼莖生長遲緩等現象[5]；雷竹（Phyllostachys praecox）在Pb含量1200 mg·kg-1土培條件下，葉、莖、根最大Pb富集量分別達到63、101、595 mg·kg-1，高濃度的Pb使雷竹部分細胞壁變形、葉綠體膜消失或部分斷裂，片層結構模糊不清[6]。

植物修復是近些年發展起來的一項用于修復土壤重金屬污染的生態技術，其機理主要是通過植物對重金屬的吸收、積累和轉化，減輕土壤重金屬污染，因具有經濟、簡單和高效等優點而備受人們的關注。類蘆（Neyraudia reynaudiana）是一種廣泛分布于長江以南的草本植物，該植物極耐干旱、瘠薄，且根系發達、莖分蘗力強、生物量大、容易自然更新，對各種惡劣生境條件都有較強的適應性，是中國南方水土保持防風固沙的理想草種。近年來許多研究者發現，類蘆在重金屬礦廢棄地上也可較好生長，并保有較高的生物量，對Pb有較強的耐性，并可以改善土壤理化性質。楊期和等[7]在粵東鉛鋅尾礦區對3種優勢植物根際土壤微生物的活性研究中發現，類蘆根際土壤Pb含量高達7 795.51 mg·kg-1；羅有發等[8]研究類蘆在酸性礦山廢水（AMD）污染土壤的生態修復效應及潛力中發現，類蘆不僅生長良好，還提高了AMD污染土壤有效養分（全磷、全氮、有效磷、有效氮、有機質、速效鉀）的含量。正是由于具備這些優勢，使得類蘆適合作為中國南方土壤重金屬污染的修復植物。但近年來，國內外學者對類蘆開展的研究多集中在水土流失治理、根系固土作用以及在受污染區域中生長的優勢度等方面，而關于重金屬在類蘆組織和亞細胞水平上的毒害效應和分布規律并不清楚。

鑒于上述，本研究選取南方水土保持先鋒植物類蘆為試驗材料，通過營養液培養實驗，采用掃描電子顯微鏡（SEM）法和能譜透射電子顯微鏡（TEM-EDS）法以及差速離心法，研究Pb在類蘆組織和亞細胞中的分布規律以及毒害效應，旨在探明類蘆對重金屬Pb的富集能力和解毒機制，為Pb污染土壤的植物修復治理提供基礎數據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及預培養

類蘆種子于2015年4月購自云南昆明某種子公司，5月底種植于福建農林大學溫室。同年8月底選擇生長均一的類蘆幼株，去除幼株腐爛的根和葉，將根系依次用自來水和去離子水洗凈，移植在泡沫板上并置于500 mL超純水中培養3～4 d，依次用1/4、1/2和完全Hoagland培養液在塑料盆中培養。預培養試驗全程于人工氣候箱中完成，培養期間晝/夜溫度為25℃/22℃，光照時間16h，培養時間為3～5d。

1.2 試驗方法

1.2.1 Pb脅迫類蘆試驗

取預培養后長到一定程度且大小一致的類蘆，依次用自來水和去離子水沖洗干凈，放入含有不同濃度Pb（以Pb（NO3）2的形式加入）的脅迫溶液中，設置濃度為0、200 μmol·L-1（以純鉛計）。每個處理重復15棵類蘆，定植于有泡沫固定板的塑料盆中，將類蘆置于人工氣候箱培養，培養期間晝/夜溫度為25℃/22℃，光照時間16 h，每3～4 d換一次脅迫液，并清洗塑料瓶，避免根系因缺氧腐爛。

1.2.2 SEM分析樣品的制備和觀察

類蘆SEM分析樣品的制備和觀察參照朱宇恩等[9]的方法，并加以改進：取Pb脅迫21 d的類蘆，依次用蒸溜水和去離子水將根系和葉片表面沖洗干凈，分別切取新生根的根尖1 cm，完整的葉片中部（避開葉脈）5 mm2，然后用磷酸緩沖液反復清洗干凈，迅速置于2.5%戊二酸固定液中固定2～24 h，抽氣使材料下沉，在此期間加入適量Na2S（1%）溶液，使植物組織中的重金屬凝結，再用0.1 mol·L-1的磷酸緩沖液沖洗3次，經50%、70%、80%、90%、95%、100%酒精逐級脫水，時間為每次15 min。再經冷凍干燥后切片鍍金，采用S4800型掃描電鏡，在5.0 kV的加速電壓條件下完成觀察、拍照。

