铅胁迫对4种行道树生长的影响

王旭军，吴际友，程 勇，刘 球，李 斌，刘欲晓，尹华艳

(1. 湖南省林业科学院，湖南 长沙 410004； 2. 湖南省第二建筑公司，湖南 长沙 410004；3. 攸县林业局，湖南 攸县 412300)

铅胁迫对4种行道树生长的影响

王旭军1，吴际友1，程 勇1，刘 球1，李 斌2，刘欲晓3，尹华艳3

(1. 湖南省林业科学院，湖南 长沙 410004； 2. 湖南省第二建筑公司，湖南 长沙 410004；3. 攸县林业局，湖南 攸县 412300)

在湖南省林业科学院林场苗圃内选择香樟、深山含笑、栾树、鹅掌楸等4个树种的1年生幼苗为试材，对其进行Pb2+胁迫试验，设定Pb2+浓度为0mg/L(对照)、50 mg/L、400mg/L、800mg/L、1600mg/L 5个水平，每1个处理重复3次，研究不同Pb2+浓度对4种行道树生长的影响。结果表明：低浓度的Pb2+胁迫能促进幼苗的地径、苗高的生长，但随着浓度的升高生长量下降；低浓度Pb2+胁迫对香樟、栾树、鹅掌楸幼苗苗高的促进作用显著，且对香樟的影响最大，鹅掌楸次之，栾树最小，但这种促进作用对深山含笑不显著；随着Pb2+浓度的增加，各指标下降，其中深山含笑受影响最大；低浓度Pb2+胁迫对4个树种的地径生长均有显著的促进作用，且这种促进作用对于香樟和鹅掌楸的影响相对较强，深山含笑相对较弱，栾树介于两者之间，随着Pb2+浓度的增加，各指标下降，其中深山含笑受影响最大。

Pb2+胁迫；行道树；苗高；地径

许多重金属元素都是植物必需的微量元素(如Cu、Zn等)，对植物生长发育起着十分重要的作用。但铅元素对植物来说不是必需元素，是有毒元素。当环境中有毒元素的量超过某一临界值时，就会对植物产生一定的毒害作用，轻则植物体内的代谢过程发生紊乱，生长发育受到抑制，重则导致植物死亡。铅对植物的毒害效应表现为限制植物的正常生长、发育和代谢，生长在铅污染环境中的植物，很容易受到伤害。但不少种类植物仍能够在富含铅的土壤中生长、繁殖，并完成生活史，表明在长期的进化过程中这些植物已经对铅形成了特定的抗性机制[1-3]。我们对香樟(Cinnamomumcamphora)、深山含笑(Micheliaaudiae)、栾树(Koelreuteriapaniculata)、鹅掌楸(Liriodendronchinense)等4个树种在不同程度铅污染土壤中的生长响应进行了研究，为对重金属铅有较强抗性的行道树种的筛选提供参考。

1 材料与方法

1.1供试材料

供试材料选用湖南省林业科学院林场苗圃内香樟、深山含笑、栾树、鹅掌楸等4种树的1年生幼苗。

1.2试验方法

2009年3月将选好的苗木栽植在18cm×16cm的胶皮盆中，每盆装土1.5kg并种植1株苗木。盆栽土壤为黄土加草木灰(以5∶1混合)。每1个树种的每1个处理各设3次重复，每1个重复栽植4盆，盆下垫托盘，移植后进行常规管理。

2009年5月于苗木恢复生长后进行Pb2+胁迫处理。设定Pb2+浓度为：0mg/L(对照)、50mg/L、400 mg/L、800mg/L、1600mg/L，将Pb2+处理浓度相同的苗木放置在一畦。处理前分别称取一定量的Pb(N03)2(分析纯)，配制成相应浓度的溶液，每株均匀浇灌200mL相应处理溶液，对照(CK)浇灌等量的清水，并将渗到托盘中的溶液倒回盆中。

处理过程及苗木处理后的养护都在大棚内进行，且每次用等量的水浇灌，以避免因受雨水或浇灌水的影响而造成植株间处理浓度的差异[4]。

1.3指标测定

于2009年5月在Pb2+胁迫处理前对苗木的地径、苗高进行测量，处理后于10月再对苗木的地径、苗高进行测量。

植株苗高的测量参照 GB 6000-85《主要造林树种苗木》中的标准：苗高是指自地径至苗木顶芽基部的苗干长度，用钢卷尺测量，精确度为0.1cm；植株地径指苗木土痕处的粗度，用游标卡尺测量土痕处，若土痕处膨大，则测其上部位，精确度为0.01cm。

