全 文 ：书云南大学学报(自然科学版)，2016，38(1):150～ 161 DOI:10．7540 / j．ynu．20150523
Journal of Yunnan University
螯合剂对香樟生理特征和镉积累效率的影响
*
陈良华，徐 睿，张 健，杨万勤，胡相伟，张明锦，高 顺
(四川农业大学 生态林业研究所 四川林业生态工程重点实验室，四川 成都 611130)
摘要:植物修复效率常常受限于污染土壤中较低的重金属生物有效性，添加螯合剂活化土壤中的重金属以
提升植物修复效率是一种重要的技术措施．采用盆栽实验研究了 EDTA(0． 25 mmol·kg－1)和柠檬酸(0． 2
mmol·kg－1)对 Cd污染条件下(10 mg·kg－1)香樟(Cinnamomum camphora)幼苗生物量积累、生理特征、养分含
量以及 Cd积累量的效应．结果表明，在 Cd污染条件下，单独添加 EDTA、柠檬酸以及复合添加 2种螯合剂一定
程度增加了香樟幼苗的细根生物量，但对其它器官生物量、总生物量以及根冠比没有显著影响;添加以上螯合
剂增强了叶片超氧化物歧化酶(SOD)的活性，降低了过氧化物酶(POD)的活性，但并未显著影响丙二醛
(MDA)的含量;单独添加 EDTA 增加了细根的 N 含量(质量分数约 14%)以及叶片的 P 含量(质量分数约
15%)，添加柠檬酸及复合添加 2种螯合剂降低了香樟细根的 N含量(均降低约 20%)以及茎的 P 含量(分别降
低约 41%和 36%) ;单独添加柠檬酸并没有显著促进各器官 Cd的吸收和积累，但单独添加 EDTA和复合添加 2
种螯合剂显著增加了香樟各器官 Cd的含量和积累量，与单独添加 2种螯合剂相比，复合添加 2种螯合剂对 Cd
的积累表现出协同促进作用．这些结果表明，复合添加 2种螯合剂的条件下，虽然香樟幼苗 Cd的吸收和积累效
率最高，但 N、P 等养分却受到更显著的负面影响，可能会对香樟的后续生长和 Cd 积累效率产生负面效应，因
此认为单独施加 EDTA能够提升 Cd抽提效率，并且不会对香樟的生理特征产生负面影响，是比较适宜的方法．
关键词:镉污染;植物修复;香樟;螯合剂
中图分类号:X 173 文献标志码:A 文章编号:0258－7971(2016)01－0150－12
由于涉及食品安全和人类健康，重金属 Cd 污
染引起的生态风险日益受到重视．我国农田 Cd 污
染耕地面积已经超过 2．8×105 hm2，每年 Cd含量超
标的农产品达 1．46×106 t［1］．目前重金属污染土壤
的修复包括物理、化学以及工程等技术措施，以及
微生物、植物等生物修复措施，这些措施通过 2 种
方式实现污染土壤的修复:① 改变土壤中重金属
的赋存形态，使其由活化态转变为稳定态而降低其
在环境中的迁移性和生物可利用性［2－4］，以减少向
食物链迁移的可能;② 采用各种技术活化土壤中
的重金属，通过配套措施将污染物移出土壤，达到
清除土壤重金属污染物的目的［5－6］．传统的淋洗法、
固化法、客土法等技术手段适合小范围的污染土壤
的改良和修复，容易造成二次污染;对于广大的农
耕地而言，紧张的人地关系和欠发达的经济水平使
得大范围的污染农耕区需要采用新型的修复方式．
植物修复方式具有成本低、生态环保、操作简单、不
会造成二次污染、美化环境等优点，适合广大农耕
地的生态修复，具有应用推广的潜力．
Cd的植物修复效率受到土壤中 Cd 的赋存形
态、迁移转化以及生物有效性的影响［7］．土壤中 Cd
的可交换态含量低，且不同形态间的转化导致植物
修复的周期长、效率低，因此需要将一些技术措施
配套使用，活化难吸收态的重金属，提高植物修复
效率［8］．螯合剂可以改变土壤中重金属的存在形
态，活化土壤中的重金属，为植物的吸收创造有利
* 收稿日期:2015－09－09
基金项目:四川省科技厅应用基础项目(2013JY0083);“十二五”国家科技支撑计划课题(2011BAC09B05) ;国家自然科学基金
(31300513);四川省教育厅基础研究项目(13ZB0280)．
作者简介:陈良华(1982－)，男，四川人，博士，主要从事木本植物抗逆生理研究．E－mail:chenlh@ sicau．edu．cn．
通信作者:高 顺(1977－) ，男，河南人，博士，副研究员，硕士生导师，主要从事植物生理学和环境生态学研究．E－mail:shun1220@ ya-
hoo．com．
条件［9］．目前使用较多的一类是人工合成的小分子
螯合剂，比如 EDTA，这种螯合剂具有在土壤和地
