中华红叶杨对镉的富集效果研究
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇中华红叶杨对镉的富集效果研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘要 研究了不同浓度镉胁迫下对中华红叶杨生长的影响以及杨树对镉的富集作用。结果表明，镉浓度100~500 μmoL/L对中华红叶杨有明显的抑制作用。中华红叶杨对镉的富集作用表现在随着镉浓度的增加和处理时间的延长而增加；镉主要积累在根部；幼叶中的富集量高于老叶；杨树各部位镉的富集水平为：树皮>茎>木材部分。
关键词 镉胁迫；中华红叶杨；生长；富集
中图分类号 S729.11 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2012）01-0202-02
Effect of Enrichment of Cadmium in Populus 2025（Populus×euramericana）
JIAO Yun-qiu GE Wei
（College of Life Science，Tianjin Normal University，Tianjin 300387）
Abstract Effects of different concentrations of Cd2+ on growth of Populus 2025（Populus×euramericana）and its enrichment were investigated. The results indicated that the growth of Populus 2025（Populus×euramericana）was inhibited significantly at 100～500 μmoL/L Cd2+. Enrichment of Cd2+ increased with concentration of Cd2+ increased and prolonging treatment time passed. Cd2+ was mainly accumulated in roots. Cd2+ contents were significantly higher in young leaves than that in mature leaves. Levels of Cd2+ accumulation of Populus 2025（Populus×euramericana）were in the order as follows：barks > stems > woods.
Key words Cadmium stress；Populus 2025（Populus×euramericana）；growth；enrichment
由于现代工业的快速发展，导致三废大量排放，致使大量重金属进入人类的生活环境中，该种状况日趋严重。镉（Cd）是《重金属污染综合防治“十二五”规划》重点监控与污染物排放量控制的5种重金属之一，是植物生长的非必需元素。镉在水中的溶解度很高，是迁移性很强的重金属，极易被植物吸收和积累[1]。在高镉的胁迫下，植物特别是农作物会产生富集作用，植物吸收后经食物链进入人体，会给人类健康带来严重威胁[2]。
植物修复技术是利用植物对土壤污染元素具有特殊的忍耐和吸收富集特性，将植物收获并进行妥善处理后将重金属从土体中去除的生态修复技术。该种方法具有费用低、不破坏场地结构、不造成地下水的二次污染等优点，是物理、化学修复方法所无法比拟的[3]。
杨树（Populus）是世界上分布最广、栽培最多的树种。它的速生丰产性能和较高的生物量可以将土壤重金属污染治理与城乡绿化、防护林和短周期工业人工林生产有机结合，发挥出很好的生态、经济和社会效益[4]。因此，本研究选用速生杨――中华红叶杨（Populus×euramericana）为材料，研究杨树在镉胁迫下对重金属的富集能力。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试材料选用速生杨中华红叶杨（Populus 2025（Populus×euramericana）)。选取直径1.5 cm的一年生枝条，截成18~20 cm的插条。试验所用仪器为：烘箱、研磨机（IKA-Werke GMBH & CO.KG，Germany）、电感耦合等离子体发射光谱仪（Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry，ICP-AES）（Leeman Labs Inc.，New Hampshire，USA）等。
1.2 试验设计
