鎘脅迫對不同品種楊樹生長狀況的影響

王娜

摘 要：鎘是生物毒性最強、遷移性最大的重金屬。重金屬鎘的污染也成為了環境生物學關注的焦點。楊樹作為一種最廣泛和普遍的樹種對修復受鎘污染的土壤具有很大的優勢。本文通過對22種不同品種的楊樹在鎘脅迫下的生長狀況（發芽率、枝生長高度、根的含水率、根生長性狀）的研究表明不同楊樹品種在同濃度重金屬Cd作用下枝的生長狀況為1北枝數最高，為10cm；2北、7北、15北發芽率最高為40%，在發芽階段對鎘的耐受程度最強；12北根的含水率最低，其值為91.2%。2北、12北的楊樹品種生根數量最多，它們對鎘的耐受程度最強。12北的楊樹品種最適合進行鎘污染環境的修復。

關鍵詞：鎘污染；楊樹；土壤修復；脅迫生長；最優品種

中圖分類號：Q945 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）18-0003-02

目前重金屬污染已經成為環境生物學關注的焦點，大量土壤重金屬污染有待修復，我國黑色金屬礦山每年排放剝離巖土量達2.0億t，有色金屬直屬礦山每年排放固體廢物0.6億t，占用各類土地達2萬km2。我國受重金屬污染的耕地面積近20萬km2，約占耕地總面積1/5[1]。為了治理和修復被重金屬污染土地，目前人們采用的方法主要是物理和化學方面的方法，如客土法、石灰改良法、化學淋洗法等等[2]。但這些方法不但治理費用昂貴，而且常常導致土壤結構破壞，土壤生物活性下降，土壤肥力退化等副作用，難以推廣應用。因而尋求一種投入低，又可維持土壤肥力的植物修復法一直是眾人矚目的焦點問題。

植物修復技術就是利用植物吸收、富集、降解或固定土壤中重金屬離子或其他污染物，以消除或降低污染程度、修復環境的綜合環境生物技術，有植物提取、植物揮發、植物穩定和植物促進等修復技術[3]。植物修復優點：植物修復技術較其他物理、化學和生物的方法更受到社會的歡迎。該技術成本低；對環境擾動少；清理土壤中重金屬污染物的同時，可以清除污染土壤周圍的大氣或水體載體中的污染物；有較高的美化環境價值，易為社會所接受；植物修復重金屬污染物的過程也是土壤有機質含量和土壤肥力增加的過程，被植物修復過的干凈土壤適合于多種農作物的生長；植物固化技術能使地表長期穩定有利于生態環境改善和野生生物的繁衍，而且維持固化的成本低。

植物修復土壤過程中當土壤中重金屬離子超過植物對重金屬離子的自凈作用時，將對植物的生長發育產生不良的影響[4]。植物生長在有重金屬污染的環境中，因受重金屬的脅迫，植物與重金屬接觸界面首先受到影響，并且這種影響隨著脅迫時間的延長和重金屬濃度的升高，植物的損害也會逐漸增加[5]。在重金屬中污染中，鎘（Cd）是生物毒性最強、遷移性最大的重金屬之一。研究表明鎘（Cd）能夠引起植物體內氧化酶系統紊亂，降低植物碳同化作用，導致氣孔關閉，擾亂植物的水分狀況，降低葉綠素含量和葉綠體數量，減緩根的生長，減少營養元素的吸收，削弱光合作用，阻止植物生長，并可誘惑產生金屬螯合肽和結合蛋白等解毒物質。在礦質營養方面，鎘脅迫顯著影響植物對養分的吸收、轉運、分配和代謝。在進行植物修復之前選用鎘抗性好的品種尤為關鍵。

楊樹（Populus）是世界上分布最廣、栽培最多的樹種，具有重要的生態和經濟價值。雖然楊樹對鎘的富集系數較低（Robinson et al.，2000），但不同無性系間存在顯著差異（Laurie set a1.，2004；God bold et a1.，1991），加上其突出的速生豐產性能可以將土壤重金屬污染治理與城鄉綠化、防護林和短周期工業人工林生產有機結合，發揮很好的生態、經濟和社會效益，因此在歐美國家被廣泛應用于污染土壤的植物修復（Robinson et a1.，2000；Lauries，2004）。所以本文主要研究重金屬鎘（Cd）脅迫對不同品種楊樹生長狀況進行研究，尋找出對重金屬鎘抗性高、適合進行鎘污染土壤修復的楊樹品種。

1 試驗

采用裁剪的22個不同品種的楊樹，分別進行編號1北、2北、4北、5北、6北、7北、8北、9北、10北、11北、12北、15北、16北、19北、20北、21北、22北、23北、24北、25北、26北、29北，插條的規格長10cm，每個品種剪去5根插條備用。根據不同楊樹的品種進行編號，把準備的土放好，拿3-4個一樣顏色的花盆種一樣品種的楊樹枝，標上號，先抓5-6把土放入花盆中，然后看楊樹枝的芽是不是向上長，若是，則斜著插樹枝，使楊樹枝沒于土中即可。等過上幾天之后，加入硫酸鎘晶體，灑水，進行觀察。從而得出不同楊樹品種在同濃度重金屬Cd作用下枝的生長狀況，發芽率，根的含水率和根的生長性狀。測量得到的數據，每盆中的土壤干重為811g（烘干箱中溫度為105攝氏度時測得）。