下水中降解率低、重金属络合效率高的特点［10］;另
一类是低分子有机酸 /盐，这类小分子物质广泛存
在于土壤中，主要来源于动植物残体的分解、植物
根系的分泌和微生物的合成［11］．例如，柠檬酸作为
植物分泌的天然低分子有机酸，是常见的淋洗
剂［12］．但是，目前植物螯合剂、小分子有机酸以及
土壤改良剂的基理研究和应用主要以草本植物、粮
食作物和经济作物为对象，对木本植物的研究非常
缺乏．香樟(Cinnamomum camphora)是亚热带地区
常绿阔叶林的典型乡土树种，具有生长迅速、枝繁
叶茂、抗逆性强等优点，而且能吸烟滞尘、涵养水
源、美化环境，是园林绿化和生态建设的重要树种．
我们的前期研究表明，与油樟、红椿和香椿等生长
较快的乡土树种相比，香樟对 Cd 污染具有较强的
耐受性并表现出较强的重金属累积能力［13］，如何
提升香樟的重金属修复效率是其应用推广的关键．
本文旨在认识 EDTA 和柠檬酸的添加对香樟的生
理特征和重金属修复效率的效应，研究结果有助于
认识植物适应重金属胁迫的生理机制，有助于认识
螯合剂对速生木本植物重金属抽提效率的影响特
征，为利用螯合剂提升速生乡土树种的修复效率提
供理论依据．
1 材料与方法
1．1 盆栽处理 于 2014 年 3 月初选择大小均匀
的香樟幼苗，采用截干和孕育新芽的传统造林方式
培育幼苗，剪去主根后将剩余根系于 ABT 生根粉
溶液中(质量比为 50 mg·kg－1)浸泡 6 h，浸泡后用
清水将根系冲洗干净，随即将幼苗种植在含有混合
培养基质(V(冲积土)∶ V(细沙)= 3 ∶ 1)的苗床
中．待苗木新芽长出约 5 cm 后，将长势良好、健康
一致的幼苗移栽到圆台型花盆中(口径为 30 cm，
深 25 cm) ，每盆装 10 kg 冲积土．冲积土取自四川
农业大学成都校区附近，其理化性质如下(养分质
量分数以每 kg风干土计):pH = 7．6;含水量 22%;
有机质 10．1 g;铵态 N 3．3 mg;硝态 N 0．2 mg;速效
P 37．7 mg;速效 K 11．5 mg;土壤 Cd 0．1 mg．每盆移
栽 1株香樟幼苗，带土移栽的过程中尽量不损伤根
系．实验设计为土壤 Cd含量(0．1 mg·kg－1，清洁土
壤;10 mg·kg－1，Cd 污染土壤)、EDTA－Na(0，0．25
mmol·kg－1土壤) ，柠檬酸钠(0，0．2 mmol·kg－1土
壤)等三因素两水平的完全随机实验设计(共 8 个
处理)．将 Cd(NO3)2溶液(2．36 mg·kg
－1)喷施到
土壤后充分混匀，平衡 1 个月后使用．于苗木收获
前一个月进行螯合剂添加处理．每个处理 3 个重
复，每个重复 3 株幼苗．实验处理是在半受控的大
棚中进行(只遮蔽雨水)，每 2 天浇 1 次水，浇水时
注意避免水的渗漏从而避免 Cd 流失，同时进行除
草等日常管理．实验处理期为 2 个月，于 2014 年 6
月初开始，8月初结束．
1．2 指标测定 处理结束后，每个处理随机选择 3
株幼苗，将幼苗分为叶、茎、粗根、细根等 4部分，细
根为直径小于 1 mm的根，其余归为粗根．将茎和叶
用自来水冲洗干净后利用去离子水润洗 1次;细根
和粗根则是先用自来水冲洗干净，浸泡于 20
mmol·L－1 EDTA－Na 中 20 min，之后用去离子水
润洗 1 次．将所有清洁后的植物器官放入烘箱中，
105 ℃杀青 30 min后于 70 ℃烘干至衡重．生物总量
为各部分器官干重的总和，根冠比为地下部分器官
(粗根+细根)与地上部分器官(叶+茎)干重的比
值．
采用四氮唑蓝(NBT)光化还原法测定香樟叶
片的超氧化物歧化酶(SOD)的活性;愈创木酚法测
定过氧化物酶(POD)的活性;利用 H2O2与钛离子
形成有色的［TiO(H2O2)］
2+配合离子的原理测定
H2O2含量;硫代巴比妥酸法测定丙二醛(MDA)的
含量．
将烘干后的植物样品磨细过 100 目(孔径
0．152 mm)的筛，细粉用于养分元素以及 Cd 元素
的测定．N 含量测定采用半微量凯氏定氮法，P 含
量测定采用钼锑抗比色法，土壤及植物样品中 Cd
含量则采用火焰原子吸收法测定(岛津 AA－7000
火焰原子吸收光谱仪，AA7000，Shimadzu，Japan)，
各器官 Cd的积累量为 Cd 含量与对应干重的乘积．
Cd转移系数(Translocation index，TI)=地上部重金
属积累量 /地下部重金属积累量．土壤中有效态 Cd
含量采用 DTPA(Diethylene triamine pentacetate
