全 文 ：福建农林大学学报( 自然科学版) 第 41 卷 第 3 期
Journal of Fujian Agriculture and Forestry University ( Natural Science Edition) 2012 年 5 月
收稿日期: 2011 － 07 － 29 修回日期: 2011 － 09 － 30
基金项目:国家公益性行业科研专项( 201111020-2) ; 福建省自然科学基金资助项目( 2009J01051) ．
作者简介:侯晓龙( 1981 － ) ，男，讲师，博士研究生．研究方向:重金属污染防治．通讯作者刘爱琴( 1966 － ) ，女，研究员．研究方向:土壤污染
修复． Email: fjlaq@ 126． com．
Pb胁迫对金丝草和柳叶箬生长
及富 Pb特征的影响
侯晓龙，陈加松，刘爱琴，蔡丽平
( 福建农林大学林学院，福建 福州 350002 )
摘要: 以本课题组前期研究筛选出的 2 种 Pb潜在超富集植物金丝草和柳叶箬为研究对象，通过室内模拟胁迫水培试验，研
究 Pb胁迫下 2 种植物的生长及 Pb富集规律．结果表明:金丝草和柳叶箬均对 Pb具有较强的耐性，可忍耐最高 Pb 胁迫浓
度分别达 1000 和 1500 mg·L －1 ;随 Pb胁迫浓度的增高，2 种植物地上和地下部分的 Pb含量均呈现先增大后减少的规律;
金丝草地上和地下部分的 Pb含量在 Pb胁迫浓度为 750 mg·L －1时均达最大，分别为 4639．4 和 5467．2 mg·kg －1 ;柳叶箬地
上和地下部分的 Pb含量在 Pb胁迫浓度为 1000 mg·L －1时达最大，分别为 6828．4 和 9034．6 mg·kg －1 ;不同 Pb 胁迫浓度
下，2 种植物转运系数的变化范围为 0．57 － 1．14; 在 Pb胁迫浓度为 250 mg·L －1时，金丝草对 Pb的转运系数大于 1，且地上
部分的 Pb含量超过 1000 mg·kg －1，达到 Pb超富集植物的标准．
关键词: Pb超富集植物; 金丝草; 柳叶箬; Pb胁迫; 富集
中图分类号: Q945．78 文献标识码: A 文章编号: 1671-5470( 2012) 03-0286-05
Growth response and accumulation characteristics of Pogonatherum crinitum
and Lsache globosa under the stress of lead
HOU Xiao-long，CHEN Jia-song，LIU Ai-qin，CAI Li-ping
( College of Forestry，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou，Fujian 350002，China)
Abstract: Two new potential lead-hyperaccumulators Pogonatherum crinitum and Lsache globosa were firstly found in Youxi and Li-
ancheng mining areas of Fujian Province． Their growth response and accumulation to Pb were studied by Pb stress simulation hydro-
ponic experiment． The results showed that the maximum tolerances of Pb stress concentration were 1000 mg·L －1 of P． crinitum and
1500 mg·L －1 of L． globosa． The Pb concentration in aboveground and roots of P． crinitum and L． globosa firstly increased and then
declined with enhancing of Pb stress concentration． The maximum Pb concentrations in aboveground and roots of P． crinitum were
