全 文 ：GA3与 EDTA强化黑麦草修复 Pb污染
土壤及其解毒机制*
吴秋玲1 摇 王文初2 摇 何闪英1**
( 1浙江工商大学环境科学与工程学院 /浙江省固体废物处理与资源化重点实验室,杭州 310012; 2台州市环境保护局,浙江台
州 310800)
摘摇 要摇 采用盆栽土培方法研究了生长调节剂 GA3和重金属螯合剂 EDTA 强化黑麦草修复
Pb外源浓度分别为 250 和 500 mg·kg-1的污染土壤以及黑麦草 Pb 解毒机制.结果表明: 细
胞壁沉积和液泡区室化在黑麦草地上部分 Pb的解毒中起重要作用. EDTA单独使用提高了植
物体内 Pb的浓度和 Pb在细胞可溶组分和细胞器组分中的比例,增强了 Pb 对植物的毒害作
用,从而使植物生物量显著下降(P<0. 05) .叶面喷洒低浓度 GA3(1 或 10 滋mol·L-1)显著促
进黑麦草对 Pb的富集,但 Pb在细胞器组分中的比例降低,缓解了 Pb 对植物细胞的伤害,从
而促进了黑麦草的生长(P<0. 05),其中 1 滋mol·L-1 GA3作用最显著. 100 滋mol·L-1 GA3降低
了黑麦草体内 Pb浓度,但 Pb在细胞可溶组分和细胞器组分中的比例提高,使黑麦草的生物
量明显低于对照.低浓度 GA3可在一定程度上缓解 Pb 和 /或 EDTA 对黑麦草的毒害,生物量
表现为低浓度 GA3单独>低浓度 GA3+EDTA>EDTA 单独使用.低浓度 GA3和 EDTA 联用时的
协同作用强化了黑麦草对 Pb的富集,其中,在外源 Pb浓度为 500 mg·kg-1处理组中,EDTA+
1 滋mol·L-1 GA3使黑麦草地上部分 Pb浓度和提取效率分别达到 1250. 6 mg·kg-1和 1. 1% .
因此,1 滋mol·L-1 GA3与 EDTA联用在强化 Pb污染土壤植物修复中具有很好的应用潜力.
关键词摇 EDTA摇 GA3 摇 黑麦草摇 Pb富集摇 亚细胞分布
*浙江省自然科学基金项目(LY13C030001)资助.
**通讯作者. E鄄mail: heshanying2007@ gmail. com
2014鄄01鄄23 收稿,2014鄄07鄄02 接受.
文章编号摇 1001-9332(2014)10-2999-07摇 中图分类号摇 X171. 5,X173,X53摇 文献标识码摇 A
Enhancement of GA3 and EDTA on Lolium perenne to remediate Pb contaminated soil and
its detoxification mechanism. WU Qiu鄄ling1, WANG Wen鄄chu2, HE Shan鄄ying1 ( 1College of En鄄
vironmental Science and Engineering, Zhejiang Provincial Key Laboratory of Solid Waste Treatment
and Recycling, Zhejiang Gongshang University, Hangzhou 310012, China; 2Environmental Protac鄄
tion Agency of Taizhou, Taizhou 310800, Zhejiang, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. , 2014, 25(10):
2999-3005.
