全 文 ：植物资源与环境学报　2011, 20(2):49-55
JournalofPlantResourcesandEnvironment
Cu污染土壤中溪荪和花菖蒲的生长状况及对 Cu的积累及转运能力
孙雨亮 , 黄苏珍① , 原海燕
〔江苏省·中国科学院植物研究所(南京中山植物园), 江苏 南京 210014〕
摘要:采用土壤栽培方法 , 研究了在 Cu添加量为 0(CK)、200、400、600、800和 1 000 μg· g-1的土壤中溪荪(Iris
sanguineaDonnexHorn.)和花菖蒲(I.ensataThunb.var.hortensisMakinoetNemoto)叶和根的数量 、长度及生物量
(干质量)6个生长指标的变化趋势 , 并对叶和根中的 Cu含量和积累量 、全株的 Cu积累量 、Cu的富集系数及转运
系数进行了比较分析。结果表明:随土壤中 Cu添加量的提高 , 溪荪的根数逐渐降低且显著低于对照;而溪荪的其
余 5个生长指标和花菖蒲的 6个生长指标均总体呈现出在 Cu添加量较低的条件下逐渐增加并显著高于对照 、在
Cu添加量较高的条件下逐渐减小且显著小于对照的变化趋势;其中在 Cu添加量 1 000 μg· g-1的土壤中 2种植物
的生长均受到显著抑制(P<0.05);而添加 400和 600 μg· g-1 Cu则分别对 2种植物的生长有一定的促进作用。
随土壤中 Cu添加量的增加 ,溪荪和花菖蒲叶及根中的 Cu含量均逐渐提高;溪荪对 Cu的富集系数和转运系数以及
花菖蒲对 Cu的富集系数均显著小于对照 , 而花菖蒲对 Cu的转运系数则呈现在 Cu添加量较低的条件下高于对照 、
Cu添加量较高的条件下低于对照并逐渐减小的趋势;在添加了 Cu的土壤中 , 溪荪叶 、根和全株对 Cu的积累量均
低于花菖蒲 ,但均显著高于对照 , 且 2种植物根的 Cu含量及积累量均大于叶片 , 表明溪荪和花菖蒲均具有一定的
Cu积累能力 ,且主要积累在根中 , 花菖蒲对 Cu的积累能力优于溪荪。综合分析结果显示:溪荪和花菖蒲不是 Cu
超积累植物 ,但对 Cu胁迫均具有一定的耐性 ,且花菖蒲的耐性略强于溪荪;溪荪和花菖蒲分别适宜栽植于 Cu含量
400和 600 μg· g-1以下的土壤中 , 可用于轻度和中度 Cu污染土壤的植物修复和环境美化。
关键词:溪荪;花菖蒲;土壤 Cu污染;生长指标;Cu积累量;转运系数
中图分类号:Q945.78;X171.5;S564+.9　　文献标志码:A　　文章编号:1674-7895(2011)02-0049-07
GrowthstatusofIrissanguineaandI.ensatavar.hortensisinCupolutedsoilandtheir
accumulationandtranslocationabilitiestoCu　SUNYu-liang, HUANGSu-zhen① , YUANHai-yan(InstituteofBotany, JiangsuProvinceandtheChineseAcademyofSciences, Nanjing210014 , China),J.PlantResour.＆Environ.2011, 20(2):49-55
Abstract:Thechangetrendsofsixgrowthindexesincludingnumber, lengthandbiomas(dryweight)
ofleafandrootofIrissanguineaDonnexHorn.andI.ensataThunb.var.hortensisMakinoetNemotoin
soilwithCuadditionsof0(CK), 200, 400 , 600, 800and1 000 μg·g-1 werestudiedbysoilculturemethod, andCucontentandaccumulationinleafandroot, Cuaccumulationinwholeplant, Cuenrichmentandtranslocationcoeficientsofthetwoplantswereanalyzedcomparatively.Theresultsshow
thatwithrisingofCuadditioninsoil, rootnumberofI.sanguineadecreasesgradualyandsignificantlylowerthanthatofthecontrol, whileotherfivegrowthindexesofI.sanguineaandsixgrowthindexesofI.ensatavar.hortensisalgeneralyappearthechangetrendofincreasinggradualyandsignificantlyhigherthanthoseofthecontrolunderlowCuadditionconditions, decreasinggradualyandsignificantlylowerthanthoseofthecontrolunderhighCuadditionconditions.Inwhich, growthofthetwoplantsinsoiladded
with1 000μg·g-1 Cuisinhibitedsignificantly(P<0.05), butadding400 and600 μg· g-1 Cuhasacertainpromotiveefectongrowthofthetwoplants, respectively.CucontentinleafandrootofI.
