重金属镉、铅胁迫对不同品种茭白生长的影响

黄凯丰 杨凯 江解增

（1.扬州大学水生蔬菜研究室，江苏扬州，225009；2.贵州师范大学生命科学学院植物遗传育种研究所）

重金属镉、铅胁迫对不同品种茭白生长的影响

黄凯丰1,2杨凯1江解增1

（1.扬州大学水生蔬菜研究室，江苏扬州，225009；2.贵州师范大学生命科学学院植物遗传育种研究所）

以茭白的单季茭品种蒋墅茭和双季茭品种葑红早为试材，在苇末基质和土壤2种栽培方式下添加不同浓度的Cd2+，Pb2+胁迫处理，测定了茭白生长过程中株高、叶面积、分蘖等形态指标的变化。研究结果表明，低浓度Cd2+，Pb2+胁迫能促进两茭白品种株高、叶面积的增加，但均随Cd2+，Pb2+处理浓度的进一步增加而下降；茭白的分蘖数表现为随Cd2+，Pb2+处理浓度的增加而呈持续下降的变化趋势。不同栽培介质间以苇末基质栽培处理时茭白的株高、叶面积、分蘖数同比高于土壤栽培。品种间以葑红早的株高、叶面积同比高于蒋墅茭，而分蘖数则低于蒋墅茭。

茭白 镉 铅 生长 栽培介质

镉是为害极大的环境污染物[1～2]。据研究报道，镉胁迫对水稻分蘖的发生，株高、叶面积等都有一定程度的影响，影响程度因品种不同而有很大差异[3]。镉对水稻毒害的常见症状是秧苗生活力弱，生长缓慢，生物量减少，产量下降，根受害，叶片黄化，叶缘及叶脉变成褐色等[4～5]。铅也是一种重要的环境污染物，其进入土壤后，会产生明显的生物效应，可导致植物特别是其根部中毒、植株枯萎死亡等。刘建国研究发现：高浓度的铅对水稻生长发育有害，水稻不同品种间的生长发育对铅胁迫的反应存在很大差异[3]。

茭白（Zizania latifoliaTurcz.）是我国的一种特色水生蔬菜，大都在主要水系周边区域种植，且其生长发育过程中需要大量的灌溉用水，因此受随水系扩散的重金属污染的可能性要高于其他种类的农作物。国内外目前关于重金属离子对植物的伤害规律及植物对重金属离子的耐性机制已有大量的研究报道，而关于茭白在这方面的研究则极少。因此本试验采用苇末基质和土壤两种栽培介质栽培下，进行不同浓度的Cd2+，Pb2+胁迫处理，对不同品种茭白生长过程中部分形态指标进行了比较研究，以探讨茭白品种间对Cd2+，Pb2+的耐性差异，同时也为Cd2+，Pb2+对茭白植株的胁迫伤害机理提供一些科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为江苏省茭白代表性品种：蒋墅茭（单季茭，长势较弱）、葑红早（双季茭，长势较强）。

1.2 种植管理

2005年4月12日，以镇江造纸厂生产的蔬菜专用 “苇末基质”（Cd2+含量 3.50 mg/kg；Pb2+含量39.00 μg/kg，pH值7.87）[6]，以及取自扬州大学水生蔬菜试验田的土壤 （Cd2+含量0.16 mg/kg；Pb2+含量0.17 mg/kg，pH值7.54）为栽培介质，均按20 cm的厚度铺设到试验水池，每个水池长1.5 m、宽1 m、深0.5 m，灌水至30 cm，并在试验过程中通过不断灌自来水以保持该水位。5月10日，将蒋墅茭和葑红早的小墩定植于水泥池中，每小墩有5株基本苗，每个池子中均栽2个品种，品种间用滤网隔开。

1.3 试验处理

待茭白植株返青成活、长出新叶后，于5月28日，按栽培基质、土壤和水的总体积为准，设置Cd2+浓度分别为25，50，100，200 mg/kg；Pb2+浓度分别为250，500，1 000，2 000 mg/kg，向池中均匀投放高浓度的CdCl2·2.5 H2O或Pb（NO3）2母液，搅拌均匀，以不施重金属离子的池子为空白对照，3次重复。分别于茭白的返青、分蘖期按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覆盖塑料薄膜，以防止降雨。

表1 苇末基质栽培时Cd2＋,Pb2＋胁迫对茭白株高的影响 cm

表2 土壤栽培时Cd2＋,Pb2＋胁迫对茭白株高的影响 cm

1.4 试验方法

株高测定：于分蘖初期（7月15日）、分蘖末期（8月 6日）、孕茭期（9月 10日）、结茭期（10月 1日），每处理3株，每株随机选6个单茎，测量株高。叶面积测定：于分蘖期（7月 25日）、孕茭期（9月10日）每处理3株，每株随机选6片叶子，测量倒三叶叶面积（长×宽×0.78）。茎蘖动态：分蘖末期数各浓度处理下茭白的茎蘖数。

2 结果与分析

2.1 不同浓度镉、铅胁迫对茭白不同时期株高的影响

由表1，2可以看出，不论是苇末基质栽培还是土壤栽培，较低浓度的Cd2＋，Pb2＋胁迫对茭白4个生育期的株高基本无抑制作用，相反存在少许促进作用，当Cd2＋，Pb2＋处理浓度分别为50，500 mg/kg时，茭白两品种的株高达最大，但均随Cd2＋，Pb2＋处理浓度的进一步增加而下降，说明较低浓度的Cd2＋，Pb2＋胁迫能在一定程度上促进茭白的生长，而高浓度的Cd2＋，Pb2＋胁迫则抑制茭白的生长。不同栽培介质处理间以苇末基质处理时茭白两品种的株高同比大于土壤栽培处理。品种间以葑红早的株高同比高于蒋墅茭。由表1还可以看出，茭白两品种株高的变化趋势在分蘖初期 （7月15日），分蘖末期 （8月6日），孕茭期（9月10日）和结茭期（10月1日）相似，说明Cd2＋，Pb2＋胁迫对茭白生长发育的影响贯穿整个生育期。品种间以葑红早的株高同比高于蒋墅茭。