Abstract: A pot experiment was conducted to study the effects of plant growth regulator GA3 and
metal chelate EDTA on enhancing the remediation of Pb contaminated soil, and the detoxification
mechanism of Lolium perenne grown on Pb contaminated soil at 250 and 500 mg·kg-1 . The results
showed that cell wall deposition and vacuolar compartmentalization played important roles in the de鄄
toxification of Pb in L. perenne shoot. The addition of EDTA alone increased Pb concentration in
plants and Pb proportions in soluble fraction and organelles fraction, and enhanced the toxicity of
Pb to plant, leading to the significant reduction of the plant biomass (P<0. 05). Foliar spray of
lower concentration of GA3 (1 滋mol·L-1 or 10 滋mol·L-1) alone significantly increased Pb accu鄄
mulation by L. perenne (P<0. 05), but Pb proportions in soluble and organelles fraction were de鄄
creased, which alleviated the adverse effects of Pb on plant, thus improving the growth of plants
(P<0. 05), with 1 滋mol·L-1 GA3 being the most effective. In contract, the addition of 100
滋mol·L-1 GA3 decreased Pb concentration in L. perenne, but increased the proportions of Pb in
soluble fraction and organelles fraction, resulting in the reduction of plant biomass. Lower concen鄄
应 用 生 态 学 报摇 2014 年 10 月摇 第 25 卷摇 第 10 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Oct. 2014, 25(10): 2999-3005
tration of GA3 might alleviate the adverse effects of Pb and / or EDTA on plant, since the biomass
amounts in the different treatments were in order of GA3 alone of lower concentration > GA3 of lower
concentration+EDTA > EDTA alone. The combination application of low concentration of GA3 and
EDTA showed a synergistic effect on the Pb accumulation in L. perenne (P<0. 05). Especially, Pb
concentration in shoot and Pb extraction efficiency reached 1250. 6 mg·kg-1 and 1. 1% , respec鄄
tively, under the treatment of EDTA+1 滋mol·L-1 GA3 on the Pb 500 mg·kg-1 soil. Therefore,
the application of 1 滋mol·L-1 GA3 along with EDTA appeared to be a potential approach for phy鄄
toremediation of Pb contaminated soil.
Key words: EDTA; GA3; Lolium perenne; Pb accumulation; subcellular distribution.
摇 摇 人类对重金属的开采、农田污水的灌溉以及大
气沉降等过程使大量重金属进入环境.据统计,我国
已有 2000伊104 hm2耕地受到不同程度的重金属污
染,占全国总耕地面积的六分之一,每年出产的受重
金属污染作物多达 1200伊104 t[1] .其中,全世界平均
每年排放的铅(Pb)为 500伊104 t,铅已成为土壤主要
的污染元素之一[2-3] .植物体内过量的 Pb 不仅会抑
制植物的光合作用和扰乱植物对矿物营养的吸收,
抑制植物生长,而且会通过食物链的传递危害人类
健康[4-5] .生长在重金属污染土壤中的植物可通过
金属排斥、限制金属在敏感组织中的分布以及细胞
壁结合、有机分子螯合和液泡区室化等降低重金属
的植物毒害作用[6-7] . 如 Wu 等[7]研究 Cd 在大麦
(Hordeum vulgare)体内亚细胞分布的结果表明,在
细胞壁组分中,Cd鄄抗性基因型大麦 Cd 的浓度高于
Cd鄄敏感基因型大麦,而 Cd 在细胞器组分中的浓度
恰好相反.
乙二胺四乙酸(EDTA)是较为常用的土壤重金
属螯合剂.许多研究表明,EDTA 能提高根际土壤 Pb
的植物有效性,促进 Pb 从根系向地上部的运输,从
而显著提高植物对 Pb 的富集能力[8-10] . 此外,赤霉
素(gibberellic acid 3,GA3)能显著加速细胞分裂、促
进成熟细胞纵向伸长以及植物茎和叶的生长[11] .由
于 GA3具有成本低、收效快、效益高等优点,被广泛
用于多种粮食作物,如 Hadi 等[12]研究表明,Pb 胁
迫下,叶喷 10-6 mol·L-1GA3能显著促进玉米生长,
提高其生物量.然而,到目前为止,关于植物生长调
节剂与重金属螯合剂联用强化植物修复效率及其解
毒机制鲜见报道.
黑麦草(Lolium perenne)是我国各地常见的优
质草坪草,尤为长江流域较普遍的优质牧草,具有生
长速度快、生物量大、可多次刈割等优点,在水土保
持和美化环境方面具有较大优势[13] .本研究以黑麦
草为试材,通过温室土培盆栽试验研究 GA3和 ED鄄
TA单独或联合使用对黑麦草 Pb富集的影响及其解
毒机制,以期为重金属污染土壤的植物修复提供理
论依据.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 供试土壤与植物
供试土壤为粘土,采自杭州郊外某农田,土壤基
本理化性质按土壤农化常规分析法测定[14],土壤重
金属含量及基本理化性质: 电位测定法测得土壤
pH为 5. 2,EDTA鄄铵盐快速法测得阳离子交换量为
9. 9 cmol·kg-1,用重铬酸钾容量法测得土壤有机质
含量为 3380 mg·kg-1,碱解扩散法测得土壤水解性
氮含量 393. 8 mg·kg-1,碳酸氢钠法测得土壤有效
磷含量为 31. 2 mg·kg-1,醋酸铵鄄火焰光度计法测
得有效钾含量为 231. 2 mg·kg-1,原子吸收分光光
度法测得总 Pb 含量为 35. 2 mg·kg-1 .土壤采集后
去除动植物残体和石块,自然风干,过 2 mm 筛后充
分混匀,每盆[18. 5 cm(直径) 伊21 cm(高)]装土 2
kg(干质量),盆下垫托盘. Pb以 Pb(NO3) 2水溶液的
形式加入土壤,并充分混匀,制成 Pb2+外源浓度分别
为 250 mg·kg-1(Pb250)和 500 mg·kg-1(Pb500)的污
染土壤,加水至田间持水量的 70% ,在室内稳定 30
d后用于试验.