1.2.3 TEM-EDS樣品的制備和觀察

TEM-EDS樣品的制備和觀察參照劉延盛等[10]和Basile等[11]的方法，具體步驟為：在Pb脅迫21 d后，依次用蒸溜水和去離子水將根系和葉片表面沖洗干凈，從類蘆頂端往下數第三片真葉，用鋒利刀片取完整葉片中段2～3 cm，將切好的材料迅速投入2.5%的戊二醛固定液（用pH7.4的磷酸緩沖溶液配制），在4℃黑暗條件下固定6 h。隨后，用0.1 mol·L-1磷酸緩沖溶液（pH7.4）洗滌4次，每次20 min。將洗滌過的材料轉移至2%的鋨酸（磷酸緩沖溶液配制）浸泡過夜10～12 h。在50%、70%、85%、90%、95%酒精中逐級脫水，每次各15 min，最后在100%酒精中脫水3次，每次各15 min。酒精與包埋劑3∶1比例滲透處理，每次2～3 h，之后純包埋劑過夜（包埋膠囊包埋）。放入70℃烘箱處理12 h后，使用超薄切片機切片，分別經醋酸雙氧鈾染色20 min、檸檬酸鉛染色15 min。

組織結構的改變及重金屬分布特征觀察采用配備X-射線能譜儀的透射電鏡，在20 keV加速和25°離源角條件下完成。測量計數時間為60 s，測出的數值分別表示每種元素的峰值減去其背景值后的每秒脈沖數（CPS），重復檢測每一細胞的微區至少8個測試點。

1.2.4 樣品亞細胞組分Pb2+含量的測定

定期對類蘆取樣，分別在第3、7、14、21 d各取3株類蘆，將根用去離子水沖洗干凈并擦干，分為根部和地上部，放置于-80℃冰箱保存。

采用差速離心法分離不同的亞細胞組分，參考周小勇等[12]的方法，具體步驟為：準確稱取鮮樣0.2 g，加入20 mL提取液[0.25 mol·L-1蔗糖+50 mmol·L-1Tris-HCl緩沖液（pH 7.5）+1 mmol·L-1二硫赤蘚糖醇]，液氮研磨勻漿。勻漿液在冷凍離心機300 r·min-1下離心1 min，沉淀為細胞壁組分（F1）；將上清液在2000 r·min-1下離心15 min，沉淀為細胞核和葉綠體組分（F2）；上清液在10 000 r·min-1下離心20 min，沉淀為線粒體組分（F3）；上清液為含核糖體的可溶組分（F4）。全部操作在4℃下進行。

各亞細胞組分Pb2+含量參考包曙光等[13]的硝酸-高氯酸濕法測定，并加以改進：將已分離的細胞組分置于50 mL三角瓶中，加混酸（HNO3∶HClO4=5∶1）10 mL，在電爐上加熱，溫度為150～200℃，加熱約30 min溶液沸騰，持續加熱溶液直至樣品近干未干且溶液澄清時為消解完全，取下冷卻至室溫后用1%的稀硝酸定容至10 mL容量瓶中，用原子吸收法測定Pb2+含量。

1.3 數據處理

數據為3次重復樣品測定結果的平均值（含標準差）。運用Excel 2007和SPSS 18進行數據統計分析，采用單因素方差分析（One-way ANOVA）和多重比較，用SNK法對處理間數據進行差異顯著性分析，以P＜0.05表示處理間數據差異顯著。

2 結果與分析

2.1 Pb脅迫下類蘆組織結構的SEM分析

通過SEM對類蘆根系橫切面進行觀察，對照處理（圖1A）的類蘆根組織形狀規則、排列整齊，根系表皮、內皮層和中柱清晰易分辨，切面的組織結構表面平整且無多余的雜質；Pb脅迫處理的類蘆（圖1B）根部組織結構形狀不規則、排列無序，且薄壁細胞徑向明顯增大，相鄰細胞間、上下細胞間連接壁破裂，在皮層細胞出現較多的顆粒狀晶體，且有導管堵塞的現象。