acid)溶液(pH=7．3)浸提［14］，火焰原子吸收法测定．
1．3 数据统计分析 采用 SPSS17．0 统计软件对
生物量、养分、活性氧代谢以及 Cd 积累特征的数
据进行单因素方差分析(one － way ANOVA)，用
Tukey法检验处理间的差异显著性(α= 0．05)．利用
二元方差分析(two －way univariate analysis)检验
Cd、EDTA、柠檬酸以及它们的交互作用对这些参
151第 1期 陈良华等:螯合剂对香樟生理特征和镉积累效率的影响
数的显著性效应．
2 结果与分析
2．1 EDTA和柠檬酸对受 Cd 胁迫香樟生物量的
影响 在未污染的条件下，单独添加和复合添加 2
种螯合剂均没有显著影响土壤 Cd 的有效性(表
1);Cd污染条件下，单独添加柠檬酸并没有显著影
响土壤 Cd的有效性，但添加 EDTA 的两个处理均
显著增加了 Cd的有效性，尤其是复合添加 2 种螯
合剂的条件下．多元方差分析表明，土壤 Cd 的有效
性受到 Cd、EDTA、柠檬酸以及 Cd 与 EDTA、Cd 与
柠檬酸交互效应的显著影响．
经过 2个月的实验处理(6 月初—8月初)，从
叶片及植株的外观形态来看，10 mg /kg 土壤的 Cd
污染均没有引起明显的毒理症状．生物量指标测定
结果表明，Cd污染以及添加各种螯合剂均没有显
著影响香樟幼苗叶干重、茎干重、粗根干重以及总
生物量，也没有影响香樟幼苗的根冠比(表 1)．值
得注意的是，CK的 2 个处理相比，Cd 污染引起了
细根生物量的显著下降．在未污染条件下，与 CK
相比(即清洁土壤的 4 个处理相比较)，单独添加
柠檬酸显著降低了香樟幼苗的细根生物量，其余条
件没有引起细根生物量的显著变化．然而，在污染
条件下，与 CK相比(即 Cd污染土壤的 4个处理相
比较)，单独添加柠檬酸却显著增加了细根的生物
量，其余条件没有显著影响香樟幼苗的细根生物
量．多元方差分析表明(表 2) ，Cd、EDTA、柠檬酸及
其交互效应均没有显著影响叶干重、茎干重、粗根
干重、总生物量以及根冠比，但细根干重却受到了
Cd与柠檬酸的交互效应以及以上 3 个因子交互效
应的显著影响．
2．2 EDTA和柠檬酸对受 Cd 胁迫香樟叶片的抗
氧化酶及活性氧特征的影响 CK 的 2 个处理相
比，Cd污染显著增加香樟幼苗叶片的 SOD、POD
活性以及 H2O2的含量(图 1(a) ，(b) ，(c) )．在未
污染条件下，与 CK 相比，单独添加 EDTA、柠檬酸
以及同时添加 2 种螯合剂均显著增加了 SOD 和
POD的活性;单独添加 EDTA 和复合添加 2 种螯
合剂增加了香樟叶片的 H2O2含量．在污染条件下，
与 CK相比，单独添加 EDTA、柠檬酸以及同时添加
2种螯合剂均显著增加了 SOD 的活性;单独添加
EDTA和复合添加 2 种螯合剂却降低了 POD 的活
性;单独添加柠檬酸和复合添加 2 种螯合剂引起
H2O2含量分别增加 48%和 66%．所有处理均没有
显著影响香樟叶片的 MDA含量(图 1(d) )．多元方
差分析表明(表 2)，Cd、EDTA、柠檬酸分别作为独
立因子显著影响了 SOD 和 H2O2的含量，Cd、柠檬
酸显著影响了 POD的活性．值得注意的是，虽然所
有的处理间 MDA 含量差异不显著，但 Cd 作为独
立因子也显著影响了 MDA的含量．
表 1 添加 EDTA和柠檬酸对镉污染条件下香樟生物量积累与分配的影响
Tab．1 The effects of EDTA and citric acid on accumulation and allocation of biomass of C．camphora when exposed to Cd pollution
镉污染 /
(mg·kg－1)
螯合物添加
有效镉
质量比 /
(mg·kg－1)
叶干重
LW/g
茎干重
SW/g
粗根干重
CＲW/g
细根干重
FＲW/g
总生物量
DMA/g
根冠比
Ｒs
0．1 CK 0．01±0．00d 6．21±0．31a 6．06±0．20a 2．98±0．39a 2．05±0．07a 17．31±0．73a 0．41±0．03a
0．1 EDTA 0．01±0．00d 5．68±0．33a 5．72±0．29a 2．78±0．24a 1．80±0．12ab 15．99±0．69a 0．40±0．02a
0．1 柠檬酸 0．01±0．00d 6．00±0．24a 5．89±0．42a 3．15±0．74a 1．52±0．19b 16．56±1．29a 0．39±0．06a