黑麦草种子由北京绿冠草业发展有限公司提
供.种子经 4% NaClO消毒 30 min,并用去离子水清
洗后播种,每盆 250 粒(以保证每盆能收获约 200 株
植物).黑麦草养殖在浙江工商大学环境科学与工
程学院温室中进行. 温室白天 /夜晚的温度为
25 / 15 益,每隔一天浇水 200 mL,以保持土壤含水
率为最大持水量的 70% .
1郾 2摇 研究方法
Pb250和 Pb500土壤均设 8 组处理,分别为:不添
加 EDTA 和 GA3(对照,C)、添加 2. 5 mmol·kg-1
EDTA(T1)、1 滋mol·L-1GA3(T2)、10 滋mol·L-1GA3
(T3)、100 滋mol·L-1GA3(T4)、2. 5 mmol·kg-1ED鄄
0003 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
TA+1 滋mol·L-1GA3(T5)、2. 5 mmol·kg-1EDTA+10
滋mol·L-1 GA3 ( T6 )、2. 5 mmol· kg-1 EDTA + 100
滋mol·L-1GA3(T7).每个处理设 3 个平行(3 盆).
分析纯 EDTA ( EDTA鄄Na2 ) 用 0. 1 mol · L-1
NaOH溶解后用去离子水定容至 1 mol·L-1,EDTA
向土壤中直接添加. GA3先配置 100 滋mol·L-1储备
液,使用时用去离子水稀释到相应浓度,以叶面喷洒
的方式添加.黑麦草种子发芽 7 d 后,每隔一周进行
GA3与 EDTA的单独或联合添加. GA3与 EDTA 每次
添加量都为 5 mL,共添加 4 次.
1郾 3摇 测定方法
发芽后第 42 天收获黑麦草,用蒸馏水反复冲洗
植株,再用蒸馏水浸泡根 15 min,以去除根表面吸附
的重金属,用吸水纸将表面水分吸干,测定其根长.
所收获的植株在 105 益下杀青 30 min,于 75 益下烘
干至恒量,测定地上部分干质量.
黑麦草根部和地上部分 Pb含量的测定:将洗净
植株的根部和地上部分开,晾干后放入烘箱中, 105
益杀青 30 min,75 益下烘干至恒量,研磨后过 100
目筛.称取(0. 5依0. 0005) g样品,加 8 mL HNO3,用
CEM高压微波消解仪(CEM MARS6,CEM,美国)消
解,再用原子吸收光谱仪( ZEE nit 700p,耶拿,德
国)测定根部和地上部分 Pb含量.
新鲜植物地上部分样品在预冷的含 50
mmol·L-1Tris鄄HCl (pH 7. 5)、0. 25 mol·L-1蔗糖和
1 mmol·L-1二硫赤藓糖醇的缓冲液中研磨成匀浆.
植物细胞被分成细胞壁组分( F1 )、细胞可溶组分
(F2)和细胞器组分(F3). Pb 在黑麦草地上部分亚
细胞组分分析按 He 等[15]的方法. 匀浆液在 3000
r·min-1、4 益下离心 15 min,沉淀为 F1 组分;上清
液在 15000 r·min-1、4 益下离心 15 min,所得上清
液和沉淀分别为 F2 和 F3 组分.将所得各组分蒸干,
用 HNO3 鄄HClO4(3 颐 1, v / v)消解,稀释到特定体积.
不同组分中 Pb 浓度用原子吸收光谱仪 ( ZEE nit
700p,耶拿,德国)测定,同时计算各组分中 Pb 的
比例.
