香薷的重金属耐性与吸收性研究

土 壤 (Soils), 2013, 45(2): 239–245

①基金项目：国家自然科学基金项目(40821140539，40871155)和科技部国际科技合作项目(2010DFA92360)资助。 * 通讯作者(lhwu@)

作者简介：宓彦彦(1986—)女，山东聊城人，硕士研究生，主要从事土壤污染与植物修复研究。E-mail: miyanyan1987@

香薷的重金属耐性与吸收性研究①

宓彦彦1, 2，吴龙华2*，谭长银1，赵 冰3，周守标3，骆永明2

(1 湖南师范大学资源与环境学院，长沙 410081；2 中国科学院土壤环境与污染修复重点实验室(南京土壤研究所)，南京 210008；

3 安徽师范大学生命科学学院，重要生物资源保护与利用安徽省重点实验室，安徽芜湖 241000)

摘 要：采用温室土培盆栽试验和水培试验方法，研究了重金属复合污染条件下香薷的Cu 、Zn 、Cd 、Pb 耐性和吸收性。结果表明，土培试验中，各重金属处理条件未对香薷造成毒害，香薷均生长良好，且各处理间生物量无显著差异；香薷地上部Cu 、Zn 、Cd 、Pb 浓度最高分别为12.1、100、0.83、11.3 mg/kg 。水培试验条件下，Cu 50 μmol/L 、Zn 200 μmol/L+Cd 10 μmol/L 及Pb 100 μmol/L 处理时香薷均生长良好，且生物量与对照均无显著差异，根部Cu 、Zn 、Cd 、Pb 浓度最高为2 270、1 648、1 029、25 331 mg/kg ；Cu 100 μmol/L 处理时香薷生物量显著低于对照，但并未死亡，该处理下香薷叶片丙二醛、还原型谷胱甘肽、可溶性糖浓度均显著高于对照。两组试验表明，香薷对Cu 、Zn 、Cd 、Pb 有极强的耐性，是一种良好的可栽种于重金属污染土壤的经济作物。

关键词：香薷；重金属；耐性；吸收性 中图分类号：X53

随着采矿、冶金业的不断发展，土壤重金属污染问题日趋严重，已经受到环境、土壤科学家们的广泛关注[1]。植物修复以其成本低、不破坏土壤和河流生态环境、不引起二次污染等优点表现出了广阔的市场前景[2-4]。黄铭洪等[5]认为在重金属污染土壤上种植金属耐受性植物可降低金属的移动性，并减少进入食物链的金属生物有效性。

香薷(Elsholtzia ciliate )是香薷属一年生草本植物，其生物量大，生长快，是赏食皆宜的药用植物[6]。香薷属植物重金属耐性较早即有研究，目前已证实海州香薷(Elsholtzia splendens )是Cu 的高耐性植物[7-8]。鉴于土壤重金属污染呈多元素复合型，且对香薷属其他植物的多种重金属耐性和吸收性的研究较少。因此，本文拟以海州香薷近缘种香薷为供试材料，研究其Cu 、Zn 、Cd 、Pb 耐性和吸收特性，旨在为重金属复合污染土壤提供植物修复资源，并为香薷作为药用植物在重金属污染土壤上进行大面积种植提供新的思路和参考依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试土壤(普通黏化湿润富铁土)采自浙江省杭

州市郊区某金属冶炼厂附近重金属污染农田，将采集的0~20 cm 表层土壤风干后过2 mm 筛，备用。供试土壤全氮为1.92 g/kg 、全磷0.83 g/kg 、全钾13.1 g/kg 、阳离子交换量(CEC)为7.56 cmol (+)/kg 、有机碳19.9 g/kg 、pH 7.50。土壤全量Cu 、Zn 、Cd 、Pb 分别为944、5 059、2.62和955 mg/kg 。供试香薷种子采自浙江绍兴某铅锌矿区，于中国科学院南京土壤研究所植物生长室培养育苗，温度25°C(光照)/20°C(黑暗)，相对湿度65% ~ 70 %，光照时间14 h ，光强1.5 × 104 l x ；培养基为蛭石。待苗长出4片真叶后选择大小一致、长势良好的幼苗移栽，进行盆栽试验和水培试验。