0．1 EDTA+柠檬酸 0．02±0．00d 5．88±0．44a 5．84±0．17a 3．01±0．45a 1．87±0．31ab 16．60±0．76a 0．42±0．04a
10 CK 1．75±0．08c 6．10±0．42a 6．02±0．20a 3．04±0．10a 1．52±0．14b 16．67±0．34a 0．38±0．04a
10 EDTA 2．58±0．16b 6．09±0．33a 6．09±0．14a 3．12±0．14a 1．70±0．18ab 17．00±0．51a 0．40±0．01a
10 柠檬酸 1．94±0．05c 6．30±0．39a 6．21±0．26a 2．97±0．21a 2．02±0．12a 17．50±0．35a 0．40±0．05a
10 EDTA+柠檬酸 2．99±0．13a 6．22±0．42a 5．86±0．27a 3．10±0．19a 1．79±0．11ab 16．98±0．93a 0．40±0．01a
同一列中不含相同字母表示处理间具有显著性差异．下同
251 云南大学学报(自然科学版) http:/ /www．yndxxb．ynu．edu．cn 第 38卷
表 2 Cd、EDTA和柠檬酸及其交互作用对各参数影响的显著性检验
Tab．2 Statistical significance test of single and interactive effect of Cd，EDTA and citric acid on the parameters
参数 FCd FEDTA F柠檬酸
FCd
×EDTA
FCd
×柠檬酸
FEDTA
×柠檬酸
FCd×EDTA
×柠檬酸
有效镉含量 ＊＊＊ ＊＊＊ ＊ ＊＊＊ ＊ ns ns
叶干重 ns ns ns ns ns ns ns
茎干重 ns ns ns ns ns ns ns
粗根干重 ns ns ns ns ns ns ns
细根干重 ns ns ns ns ＊＊＊ ns ＊＊
总生物量 ns ns ns ns ns ns ns
根冠比 ns ns ns ns ns ns ns
超氧化物歧化酶 ＊＊＊ ＊＊＊ ＊＊＊ ＊ ns ＊＊ ns
过氧化物酶 * ns ＊ ＊＊＊ ＊＊＊ ns ＊＊＊
过氧化氢含量 ＊＊＊ ＊＊＊ ＊＊＊ ＊＊＊ ＊＊＊ ns ns
丙二醛含量 ＊＊＊ ns ns ns ns ns ns
叶 N含量 ＊＊＊ ＊ ＊＊ ns ns ns *
茎 N含量 * ns ＊＊＊ ＊＊ ＊＊＊ ＊＊ ns
粗根 N含量 ＊＊＊ ns ＊＊ ns ns ns ns
细根 N含量 ＊＊ ns ＊＊＊ ＊＊ ns ns ns
叶 P 含量 ＊＊ ＊ ns ns ns ＊＊＊ ns
茎 P 含量 ＊＊＊ ns ＊＊＊ ns ＊＊＊ ＊ ns
粗根 P 含量 ns ＊ ＊＊＊ ns ns ＊ ＊＊
细根 P 含量 ns ＊＊＊ ns ＊＊＊ ＊＊ ＊＊ ns
叶 Cd含量 ＊＊＊ ＊＊＊ ＊＊＊ ＊＊＊ ＊＊＊ ＊＊ ＊＊＊
茎 Cd含量 ＊＊＊ ＊＊＊ ＊＊＊ ＊＊＊ ＊＊＊ ＊＊＊ ＊＊＊
粗根 Cd含量 ＊＊＊ ＊＊＊ ＊＊＊ ＊＊＊ ＊＊＊ ＊＊＊ ＊＊＊
细根 Cd含量 ＊＊＊ ＊＊＊ ＊＊＊ ＊＊＊ ＊＊＊ ＊＊＊ ＊＊＊
叶 Cd积累量 ＊＊＊ ＊＊＊ ＊ ＊＊＊ ＊＊ ns *
茎 Cd积累量 ＊＊＊ ＊＊＊ ＊＊＊ ＊＊＊ ＊＊＊ ＊＊ ＊＊
粗根 Cd积累量 ＊＊＊ ＊＊＊ ＊＊＊ ＊＊＊ ＊＊＊ ＊＊＊ ＊＊＊
细根 Cd积累量 ＊＊＊ ＊＊＊ ＊＊ ＊＊＊ ＊＊ ＊＊ ＊＊
Cd总积累量 ＊＊＊ ＊＊＊ ＊＊＊ ＊＊＊ ＊＊＊ ＊＊＊ ＊＊＊
转移系数 ＊＊＊ ns ns ns ns ＊＊＊ ns
FCd:Cd效应;FEDTA:EDTA 效应;F柠檬酸:柠檬酸效应;FCd×EDTA:Cd 与 EDTA 交互效应;FCd×柠檬酸:Cd 与柠檬酸交互效应;FEDTA×柠檬酸:
EDTA与柠檬酸交互效应;FCd×EDTA×柠檬酸:Cd、EDTA、柠檬酸交互效应;* P ＜0．05;＊＊0．001＜P＜0．01;＊＊＊P ＜ 0．001
351第 1期 陈良华等:螯合剂对香樟生理特征和镉积累效率的影响
图 1 添加 EDTA和柠檬酸对镉污染条件下香樟叶片抗氧化酶活性及活性氧的含量
Fig．1 The effects of EDTA and citric acid on activities of antioxidant enzymes and levels of reactive oxygen species