1郾 4摇 数据处理
生物富集系数(BCF)=根中 Pb浓度 /土壤中 Pb
浓度;转运系数(TF) = 地上部分 Pb 浓度 /根中 Pb
浓度;提取效率 = (植物地上部分重金属提取总量 /
土壤中重金属总量)伊100% .
所有数据均采用 SPSS 19. 0 软件进行分析. 采
用单因素方差分析( one鄄way ANOVA)和 Duncan 多
重比较方法分析组间差异(倩=0. 05).
2摇 结果与讨论
2郾 1摇 GA3和 EDTA 单独或联合作用对黑麦草生物
量的影响
重金属污染土壤的植物修复不仅受植物对重金
属富集能力的影响,而且受植物地上部分生物量的
限制.由表 1 可见,黑麦草根长和地上部分生物量随
着土壤外源 Pb浓度的增加显著降低(P<0. 05). 进
入植物体内的重金属会影响叶绿素生物合成相关的
酶活性,破坏植物活性氧代谢平衡,过量的活性氧自
由基使叶绿体结构和功能遭破坏,从而大大降低植
物叶绿素含量,导致光合速率下降[16-17],植物的生
物量随之减少.
EDTA可提高重金属的可移动性,从而增强重
金属对植物的毒害作用[18] . 本研究表明,与对照相
比,单独添加 EDTA 使黑麦草根长和地上部分生物
量分别降低了 14. 6% ~ 16. 9%和 17. 3% ~ 25. 1%
(表 1).叶喷低浓度(1 或 10 滋mol·L-1)GA3明显提
高了黑麦草根长和地上部分生物量(P<0. 05),当
GA3浓度为1 滋mol·L-1时黑麦草根长和地上部分
表 1摇 GA3和 EDTA对黑麦草根长和地上部分干质量的影响
Table 1摇 Effect of GA3 and EDTA on root length and shoot
dry biomass of Lolium perenne
外源添加 Pb浓度
Pb concentration
of exogenous
addition
(mg·kg-1)
处理
Treatment
根长
Root
length
(cm)
地上部分干质量
Shoot dry
mass
(mg·plant-1)
250 C 8. 9依0. 8bB 39. 7依2. 1bC
T1 7. 4依0. 3bA 32. 0依5. 2aA
T2 11. 2依0. 3bE 57. 6依3. 9bF
T3 9. 6依0. 1bC 45. 0依2. 6bD
T4 8. 4依0. 2cB 34. 7依2. 9bB
T5 10. 2依0. 5cD 49. 7依2. 5cE
T6 9. 3依0. 2bC 40. 3依3. 2bC
T7 7. 3依0. 5bA 28. 3依0. 6bA
500 C 8. 2依0. 3aC 34. 3依2. 5aB
T1 7. 0依0. 9aA 28. 7依3. 0aA
T2 10. 6依0. 2aF 52. 3依2. 5aF
T3 9. 1依0. 4aE 40. 7依2. 3aD
T4 7. 6依0. 3aB 30. 3依2. 5aA
T5 9. 2依0. 2aE 45. 0依2. 6aE
T6 8. 8依0. 3aD 37. 7依2. 9aC
T7 6. 5依0. 3aA 26. 0依2. 0aA
不同小写字母表示同一处理不同 Pb浓度间差异显著,不同大写字母
表示同一 Pb浓度不同处理间差异显著(P<0. 05) Different small let鄄
ters meant significant difference among different Pb concentrations in the
same treatment, and different capital letters meant significant difference
among different treatments in the same Pb concentration at 0. 05 level. 下
同 The same below.