類蘆葉片組織結構相對于根系的變化要明顯，對照處理（圖2A）的類蘆葉片表面光滑、連續；木質部內部的環紋清晰，排列有序且無破損；韌皮部細胞結構飽滿，輪廓分明，薄壁細胞連續形成光滑。在Pb脅迫下（圖2B），類蘆的葉片表皮發生明顯的變化，表皮細胞皺縮，局部有部分半球狀或球狀的突起，局部出現較大破損而形成一些碎片；木質部內的環紋變得模糊，部分環紋出現斷裂或略微的膨脹；皮層出現了大量的顆粒狀晶體，部分導管已出現堵塞。

2.2 類蘆吸收Pb2+在亞細胞中累積部位的TEM-EDS分析

圖1 不同處理下的類蘆根系組織掃描電鏡圖Figure 1 The root tissues of Neyraudia reynaudiana in the different control treatment

通過TEM觀察發現，正常類蘆根系細胞的細胞器沒有明顯的損傷（圖3），細胞質膜以及細胞壁表面清晰、光滑且連續。Pb脅迫下類蘆根細胞（圖4）的細胞膜、細胞壁附近可見到許多沉積的深色顆粒物，特別是在細胞間隙，表現出Pb2+逐漸滲入細胞結構而沉積的過程，進一步對樣品放大觀察發現，在Pb2+的作用下，根細胞發生了略微的質壁分離（圖4d），局部的細胞質膜變得粗糙；線粒體的數量相對于對照組出現了明顯的減少，一些受損的線粒體只殘存一個或者極少數的脊突或幾乎成為空泡；隨著Pb2+的逐漸滲入，細胞質中大小液泡內也沉積了許多深色顆粒物（圖4c）。通過EDS分析發現（圖5），根細胞中Pb峰值與C、O、Si的相當，顯著高于其他營養元素（Mg、Ca、K等），且吸附Pb的點位豐富，證實了大量沉淀于細胞壁、細胞間隙和液泡中的深色顆粒物主要成分為Pb。

圖2 不同處理下的類蘆葉片組織掃描電鏡圖Figure 2 The leave tissues of Neyraudia reynaudiana in the different control treatment

圖3 Pb濃度為0 μmol·L-1處理下的類蘆根細胞透射電鏡圖Figure 3 Ultrastructure of root cells of Neyraudia reynaudiana inthe control treatment（exposed to 0 μmol·L-1Pb for 21 days）

圖4 Pb濃度為200 μmol·L-1處理下類蘆根細胞透射電鏡圖Figure 4 Ultrastructure of root cells of Neyraudia reynaudiana in the control treatment（exposed to 200 μmol·L-1Pb for 21 days）

圖5 Pb濃度為200 μmol·L-1處理下的類蘆根細胞能譜分析圖Figure 5 The EDS analyses of root cells of Neyraudia reynaudiana in the control treatment（exposed to 200 μmol·L-1Pb for 21 days）

TEM觀察類蘆葉細胞顯示，正常類蘆（圖6）葉細胞完整，葉綠體片層結構清晰并呈現橢圓形，類囊體基粒和片層整齊；線粒體明顯，呈現橢圓形；細胞核雙層膜結構清楚，核仁致密完整，與核質界限分明。圖7顯示，Pb脅迫對類蘆葉片的亞細胞結構產生了一定損傷：部分細胞的細胞膜和細胞壁被破壞（圖7a），細胞內的膜系統空泡化嚴重（圖7c），膜層出現游離現象，膜結構還逐漸模糊；在細胞間隙、細胞膜與細胞壁之間存在許多沉積的深色顆粒，可能是由于大量Pb2+在此沉積的結果；葉綠體的基粒片層結構紊亂以及消失，類囊體腫脹，一部分葉綠體外膜解體，葉綠體呈現略微的腫脹。通過EDS（圖8）進一步分析發現，類蘆葉片組織的Pb峰值與C、O峰值相當，且在2.55、10.51 keV吸附位點豐富，其他營養元素（Mg、Ca、Fe、K等）的峰值也較根細胞有所下降。這同樣證實了大量地沉淀于類蘆細胞壁以及葉綠體等細胞器的深色顆粒物的主要成分是Pb。

圖6 Pb濃度為0 μmol·L-1處理下的葉細胞透射電鏡圖Figure 6 Ultrastructure of leave cells of Neyraudia reynaudiana in the control treatment（exposed to 0 μmol·L-1Pb for 21 days）