in leaves of C．camphora when exposed to Cd pollution
2．3 EDTA和柠檬酸对受 Cd 胁迫香樟各器官氮
磷含量的影响 CK的 2个处理相比，Cd 污染显著
降低了香樟幼苗叶、茎、粗根和细根的 N含量(图 2
(a))．未污染条件下，与 CK相比，单独添加柠檬酸
显著降低了香樟叶片的 N 含量;添加所有螯合剂
均显著降低了茎的 N 含量;单独添加柠檬酸以及
复合添加 2种螯合剂显著降低了细根的 N含量．在
污染条件下，与 CK 相比，添加各种螯合剂均没有
显著影响香樟叶片、茎和粗根的 N 含量;但单独添
加 EDTA显著增加了细根的 N含量．多元方差分析
表明，Cd、EDTA、柠檬酸分别作为独立因子显著影
响了香樟叶片的 N 含量;Cd 和柠檬酸作为独立因
子均显著影响了茎、粗根和细根的 N含量．
CK的 2个处理相比，Cd污染并没有显著影响
香樟幼苗叶、茎、粗根和细根的 P 含量(图 2(b))．
在未污染条件下，与 CK 相比，单独添加 EDTA 显
著增加了香樟幼苗叶片和粗根的 P 含量，却显著
降低了细根的 P 含量．污染条件下，与 CK 相比，单
独添加 EDTA显著增加了叶片的 P 含量;单独添加
柠檬酸以及复合添加 2 种螯合剂均显著降低了茎
的 P 含量．多元方差分析表明(表 2) ，Cd 作为独立
因子显著影响了香樟幼苗地上部分(叶片和茎)的
P 含量，EDTA 显著影响了叶片、粗根和细根的 P
含量，柠檬酸显著影响了茎和粗根的 P 含量．
2．4 EDTA和柠檬酸对受 Cd 胁迫香樟各器官镉
含量的影响 CK的 2个处理相比，Cd 污染均显著
增加香樟幼苗叶、茎、粗根和细根的 Cd 含量，这些
器官的 Cd含量分别增加至未污染条件下的 5．6、
3．7、4．1和 16．4倍(图 3(a)，(b) ，(c) ，(d) ) ，细根
中的 Cd含量增加最为显著．未污染条件下，与 CK
相比，添加各种螯合剂均没有显著影响香樟幼苗各
器官的 Cd 含量．污染条件下，与 CK 相比，单独添
加 EDTA和复合添加 2种螯合剂均显著增加了叶、
茎、粗根和细根的 Cd含量，单独添加 EDTA条件下
这些器官的 Cd含量分别增加至 CK的 1．5、6．6、2．7
和 2．2 倍，复合添加 2 种螯合剂条件下，这些器官
的 Cd含量分别增加至 CK 的 1．2、7．8、4．9 和 2．7
倍，单独添加柠檬酸显著增加了茎的 Cd 含量，却
451 云南大学学报(自然科学版) http:/ /www．yndxxb．ynu．edu．cn 第 38卷
显著降低了细根的 Cd 含量;在叶片中，单独添加
EDTA条件下 Cd 含量最高;在茎、粗根和细根中，
复合添加 2种螯合剂条件下 Cd 含量最高．多元方
差分析表明(表 2)，Cd、EDTA、柠檬酸以及它们的
交互效应均显著影响了香樟幼苗所有器官中的 Cd
含量．
图 2 添加 EDTA和柠檬酸对 Cd污染条件下香樟各器官中 N (a)、P (b)质量比的影响
Fig．2 The effects of EDTA and citric acid on concentration of N (a)and P (b)in various organs of
C．camphora when exposed to Cd pollution
图 3 添加 EDTA和柠檬酸对 Cd污染条件下香樟各器官中 Cd质量比的影响
Fig．3 The effects of EDTA and citric acid on Cd concentration in various organs of
C． camphora when exposed to Cd pollution
551第 1期 陈良华等:螯合剂对香樟生理特征和镉积累效率的影响
2．5 EDTA和柠檬酸对受 Cd 胁迫香樟各器官镉
积累量和 TI的影响 由于各种处理均没有显著影
响香樟幼苗各器官的生物量(细根除外) ，各种处
理下的 Cd积累量特征和 Cd 含量特征相似．CK 的
两个处理相比，Cd 污染均显著增加香樟幼苗叶、
茎、粗根、细根以及总 Cd 积累量，分别增加至未污
染条件下的 5．5、3．7、4．2、12．2 和 6．0 倍(图 4(a)，
(b)，(c) ，(d) ，(e) ) ，细根的 Cd 积累量增加幅度
最为显著，Cd 污染显著降低了 TI(图 4(f) )．未污