100310 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 吴秋玲等: GA3与 EDTA强化黑麦草修复 Pb污染土壤及其解毒机制摇 摇 摇 摇 摇
生物量增加最显著,分别比对照提高 25. 8% ~
29郾 3%和 34. 9% ~50. 7% .相反,100 滋mol·L-1GA3
处理显著抑制了黑麦草的生长(P<0. 05). Falkowska
等[19]研究表明,叶面喷洒(1、3 或 5 mmol·kg-1 )
GA3不仅能够促进细胞分裂和茎的生长以及植物的
光合速率,还能提高植物对重金属的抗性,从而使法
国万寿菊(Tagetes patula)地上部分生物量提高了
14% ~32% . L佼pez 等[20]利用水培试验研究了不同
浓度外源植物激素对紫花苜蓿(Medicago sativa)生
长的影响,结果表明:与对照相比,赤霉素或激动素
(kinetin)对紫花苜蓿地上部分生物量都没有显著影
响,而吲哚鄄3鄄乙酸(indole鄄3鄄acetic acid,IAA)显著促
进了植物根的生长,并且该影响随着 IAA 浓度的升
高而降低,但其对植物地上部分生长影响不显著.可
见,植物生长调节剂对植物生长的影响会随着植物
种类及其培养方式、植物生长调节剂的种类和添加
剂量的变化产生截然不同的结果.在本研究条件下,
叶喷 1 滋mol·L-1GA3对种植在 Pb 污染土壤中的黑
麦草生长的促进作用最显著.
由表 1 可见,低浓度(1 或 10 滋mol·L-1)GA3和
EDTA的联合使用大大增加了黑麦草根长和地上部
分干质量(P<0. 05),其促进作用为 1 滋mol·L-1
GA3+EDTA>10 滋mol·L-1GA3 +EDTA. 与 EDTA 单
独作用相比,低浓度 GA3和 EDTA 联合使用显著增
加了黑麦草根长和地上部生物量(P<0. 05),表明
1 滋mol·L-1(或 10 滋mol·L-1)GA3有效缓解了 ED鄄
TA对黑麦草生长的抑制.但生物量增加值小于 GA3
单独施用,因此低浓度 GA3与 EDTA 对黑麦草生长
表现为拮抗作用. 但在 100 滋mol·L-1GA3与 EDTA
联合作用下,黑麦草根长和地上部分比 EDTA 单独
作用分别降低了 1. 3% ~ 7. 1%和 9. 4% ~ 11. 6% ,
表明 100 滋mol·L-1GA3与 EDTA协同抑制黑麦草的
生长.
2郾 2摇 GA3和 EDTA单独或联合作用对黑麦草 Pb 富
集的影响
由表 2 可见,黑麦草 Pb 含量随土壤中 Pb 浓度
的增加显著上升(P<0. 05),与外源 Pb 浓度为 250
mg·kg-1时相比,500 mg·kg-1处理使黑麦草根部和
地上部分 Pb 浓度分别提高 1. 0 ~ 1. 5 和 1. 4 ~ 2郾 0
倍.研究表明,EDTA 可提高根际土壤中 Pb 的植物
有效性,促进 Pb从根部向地上部的转运,从而提高
植物对 Pb的富集[10,15,18] . 本研究中,向土壤中添加
EDTA显著促进了植物对 Pb 的富集,使黑麦草根部
和地上部分重金属浓度分别比对照提高 59. 6% ~
65. 3% 和 252. 1% ~ 299. 1% . 低浓度 ( 1 或 10
滋mol·L-1)GA3单独或与 EDTA 联合使用都显著提
高了黑麦草体内 Pb的浓度(表 2),其促进作用的顺
序为:EDTA +低浓度 GA3>EDTA>低浓度 GA3 .类似
结果在 IAA对玉米(Zea mays) [21]和紫花苜蓿[12]Pb
富集的影响研究中也有报道. EDTA 可与土壤中的
Pb 形成更易被植物吸收的可溶性金属螯合物 Pb鄄
EDTA,并以Pb鄄EDTA螯合物形式被植物吸收和转
表 2摇 GA3和 EDTA对黑麦草 Pb富集的影响
Table 2摇 Effects of GA3 and EDTA on Pb accumulation of Lolium perenne
外源添加 Pb浓度
Pb concentration
of exogenous
addition
(mg·kg-1)
处理
Treatment
根部 Pb浓度
Pb accumulation
in root
(mg·kg-1)
地上部分 Pb浓度
Pb accumulation
in shoot
(mg·kg-1)
生物富集系数
BCF
转运系数
TF
提取效率
Extraction
efficiency
(% )
250 C 255. 5依6. 6aB 55. 2依2. 6aB 0. 90依0. 02aB 0. 22依0. 02aA 0. 08依0. 00aA