圖7 Pb濃度為200 μmol·L-1處理下的葉細胞透射電鏡圖Figure 7 Ultrastructure of leave cells of Neyraudia reynaudiana in the control treatment（exposed to 200 μmol·L-1Pb for 21 days）

圖8 Pb濃度為200 μmol·L-1處理下的類蘆葉細胞能譜分析圖Figure 8 The EDS analyses of leave cells of Neyraudia reynaudiana in the control treatment（exposed to 200 μmol·L-1Pb for 21 days）

2.3 Pb2+在類蘆體內的亞細胞分布

通過差速離心分離法，將類蘆葉片和根細胞分別分離出四部分，Pb2+在類蘆亞細胞的分布如表1。從總含量上看，根系中的Pb2+含量遠高于葉片，且隨著脅迫時間的延長類蘆體內Pb總量逐漸增加，但在不同部分的含量有一定差異。類蘆根細胞在Pb濃度為200 μmol·L-1的脅迫初期，Pb2+主要分布在細胞壁組分（F1）及細胞核和葉綠體組分（F2），所占百分率分別為59.18%、22.30%，其次為線粒體組分（F3）以及可溶組分（F4）；至脅迫結束，對照各組分未測出Pb2+，在Pb濃度為200 μmol·L-1的脅處理下，Pb2+從F1遷移到細胞原生質體，各組分Pb2+含量呈現F4＞F1＞F2＞F3的規律，在F4中Pb2+含量最高（38.82 mg·kg-1），占總量的57.77%，此時含核糖體的F4是Pb2+在類蘆根細胞的主要分布位點。而在類蘆葉片中，脅迫初期，Pb2+也主要分布在F1，隨著脅迫時間的延長，Pb2+在類蘆體內逐漸從F1遷移到F2，至脅迫結束，各組分的含量呈現F4＞F3＞F1＞F2的規律，Pb2+在F4含量較高，占32.56%，此時F4是Pb2+在類蘆葉細胞的主要分布位點。

表1 不同時間和濃度處理下Pb2+在類蘆各亞細胞的含量（mg·kg-1）Table 1 The concentration of Pb2+in leave and root cells of Neyraudia reynaudiana（mg·kg-1）

3 討論

3.1 Pb2+對組織和亞細胞結構的毒害效應

Pb是一種對植物有極大毒害的元素，但是植物對Pb的敏感性及不同植物的毒害響應過程依賴于植物的基因型和生理特性。在SEM觀察下發現，Pb對類蘆不同的組織結構和組織區域均有不同的影響。在組織水平上，Pb脅迫后的類蘆根和葉的組織結構均發生了形狀不規則和形成晶體的現象，特別是皮層細胞，但中柱卻無明顯變化。這可能是因為植物為了減少重金屬的毒害，將重金屬離子限制在功能相對不重要的組織結構中。彭鳴等[14]通過X射線顯微分析發現，玉米幼苗的木質部薄壁細胞對Pb2+的主動吸收積累以及皮層和表皮層細胞的沉積，減少了其進入中柱的量，保證了玉米正常的養分傳輸。Pb2+進入類蘆體內后合成含Pb的晶體并在皮層及薄壁組織沉淀，有效地阻止了Pb2+向中柱內遷移，而中柱是植物運輸養分和水分的重要組織[15]，這在不同程度上降低了Pb2+對類蘆的毒害作用。陳世寶等[16]在研究磷對降低土壤中鉛生物有效性的X衍射及電鏡分析發現，Pb以不同的磷酸鹽化合物的形式沉淀，有效地阻止了Pb2+向中國芥菜中柱內的遷移，降低了污染土壤中Pb的蓄積毒性。因此，類蘆為了保證生長代謝所需營養物質的運輸，將大量的Pb2+以晶體形式沉淀，并將其限制在內柱外的組織結構中，但同時也導致了部分過多累積晶體的組織結構嚴重損傷。