染条件下，与 CK 相比，添加各种螯合剂均没有显
著影响香樟幼苗各器官的 Cd 积累量以及总积累
量，但单独添加 EDTA 和柠檬酸显著增加了 TI．污
染条件下，与 CK 相比，单独添加 EDTA 和添加复
合螯合剂均显著增加了叶、茎、粗根、细根以及总
Cd积累量，单独添加 EDTA条件下分别增加至 CK
的 1．5、6．7、2．7、2．4和 2．7倍，添加复合螯合剂条件
下分别增加至 CK的 1．2、7．6、5．0、3．1 和 3．4 倍，单
独添加柠檬酸没有显著影响香樟幼苗各器官以及
总 Cd 积累量;在叶片中，单独添加 EDTA 条件下
Cd积累量最高;对于茎、粗根、细根和总积累量而
言，复合添加 2种螯合剂条件下 Cd积累量最高;
图 4 添加 EDTA和柠檬酸对 Cd污染条件下香樟各器官中 Cd积累量的影响
Fig．4 The effects of EDTA and citric acid on Cd accumulation amount in various organs of C．camphora when exposed to Cd pollution
651 云南大学学报(自然科学版) http:/ /www．yndxxb．ynu．edu．cn 第 38卷
添加各种螯合剂均没有显著影响 TI．多元方差分析
表明(表 2) ，Cd、EDTA、柠檬酸分别作为独立因子
均显著影响了香樟幼苗各器官以及总的 Cd 积累
量，Cd作为独立因子显著影响了香樟幼苗的 TI．
3 讨论
本研究中，经过 2 个月的实验处理，未施螯合
剂的条件下，10 mg /kg土壤的 Cd 污染并没有显著
影响香樟幼苗叶、茎、粗根以及总生物量，香樟幼苗
对 Cd 污染表现出了一定的耐受性．然而，Cd 污染
却显著抑制了细根的生长，引起了细根生物量的下
降，香樟细根对于 Cd污染表现出敏感性．细根作为
Cd积累的主要器官，Cd含量的升高可能导致根系
受损，抑制细胞的分裂和伸长［15］．其它学者也发现
细根对于重金属胁迫最为敏感，根系的形态特征以
及生长会受到显著影响［16－18］．Cd污染条件下，单独
添加柠檬酸显著增加了细根的生物量，这可能与该
条件下细根 Cd浓度下降、根系生长受到的抑制作
用减轻有关．另一方面，重金属胁迫条件下植物的
生理响应特征是衡量其重金属耐受性的重要方面．
SOD和 POD 是植物细胞内最重要的 2 种抗氧化
酶，对各种逆境条件响应敏感，这 2 种酶能够淬灭
超氧阴离子(O2
．－)和 H2O2，以维持细胞的活性氧
平衡［19］．许多研究表明，植物通过抗氧化酶活性的
调节能够适应一定程度的 Cd 污染，许多植物的酶
活常常随着胁迫程度的增加表现出“低促高抑”的
特点［20－22］，细胞内活性氧水平的调控需要多种抗
氧化酶协同发恽作用．本研究中，Cd 污染条件下，
与 CK相比，添加螯合剂显著增加了 SOD 活性，却
降低了 POD活性，后者的降低可能引起了过氧化
氢含量的显著升高．MDA 作为膜脂过氧化的产物，
是表征细胞是否受到氧化胁迫的重要参数［23］．本
研究中，所有的处理条件下香樟叶片的 MDA 含量
均没有显著变化，但 Cd 污染及添加螯合剂均增加
了过氧化氢的含量，说明过氧化氢的升高主要作为
信号分子调节香樟叶片的抗逆反应［24］，但并没有
伤害细胞膜，叶片能够耐受这一程度的 Cd污染．
N和 P 是植物生长发育最为重要的 2 种矿质
元素，是胁迫条件下研究植物养分平衡和生长潜力
的重要指标．细胞中重金属离子过量积累会增大细
胞膜的透性，降低根系的活力，进而扰乱对养分元
素的吸收和转运;重金属胁迫还会影响养分代谢相
关酶的活性，影响养分的吸收利用．比如，于方明
等［25］发现 Cd 胁迫降低了小白菜的硝酸还原酶
(NＲ)、谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酰胺转化酶
(GS－transfer)的活性，引起细胞内硝态 N和氨态 N
的积累，不利于 N 的同化和转移;Chen 等［26］发现
重金属 Ni胁迫抑制了青杨雌株叶片 NＲ 的活性，
降低了叶片 N含量，而对雄株没有显著影响．本研
究中，未添加螯合剂的条件下，Cd 污染降低了香樟
细根、粗根、茎和叶的 N含量，表明 Cd 污染影响了
香樟对 N 的吸收、同化和转运．另一方面，刘柿良
等［27］发现 10 mg /kg土壤的 Cd 污染降低了叶片的
P 含量，认为土壤中 Cd 与磷酸盐的结合可能降低
了养分和 Cd的生物有效性;孙建云和沈振国［28］发