T1 407. 7依6. 5aE 220. 3依11. 0aF 1. 4依0. 02aE 0. 54依0. 03aD 0. 25依0. 05aD
T2 322. 2依14. 0aD 109. 9依6. 3aD 1. 1依0. 05aD 0. 34依0. 02aC 0. 22依0. 03aD
T3 284. 6依11. 2aC 82. 1依5. 5aC 1. 0依0. 04aC 0. 29依0. 03aB 0. 13依0. 01aB
T4 207. 6依12. 5aA 37. 5依1. 2aA 0. 73依0. 00aA 0. 18依0. 01aA 0. 04依0. 00aA
T5 802. 1依17. 3aG 500. 6依14. 3aH 2. 8依0. 06aG 0. 62依0. 01aE 0. 87依0. 06aF
T6 604. 5依11. 1aF 375. 1依14. 9aG 2. 1依0. 04aF 0. 62依0. 01aE 0. 53依0. 05aE
T7 313. 7依16. 2aD 164. 5依9. 8aE 1. 1依0. 06aD 0. 53依0. 04aD 0. 16依0. 01aC
500 C 552. 0依6. 1bB 152. 3依7. 3bB 1. 0依0. 01cB 0. 28依0. 01bA 0. 10依0. 01bA
T1 912. 6依15. 5bF 536. 3依8. 6bF 1. 7依0. 03bF 0. 59依0. 00bE 0. 29依0. 03bC
T2 713. 3依15. 0bD 329. 4依24. 3bD 1. 3依0. 03bD 0. 46依0. 02bC 0. 32依0. 04bC
T3 649. 4依16. 9bC 215. 4依7. 3bC 1. 2依0. 03bC 0. 33依0. 02bB 0. 16依0. 01bB
T4 423. 6依13. 8bA 113. 1依3. 0bA 0. 79依0. 01bA 0. 27依0. 01bA 0. 06依0. 00bA
T5 1654. 5依18. 4bH 1250. 6依12. 0bH 3. 1依0. 03bH 0. 76依0. 01bF 1. 10依0. 06bE
T6 1221. 3依13. 7bG 915. 2依13. 7bG 2. 3依0. 03bG 0. 75依0. 01bF 0. 64依0. 06bD
T7 795. 9依15. 9bE 415. 5依19. 7bE 1. 5依0. 03bE 0. 52依0. 03bD 0. 20依0. 02bB
2003 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
运到地上部分[22] . 同时,进入根系的重金属离子首
先从木质部薄壁细胞转载到导管,再经根压和蒸腾
流的作用由导管导向地上部分[23] . 另一方面,植物
生长调节剂能够促进植物蒸腾速率,提高细胞质膜
中 ATP酶的活性,影响离子在细胞膜上的运输[24],
从而增加植物体内重金属浓度.但高剂量 GA3(100
滋mol·L-1 )显著抑制了黑麦草对 Pb 的富集(P <
0郾 05),其单独使用时使黑麦草根部和地上部分 Pb
浓度分别比对照降低了 18. 7% ~ 23. 3% 和
25. 7% ~32. 1% .
生物富集系数(BCF)和提取效率是植物修复效
率的重要指标. 在对照处理中, BCF 和转运系数
(TF)分别为 0. 90 和 0. 22,表明黑麦草利用其根部
对重金属的截留作用保护植物地上部分免受重金属
毒害.从表 2 可以看出,低浓度 GA3单独或与 EDTA
联用使 BCF、TF和提取效率显著提高(P<0. 05),其
促进顺序为:EDTA +低浓度 GA3 > EDTA >低浓度
GA3,其中以 EDTA+1 滋mol·L-1GA3效果最显著,该
处理使 BCF、TF和提取效率分别比 EDTA单独作用
时提高了 82. 4% ~ 100. 0% 、14. 8% ~ 28. 8% 和
279. 3% ~338. 0% ,比 1 滋mol·L-1GA3单独作用提
高了 138. 5% ~ 154. 4% 、 65. 2% ~ 82. 4% 和
243郾 8% ~295. 5% .相反,叶喷 100 滋mol·L-1GA3显
著抑制了黑麦草对 Pb 的提取和富集(P<0. 05),与
对照相比, BCF、 TF 和提取效率分别下降了
18. 9% ~21郾 0% 、 3. 6% ~ 18. 2% 和 40. 0% ~
50郾 0% ,但其与 EDTA 联用使 BCF 和 TF 分别提高
了 22. 2% ~ 50郾 0% 、85郾 7% ~ 140. 9%和 100. 0% .