TEM-EDS觀察和分析證實細胞壁有大量Pb2+沉積，并且質膜已變得粗糙或模糊。這可能是由于Pb2+與膜蛋白相結合并使其部分變性，從而使以蛋白為主要成分的膜結構改變，導致部分功能喪失[17]，這也是細胞壁對重金屬離子固持作用有一定限度的原因。進入原生質體的重金屬離子會對植物線粒體、葉綠體和細胞核等產生不同的毒害效應，如李佩華等[18]在鉛、鎘脅迫對馬鈴薯細胞超微結構的影響研究中發現，線粒體輕微膨脹呈橢圓形，嵴部分消失，結構解體；徐勤松等[19]通過電鏡觀察發現，Pb脅迫下鳳眼蓮（Eichhor-nia Crassipes Solms）體細胞中的細胞核染色質凝集，質體解體。但對植物來說，受危害后影響最大的是葉細胞中的葉綠體，其對重金屬脅迫非常敏感，葉綠體的超微結構包括類囊體的完整性和有序性對光合作用的正常進行十分重要，而光合作用是植物生長發育重要的能量來源。本實驗在SEM下觀察到葉綠體的類囊體腫脹、外膜解體，這些表征都說明了Pb2+已經損傷了類蘆的葉綠體。重金屬離子對葉綠素的破壞將直接影響光合電子傳遞鏈的正常功能[20]，也說明此時植物葉綠體在逐漸喪失光合功能，將逐步影響植物的整個生長發育過程。

3.2 Pb2+在類蘆亞細胞水平的分布規律及其耐受機制

植物對Pb的耐受和解毒機制有多種，亞細胞的分布與累積方式決定了植物對Pb的耐性及解毒能力的大小，其中細胞壁被認為是植物保護原生質體免受金屬離子毒害的第一道屏障。本研究通過原子吸收法和TEM觀察法得到一致的結果，大量的Pb沉淀在類蘆的細胞壁上，還有一大部分Pb被限制在液泡中。Pb主要分布在類蘆細胞壁的原因可能在于：①由于Pb2+帶正電，很容易在帶負電的細胞壁處被大量吸附而沉積；②植物細胞壁含有蛋白質和多糖（纖維素、半纖維素、木質素等）以及大量配位基團（羥基、羧基、醛基、氨基酸等），容易吸附Pb2+。這一結果同王裕玲[21]的鉛脅迫對雙穗雀稗生理特性及鉛積累的研究一致，Pb2+主要被儲存于細胞壁。重金屬離子被根毛吸收進入植物體內，轉移到莖部或葉片中，將直接影響植物光合作用和其他重要的生理代謝過程，所以植物根部細胞壁的阻礙作用對避免重金屬的毒害有重要意義。Lyubenova等[22]經研究證實，植物根細胞壁內帶負電的果膠可以吸附固定大量的Pb；Krzeslowska[23]發現在Pb、Cd、Cu等重金屬脅迫下，植物細胞壁果膠甲酯酶活性提高，低甲酯化果膠含量顯著增加，果膠在空間上重新排布，從而提高了細胞壁吸收和累積重金屬的容量。綜合上述，類蘆根細胞壁在減小Pb毒害效應中起到關鍵的作用，可能是其耐Pb機制之一。

然而，細胞壁的這種截留作用具有一定的局限性，這一方面可能是由于根細胞壁結合的重金屬量達到飽和，另一方面由于毒性作用的加劇，使類蘆細胞的正常代謝造成了傷害，如導致根細胞壁、原生質膜的透性增加、誘導氧化應激，從而對根細胞壁的截留功能產生嚴重的破壞，使得大量Pb2+會透過質膜進入原生質體。液泡因富含有機酸、蛋白質和生物堿等物質，可將Pb2+螯合成有機配體，轉化為毒性較小的結合形態，緩解Pb對植物的毒害效應，所以成為植物保護原生質體免受金屬離子毒害的第二道屏障。本研究也發現其他兩個組分（F2、F3）的含量并不高，可能是透過細胞壁的Pb被局限在液泡這個活性較低的區域內，阻止了過多的Pb進入植物原生質體。羅有發等[8]通過X射線分析發現，脅迫后的豌豆幼苗液泡比細胞質多積累60%的Pb，在根中更是高達80%。液泡膜上的H+-ATP酶和Ca2+-ATP酶可以有效地轉運金屬離子[24]，被認為是分隔重金屬的重要機構。已有許多學者研究發現，Pb在液泡內的螯合作用可有效減小其毒性，如在Pb脅迫下的煙草[25]，PCs與Pb所形成的絡合物主要累積在葉肉細胞的液泡中，Yang等[26]發現在耐Pb品種水稻根系組織細胞質中的草酸擔負著與Pb絡合、減輕Pb毒害的作用。綜合上述，說明類蘆液泡內部的解毒機制及其區室化作用在類蘆對Pb的富集、耐性和解毒方面起著重要的作用，但其內部有效的解毒機制還有待進一步的研究。

