全 文 ：文章编号:1000-5862(2000)02-0176-05
铜对紫云英根系生长发育的影响
倪才英
(江西师范大学城市与环境科学学院 ,江西南昌　330027)
摘要:就铜对紫云英根系生长发育状况的影响进行试验研究 , 结果表明:铜不但影响紫云英
主胚根的伸长 、侧根的生长 , 而且能与根细胞中物质发生化学反应 ,使根不能直立生长 , 颜色
由白转褐 ,加速了根的老化和死亡.通过根系中铜含量分析 , 我们还发现根系中铜含量随外
源 Cu 浓度增大而增加 ,增长曲线上有缓冲区和突变区 , 说明紫云英对铜的毒害有一定的缓
冲能力和忍耐力 ,且随着紫云英植株的发育成熟 , 其缓冲力增强.
关键词:铜;毒害;紫云英;根
中图分类号:S432.9　　　文献标识码:A
根乃植物生长之基础 ,粗壮庞大的根系支撑参天大树 ,细嫩娇小的根系支持幼苗小草 ,发
育良好的根系孕育健康的作物.植物只有依靠根系的支撑才能直立生长 ,植株所需的养分和水
分也主要靠根系从土壤中吸取 ,所以根系一旦遭到伤害 ,则会影响植物的生长发育[ 1] .
以前的研究结果表明 ,铜在紫云英体内的分布主要集中在根部[ 2] ,为进一步探明重金属铜
污染对紫云英根系的毒害情况 ,我们做了本试验.
1　材料与方法
1.1　材料　供试作物:紫云英(余江大叶籽);供试铜:CuSO4·5H2O;供试土壤:采自东乡姚家
质地为中壤的未受铜污染的红壤性水稻土 ,其基本性状见表 1.
表 1　供试土壤的基本性状
有机质
(%)
碱解 N
(mg kg)
速效 K
(mg kg)
有效 P
(mg kg) pH(水提)
阳离子
代换量
(×10-2mg g)
有效铜
(mg kg)
总　铜
(mg kg)
2.34 81.50 48.03 5.50 5.40 8.40 2.88 9.46
1.2　方法
1.2.1　培养试验:用 CuSO4·5H2O配成不同浓度铜(以纯度计)溶液 ,设计 0(CK)、2 、4 、6 、8 、
10 、20 、30 、40 、50 、60 、80 、100 、150 、200 、250 mg L 等 16 个处理 ,重复 3次 ,每个培养皿放紫云
第 24卷第 2期
2000 年 5 月　
江西师范大学学报(自然科学版)
JOURNAL OF JIANGXI NORMAL UNIVERSITY
Vol.24 No.2
　May 2000
繱收稿日期:2000-01-18
基金项目:国家自然科学资金资助(39460021).参加本项目的还有:刘永厚 、赵振纪 、姚益云 、张美凤 、张海
飞 、李琳等 ,在此一并表示感谢!
作者简介:倪才英(1969-), 女 ,江西余江人 , 江西师范大学城市与环境科学学院讲师 ,硕士 ,主要从事环
境科学 、土地科学研究.
DOI :10.16357/j.cnki.issn1000-5862.2000.02.020
英种子 40粒 ,定期考察根系生长情况.
1.2.2　盆栽试验:设铜浓度分别为 0(CK)、10 、20 、30 、40 、50 、60 、70 、80 、100 、150 、200 mg L 等
12个处理 ,每个处理重复 5次 ,盆底放一塑料桶 ,漏水及时倒回盆中.土壤装盆投铜混匀后放
20 d播种 ,在紫云英伸长期及开花期分别采集株样分析根系中 Cu含量.
1.2.3　室内分析:用 H2SO4-H3ClO 4 消化样品 ,采用原子吸收光谱法测定浸提液中 Cu含量.
2　结果与分析
2.1　铜对紫云英根系生长状况的影响
本试验主要考察了不同铜浓度处理中紫云英主根的伸长 、侧根的生长 、根的表观形态变
化 ,以及叶的颜色变化情况等 ,结果见表 2 、表 3及图 1.
因为高浓度(200 mg L 、250 mg L)铜液处理的紫云英根几乎不能生长 ,刚一长成就死亡 ,
无法参加统计和考察 ,所以下列数据均是 0 ～ 150 mg L 等 14个处理的统计结果.