1.2 试验设计与实施

1.2.1 香薷土培盆栽试验 试验于2009年3月30日至10月15日在中国科学院南京土壤研究所温室进行，向供试土壤中外加200 mg/kg Cu 、300 mg/kg Zn +10 mg/kg Cd 、600 mg/kg Pb 进行盆栽试验，试验处理见表1。重金属分别采用硝酸盐溶液形式加入，其中Zn+Cd 处理先添加Zn ，待幼苗无中毒症状，长势良好的情况下再加入Cd ，5月20日添加完全部重金属。试验每处理4次重复，每盆4株苗。在开花末期(10月15日)收获。

240 土壤第45卷

表1土培盆栽试验各处理重金属浓度(mg/kg)

Table 1 Heavy metal concentrations of pot experiment treatments

处理Cu Zn Cd Pb CK 944 5

059 2.62 955 Cu 1 144 5 059 2.62 955

Zn+Cd 944 5

359 12.6 955 Pb 944 5 059 2.62 1 555

1.2.2 香薷水培试验试验于2011年4月3日至6月3日在中国科学院南京土壤研究所玻璃温室进行。预培养一周后，选取根系发达、长势一致的香薷幼苗进行水培试验，试验采用1.8 L塑料桶盛装1.6 L 的Hoagland全营养液，用有孔的塑料板作为桶盖载体，植株用海绵固定。重金属处理如下：①CK：正常Hoagland营养液，不外加重金属；②Cu50：外加Cu 50 μmol/L；③Cu100：外加Cu 100 μmol/L；④Zn+Cd：外加Zn 200 μmol/L、Cd 10 μmol/L；⑤Pb：外加Pb 100 μmol/L。Cu、Zn、Cd、Pb分别以CuSO4、Zn(NO3)2、Cd(NO3)2、Pb(NO3)2溶液形式加入，不同处理间的硝态氮以硝酸铵平衡。试验每处理4次重复，每盆5株苗，保证通气良好，每3天更换一次营养液；2011年6月3日收获。

1.3样品处理与测定

收获后，水培香薷每组处理取叶片鲜重3 g，各用1 g测定生理指标丙二醛(MDA)和可溶性糖、游离脯氨酸(Pro)、还原型谷胱甘肽(GSH)。MDA和可溶性糖含量采用硫代巴比妥酸(TBA)法测定，GSH含量采用琉基试剂(DTNB)法测定，Pro含量采用磺基水杨酸提取茚三酮显色法测定。将剩余水培香薷和收获的土培盆栽香薷分为地上部和根两部分，依次用自来水和去离子水洗净，105℃杀青30 min，80℃下烘干至恒重，测定植物干重生物量后用不锈钢粉碎机粉碎，样品经HNO3-HClO4消解，原子吸收分光光度计(Varian SpectrAA220FS(火焰)、220Z(石墨炉))测定香薷地上部和根中Cu、Zn、Cd、Pb浓度。

1.4数据分析与统计

采用Microsoft Excel软件和SPSS13.0进行相关数据统计，用最小显著差异法(LSD)进行差异显著性比较(P<0.05)。

2结果与讨论

2.1 土培盆栽条件下香薷生物量及体内重金属浓

度变化

2.1.1不同重金属处理对香薷地上部和根生物量的影响土培试验供试土壤Cu、Zn、Cd、Pb 4种元素全量分别为944、5 059、2.62和955 mg/kg，均高出《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)[9]的三级标准数倍，但长期污染后土壤中重金属的有效性不高，因此本试验采用外加Cu 200 mg/kg、Zn 300 mg/kg和Cd 10 mg/kg、Pb 600 mg/kg处理。结果表明，各外加重金属处理条件下香薷均生长良好，4组处理香薷地上部干重和根干重均无显著差异(P>0.05)，表明香薷对Cu、Zn、Cd、Pb具有较强的耐性，添加重金属处理未对植物造成毒害(图1)。

2.1.2不同重金属处理对香薷地上部和根重金属浓度的影响外源添加重金属条件使香薷地上部重

(图中字母不同表示处理间差异达到P<0.05显著水平，下同)

图1土培条件下不同重金属处理对香薷生物量的影响

Fig. 1 Effects of different treatments on plant biomass of Elsholtzia ciliate at pot experiment