因此,EDTA和低浓度 GA3联合使用对黑麦草 Pb 富
集表现出协同作用,其中 EDTA 和 1 滋mol·L-1GA3
的联用强化黑麦草 Pb 富集效果最显著,在土壤 Pb
浓度为 500 mg·kg-1处理组,根部和地上部分 Pb 浓
度以及 BCF、TF 和提取效率分别达到 1654. 5 和
1250. 6 mg·kg-1以及 3. 1、0. 76 和 1. 1% .
2郾 3摇 GA3和 EDTA单独或联合作用对 Pb 在黑麦草
地上部分亚细胞分布的影响
与 Wu等[7]和 Yao等[25]的结果类似,本研究表
明,在黑麦草地上部分,31% ~ 60% 的 Pb 分布在
F1,26% ~ 43%分布在 F2,只有 14% ~ 26%进入 F3
中,表明细胞壁沉积和液泡区室化在 Pb在黑麦草地
上部分的解毒中起重要作用.随着土壤中 Pb浓度的
提高,黑麦草地上部分 Pb 浓度显著增加,从而使各
组分中的重金属浓度显著提高(表 3). 植物细胞壁
主要由果胶和蛋白质组成,这些物质能够螯合重金
属,从而限制重金属的跨膜运输[26] . 当细胞壁上的
结合位点达到饱和时,进入细胞内的重金属首先被
储存在液泡中,降低细胞质中重金属的浓度,从而避
免重金属对细胞器的干扰[27] .
与对照相比,向土壤中添加 EDTA降低了 Pb在
F1中的比例,同时,Pb在F2和F3中的比例分别提
表 3摇 Pb在黑麦草地上部分亚细胞分布
Table 3摇 Subcellular distribution of Pb in shoot of Lolium perenne
外源添加 Pb浓度
Pb concentration
of exogenous
addition (mg·kg-1)
处理
Treatment
Pb亚细胞分布
Pb subcellular distribution (mg·kg-1 FM)
F1 F2 F3
250 C 2. 4依0. 2aB (52% ) 1. 3依0. 03aA (30% ) 0. 8依0. 06aA (18% )
T1 6. 5依0. 4aD (42% ) 6. 1依0. 4aD (38% ) 3. 1依0. 4aD (20% )
T2 6. 1依0. 5aD (60% ) 2. 6依0. 1aC (26% ) 1. 5依0. 05aC (14% )
T3 4. 5依0. 2aC (57% ) 2. 1依0. 1aB (27% ) 1. 2依0. 1aB (16% )
T4 1. 5依0. 1aA (47% ) 1. 1依0. 03aA (34% ) 0. 6依0. 04aA (19% )
T5 26. 0依1. 0aF (58% ) 12. 5依0. 3aF (28% ) 6. 7依0. 5aF (14% )
T6 22. 4依1. 2aE (54% ) 12. 2依0. 3aF (29% ) 7. 2依0. 5aG (17% )
T7 6. 0依0. 5cD (36% ) 6. 8依0. 3aE (41% ) 3. 8依0. 1aE (23% )
500 C 5. 4依0. 3bA (48% ) 3. 8依0. 04bA (34% ) 2. 1依0. 02bA (18% )
T1 19. 9依0. 5bD (35% ) 23. 5依0. 7bD (42% ) 13. 0依0. 5bE (23% )
T2 14. 9依1. 1bC (54% ) 7. 6依0. 6bB (28% ) 5. 1依0. 4bC (18% )
T3 10. 5依0. 4bB (49% ) 6. 8依0. 6bB (32% ) 4. 1依0. 1bB (19% )
T4 4. 4依0. 4bA (39% ) 4. 5依0. 1bA (39% ) 2. 5依0. 1bA (22% )
T5 51. 0依2. 3bF (51% ) 30. 4依0. 2bF (31% ) 18. 3依0. 6bF (18% )
T6 33. 7依0. 6bE (45% ) 25. 8依0. 5bE (35% ) 25. 8依0. 5bG (20% )
T7 10. 5依0. 5bB (31% ) 14. 7依0. 4bC (43% ) 8. 7依0. 5bD (26% )
F1: 细胞壁组分 Cell wall fraction; F2: 可溶组分 Soluble fraction; F3: 细胞器组分 Cellular organelles fraction. 括号中的值为 Pb在各组分中的百
分比 The values in the bracket meant Pb percentage in each of the component.