4639．4 and 5467．2 mg·kg －1 respectively under Pb stress concentration 750 mg·L －1 ． The maximum Pb concentration of L． globo-
sa in roots was 6828．4 and 9034．6 mg·kg －1 in aboveground under Pb stress concentration 1000 mg·L －1 ． The transport coefficient
of P． crinitum exceeded 1 under Pb stress concentration 250 mg·L －1，but it was lower than 1 under other stress concentrations．
The transport coefficient variation range of P． crinitum and L． globosa was 0．57 － 1．14． P． crinitum and L． globosa have high toler-
ance and accumulation ability to Pb，and they are suitable to the restoration of Pb pollution．
Key words: lead-hyperaccumulator; Pogonatherum crinitum; Lsache globosa; Pb stress; accumulation
近年来，重金属污染问题受到世界各国环境学界的普遍关注，植物修复技术作为一条高效、环保和低
廉的重金属污染修复技术受到环境科学家的高度关注［1 － 3］．国内外有关学者在植物修复技术方面进行了
大量研究，作为该技术的核心，重金属超富集植物也越来越多地被发现，到目前为止世界上已经发现的超
富集植物有 400 多种，但绝大多数为 Ni、Zn等重金属超富集植物［4 － 5］．
我国重金属 Pb污染土壤面积大、影响范围广、毒害作用隐蔽，给环境造成巨大威胁，成为当前急需解
决的重大课题［6 － 8］．获得对 Pb具有超富集能力的植物，是开展 Pb 污染土壤植物修复的根本前提．然而由
于 Pb具有较高的负电性，易与土壤中的有机质和 Fe、Mn 氧化物等形成共价键，不易被植物吸收［9 － 10］，因
此已见报道的 Pb超富集植物很少．国外报道的 Pb超富集植物有 16 种，国内报道的只有密毛白莲蒿( Arte-
misia sacrorum) 、白莲蒿( Artemisia sacrorum) 、小鳞苔草( Carex gentiles) 及 Pb /Zn /Cd /多金属超富集植物圆
DOI:10.13323/j.cnki.j.fafu(nat.sci.).2012.03.003
锥南芥( Arabis paniculata) 4 种植物［11 － 13］．
本课题组在对南方矿区重金属富集植物的筛选过程中，在国内首次筛选出了金丝草( Pogonatherum
crinitum) 和柳叶箬( Lsachne globosa) 2 种 Pb富集植物，它们可在高浓度 Pb 的环境下正常生长，对 Pb 有强
的富集能力，地上部分的 Pb含量分别为 1231．8 和 1818．4 mg·kg －1，转运系数分别也达到 1．32 和 6．50，具
备了 Pb超富集植物的特征［14 － 15］，但这 2 种植物对 Pb的忍耐、吸收和富集规律目前尚不清楚．因此，为了
进一步验证这 2 种植物对 Pb的耐性和富集能力，掌握其对 Pb的吸收和富集规律，本试验以课题组前期研
究从矿区收集的金丝草和柳叶箬种子为基础材料，在人工气候室内进行植株培养，然后选取长势一致的植
株进行室内 Pb胁迫水培试验，研究胁迫条件下这 2 种植物对 Pb 的耐性和吸收富集规律，旨在为 Pb 污染
土壤植物修复技术的应用提供参考．
1 材料与方法
1．1 材料
表 1 营养液组成
Table 1 Nutrient solution
组分 含量 / ( mg·L －1 )
Ca( NO3 ) 2·H2O 1180．00
KNO3 510．00
MgSO4·H2O 490．00
KH2PO4 1) 0．68( 35．00)
Na2EDTA 37．25
FeSO4·H2O 0．03
H3BO4 2．86
MnCl2·4 H2O 1．81