收稿日期:2010-10-13
基金项目:国家自然科学基金资助项目(30771520);江苏省科技计划项目(BE2008670);南京市科技发展计划项目(201101066)
作者简介:孙雨亮(1983—),男 ,满族 ,河南商丘人 ,硕士研究生 ,主要从事观赏植物种质资源抗性及植物修复技术方面的研究。
①通信作者 E-mail:hsz1959@163.com
sanguineaandI.ensatavar.hortensisalincreasesgradualywithrisingofCuadditioninsoil.CuenrichmentandtranslocationcoeficientsofI.sanguineaandCuenrichmentcoeficientofI.ensatavar.hortensisalaresignificantlylowerthanthoseofthecontrol, whileCutranslocationcoeficientofI.ensatavar.hortensisishigherorlowerrespectivelythanthatofthecontrolunderloworhighCuaddition
conditionswithatrendofdecreasinggradualy.InsoiladdedwithCu, Cuaccumulationinleaf, rootandwholeplantofI.sanguineaislowerthanthatofI.ensatavar.hortensis, butalofthemaresignificantlyhigherthanthatofthecontrol, andCucontentandaccumulationinrootofthetwoplantsarehigherthanthatinleaf, showingthatI.sanguineaandI.ensatavar.hortensisbothhaveacertainaccumulation
abilitytoCu, andbeingmainlyaccumulatinginroot, CuaccumulationabilityofI.ensatavar.hortensisisbeterthanthatofI.sanguinea.ThecomprehensiveanalysisresultsshowthatI.sanguineaandI.ensatavar.hortensisarenothyper-accumulators, butstilhavesomeresistancetoCustres, andresistanceofI.ensatavar.hortensisisslightlystrongerthanthatofI.sanguinea.Thetwoplantsare
suitabletoplantinsoilwithCucontentlowerthan400 and600 μg· g-1 , respectively, andtheycanbe
usedtophytoremediationandenvironmentalbeautificationinlightandmoderateCupolutedsoils.
Keywords:IrissanguineaDonnexHorn.;IrisensataThunb.var.hortensisMakinoetNemoto;Cupolutioninsoil;growthindex;Cuaccumulation;translocationcoeficient
　　随着人类社会的发展 ,环境污染问题日益突出 ,
重金属污染因具有普遍性 、隐蔽性 、长期性和稳定性
等特点 ,成为最难治理的污染类型之一 ,其中由 Cu
污染引起的生态和环境问题也受到人们的高度重视 。
据统计 ,全球每年 Cu平均排放量约 3.4×106 t[ 1] ,严
重污染了农田和水体 ,造成巨大的经济损失 。因而 ,
寻找有效治理 Cu污染的科学方法并将其进行切实
推广应用 ,成为科学家目前面临的重要课题之一。
1997年 ,美国科学家 Chaney等 [ 2]首次提出了
“植物修复技术 ”(phytoremediation),该技术以修复
彻底 、成本低廉以及无二次污染等优点成为一种重要
且经济的绿色污染治理技术 [ 3] ,该技术实施的关键
主体是超富集植物。目前 ,全世界已经发现重金属超
积累植物 400余种 ,但 Cu富集植物仅有 24种 [ 4] ,且
普遍存在生物量较低 、生长速度慢 、广谱适生性不强
以及难以进行机械化作业等不足之处 ,在实际应用中
具有很大的局限性。因此 ,筛选出高效 、实用的 Cu
污染土壤修复植物已经成为实际修复工作中迫切需
要解决的问题。
鸢尾属(IrisL.)植物普遍具有观赏性好 、适应性
广 、抗性强和管理粗放等特点 [ 5-7] ,其中 , 马蔺 〔I.