1.4数据分析

数据采用SPSS16.0软件分析。

2 结果与分析

2.1铅胁迫对4种行道树幼苗高生长的影响

铅胁迫对4种行道树幼苗高生长的影响结果见表1。

对4种行道树在不同浓度Pb2+胁迫下苗高生长差值进行方差分析，结果(见表2)表明，浓度主效应的影响已达极显著水平(Sig.<0.01)，树种×浓度交互效应的影响达显著水平(Sig<0.05)。在此基础上，再用LSD法对主效应及交互效应做多重比较，根据植株的苗高差值分析不同树种抗Pb2+胁迫能力的差异，结果见表4～5及图1～2。

2.1.1 Pb2+浓度主效应对植株高生长的影响 由表3和图1可知，Pb2+浓度主效应多重比较结果是，植株在50mg/L、400mg/L Pb2+处理下苗高差值与对照差异极显著，且苗高差值高于对照。表明较低浓度Pb2+胁迫对植株的苗高生长有一定的促进作用。

表2 Pb2+胁迫下4个树种高生长差值方差分析Tab.2 Varianceanalysisonheightgrowthof4speciesunderPb2+stress变异来源Ⅲ型平方和自由度均方FSig.树种4933.096 31644.365226.9240.000浓度383.524495.88113.2320.000树种×浓度205.4031217.1172.3620.021误差289.853407.246误差总和26048.27060校正总和5811.87759 注:“Sig.<0.05”表示差异显著;“Sig.<0.01”表示差异极显著。表6同。

表3 Pb2+浓度主效应对幼苗高生长影响的多重比较Tab.3 MultiplecomparisononheightgrowthofseedlingunderPb2+concentrationmaineffect铅浓度(mg/L)CKCKCKCK50**400**8001600 注:“*”表示与对照差异显著(Sig.<0.05);“**”表示与对照差异极显著(Sig.<0.01),表4、表7、表8同。

图1 Pb2+浓度主效应对幼苗高生长的影响 Fig.1 The effect on height growth of seedling under Pb2+ concentration main effect

2.1.2 树种×Pb2+浓度交互效应对植株高生长的影响 由表4和图2可知，树种与Pb2+浓度交互效应多重比较结果是：香樟、栾树、鹅掌楸在50mg/L、400mg/L Pb2+处理下苗高差值均与对照差异显著，且苗高差值均高于对照；香樟在以上2种浓度Pb2+处理下苗高差值分别高于对照43.3%、36.5%，鹅掌楸分别高于对照27.6%、28.3%，栾树分别高于对照24.8%、22.3%；深山含笑在800mg/L、1600mg/L Pb2+处理下苗高差值分别与对照差异显著和极显著，且苗高差值分别低于对照16.9%和24.1%。表明较低浓度Pb2+胁迫对香樟、栾树、鹅掌楸的苗高生长均有显著的促进作用，且这种促进作用对于香樟的影响最大，鹅掌楸次之，栾树最小，但这种促进作用对深山含笑并不显著；随着Pb2+浓度的增加，苗高差下降，幼苗的高生长开始受到抑制，其中深山含笑受影响最大。可见，香樟的抗Pb2+胁迫能力相对较强，鹅掌楸次之，栾树居于鹅掌楸之后，深山含笑的抗铅胁迫能力最弱。

表4 树种×Pb2+浓度交互效应对幼苗高生长影响的多重比较Tab.4 Multiplecomparisonofheightgrowthwithinterac-tiveeffectoftreespecies×Pb2+concentration树种铅浓度CKCKCKCK香樟50*400*8001600深山含笑50400800*1600**栾树50*400*8001600鹅掌楸50*400*8001600

图2 树种×Pb2+浓度交互效应对幼苗高生长的影响Fig.2 The effects on height growth of seedlings with interactive effect of tree species×Pb2+ concentration

2.2Pb2+胁迫对4种行道树幼苗地径生长的影响

Pb2+胁迫对4种行道树幼苗地径生长的影响结果见表5，地径差值方差分析结果见表6。表5、6的结果表明：Pb2+浓度主效应的影响已达极显著水平(Sig.<0.01)，树种×浓度交互效应的影响达显著水平(Sig.<0.05)。在此基础上，再用LSD法对主效应及交互效应做多重比较，根据植株的地径差值分析不同树种抗Pb2+胁迫能力的差异，结果见表7～8及图3～4。