表 2　不同铜浓度对根长和侧根数的影响
项目 铜处理(mg L)
CK 2 4 6 8 10 20 30 40 50 60 80 100 150
根长(cm) 2.38 2.40 2.04 1.75 1.82 1.41 1.14 0.89 0.55 0.37 0.25 0.35 0.21 0.17
比对照减少(%) 　 -0.84 14.3 22.3 23.5 40.8 52.1 62.6 76.9 84.5 89.5 85.3 91.2 92.9
侧根数(根) 5.00 3.34 3.78 4.30 4.56 4.78 3.22 3.67 1.78 2.00 0.11 0.00 0.00 0.00
比对照减少(%) 　 33.2 24.4 14.0 8.80 4.4 35.6 26.6 64.4 60.0 97.8 100 100 100
　　由表 2可知 ,除 2 mg L铜液处理的紫云
英主胚根长度比对照稍长外 ,其余处理的紫
云英 ,其主胚根长度都不同程度地短于对照.
用 4 mg L铜液处理的主胚根长度比对照短
14.3%,100 mg L铜液处理的主胚根长度短
于对照 91.2%,根长度只有 0.21 cm;凡有铜
液处理的紫云英侧根数与对照相比均有减
少 ,其程度呈不规则的曲线变化(见图 1).其
中10 mg L 铜液处理的侧根数与对照相差不
明显 ,60 mg L 铜液处理的侧根数则比对照
减少了 97.8%, ≥80 mg L 铜液处理的紫云 图 1　不同铜浓度对侧根数发生的影响曲线
英基本上没有侧根 ,只在主胚根上有多处小突起.
表 3　不同铜浓度对根的生长方式与颜色的影响
处理 mg·L -1 0 2 4 6 8 10 20 30 40 50 60 80 100 150
生长方式 直 直 直 稍弯 弯 稍斜 弯 斜 斜 弯 倒伏 弯 倒伏 倒伏
颜
色
根 白 白 白 棕红 棕红 褐红 褐红 褐 褐 褐 褐 浅褐 浅褐 死
叶 绿 绿 绿 浅绿 浅绿 绿 浅绿 浅绿 浅绿 黄绿 黄绿 死黄 死黄 死
　　表 3表明:低浓度铜液处理的紫云英在外部形态上呈直立生长状态 ,根较长 、直 、白 , ≥6
mg L 铜液处理的植株随铜液浓度升高出现不同程度的弯曲或倒伏 ,叶子变黄 ,根的颜色由棕
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红到褐红 ,再逐渐转为褐色 ,最后失水而死[ 3] .
由此可见 ,铜不但抑制紫云英侧根的生长 ,影响根系吸收面的扩展;而且还抑制紫云英主
根的伸长 ,影响根系对深层养分和水分的吸收 ,从而使紫云英植株养分和水分供应不足[ 4] .随
外源铜浓度的增加 ,铜进入根系后对根细胞的破坏加剧[ 5] ,死苗率增多 ,黄化现象加重 ,产量不
断下降(本课题的另一部分结果 ,待发表).
2.2　铜对紫云英根系中铜含量的影响
这部分试验主要分析了紫云英不同生长发育阶段根系中铜的分布情况 ,结果见表 4 、图 2.
表 4　不同铜浓度对紫云英根系中铜含量的影响
处　理 铜含量×10
-6
伸长期 开花期
CK 23.46 26.67
10 41.03 51.00
20 64.87 90.01
30 67.03 94.76
40 89.65 98.34
50 117.22 127.88
60 160.01 140.25
70 189.85 207.86
80 221.03 246.01 图 2　不同处理紫云英根系中铜含量
　　由表 4可知 ,无论是开花期还是伸长期 ,紫云英根系中铜含量均随外源铜浓度的增大而增
加 ,且开花期根系中铜含量高于伸长期(60 mg L除外).另外 ,不同生长期的两条曲线(见图2)
的发展趋势虽然大体一致 ,但它们的变化并不完全一样 ,其中伸长期曲线在 20×10-6 ～ 30×
10
-6铜浓度处有一平缓段 ,开花期曲线在 20×10-6 ～ 40×10-6和 50×10-6 ～ 60×10-6铜浓度
处各有一平缓段 ,其它铜浓度处理的两条曲线发展趋势基本一致 ,均表现为较大斜率的直线增
长趋势.