lacteaPal.var.chinensis(Fisch.)Koidz.〕和黄菖蒲
(I.pseudacorusL.)对 Cu、Pb、Cd及 Zn等金属元素均
具有良好的抗性和积累能力 [ 8-9] ,而同属植物溪荪
(I.sanguineaDonnexHorn.)和花菖蒲 (I.ensata
Thunb.var.hortensisMakinoetNemoto)对重金属的
抗性和积累能力的研究则未见报道。
鉴于此 ,作者对溪荪和花菖蒲在 Cu添加量不同
的土壤中叶和根的生长状况进行了比较 ,以确定这 2
种植物对 Cu污染土壤的抗性 ,并对溪荪和花菖蒲对
Cu的富集系数和转运系数进行了统计分析 ,以评价
溪荪和花菖蒲对 Cu污染土壤的修复潜力及效果 ,旨
在为 Cu污染土壤的植物修复提供一定的理论依据 。
1　材料和方法
1.1　材料
供试溪荪和花菖蒲的种子均为江苏省 ·中国科
学院植物研究所鸢尾种质资源圃中无性繁殖群体自
然结实的种子 。供试土壤采自南京中山植物园树木
园人工混交林下的表土熟化层 ,土壤中 Cu含量本底
值为 22.719 μg·g-1。采用 S形多点混合采样法 [ 10]
采集土壤 ,挖取深度为 0 ～ 15 cm,土壤自然风干后过
5 mm筛 ,备用。
1.2　方法
1.2.1　供试植物播种及培育　供试种子用质量体积
分数 1% KMnO4溶液浸种消毒后 ,于常温下用去离子
水浸种催芽 ,出芽后移入沙盘中 ,用 1 /2Hoagland营
养液培养至苗高约 10cm;选取株高基本一致的实生
苗栽植于底径 9 cm、口径 13 cm、高 11 cm的无底孔
塑料盆中 ,每盆种植 3株 ,每盆装有 800 g风干土壤;
栽植后立即用 30mL去离子水浇透 ,置于室内阴凉通
风处缓苗 2周 。
1.2.2　处理方法　共设置 5个处理水平 ,土壤中 Cu
的添加量分别为 200、400、600、800和 1 000 μg·g-1。
50 　　　　　　　　　　植 物 资 源 与 环 境 学 报　　　　　　　　　　　　　　　　　　第 20卷　
吸取不同体积的 15.68 g·L-1 CuSO4·5H2O母液 ,按
照设置的处理水平用去离子水配成 100mL溶液并一
次性浇灌至土壤中 ,对照(CK)则一次性浇灌 100 mL
去离子水。每处理 3盆 ,每盆视为 1次重复。
将幼苗置于 KRG-300-BP型光照培养箱(上
海柏欣仪器设备厂生产)中培养 ,光照时间 13 h·
d-1 、温度 25℃,根据幼苗生长状况进行常规水分管理,
60 d后收获;将植株洗净 , 根系浸于 20 mmol· L-1
EDTA-Na2溶液中 30 min,洗净并吸干表面水分 ,将
根和叶分开 、备用 。
1.2.3　测定方法　用直尺直接测量幼苗的叶长和根
长 ,根据每一样株最长叶的长度和最长根的长度计算
平均值;叶数为每一样株所有叶片数的平均值 ,根数
则为每一样株根系基部一级分枝数的平均值;将每一
样株的叶和根分别置于 80 ℃干燥箱中烘干至恒质
量 ,分别称量叶和根的干质量 ,结果取平均值 ,单株干
质量为每一样株叶和根干质量之和并取平均值 。
采用 AAS法 [ 10]测定叶 、根及土壤中的 Cu含量 ,
其中 ,植物样品量为 0.2 g,土壤样品量为 0.5 g。
1.3　数据处理
参照文献 [ 11]的方法计算每一单株叶或根的 Cu
积累量 ,参照文献 [ 12]的方法计算 Cu的富集系数和
转运系数 ,计算公式分别为:单株叶(根)的 Cu积累
量 =单株叶 (根)的 Cu含量 ×单株叶(根)干质量;
Cu富集系数 =叶中 Cu含量 /土壤中 Cu含量;Cu转
运系数 =叶中 Cu含量 /根中 Cu含量。
采用 Excel2007和 SPSS16.0软件对实验数据
进行统计和分析 ,并采用邓肯氏新复极差法对数据进
行差异显著性分析 。
2　结果和分析