CuSO4·5 H2O 0．08
ZnSO4·7 H2O 0．22
H2MoO4·H2O 0．19
1) 营养液中的 KH2PO4 含量由原来的 35．00 mg·L －1减少为0．68
mg·L －1，以避免产生沉淀．
以采自福建尤溪和连城铅锌矿区的金丝草和柳
叶箬种子作为基础材料，在人工气候室 ( 温度 27
℃、湿度 75% ) 进行植株培养． 种子发芽后，选取长
势较为一致的植株，移栽于营养液 ( 在 Hoagland 完
成营养液的基础上对营养液组成进行调整，成分如
表 1 所示，调节 pH为 6．0) 中，每 4 d 更换一次营养
液，待植株生根并长出新叶后，选取长势一致的植株
作为试验材料．
1．2 试验设计
将金丝草和柳叶箬植株移入装有营养液的培养
桶中，同时加入相应浓度的 Pb( NO3 ) 2 进行 Pb 胁迫
模拟试验，处理浓度分别为 50、250、500、1000、
1500、2000 mg·L －1，以无胁迫的为对照，每个处理
3 次重复．在试验第 3、6、9、12、15 天观测并记录植株的生长状况，试验 15 d 后收获植株，用自来水将植株
冲洗干净，再用 20 mmol·L －1 Na2EDTA浸泡根部 15 min，将吸附于根表面的 Pb 交换下来，然后用去离子
水反复冲洗干净．收获的植株在 105 ℃下杀青后，在 75 ℃烘干箱中烘干至恒重，然后将植株分为地上和地
下部分，用植物粉碎机磨碎并过 0．5 mm的尼龙筛后备用．
称取 0．5 g粉碎过筛的样品于锥形瓶中，在电热板上进行低温消煮，然后逐渐升高温度，待消煮液中
的残留物较少、呈白色时，再升高温度，使高氯酸分解，待白色浓烟冒尽时，即刻取下锥形瓶．用 2%的硝酸
热溶液洗涤小漏斗，洗液注入锥形瓶中，随即用定量滤纸过滤后用去离子水定容在 50 mL容量瓶中，作为待
测液．
采用 WFX-136 型原子吸收分光光度计( 北京瑞利分析仪器公司) 测定待测液中 Pb的浓度．
1．3 植物富集重金属效果的评价
根据植物地上和地下部分的重金属含量及其对应的培养液中的重金属含量，计算出不同重金属的转
运系数，然后将植物的重金属转运系数及富集重金属能力与超富集植物的临界标准进行比较，由此进行植
物重金属富集能力的综合评价．转运系数 =植物地上部元素的含量 /植物地下部相应元素的含量．
2 结果与分析
2．1 金丝草对 Pb的耐性和吸收富集规律
2．1．1 Pb胁迫对金丝草生长的影响 不同 Pb胁迫浓度、培养时间对金丝草生长的影响见表 2．从表 2 可
以看出: 在无胁迫对照处理中，植株均可正常生长; 胁迫处理下，植株对 Pb 表现出较强的耐性． Pb 胁迫浓
度低于 250 mg·L －1时，6 d内植株能够正常生长，但超过 9 d后植株出现了叶尖变黄、根尖变黑等受害症
·782·第 3 期 侯晓龙等: Pb胁迫对金丝草和柳叶箬生长及富 Pb特征的影响
状，但并未死亡; Pb胁迫浓度高于 500 mg·L －1时，第 3 天植株就出现了受害症状; Pb 胁迫浓度为 1500 和
2000 mg·L －1时，植株分别在第 6、9 天基本死亡． Pb胁迫对金丝草生长的影响均表现为根部先于叶片．
表 2 Pb胁迫浓度对金丝草生长的影响
Table 2 Influence of Pb stress concentrations on the growth of P． crinitum
Pb
mg·L －1
时间 /d
3 6 9 12 15
0 正常 正常 正常 正常 正常
50 正常 正常 少量叶尖变黄 少量叶尖变黄 较多叶片变黄
250 正常 正常 部分叶尖变黄，根尖变
黑
较多叶尖变黄，部分根
尖变黑
较多叶尖变黄，部分根
尖变黑
500 少量叶尖变黄 较多叶尖变黄，部分根
尖变黑
较多叶片变黄，叶尖有
黑斑，根尖变黑
较多叶片变黄，叶尖发
黑，根尖变黑
较多叶片变黄，叶尖发
黑，根尖变黑
750 少量叶尖变黄 较多叶尖变黄，部分根
尖变黑
较多叶片变黄，叶尖有
黑斑，根尖变黑
较多叶片变黄，叶尖有
黑斑，根尖变黑
大量叶片萎蔫，根变黑
1000 大量叶尖变黄 大量叶片变黄，少量叶
片萎蔫，根尖变黑
大量叶片萎蔫，根变黑 大量叶片萎蔫，根腐烂 大量叶片萎蔫，失水严
重，根腐烂
1500 大量叶片变黄，少量叶
片萎蔫，根尖变黑
大量叶片萎蔫，根腐烂 死亡 死亡 死亡
2000 大量叶片萎蔫，根腐烂 死亡 死亡 死亡 死亡