试验共设4个处理，分别为：Hoagland营养液+Cd2+ 50 μmoL/L（A）、Hoagland营养液+Cd2+ 100 μmoL/L（B）、Hoag-land营养液+Cd2+ 500 μmoL/L（C），以Hoagland营养液中不添加Cd2+为对照（CK）。营养液pH值为5.5。
1.3 试验方法
在进行不同处理前，先将枝条置于1/2 Hoagland营养液中培养28 d，再选取长势一致、健壮的枝条按照设计要求进行处理。在整个处理周期中及时补充蒸腾散失的水分，并用气泵对营养液进行通气。处理40 d后收获。收获时分别用蒸馏水和去离子水将植株洗净，去掉腐烂的根系和叶片表面的污渍及树脂。将植株分别分为新生枝条（幼叶、老叶、茎）、插条（树皮、木材部分）和根6个部分。将样品放置于45 ℃烘箱中烘4 d，80 ℃烘2 d，105 ℃烘干至恒重。将烘干后的样品放入研磨机研磨至粉末状后放入干燥瓶中贮存，用于消解分析。
1.4 调查内容与方法
每隔10 d观察1次，记录植株生长状况。选用HNO3-HClO4湿法消解[5]对Cd2+进行分析。用10%硝酸溶液溶解样品，样品定容至25 mL容量瓶中，用电感耦合等离子体发射光谱仪测定Cd2+在各器官中的积累量。
1.5 数据统计方法
数据采用Sigmaplot 8.0软件进行处理，选用平均值和标准误差进行统计分析，使用SPSS 13.0对数据进行差异显著性分析。
2 结果与分析
2.1 不同浓度镉处理对杨树生长的影响
对照植株在整个生长过程中，新生枝条粗壮有韧性，茎尖分泌树脂旺盛，叶片生长良好，叶片颜色、厚度及形态均正常。镉对中华红叶杨枝条生长的影响因其浓度和处理时间的不同而异。处理A经过20 d后枝条生长与CK基本一致；处理B经过10 d后，杨树枝条生长出现抑制现象；处理C经过10 d后对枝条的生长抑制明显，茎尖出现失水干枯现象，叶片变黄掉落现象严重。
在整个试验过程中，植株根系生长正常，根粗壮侧生根旺盛。处理A杨树根系生长与CK根系生长基本一致；在处理B、处理C的浓度下，镉对植株根系生长有不同程度的抑制作用，且随着镉处理浓度的增加和处理时间的延长而逐渐显著，处理20 d后，杨树植株根系生长与CK相比有显著性差异，且随着处理时间的延长，根系颜色开始发灰，根尖出现大量坏死的情况；处理C经过20 d后，镉的毒害现象更为明显，大部分根尖坏死，根变软缺乏韧性，侧根分支量较少且新生侧根生长呈现短而粗的现象。经过40 d后，处理C枝条全部死亡。
2.2 不同处理下各器官镉的积累
由表1可知，镉处理40 d后，中华红叶杨无性系植株不同器官中的镉积累量随着处理浓度的增高而显著增加。根系是镉进入植株体内的最初器官，对镉有明显的束缚作用。在对杨树无性系插条各部位镉积累量分析后发现，根系中的镉浓度最高，高于地上各器官镉总含量，60%的镉积累在根部；而木材镉积累量最低，树皮积累镉的含量为木材的19倍；镉在幼叶和老叶中的富集分布前者高于后者。镉在茎、树皮和木材部分富集规律为：树皮＞茎＞木材部分。
3 结论与讨论
研究结果表明，中华红叶杨具有较强积累镉的能力，镉浓度为100~500 μmoL/L对中华红叶杨有明显的抑制作用。中华红叶杨对镉的富集作用表现在随着镉浓度的增加和处理时间的延长而增加；镉主要积累在根部；幼叶中的富集量高于老叶；镉的富集水平为：树皮>茎>木材部分。其可为研究人员科学利用杨树修复镉污染提供有价值的借鉴。镉不是植物生长的必需元素，徐爱春等[6]研究指出，植物体内镉积累到一定程度时，就会导致出现植物根、茎生长缓慢，叶片变黄及出现斑点，植株矮小、生物量下降等毒害症状。该研究发现，杨树无性插枝的根长和枝条生长随着镉处理浓度的升高而受到了不同程度的影响。枝条对镉胁迫更为敏感，这与NIKOLIC et al[7]的结论相一致。根部是镉吸收和积累的主要器官，过量的镉会抑制植物根尖细胞有丝分裂，影响根部的正常生长发育，同时镉伤害核仁，抑制RNA合成及RNAase、核糖核酸酶的活性，进而阻碍植物根系细胞正常分裂，导致根部变短变粗甚至死亡[8－9]。陈吉美[10]指出，镉能显著抑制细胞中抗氧化酶的活性，加速活性氧的释放，引起氧化胁迫并造成膜质过氧化，进而损伤膜结构。根部细胞膜结构的损伤造成根部对水分和养分吸收的抑制，不能为地上部分的正常生长吸收提供足够的营养物质，引起一系列生理代谢紊乱，如叶绿素合成受阻、光合能力下降和一些代谢相关酶的活性改变，从而使植物地上部分的生长也受到了抑制[11-23]。
4 参考文献
[1] J?RUP L，AKESSON A. Current status of cadmium as an environmental health problem[J].Toxicology and Applied Phamacology，2009（238）：201-208.