2.1　溪荪和花菖蒲的生长状况分析
2.1.1　溪荪的生长状况分析　在 Cu添加量不同的
土壤中溪荪幼苗的生长状况见表 1。由表 1可知:随
着土壤中 Cu添加量的提高 ,溪荪的叶片数呈现出在
添加量较低的条件下多于对照 、添加量较高的条件下
与对照持平或减少的变化趋势;200和 400 μg· g-1
Cu处理组溪荪幼苗的叶数均显著高于对照 (P
<0.05),比对照增加 3.70%,表明 200和 400 μg·
g-1 Cu对溪荪叶数增加有促进作用;而 1 000 μg·
g-1 Cu处理组的叶数显著少于对照 ,比对照减少 11.
11%,表明在土壤中添加 1 000 μg·g-1 Cu对溪荪叶
数的增加具有显著的抑制作用。由表 1还可见:对照
组溪荪幼苗的根数最多 ,而在 Cu添加量为 200 ～ 1
000 μg·g-1的土壤中 ,溪荪幼苗的根数均显著减少 ,
且各处理组与对照之间以及各处理组之间均具有显
著差异(P<0.05);随土壤中 Cu添加量的增加 ,溪荪
幼苗的根数逐渐减少 , 其中 1 000 μg· g-1 Cu处理
组溪荪根数最少 ,比对照减少了 33.34%。
表 1　在 Cu添加量不同的土壤中溪荪幼苗单株生长状况分析( X±SD)1)
Table1　AnalysisofgrowthstatusofindividualsofIrissanguineaDonnexHorn.seedlinginsoilwithdiferentCuadditions( X±SD)1)
Cu添加
量 /μg· g-1
Cuaddition
数量　Number
叶　Leaf 根　Root
长度 /mm　Length
叶　Leaf 根　Root
干质量 /g　Dryweight
叶　Leaf 根　Root
　　　 0(CK) 9.000±1.000b 11.000±1.000a 362.667±42.501c 108.000±17.059d 0.280±0.059a 0.140±0.073c
　　 200 9.333±0.577a 10.333±1.528b 370.667±57.744b 124.000±5.000c 0.287±0.078a 0.152±0.041b
　　 400 9.333±0.577a 10.000±1.000c 383.333±29.569a 132.000±12.124b 0.289±0.057a 0.164±0.043a
　　 600 9.000±1.000b 9.333±0.577d 349.000±5.292d 146.000±8.544a 0.205±0.051b 0.097±0.038d
　　 800 9.000±1.000b 8.333±1.528e 338.000±44.306e 133.333±12.662b 0.199±0.107b 0.065±0.065e
　1 000 8.000±1.000c 7.333±2.082f 310.667±13.577f 107.667±2.082d 0.108±0.017c 0.045±0.009f
　1)同列中不同的小写字母表示在 5%水平上差异显著 Diferentsmalletersinthesamecolumnindicatethesignificantdifferenceat5%level.
　　随着土壤中 Cu添加量的提高 ,溪荪幼苗的叶长
呈现出在添加量较低的条件下大于对照 、添加量较高
的条件下小于对照的变化趋势;其中 400μg· g-1 Cu
处理组的叶片最长 ,较对照增加了 5.69%,且与对照
差异显著(P<0.05),表明在土壤中 Cu的添加量低
于 400 μg· g-1 ,对溪荪叶片的伸长生长有一定的促
进作用;而在 Cu添加量为 600、800和 1 000 μg· g-1
的土壤中 , 溪荪叶片的长度均显著小于对照(P<0.