2．1．2 Pb胁迫下金丝草体内 Pb含量的变化 从表 3 可以看出，在 Pb 的各种胁迫浓度下，除了在胁迫浓
度为 750 和 1000 mg·L －1时，金丝草地上和地下部分的 Pb含量达显著差异外，其他各处理间均达到极显
著差异．随着 Pb胁迫浓度的增大，植株地上和地下部分的 Pb含量均呈现先增大后减少的变化规律． Pb 胁
迫浓度超过 250 mg·L －1时，植株地上部分的 Pb含量超过了 1000 mg·kg －1 ; Pb胁迫浓度为 750 mg·L －1
时，植株地上和地下部分的 Pb含量均达最大，分别为 4639．4 和 5467．2 mg·kg －1 ．
Pb胁迫浓度为 250 mg·L －1时，金丝草地上部分的 Pb含量为 1758．8 mg·kg －1，转运系数为 1．14，达
到 Pb超富集植物( 地上部分的 Pb 含量为 1000 mg·kg －1及转运系数大于 1) ［16 － 17］的标准;但在其他胁迫
浓度下，植株对 Pb 的转运系数均小于 1，变化范围为 0．65 － 0．96．可见，金丝草对 Pb 具有较强的转运能
力，能够将土壤中的 Pb转移到地上部分，可以应用于 Pb污染土壤的治理．
表 3 不同胁迫浓度下金丝草对 Pb的富集能力1)
Table 3 Pb accumulation ability of P． crinitum under different stress concentrations
Pb / ( mg·L －1 ) 地上部分 / ( mg·kg －1 ) 地下部分 / ( mg·kg －1 ) 转运系数
0 29．2 ± 1．8Aa 31．8 ± 0．7A 0．92
50 427．8 ± 6．8Bb 662．4 ± 4．0B 0．65
250 1758．8 ± 5．2Cc 1538．2 ± 6．8C 1．14
500 2658．4 ± 137．2Dd 3043．0 ± 2．1D 0．87
750 4639．4 ± 3．9Ee 5467．2 ± 90．3E 0．85
1000 4531．2 ± 6．6Ef 4720．4 ± 11．1F 0．96
1) 同列数据后附不同大写字母者表示差异达 0．01 显著水平，附不同小写字母者表示差异达 0．05 显著水平．
2．2 柳叶箬对 Pb的耐性和吸收富集规律
2．2．1 Pb胁迫对柳叶箬生长的影响 不同 Pb胁迫浓度、培养时间对柳叶箬生长的影响见表 4．从表 4 可
以看出，在无胁迫对照处理中，柳叶箬可正常生长，但在 Pb胁迫下，随 Pb胁迫浓度的增高和培养时间的增
加，一些植株受害症状逐渐出现． Pb胁迫浓度低于 500 mg·L －1时，植株在 6 d 内生长正常，在 9 d 后出现
叶尖变黄、根尖变黑等受害症状; Pb胁迫浓度高于 750 mg·L －1时，植株第 3 天就出现了少量叶尖变黄的
受害症状; Pb胁迫浓度高于 2000 mg·L －1时，植株第 9 天就全部死亡．柳叶箬与金丝草相同，也表现出根
部先于叶片受到伤害．
·882· 福建农林大学学报( 自然科学版) 第 41 卷
表 4 Pb胁迫浓度对柳叶箬生长的影响
Table 4 Influence of Pb stress concentrations on the growth of L． globosa
Pb
mg·L －1
时间 /d
3 6 9 12 15
0 正常 正常 正常 正常 正常
50 正常 正常 少量叶尖变黄 少量叶尖变黄 少量叶片变黄
250 正常 正常 部分叶尖变黄，部分根
尖变黑
部分叶尖变黄，部分根
尖变黑
部分叶尖变黄，部分根
尖变黑
500 正常 正常 部分叶尖变黄，部分根
尖变黑
较多叶尖变黄，部分根
尖变黑
较多叶尖变黄，部分根
尖变黑
750 少量叶尖变黄 较多叶尖变黄，部分根
尖变黑
较多叶片变黄，叶尖有
黑斑，根尖变黑
较多叶片变黄，叶尖有
黑斑，根尖变黑
大量叶片萎蔫，根变黑
1000 少量叶尖变黄 较多叶尖变黄，部分根
尖变黑
较多叶片变黄，叶尖有
黑斑，根尖变黑
较多叶片变黄，叶尖有
黑斑，根尖变黑
大量叶片萎蔫，根变黑
1500 大量叶尖变黄 大量叶片变黄，少量叶
片萎蔫，根尖变黑
大量叶片萎蔫，根变黑 大量叶片萎蔫，根腐烂 大量叶片萎蔫、失水严
重，根腐烂
2000 大量叶片变黄，少量叶
片萎蔫，根尖变黑
大量叶片萎蔫，根腐烂 死亡 死亡 死亡
2．2．2 Pb胁迫下柳叶箬体内 Pb含量的变化 不同 Pb 胁迫浓度下柳叶箬体内 Pb 含量的变化见表 5．从