類蘆通過細胞壁固持和液泡區室化這兩個重要的屏障，減少了大量的Pb進入原生質體，許多學者在研究其他超富集植物（如Sedum alfredii、Potentilla griffithii var.velutina等）時也同樣發現重金屬離子主要富集在植物細胞壁和液泡中，其次分布在原生質體內[10，27]，但是不同植物種類和重金屬濃度脅迫下的耐受力和相應內部機制存在一定的差異。因類蘆對Pb的富集能力、耐受性及擁有較大的生物量等特點，特別是在中國南方的礦區，類蘆能對當地惡劣環境有極強的適應能力[7-8，28]，使其成為中國南方礦區退化生態系統的植被恢復、重金屬污染土壤治理的一種潛能植物。

4 結論

類蘆將進入其體內的Pb2+合成晶體，并限制在中柱以外的組織中，有效地降低了Pb對組織結構的毒害作用，保證了正常的營養物質和水分運輸。類蘆的不同器官對Pb2+吸收能力存在一定差異，表現在地下部吸收Pb2+的能力大于地上部。根細胞內Pb2+主要分布在細胞壁和以液泡為主的可溶組分，而葉細胞內Pb2+在可溶組分占有量較大。

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The distribution and toxic effects of Pb at the levels of the tissue and sub-cellular in Neyraudia reynaudiana

HUANG Mei-ying1，2,LUO Jie-wen1，2,HUANG Cai-feng1，2,ZHOU Chui-fan1，2*
（1.College of Forestry,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou 350002,China;2.Co-innovation Center for Soil and Water Conservation in Red Soil Region of the Cross-straits,Fuzhou 350002,China）

In order to examine the phytoremediation potential of Neyraudia reynaudiana，the study explored the toxic effects and distribution of lead（Pb）at the levels of the tissue and sub-cellular in this species and analyzed the supplementing the growth medium with Pb as a target pollutant.After cultivation was concluded，the uptake of sub-cellular Pb was determined，and the distribution of Pb as well as the Pbinduced damage was respectively assessed through scanning electron microscope（SEM）and transmission electron microscope with energy dispersive X-ray spectroscopy（TEM-EDS）.Pb caused the tissues to become irregular and fragmented by injuries；additionally，a portion of the catheters were filled with crystals.At the sub-cellular level，many phenomena demonstrated that leaf and root cells were harmed；for example，cell walls became vague，mitochondria were less numerous，and chloroplasts were swollen.Pb was mainly distributed in the cell wall（12.28 mg·kg-1）and the vacuole（38.82 mg·kg-1）of root cells，and it accounted for 32.56%of the total biomass in the leaves.In addition，the EDS analysis found a significant amount of Pb in cells.These results suggest that N.reynaudiana has a strong ability to both absorb and tolerate Pb.Moreover，the species may alter the distribution of Pb at both the tissue and the sub-cellular levels to reduce toxicity.Therefore，N.reynaudiana is well suited for phytoremediation in Southern China and elsewhere.

Pb；Neyraudia reynaudiana；tissue；sub-cellular；scanning electron microscope（SEM）；transmission electron microscope with energy dispersive x-ray spectroscopy（TEM-EDS）

X171.5

A

1672-2043（2016）11-2077-09

10.11654/jaes.2016-0627

2016-05-06

國家科技支撐計劃項目（2014BAD15B02）；農業高校產學合作科技重大項目（2013N5002）；福建省高校杰出青年科研人才培育計劃項目（2015）；福建省自然科學基金項目（2013J01073）

黃玫英（1994—），女，本科生，福建上杭人，主要從事生態修復研究。E-mail：hmy597@163.com

*通信作者：周垂帆E-mail：zhouchuifan@163.com

黃玫英，羅潔文，黃彩鳳，等.Pb在類蘆組織和亞細胞中的分布規律和毒害效應[J].農業環境科學學報,2016,35（11）：2077-2085.

HUANG Mei-ying,LUO Jie-wen,HUANG Cai-feng,et al.The distribution and toxic effects of Pb at the levels of the tissue and sub-cellular in Neyraudia reynaudiana[J].Journal of Agro-Environment Science,2016,35（11）：2077-2085.