表5 Pb2+胁迫下4种行道树幼苗地径生长差值表Tab.5 Thedifferenceofdiametergrowthof4avenuespeciesunderPb2+stress铅浓度(mg/L)香樟深山含笑栾树鹅掌楸地径差(cm)处理CK(%)地径差(cm)处理CK(%)地径差(cm)处理CK(%)地径差(cm)处理CK(%)CK4.63100.002.12100.003.67100.003.77100.00 505.62121.742.57122.224.10111.814.37115.924005.43118.122.33111.114.13112.724.60122.118004.91106.521.8185.713.87105.443.87102.6516004.2392.031.6376.193.5797.263.4090.26 注:表中数据均为3次重复的平均值,其中地径差为10月地径与5月处理前地径的差值。

表6 Pb2+胁迫下4个不同树种地径生长差异的方差分析Tab.6 Varianceanalysisondiametergrowthof4speciesunderPb2+stress变异来源Ⅲ型平方和自由度均方FSig.树种64.658 321.553486.1490.000浓度8.08542.02145.5920.000树种×浓度1.176120.0982.2110.030误差1.773400.044误差总和908.23060校正总和75.69359

2.2.1 Pb2+浓度主效应对植株地径生长的影响 由表7和图3可知，铅浓度主效应多重比较结果是，植株在50mg/L、400mg/L Pb2+处理下地径差值与对照差异显著，且地径差值均高于对照。表明较低浓度Pb2+胁迫对植株的地径生长有一定的促进作用。

表7 Pb2+浓度主效应对地径生长影响的多重比较Tab.7 MultiplecomparisonondiametergrowthunderPb2+concentrationmaineffect铅浓度(mg/L)CKCKCKCK50*400*8001600

图3 Pb2+浓度主效应对幼苗地径生长的影响Fig.3 The effects of diameter growth of seedling under Pb2+ concentration main effect

2.2.2 树种×Pb2+浓度交互效应对植株地径生长的影响 由表8和图4可知，树种与Pb2+浓度交互效应的多重比较结果是：香樟与鹅掌楸在50mg/L、400mg/L Pb2+处理下地径差值均与对照差异极显著，栾树在50mg/L、400mg/L Pb2+处理下地径差值与对照差异显著，且苗高差值均高于对照；香樟在以上2种浓度Pb2+处理下地径差值分别高于对照21.7%、18.1%，鹅掌楸分别高于对照15.8%、22.0%，栾树分别高于对照11.7%、12.6%；深山含笑在50mg/L Pb2+处理下地径差值与对照差异极显著，且高于对照22.2%，但在 800mg/L、1600mg/L Pb2+处理下地径差值分别与对照差异达显著和极显著，且地径差值分别低于对照14.3%和23.8%。表明较低浓度Pb2+胁迫对4个树种的地径生长均有显著的促进作用，且这种促进作用对于香樟和鹅掌楸的影响相对较强，对深山含笑的影响相对较弱，栾树的影响介于两者之间，但随着Pb2+浓度的增加，地径的差值下降，幼苗的地径生长开始受到抑制，其中深山含笑受影响最大。可见，香樟和鹅掌楸的抗Pb2+胁迫能力相对较强，深山含笑的抗Pb2+胁迫能力相对较弱，栾树介于两者之间。

表8 树种×Pb2+浓度交互效应对幼苗地径生长影响的多重比较Tab.8 Multiplecomparisonofdiametergrowthofseedlingwithinteractiveeffectundertreespecies×Pb2+concentration树种铅浓度CKCKCKCK香樟50**400**8001600深山含笑50**400800*1600**栾树50*400*8001600鹅掌楸50**400**8001600

图4 树种×Pb2+浓度交互效应对幼苗地径生长的影响Fig.4 The effects on diameter growth of seedlings with interactive effect of tree species×Pb2+ concentration

3 结论与讨论

(1)低浓度的Pb2+胁迫能促进幼苗的地径、苗高生长，但随着Pb2浓度升高生长量下降，与前人研究结果相一致[8]。这在某些生理指标(SOD活性、POD活性)上也得到印证，可能的原因是重金属胁迫下能刺激某些酶的活性，促进植物生长[5]。也有研究认为，低浓度重金属离子对植物生长的促进可能是对最初伤害的一种保护(生长越快，重金属离子在植物体内的相对浓度就越低)，但是随着Pb2+浓度的增加，保护反应消失，导致植株矮小，叶片失绿，植株鲜重、干重下降[6-7]。