表 5 可以看出，在 Pb 的各种胁迫浓度下，各处理间柳叶箬地上和地下部分的 Pb 含量均达到极显著差异，
随着 Pb胁迫浓度的增大植株体内的 Pb含量呈现先增大后减少的规律． Pb胁迫浓度大于 250 mg·L －1时，
植株地上和地下部分的 Pb含量均超过了 1000 mg·kg －1 ; Pb 胁迫浓度为 1000 mg·L －1时，植株地上和地
下部分的 Pb含量均达最大，地下部分的 Pb含量达 9034．6 mg·kg －1，地上部分达 6828．4 mg·kg －1 ． Pb 胁
迫浓度在 250 － 1500 mg·L －1时，植株地上和地下部分的 Pb含量均大于 1000 mg·kg －1，但转运系数均小
于 1，变化范围为 0．57 － 0．83．
表 5 不同胁迫浓度下柳叶箬对 Pb富集能力1)
Table 5 Pb accumulation ability of L． globosa under different stress concentrations
Pb / ( mg·L －1 ) 地上部分 / ( mg·kg －1 ) 地下部分 / ( mg·kg －1 ) 转运系数
0 48．2 ± 1．8A 69．0 ± 1．9A 0．70
50 699．4 ± 5．4B 898．4 ± 15．9B 0．78
250 2048．2 ± 3．7C 2840．2 ± 32．6C 0．72
500 3183．6 ± 100．8D 5560．6 ± 41．7D 0．57
750 5508．2 ± 6．0E 6666．8 ± 9．4E 0．83
1000 6828．4 ± 10．3F 9034．6 ± 31．2F 0．76
1500 6152．4 ± 7．6G 8637．0 ± 9．7G 0．71
1) 同列数据后附不同大写字母者表示差异达 0．01 显著水平．
3 结论与讨论
( 1) 金丝草和柳叶箬均对 Pb有较强的耐性，金丝草最高可忍耐 Pb的胁迫浓度为 1000 mg·L －1，柳叶
箬最高可忍耐 1500 mg·L －1 ．
( 2) 随着 Pb胁迫浓度的增高，金丝草和柳叶箬地上和地下部分的 Pb 含量均呈现先增加后减少的规
律． Pb胁迫浓度为 750 mg·L －1时，金丝草地上和地下部分的 Pb 含量均达最大，分别为 4639．4 和 5467．2
mg·kg －1 ; Pb胁迫浓度为 250 mg·L －1时，金丝草地上部分的 Pb 含量和转运系数均达到 Pb 超富集植物
的标准．柳叶箬在 Pb胁迫浓度为 1000 mg·L －1时，地上和地下部分的 Pb含量均达最大，分别为 6828．4 和
9034．6 mg·kg －1，但转运系数小于 1．
( 3) 金丝草和柳叶箬的地上部分对 Pb均有强的转运和富集能力，能将 Pb转移到地上部分，可用于 Pb
污染严重区的冶理．
( 4) 本试验结果表明，Pb胁迫下金丝草和柳叶箬植株地上部分均可富集大量的 Pb，但在大部分胁迫
浓度下对 Pb的转运系数均小于 1，这可能与高浓度的 Pb 对这两种植物具有一定的毒害作用从而影响其
·982·第 3 期 侯晓龙等: Pb胁迫对金丝草和柳叶箬生长及富 Pb特征的影响
富集能力有关．一般认定超富集植物应同时符合地上部分含量超过临界值( Pb 的地上部分含量应大于
1000 mg·kg －1 ) ，且转运系数大于 1 的标准．一些植物的转运系数虽然未达到此标准，但生物量较大也能
富集大量重金属，也可作为超富集植物［16］，因此金丝草和柳叶箬可被认为是 Pb 的潜在超富集植物．因本
试验是在水培条件下进行的，环境与土壤存在一定差异，植物修复技术的应用与超富集植物的生物量也有
很大关系，因此这两种植物还需土培及大田试验进行验证．另外，重金属超富集植物富集重金属的机理已
经成为当前植物逆境生理研究的热点领域，国内外学者在此方面做了大量研究［17 － 18］．本试验结果表明，金
丝草和柳叶箬不仅能适应高浓度的 Pb环境，对环境 Pb有极强的耐性和富集能力，这种特殊的适应性是在
长期适应 Pb污染环境中形成的，可能蕴藏着需要人们去揭示的生理生态学机制，这些需要进一步研究．
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( 责任编辑: 施晓棠)
·092· 福建农林大学学报( 自然科学版) 第 41 卷