在图 2中 ,植株根系中的铜含量在外源 Cu浓度小于 20×10-6时随着外源 Cu浓度增加而
迅速增加 ,这是因为低浓度铜作为紫云英植株需要的一种养分而被主动吸收 ,吸收较快 ,斜率
大;Cu浓度在 20×10-6 ～ 30×10-6(伸长期)或 20×10-6 ～ 40×10-6(开花期)区段内根系中
铜含量虽随外源铜浓度增加而增加 ,但增加得非常缓慢 ,所以曲线平缓 ,斜率小 ,几乎呈一横
线 ,这是因为当外界铜浓度增大到超过紫云英植株所需养分含量时 ,紫云英把它视为有害元
素 ,拒绝吸收 ,从而表现出一定的缓冲性 ,这种缓冲能力随着紫云英植株的发育成熟 ,不断增
强 ,所以开花期曲线的缓冲区间大于伸长期.但无论哪一发育阶段 ,紫云英植株的这种缓冲能
力都有一定限度 ,当外界铜浓度不断增加 ,超过其缓冲能力时 ,紫云英对铜的吸收转为被动吸
收 ,吸收量的多少完全由根系细胞内外铜浓度之差决定 ,所以随着外源铜浓度的不断增加 ,根
系中铜含量也迅速增加.
开花期曲线在铜液浓度 50×10-6 ～ 60×10-6之间表现出又一缓冲区 ,且 60×10-6处植株
根系的铜含量比伸长期低 ,这可能与开花期紫云英地上部分大量需要各种养分(包括 Cu)有
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关;另外 ,这一缓冲区的存在进一步说明了随植株的发育成熟 ,它对外界干扰的抵抗力愈强 ,所
以紫云英开花期表现出比伸长期更强的抵抗能力.但成熟植株对铜的忍耐也有一极限(50 ～ 60
mg L),这一极限通常称为临界值 ,在临界值以下 ,根系虽然也遭外源铜毒害 ,但伤害不明显 ,
一旦超过临界值 ,则根细胞结构遭破坏[ 5](见图 3),根尖开始腐烂[ 6](见图 4),根系所受毒害就
显现出来 ,产量明显下降.
图 3　根细胞的结构显微照片　　　　　　　　　　图 4　根尖的石蜡切片照片
由图 3 、图 4可见 ,无论是根细胞的结构显微照片还是根尖的石蜡切片照片 ,都显示根系
明显受害的外源铜起始浓度是 50 mg L ,随着外源浓度的增加 ,根细胞结构及根尖受害愈来愈
重.
3　结论
(1)随着外源铜浓度的增加 ,紫云英根长度越来越短 ,侧根数愈来愈少.铜不但影响主根的
伸长 ,而且还抑制其侧根的发生.
(2)随着外源铜浓度的增加 ,紫云英根的生长方式由直立到斜 、弯 ,最后倒伏;根的颜色由
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白逐渐转为棕红 、褐红 ,最后变为褐色;根也由活到死.铜加速了根的老化和死亡.
(3)随着外源铜浓度的增加 ,根系中铜含量不断增多;且在增长曲线上有缓冲区和突变区
之分.
(4)紫云英对铜的毒害表现出一定的抵抗力 ,且随着紫云英的发育成熟 ,其抵抗力增强.
参考文献:
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A Study on Growth of Milkvetch s Root Damaged by Copper
N I Cai-ying
(Insti tute Ci ty and Environment Science , Jiangxi Normal Universi ty , Nanchang 330027 , China)
Abstract:This paper , the influence about g row th of Milkvetch s root by copper has been studied.
The result show ed that the copper w as no t only affecting the g row th of main root and other-side ,
but also could react with mat ters in root s cell ,making roots grow ing bendly ,brow nly and badly .
Moreover , the result expresses that copper content in the root w as increasing wi th add of copper ,
and Milketch had some resistance to copper s damage , that w ould become mo re st rong w hen they
g rew up.
Key words:copper;damage;M ilkvetch;roo t
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