现 Cd胁迫条件下敏感性甘蓝品种根系和叶片 P
含量下降，但耐性品种 P 含量却显著上升;黄耿磊
等［29］发现在 5 mg /kg Cd污染土壤条件下圭亚那柱
花草 N、P 的含量有不同程度的上升，尤其是地下
部分，但不同品种之间存在差异．这些研究结果说
明不同物种、品种、基因型之间在养分吸收和同化
方面对重金属胁迫存在不同的敏感性，同时也和胁
迫持续的时间、强度、栽培基质的理化性质和养分
特征有关．本研究中，10 mg /kg土壤的 Cd污染条件
下，香樟 N含量受到了显著的负面影响，但 P 的含
量没有受到显著影响，其影响机制有待深入研究．
值得注意的是，Cd 污染条件下，单独施加 EDTA 增
加了香樟细根的 N 含量以及叶片的 P 含量，但含
柠檬酸的处理(包括单独添加和复合添加)降低了
细根的 N 含量以及茎的 P 含量，说明单独添加
EDTA有利于 N、P 的吸收和积累，而添加柠檬酸不
利于污染条件下养分的积累和分配．
许多研究表明，不同螯合剂对金属元素的活化
能力差异很大，氨基多羧酸类(aminopolycarboxylic
acids，APCAs)具有较强的活化能力，小分子有机酸
的作用则弱很多［9，30］．本研究中，含 EDTA 的处理
(包括单独添加和复合添加)显著增加了香樟所有
器官的 Cd浓度以及 Cd 积累量．EDTA 活化土壤中
的重金属，提高重金属富集效率也被许多学者观察
到，例如，Ebbs和 Kochian［31］发现向 Zn污染的土壤
中加入 EDTA 显著增加了印度芥菜的 Zn 吸收效
率;EDTA 促进了印度芥菜对 Cd 的吸收和运
输［32］;Chen等［33］发现 EDTA活化了土壤中的 Pb、
Cd、Cu等重金属，显著增加了供试材料对 Pb 的吸
收和积累．另一方面，柠檬酸等小分子有机酸也常
被用作为重金属螯合剂．但许多研究表明，低分子
751第 1期 陈良华等:螯合剂对香樟生理特征和镉积累效率的影响
有机酸 /盐对于重金属离子的活化能力存在浓度效
应，比如，赵雨森等［34］发现与其它浓度相比，添加
5．0 mmol /L柠檬酸时 Cd 的释放效果最显著;李华
英等［35］发现柠檬酸和草酸对 Cd 吸收及分配的效
应受到添加浓度的影响，在水培溶液中添加 1． 5
mmol /L的柠檬酸对 Cd积累的促进作用最强．本研
究中，0．25 mmol /kg土壤的 EDTA显著增加了土壤
Cd的生物有效性，促进了香樟幼苗各器官 Cd的积
累，但 0．2 mmol /kg土壤的柠檬酸并没有显著影响
土壤中 Cd的生物有效性，也没有显著改变根系 Cd
的吸收量和植物中 Cd的积累总量．值得注意的是，
单独添加柠檬酸显著降低了细根的 Cd 含量，却显
著增加了茎的 Cd含量，TI的增加说明柠檬酸一定
程度上改变了 Cd 的分配策略，柠檬酸促进 Cd 向
地上部分的转移也被其它学者观察到［35］．此外，与
单独添加 EDTA相比，复合添加 2 种螯合剂对茎、
粗根和细根中的 Cd 积累量和总积累量产生了协
同效应，可以推断柠檬酸改变了香樟根际土壤的微
环境(如 pH值和氧化还原电位)，进而进一步促进
了 EDTA的螯合效应．
综合来看，单独添加 EDTA增加了受污染条件
下香樟幼苗的细根生物量，对养分 N、P 的积累也
有一定的促进作用，同时显著提高了香樟各器官
Cd的含量和积累量．单独添加柠檬酸没有提高 Cd
的修复效率;复合添加 2 种螯合剂的条件下，虽然
香樟积累了最高含量的 Cd，但 N、P 等养分含量却
受到了负面影响，可能会对香樟后续的生长和 Cd
积累效率产生不利影响．因此，结合形态生长、活性
氧含量、养分水平以及重金属积累效率等方面来
看，单独施加 EDTA是比较适宜的方法．
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061 云南大学学报(自然科学版) http:/ /www．yndxxb．ynu．edu．cn 第 38卷
Abstract:Phytoremediation efficiency is usually restricted by the low bioavailability of heavy metals in the
polluted soil． Application of chelator is an important technology for the improvement of phytoremediation efficien-