2.2 不同浓度镉、铅胁迫对茭白不同生长时期叶面积的影响

由表3可以看出，低浓度的Cd2＋胁迫能促进蒋墅茭和葑红早倒三叶叶面积的增加，当Cd2＋胁迫浓度达到25 mg/kg时，茭白两品种倒三叶的叶面积达最大，其后随Cd2+胁迫浓度的进一步增加而下降，高浓度胁迫时下降的幅度更为明显；Pb2+胁迫时茭白两品种的叶面积则表现为随Pb2+胁迫浓度的增加而持续下降。不同栽培介质间以苇末基质处理时茭白倒三叶的叶面积同比大于土壤栽培。不同生育期之间茭白两品种叶面积的变化趋势相似，均以孕茭期大于分蘖末期。品种间则以葑红早的叶面积总体大于蒋墅茭，这可能与茭白品种间差异有关。

表3 Cd2+，Pb2+胁迫对茭白叶面积的影响 cm2

表4 Cd2+，Pb2+胁迫对茭白分蘖数的影响 个

2.3 不同浓度镉、铅胁迫对茭白分蘖数的影响

由表4可以看出，低浓度的Cd2+，Pb2+胁迫对茭白分蘖数的生成略有促进作用。当Cd2+，Pb2+胁迫浓度分别达 50，500 mg/kg以后，两品种茭白的分蘖数随Cd2+，Pb2+处理浓度的进一步增加而下降，说明高浓度的Cd2+，Pb2+胁迫能抑制茭白分蘖的产生。不同栽培介质处理间以苇末基质栽培时茭白的分蘖数总体大于土壤栽培。品种间以蒋墅茭同比大于葑红早。

3 小结与讨论

重金属胁迫是一种氧化胁迫，影响着植物的生长发育[7]。杨金凤等研究发现低浓度Cd2+，Pb2+胁迫能促进株高的增加，Cd2+，Pb2+对油菜的生长起促进作用；随Cd2+，Pb2+处理浓度达到一定程度后，植株的生长明显受到抑制，株高降低[8]。丁海东的研究发现，番茄幼苗株高和叶面积随镉胁迫浓度的增大而明显下降[9]。Jalil等曾报道过低浓度Cd2+可促进硬粒小麦的生长，较高浓度下，小麦生长和分蘖受抑制，受抑制的程度因品种而异[10]，本试验与其结果相似。

杨锦忠[11]、杨居荣等[12]通过植物对重金属耐性机理的研究发现，低浓度重金属离子胁迫在初期能促进部分植物生长，但后期生长变慢，而高浓度则始终起抑制作用。从本试验的结果可以看出，不论是茭白分蘖前期的株高，还是分蘖末期的分蘖数等指标，均表现出低浓度促进生长，高浓度抑制生长，且在不同的栽培介质中、不同品种间的试验结果相似，说明茭白对Cd2+，Pb2+胁迫的耐性较强，其原理有待进一步研究。

从本试验的结果还可以看出，苇末基质栽培时两茭白品种的株高、分蘖数、叶面积同比均大于土壤栽培，这可能是由于苇末基质的主要成分是生物有机质，含有大量的活性基团，能与植物生长环境中的重金属离子发生络合或螯合，形成有机-金属配合物[13]，可以固定束缚重金属离子，阻碍植物对其的吸收；同时也使重金属对植物的作用降低[14]，从而降低了对茭白的毒性，这可能是导致茭白植株在苇末基质栽培处理时受Cd2+，Pb2+胁迫伤害小于土壤栽培的原因之一，但尚需开展进一步的研究来证实。

[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]刘建国.水稻品种对土壤重金属镉铅吸收分配的差异及其机理 [D].扬州：扬州大学，2004.

[4]王凯荣.Cd对不同基因型水稻生长毒害影响的比较研究[J].农村生态环境，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，孙朝辉，赵玉国，等.芦苇末有机栽培基质的基本理化性能分析[J].南京农业大学学报，2001，24（3）：19-22.

[7]布坎南，格鲁依森姆，琼斯.植物生物化学与分子生物学[M].北京：科学出版社，2003：976-983.

[8]杨金凤，卜玉山，郭小燕，等.土壤外源镉、铅污染对油菜生长的影响研究[J].陕西农业科学，2005（3）：26-28.

[9]丁海东，万延慧.重金属（Cd2+，Zn2+）胁迫对番茄幼苗抗氧化酶系统的影响 [J].上海农业学报，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.

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[12]杨居荣，黄翌.植物对重金属的耐性机理[J].生态学杂志，1994，13（6）：20-26.

[13]李廷强，杨肖娥.土壤中水溶性有机质及其对重金属化学与生物行为的影响 [J].应用生态学报，2004，15（6）：1 083-1 087.

[14]李波，青长乐，周正宾，等.肥料中氮磷和有机质对土壤重金属行为的影响及在土壤治污中的应用 [J].农业环境保护，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

图版说明：Na2SeO3处理对甜瓜种子萌发的影响（处理8d）

国土资源部与江苏省政府合作项目[(2003)019-O1]，江苏省农业三项工程项目[sx(2005)089]

黄凯丰（1979-），男，博士，研究方向为污染生态，电话：0851-6780646，13608585660。E-mail：hkf1979@163.com

江解增，通信作者

2009-04-09