海南风吹楠对铅、镉胁迫的生长响应及综合评价分析

胡 倩，亢亚超，张博宇，王凌晖，滕维超

（广西大学林学院，南宁 530004）

海南风吹楠（Horsfieldia hainanensis）为肉豆蔻科（Myristicaceae）风吹楠属的常绿乔木，别名为海南荷斯菲木、海南霍而飞、水枇杷等，主要分布于我国云南、海南和广西[1-2]。研究发现，海南风吹楠种子含油量高，可用于机械润滑油增黏降凝双效添加剂和制皂[3-5]；海南风吹楠不仅木材质量好，其树皮还可入药，具有很高的经济和药用价值[6-8]。除此之外，海南风吹楠形态优美，树形高大，可作为园林绿化、美化树种。近年来，学者对海南风吹楠的研究主要集中在施肥、地理分布、化学成分及育苗技术等方面[9-12]，在重金属胁迫领域研究甚少。因此，研究铅、镉胁迫对海南风吹楠生长特性的影响具有重要意义，可为海南风吹楠的栽培及综合利用提供科学依据。

目前，大量学者对植物的重金属胁迫进行了研究。陈美静等[13]通过研究铅、镉等重金属对植物有机酸含量的影响，提出植物有机酸在重金属胁迫下解毒的研究方向；张浩[14]、陈伟[15]、王萍[16]等对烟草、草坪、醉马草进行了重金属胁迫研究，结果表明重金属胁迫能抑制植物的生长发育，对其产生严重的毒害作用。本研究以海南风吹楠为材料，研究铅、镉胁迫对海南风吹楠的生长响应，旨在为海南风吹楠苗木的栽培及推广提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在广西南宁市广西大学林学院苗圃教学实习基地进行（108°17′E，22°51′N），地属南亚热带季风气候区，雨量充沛，无霜期长，年均气温21.6℃，非常适宜海南风吹楠的生长。土壤全氮、全磷、全钾、铅、镉含量分别为0.31 g/kg、0.15 g/kg、0.1 g/kg、15.21 mg/kg、0.1 mg/kg，pH为6.17。

1.2 试验材料

海南风吹楠苗木由广西钦州市林科所提供，为长势均匀、健康、1年生实生苗，株高（21.04±0.74 cm），地径（4.98±0.49 mm）。土壤基质由沙壤土，土和沙以3∶1的比例混匀，于2017年4月18日栽植于直径为23 cm、盆高20 cm的塑料盆中，并在盆下垫上托盘，每盆土壤重5 kg，每盆栽植1株。历经约1个月缓苗后，2018年5月10日对海南风吹楠进行铅（Pb）、镉（Cd）单一胁迫试验。试验中Cd来自 CdCl2·2.5H2O、 Pb来自 Pb（NO3）2，均采自南宁羽瑞生物试剂经销部。

1.3 试验方法

镉、铅单一胁迫浓度设置参考谌金吾[17]试验设计，以不加CdCl2和 Pb（NO3）2的水溶液（清水）作为对照组（CK），铅单一胁迫浓度为250、500、1 000、2 000 mg/kg，镉单一胁迫浓度为10、25、50、100 mg/kg，共9个处理组，每个处理均设7个重复，共用63株海南风吹楠。试验周期为6个月，前2个月对苗木进行铅、镉单一胁迫处理，每次施加的量为总量的1/6，每10天处理1次，处理过程中，让重金属溶液与土壤充分混合，并及时把托盘中的溶液倒入盆栽中，防止流失。处理结束后，根据盆中水分情况和周围环境对苗木进行合理的浇水、除草、松土等管理，保证苗木正常生长需求。

1.4 指标测定

2017年5月至2017年11月期间进行株高、地径测定。株高使用皮尺（150 cm，0.1 cm）测定，地径使用数显游标卡尺（0～200 mm）测定，每30 d测定1次，每组每株重复测定5次。

2017年11月试验结束后，采用烘干称重法进行生物量测定[18]。每个处理组挖取3株长势均匀的海南风吹楠进行编号，用超纯水清洗干净，吸水纸吸掉植株水分，称量根、茎、叶的鲜质量，后放入105℃的烘箱内杀青30 min，再将温度调至75℃烘干至恒重，测定根、茎、叶的干质量。