(2)低浓度Pb2+胁迫对香樟、栾树、鹅掌楸幼苗苗高的促进作用显著，且对香樟的影响最大，鹅掌楸次之，栾树最小，但这种促进作用对深山含笑不显著；且随着Pb2+浓度的增加，各指标下降，其中深山含笑受影响最大。低浓度Pb2+胁迫对4个树种的地径生长均有显著的促进作用，且这种促进作用对于香樟和鹅掌楸的影响相对较强，深山含笑相对较弱，栾树介于两者之间，随着Pb2+浓度的增加，各指标下降，其中深山含笑受影响最大。从4个树种在不同浓度Pb2+胁迫下苗高变化来看，香樟的抗铅胁迫能力相对较强，鹅掌楸次之，栾树居于鹅掌楸之后，深山含笑的抗Pb2+胁迫能力最弱；从4个树种在不同浓度Pb2+胁迫下地径变化 来看，香樟和鹅掌楸的抗Pb2+胁迫能力相对较强，深山含笑的抗Pb2+胁迫能力相对较弱，栾树介于两者之间。

[1] 江行玉,赵可夫.植物重金属伤害及其抗性机理[J].应用与环境生物学报,2001,7(1)：92-99.

[2] Wen C H,ChangX X,et al. Study on dynamic change of nucleic acid metabolism of Datura steamonium exposed different heavy metal pollution duration[J].Agro-Environ Protection,1999,18(2):49-53.

[3] Tomsett A B,Thurman D A. Molecular biology of metal tolerance of plants[J].Plant Cell Environ,1998,11:383-39.

[4] 李斌,李志辉,吴际友,等. 铅胁迫对4种行道树种幼苗叶片丙二醛含量的影响[J].湖南林业科技,2010,37(2):8-11.

[5] Patra J, Ionka N, Panda BB.Tolerance and cotolerance of the grass Chloris barbata SW,to mercury ,cadmium and zinc[J].New Phytol,1994,128:165-171.

[6] 胡仲义,李修鹏.铅胁迫对全缘冬青幼苗生长与生理的影响[J].浙江林业科技,2008,28(1):19-22.

[7] 陈怀满.Pb的植物效应.土壤一植物系统中的重金属污染[M].北京:科学出版社,1996：238-247.

GrowtheffectofPb2+stresson4avenuetreespecies

WANG Xujun1, WU Jiyou1, CHENG Yong1, LIU Qiu1,LI Bin2, LIU Yuxiao3, YIN Huayan3

(1.Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004, China; 2. Hunan No.2 Engineering Co. Ltd, Changsha 410004, China; 3. Forestry Bureau of Youxian County, Youxian County 412300, China)

The growth effect of Pb stress were tested on one-year-old seedlings of 4 avenue tree species asCinnamomumcamphora,Micheliamaudiae,KoelreuteriapaniculataandLiriodendronchinensein the experimental nursery of Hunan Academy of Forestry. The Pb2+concentration was arranged such levels as control (no Pb2+), 50 mg/L, 400 mg/L, 800 mg/L and 1600mg/L, each with 3 replicates. The results showed that: (1) Pb stress with lower Pb2+concentration stimulated the height growth and ground diameter growth, which then decreased with the increasing Pb2+concentration. (2)There is significant effects of height growth onC.camphora,K.paniculataandL.chinense, and the greatest impact onC.camphora,L.chinensesecond,K.paniculatathe minimum, and no significant effects onM.maudiae. With increasing concentration of Pb2+, the index were all declined, and effected significantly withM.maudiae. (3)There is significant effect of ground diameter growth on 4 avenue tree species, and the greatest impact onC.camphoraandL.chinense,K.paniculatasecond,M.maudiaethe minimum. With increasing concentration of Pb2+, the index were all declined, and affected significantly withM.maudiae.

Pb stress; avenue tree species; seedling height; ground diameter

2011-07-20

2011-08-30

国家“十二五”科技支撑项目(2011BAD38B03)。

X 503.235

A

1003-5710(2011)05-0034-05

10. 3969/j. issn. 1003-5710. 2011. 05. 009

(文字编校：唐效蓉，龚玉子)