300310 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 吴秋玲等: GA3与 EDTA强化黑麦草修复 Pb污染土壤及其解毒机制摇 摇 摇 摇 摇
高了 23. 5% ~26. 7%和 11. 1% ~ 27. 8% (表 3).重
金属可与液泡中的有机螯合物结合[28],EDTA 可能
通过与 Pb 形成 Pb鄄EDTA 螯合物储存在液泡中,从
而提高 Pb 在细胞可溶组分中的比例. 此外,EDTA
处理使黑麦草地上部分重金属含量大幅度提高,导
致细胞壁上的结合位点和液泡达到饱和,进而使 Pb
在 F3 中的比例显著增加. 类似地,高浓度 GA3(100
滋mol·L-1)使 Pb 在 F1 中的比例降低了 9. 6% ~
18. 8% ,相应地使 F2 和 F3 中的含量分别提高了
13郾 3% ~14. 7%和 5. 6% ~ 22郾 2% ,从而增强了 Pb
的毒性,导致黑麦草生物量显著降低(表 1). 相反,
叶面喷洒低浓度 GA3(1 或 10 滋mol·L-1)使 Pb 在
F1 中的比例提高了 2. 1% ~ 15. 4% ,同时 F2 和 F3
中的比例分别降低了 5. 9% ~ 17. 6% 和 5. 6% ~
22郾 2% .由此可见,低浓度 GA3可以通过将更多的
Pb储存在细胞壁中,从而降低重金属对黑麦草的毒
害,使生物量显著提高(表 1),其中 1 滋mol·L-1GA3
作用最显著.
与 EDTA 单独作用相比,EDTA 与低浓度 GA3
联合作用使 Pb 在 F1 中的比例提高了 28. 6% ~
45郾 7% ,同时 F2 和 F3 中的比例分别降低了
16. 7% ~26. 3%和 15. 0% ~ 30. 0% ,表明低浓度
GA3能在一定程度上缓解 EDTA 和 Pb 对黑麦草的
伤害.相反,EDTA 与高浓度 GA3联合作用使 Pb 在
F1 中的比例比 EDTA 单独作用降低了 11. 4% ~
14郾 3% ,相应地提高了 Pb 在 F2 和 F3 中的比例,最
终使生物量显著降低(表 1). 可见,低浓度 GA3(1
或 10 滋mol·L-1)能够通过增加细胞壁对 Pb 的沉
积,提高植物对重金属和 EDTA 的抗性;而高浓度
GA3(100 滋mol·L-1)与 EDTA联合作用使更多的重
金属进入细胞器内,从而增强了 Pb对植物的毒害.
3摇 结摇 摇 论
EDTA可显著提高黑麦草地上部分 Pb 浓度以
及 Pb在细胞可溶组分和细胞器组分中的比例,增强
重金属对植物的毒性,从而抑制植物的生长.叶喷低
浓度 GA3(1 或 10 滋mol·L-1 )在提高植物体内 Pb
浓度的同时明显促进黑麦草的生长,其中以
1 滋mol·L-1GA3作用最显著. 但高浓度 GA3抑制植
物的生长,并显著降低植物体内 Pb 的浓度. 100
滋mol·L-1GA3与 EDTA单独或联合作用降低 Pb 在
细胞壁中的比例,提高其对植物的毒害作用,从而使
生物量显著降低.而低浓度 GA3可通过提高 Pb在细
胞壁中的比例,降低 Pb 的可移动性,从而在一定程
度上缓解 EDTA 和 Pb 对植物的伤害.本研究表明,
与 EDTA 单独使用相比,EDTA 与低浓度 GA3联用
不仅可以提高植物地上部分生物量,还能显著促进
植物地上部分重金属的积累,从而提高植物修复效
率, 其中 1 滋mol·L-1GA3 与 EDTA 联用在强化 Pb
污染土壤植物修复中具有很好的应用潜力.
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作者简介摇 吴秋玲,女,1989 年生,硕士研究生. 主要从事污
染土壤的植物修复研究. E鄄mail: WQL27@126. com
责任编辑摇 肖摇 红
500310 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 吴秋玲等: GA3与 EDTA强化黑麦草修复 Pb污染土壤及其解毒机制摇 摇 摇 摇 摇