2017年11月试验结束后，使用Epson根系扫描仪进行根系指标的测定，每个处理选取3株海南风吹楠破坏取样，测定其根系的总根长和总根表面积。

苗木质量指数[19]（QI）＝苗木总干重/[（苗高/地径）+（径干重根干重）]。

1.5 数据分析

试验数据用Excel 2010进行记录、整理计算和作图，方差分析用DPS、SPSS等进行，多重比较用Duncan法等。

2 结果与分析

2.1 铅、镉单一胁迫对海南风吹楠株高的影响

海南风吹楠株高增长量的排序为Pb500＞Pb250＞CK＞Pb1 000＞Pb2 000（图1A），其中，铅浓度为500 mg/kg的处理组株高增长量最大（20.16 cm），250 mg/kg处理次之，2 000 mg/kg处理最小（13.90 cm），Pb500处理组的株高增长量为Pb2 000的1.45倍；海南风吹楠株高增长量的排序为Cd25＞Cd10＞CK＞Cd50＞Cd100（图1B），镉浓度为25 mg/kg的处理组株高增长量最大（18.00 cm），10 mg/kg处理次之，100 mg/kg处理最小（13.93 cm），Cd25处理组的株高增长量为Cd100的1.29倍（图1B）。总体来看，铅、镉单一胁迫下，海南风吹楠的株高增长量均呈先上升后下降的变化趋势，且在铅浓度为500 mg/kg、镉浓度为25 mg/kg时最高。

2.2 铅、镉单一胁迫对海南风吹楠地径的影响

海南风吹楠地径增长量的排序为Pb500＞Pb250＞Pb1 000＞CK＞Pb2 000（图2A），其中，铅浓度为500 mg/kg的处理组地径增长量最大（3.09 mm），250 mg/kg处理次之，2 000 mg/kg处理最小（2.08 mm），Pb500处理组的地径增长量为Pb2 000的1.49倍；海南风吹楠地径增长量的排序为Cd25＞Cd10＞CK＞Cd50＞Cd100，镉浓度为25 mg/kg的处理组地径增长量最大（2.90 mm），10 mg/kg处理次之，100 mg/kg处理最小（1.96 mm），Cd25处理组的地径增长量为Cd100的1.48倍（图2B）。总体来看，铅、镉单一胁迫下，海南风吹楠的地径增长量均呈先上升后下降的变化趋势，且在铅浓度为500 mg/kg、镉浓度为25 mg/kg时最高。

图1 铅、镉单一胁迫对海南风吹楠苗木株高增长量的影响Fig.1 Effects of single stress of Pb and Cd on height increment of Horsfieldia hainanensis

图2 铅、镉单一胁迫对海南风吹楠苗木地径增长量的影响Fig.2 Effects of single stress of Pb and Cd on ground diameter increment of Horsfieldia hainanensis

2.3 铅、镉单一胁迫对海南风吹楠生物量的影响

图3 铅、镉单一胁迫对海南风吹楠苗木生物量的影响Fig.3 Effects of single stress of Pb and Cd on biomass of Horsfieldia hainanensis

海南风吹楠生物量的排序为Pb500＞Pb250＞CK＞Pb1 000＞Pb2 000（图3A），其中，铅浓度为500mg/kg的处理组生物量最大（21.90g），250mg/kg处理次之，2 000 mg/kg处理最小（15.32 g），Pb500处理组的株高增长量为Pb2 000的1.43倍；海南风吹楠生物量的排序为Cd25＞Cd10＞CK＞Cd50＞Cd100，镉浓度为25 mg/kg的处理组株高增长量最大（19.44 g），10 mg/kg处理次之，100 mg/kg处理最小（16.84 g），Cd25处理组的株高增长量为Cd100的1.15倍（图3B）。总体来看，在铅、镉单一胁迫下，海南风吹楠的生物量均呈先上升后下降的变化趋势，且在铅浓度为500 mg/kg、镉浓度为25 mg/kg时最高。

2.4 铅、镉单一胁迫对海南风吹楠总根长和总根表面积的影响

图4 铅、镉单一胁迫对海南风吹楠苗木总根长和总根表面积的影响Fig.4 Effects of single stress of Pb and Cd on total root length and total root surface area of Horsfieldia hainanensis