[2] SATARUG S，GARRETT S H，SENS M A，et al. Cadmium，environmental exposure，and health outcomes[J].Environmental Health Perspectives，2010（118）：182-190.
[3] WU F，YANG W，ZHANG J，et al. Cadmium accumulation and growth responses of a poplar（Populus deltoids×Populus nigra）in cadmium cont-aminated purple soil and alluvial soil[J].Journal of Hazardous Materials，2010（177）：268-273.
[4] KOTHNY L，EVALDOL L.Trace elements in the environment[M].New York：CRC Press，2005：375-395.
[5] 段旭川.收获后的山药自然长出秧条中微量元素的研究[J].广西师范大学学报：自然科学版，2003（21）：122-123.
[6] 徐爱春，陈益泰，王树风，等.镉胁迫下柳树5个无性系生理特性的变化[J].生态环境，2007，16（2）：410-415.
[7] NIKOLIC N，KOJIC D，PILIPOVIC A，et al. Responses of hybrid poplar to cadmium stress：photosynthetic characteristics，cadmium and proline accumulation，and antioxidant enzyme activity[J].Acta Biologica Cracov-iensia Series Botantca，2008，50（2）：95-103.
[8] PEREIRA G J G，MOLINA S M G，LEA P J，et al. Activity of antioxidant enzymes in response to cadmium in Crotalaria juncea[J].Plant and Soil，2002（239）：1230-2132.
[9] INDIRA C. Phytotoxicity of cadmium and its effect on two genotypes of Brassica juncea L [J].Emirates Journal of Agricultural Sciences，2004，16（2）：128.
[10] 陈吉美.镉对植物胁迫效应的研究进展[J].安徽农学通报，2010，16（3）：46-47.
[11] 张帆，万雪琴，王长亮，等.镉胁迫下增施氮对杨树生长和光合特性的影响[J].四川农业大学学报，2011，29（3）：317-321.
[12] 万雪琴，张帆，夏新莉，等.镉胁迫对杨树矿质营养吸收和分配的影响[J].林业科学，2009，45（7）：317-321.
[13] 张东为，崔建国，戈素芬，等.土壤镉污染对不同品种杨树生长状况的影响[J].水土保持通报，2008，28（3）：59-64.
[14] 万雪琴，张帆，夏新莉，等.镉处理对杨树光合作用及叶绿素荧光参数的影响[J].林业科学，2011，44（6）：73-78.
[15] 沈迪玉，杨万勤，张健，等.镉胁迫对欧美杂交杨（Populus deltoides×Populus nigra）光合作用与生物量生产的影响[J].四川农业大学学报，2010，28（1）：61-66.
[16] 蒋娅萍，黄睿馨.石墨炉原子吸收光谱法测定杨树叶中镉[J].理化检验：化学分册，2006，42（4）：309.
[17] 顾颉刚.镉胁迫对杨树无性系植株生长发育及部分生理特性影响的研究[D].天津：天津师范大学，2008.
[18] 欧惠英，乐美麟，钱君龙.美洲黑杨×小叶杨中多元素的ICP分析[J].江苏林业科技，1990（2）：27-29.
[19] 郭艳丽，台培东，冯倩，等.沈阳张士灌区常见木本植物镉积累特征[J].安徽农业科学，2009（7）：3205-3207，3316.
[20] 张瑾，王福禄.杨树落叶对Cd2+的吸附等温线和动力学研究[J].安徽农业科学，2011（22）：13484-13488.
[21] 蒋培，宗良纲，沈莉萍，等.镉污水灌溉下芦蒿生长及镉富集特性研究[J].安全与环境学报，2009（4）：1-4.
[22] 王涛，郭智，奥岩松.镉对龙葵幼苗生长的影响及镉富集特性研究[J].上海交通大学学报：农业科学版，2009（3）：200-205.
[23] 吴海一，詹冬梅，刘洪军，等.鼠尾藻对重金属锌、镉富集及排放作用的研究[J].海洋科学，2010（1）：69-74.