cy，which could activate the heavy metals in the soil． In our study，a pot－cultured experiment was conducted to
detect the effect of EDTA (0．25 mmol·kg－1 soil)and citric acid (0．2 mmol·kg－1 soil)on the morphological
growth，physiological traits，nutrient content，and Cd accumulation in Cinnamomum camphora when the soil was
polluted by Cd (10 mg·kg－1 soil)．The results included that:① Under Cd－polluted condition，the addition of
EDTA，citric acid and both all increased the biomass of fine roots to a certain degree，but did not significantly af-
fect the biomass of other organs，total biomass and the ratio of root to shoot．② The application of both chelator in-
creased the activity of superoxide dismutase (SOD) significantly，but decreased the activity of peroxidase
(POD)，the content of malonaldehyde (MDA)was not significantly affected．③ EDTA alone increased N content
in fine roots by 14 and P content in leaves by 15%． In contrast，the application of citric acid alone and a combi-
ning application of EDTA and citric acid decreased N content in fine roots by 20%，and P content in stems by
41% and 36%，respectively．④ Citric acid did not affect Cd content and its accumulation amount significantly in
all organs．However，EDTA alone and the combination increased Cd content and accumulation amount significantly
in all organs． Compared to a single application of chelator，there was a synergetic increase in Cd accumulation un-
der interaction treatment． Such results indicated that although the maximum accumulation of Cd in plants a-
chieved under the combined application of chelator，both N and P status were negatively affected when compared
to Cd stress alone，which might induce negative effects on growth and Cd accumulation efficiency in the future．
Therefore，it is recommended that the application of EDTA is a proper assistant method for phytoremediation．
Key words:cadmium pollution;phytoremediation;Cinnamomum camphora;chelators
161第 1期 陈良华等:螯合剂对香樟生理特征和镉积累效率的影响