海南风吹楠总根长的排序为Pb500＞Pb250＞Pb1 000＞CK＞Pb2 000，（图4A），其中，铅浓度为500 mg/kg的处理组总根长最大（1 739.24 cm），250 mg/kg处理次之，2 000 mg/kg处理最小（1 377.76 cm），Pb500处理组的总根长为Pb2 000的1.26倍；海南风吹楠总根长的排序为Cd25＞Cd10＞CK＞Cd50＞Cd100，镉浓度为25 mg/kg的处理组总根长最大（1 716.33 cm），10 mg/kg处理次之，100 mg/kg处理最小（1 412.46 cm），Cd25处理组的总根长为Cd100的1.22倍（图4B）；海南风吹楠总根表面积的排序为Pb500＞Pb250＞CK＞Pb1 000＞Pb2 000（图4C），其中，铅浓度为500 mg/kg的处理组总根表面积最大（64.52 cm2），250 mg/kg处理次之，2 000 mg/kg时最小（53.12 cm2），Pb500处理组的总根表面积为Pb2000的1.24倍；海南风吹楠总根表面积的排序为Cd25＞Cd10＞Cd50＞CK＞Cd100（图4D），其中，镉浓度为25 mg/kg的处理组总根表面积最大（66.94 cm2），10 mg/kg处理次之，100 mg/kg处理最小（57.93 cm2），Cd25处理组的总根表面积为Cd100的1.16倍。总体来看，海南风吹楠在铅、镉单一胁迫下，各处理组的总根长和总根表面积均呈先上升后下降的变化趋势，且均在铅浓度为500 mg/kg、镉浓度为25 mg/kg时最高。

2.5 铅、镉单一胁迫对海南风吹楠苗木质量的综合评价

运用苗木质量指数对海南风吹楠进行综合评价结果显示，Pb500处理组综合排序第一，苗木质量最佳，Cd25次之，而Cd100和Pb2 000排名最为靠后（表1），表明低浓度的铅（500 mg/kg）、镉（25 mg/kg）能促进海南风吹楠的生长，而高浓度的铅（2 000 mg/kg）、镉（100 mg/kg）不利于海南风吹楠的生长。

表1 铅、镉单一胁迫对海南风吹楠苗木质量的综合评价Tab.1 Comprehensive evaluation of Horsfieldia hainanensis under single stress of Pb and Cd

3 结论与讨论

铅、镉等重金属并不是植物生长所需的必需元素，当土壤中重金属浓度过高时会对植物产生严重的危害，严重时可致其死亡。本研究结果表明，海南风吹楠的株高增长量、地径增长量、生物量、总根长及总根表面积均呈先上升后下降的变化趋势，且均在铅浓度为500 mg/kg、镉浓度为25 mg/kg时达到最大值，在铅浓度为2 000 mg/kg、镉浓度为100 mg/kg时最小。说明海南风吹楠能够适应一定浓度的铅、镉重金属胁迫，高浓度的铅、镉则会抑制海南风吹楠的生长

刘柿良等[20]研究长春花发现，高浓度的镉（≥25 mg/kg）会抑制长春花（Catharanthus roseus）的生长和生物量的积累，本研究结果表明，镉浓度为25 mg/kg时海南风吹楠的生长状况最佳，而随着镉浓度的持续增大，其生长会受到抑制，两者研究结果较为接近；温瑀等[21]在研究铅、镉对绿化植物的影响中发现，随着铅、镉浓度的逐渐增加，红瑞木（Swida alba）的生长指标均呈先上升后下降的变化趋势，与本研究结果基本一致；蒋霞[22]研究金花茶（Camellia nitidissima）发现，低浓度的铅能够促进金花茶生长，而高浓度的铅则会抑制其生长，与本研究中对海南风吹楠进行的铅胁迫结果一致；刘碧英等[23]研究发现，低浓度Pb胁迫能够促进藿香蓟（Ageratum conyzoides）生物量的积累，与本研究结果较为一致；本研究中，低浓度的铅、镉单一胁迫均促进了海南风吹楠的生长，与曾俊[24]对月季的研究结果相似。

综上所述，低浓度的铅（500 mg/kg）、镉（25 mg/kg）能够促进海南风吹楠的生长，高浓度的铅（2 000 mg/kg）、镉（100 mg/kg）则会对其生长产生毒害作用，说明海南风吹楠对铅、镉胁迫具有一定的耐性，可为海南风吹楠苗木的栽培及抗性研究等相关领域提供科学依据。