將編號的所有楊樹按照順序進行放好，把相同品種的放在一起，將其置于溫度20攝氏度以上的環境中進行培養，取配置好的硫酸鎘晶體（3CdSO4·8H2O），然后再加入2100ml水進行稀釋，并不間斷的澆水，在3月8號，3月10號，3月22號，3月27號，4月12號這幾天進行不間斷的澆水，觀察楊樹的動態生長狀況。

觀察測量項目的方法，有對照試驗，在楊樹枝的生長期間，觀察楊樹插條的發芽狀況，發芽之后的葉片生長狀況；實驗收獲期，測量楊樹植株的根的長度，根的鮮重和干重，苗木的發芽率，每盆中5棵楊樹扦插植株的發芽率的對比。

2 結果與分析

2.1 不同楊樹品種發芽狀況動態

3月8號，4北發芽數為2個，6北、10北、29北發芽數為1個，其他的楊樹枝沒有發芽。3月10號，2北、10北發芽數最高為5個，23北發芽數4個，21北、29北發芽數3個，4北、6北發芽數2個，11北、15北、16北、20北、24北、26北發芽數分別是1個，其余的沒有發芽。3月22號，10北、21北發芽數是5個，2北、12北、23北發芽數是4個，20北、24北、26北、29北發芽數是3個，4北、6北發芽數是2個，1北、8北、15北、25北發芽數是1個，其余沒有發芽數。3月27號，5北、11北發芽數是5個，10北、12北、21北、26北發芽數是4個，16北、20北、23北、24北、29北發芽數是3個，2北、6北、15北、19北發芽數是2個，1北、4北、8北、25北發芽數是1個，其余沒有發芽數。4月12號，2北、7北、15北發芽數是2個，1北、8北、12北發芽數是1個，其余沒有發芽數。

隨著不定期的澆水，15北的發芽數由低到高，4月12號其發芽數為2個，2北發芽數由高到低，最后為2個發芽數。1北、8北從3月22號才有發芽數，一直很穩定，保持在1個發芽數。12北由3月22號發芽數4個逐漸降低到4月12號的1個。其余的沒有發芽數。根據4月12號的數據得出結論是：2北、7北、15北、1北、8北、12北發芽數多，則說明對鎘的抗耐性強，其他的楊樹品種枯萎現象嚴重。

2.2 不同楊樹品種在同濃度重金屬Cd作用下枝的生長狀況

向1北、2北、4北、7北、8北、12北、15北、18北、19北中加入鎘離子進行觀察其不同楊樹品種在同濃度重金屬Cd作用下枝的生長狀況，得出：1北枝的最高高度是10cm，4北枝的最高高度是8.5cm。鎘具有脅迫的作用，而楊樹本身具有可修復的作用。可以看出：1北的楊樹品種對鎘的耐受性最強，4北的楊樹品種對鎘的耐受性較強，其余最差。

2.3 不同品種楊樹在同種濃度重金屬Cd作用下的發芽率

2北、7北、15北的發芽率最高是40%，1北、8北、12北發芽率是20%，其他的沒有發芽率。在發芽狀況動態中，4月12號的發芽數既是本圖表中的發芽枝數。根據數據分析：發芽率20%的楊樹品種在發芽階段對鎘的耐受程度較強，發芽率40%的楊樹品種在發芽階段對鎘的耐受程度最強，其余的楊樹品種在發芽階段對鎘的耐受程度最差。

2.4 不同品種楊樹在同種濃度重金屬Cd作用下根的含水率

根的含水率=（根鮮重最重-根干重最重）/根鮮重最重。7北根的含水率最高，是96.6%。12北根的含水率最低，其值為91.2%，與最高值相差5.4%，8北根的平均干重最高，其值為3.34mg，1北根的平均干重最低，其值為0.43mg，最高與最低根的平均干重相差值為2.91mg。若要鎘元素在植物體內累積，則需要含水率較小的，則需要12北的楊樹品種進行鎘污染環境的修復。

2.5 不同品種楊樹在同濃度重金屬Cd作用下根的生長性狀

8北根的最長長度為6.2cm，4北根的最長長度為4.5cm，12北根的最長長度為4.4cm，1北、7北根的最長長度為3.5cm，2北根的最長長度為2.2cm，8北根的最長長度與2北根的最長長度相差4.0cm，生根數量最多的是2北和12北，生根數量排名第二的是4北、8北，生根數量排名最差的是1北、7北。則說明2北、12北的楊樹品種對鎘的耐受程度最強，4北、8北的楊樹品種對鎘的耐受程度較強，1北、7北的楊樹品種對鎘的耐受程度最差。

3 結語

根據以上實驗數據從而得出結論：由對照實驗，得出不同楊樹品種在同濃度重金屬Cd作用下枝的生長狀況為1北枝數最高，為10cm。2北、7北、15北發芽率最高為40%，在發芽階段對鎘的耐受程度最強。根的含水率最高的為7北，其值為96.6%，12北根的含水率最低，其值為91.2%，若要鎘元素在植物體內累積，則需要含水率較小的，則12北的楊樹品種進行鎘污染環境的修復。根生長最長為8北，其值為6.2cm。2北、12北的楊樹品種對鎘的耐受程度最強，4北、8北的楊樹品種對鎘的耐受程度較強，1北、7北的楊樹品種對鎘的耐受程度最差。

應該選用12北的楊樹品種進行鎘污染環境的修復在發芽階段，對鎘的污染環境表現了很強的耐受性，根的含水率最低，根的生長長度排名第二，很適合處理鎘對環境的污染問題。

參考文獻

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