05), 且随 Cu添加量的提高呈现不断减小的趋势 ,其
中 , 1 000μg· g-1 Cu处理组叶片的长度较对照减小了
51　第 2期　　　　　　　孙雨亮 , 等:Cu污染土壤中溪荪和花菖蒲的生长状况及对 Cu的积累及转运能力
14.34%,说明在土壤中添加 1 000 μg· g-1 Cu对溪
荪叶长生长有一定的抑制作用 。在 Cu添加量为 200、
400、600和 800 μg· g-1的土壤中 ,溪荪幼苗的根长均
显著大于对照(P<0.05),并随着土壤中 Cu添加量
的增加 ,表现出添加量较低的条件下增加 、添加量较
高的条件下减小的趋势 ,其中 , 600μg· g-1处理组幼
苗根的长度最长 ,比对照增加了 35.19%;而当土壤中
的 Cu添加量增加至 1 000 μg·g-1 ,溪荪幼苗的根长
显著减小 ,但仅略低于对照 ,表明溪荪的根长生长对
Cu胁迫有相对较高的耐性。
生物量(常用干质量表示)直接反映了植物的产
出能力 , 是分析植物生长状况的重要参考指标之
一 [ 13] 。表 1结果表明:在 Cu添加量不同的土壤中 ,
溪荪幼苗叶片与根的干质量均呈现出在添加量较低
的条件下高于对照 、添加量较高的条件下低于对照的
变化趋势。在 Cu添加量为 200和 400 μg· g-1的土
壤中 ,叶干质量略高于对照但差异不显著 ,而根干质
量则显著高于对照 ,其中 400 μg· g-1Cu处理组的叶
和根的干质量均最大。在 Cu添加量为 600、800和
1 000 μg· g-1的土壤中 ,叶和根的干质量均显著小于
对照 ,且随 Cu添加量的提高不断降低 ,最低值均出现
在 1 000 μg·g-1 Cu处理组。综合分析结果表明:在
Cu添加量不同的土壤中 ,溪荪生物量(即叶和根的干
质量)的变化趋势与叶和根的数量及长度的变化趋势
相吻合 。
2.1.2　花菖蒲的生长状况分析　在 Cu添加量不同
的土壤中花菖蒲幼苗的生长状况见表 2。由表 2可见
以看出:随土壤中 Cu添加量的提高 ,花菖蒲的叶数也
呈现出在添加量较低的条件下多于对照 、添加量较高
的条件下与对照持平或减少的变化趋势;其中 , 600
μg·g-1Cu处理组的叶数最多 ,较对照显著增加(P<
0.05),增幅达 21.06%;而 1 000 μg· g-1 Cu处理组
的叶数最少 ,较对照显著减少(P<0.05),降幅达到
10.52%。随土壤中 Cu添加量的提高 ,花菖蒲幼苗根
数的变化则呈现出在添加量较低的条件下与对照持
平或多于对照 、添加量较高的条件下少于对照的变化
趋势;其中 , 400 μg· g-1Cu处理组花菖蒲幼苗的根数
最多 ,较对照显著增加(P<0.05),增幅达 18.52%;
而 1 000μg·g-1Cu处理组的根数最少 ,较对照显著
减少(P<0.05),降幅达到 29.63%。
由表 2还可见:在 Cu添加量 200、400、600和 800
μg· g-1的土壤中 ,花菖蒲幼苗的叶长均显著高于对
照(P<0.05),其中 , 600 μg· g-1Cu处理组的叶片长
度最长 ,较对照增加 17.73%;而在 Cu添加量为 1 000
μg· g-1的土壤中 ,花菖蒲幼苗的叶长显著低于对照 ,
比对照降低了 2.12%。随土壤中 Cu添加量的增加 ,
花菖蒲幼苗根长呈现出在添加量较低的条件下高于
对照 、添加量较高的条件下低于对照的变化趋势;其
中 , 400和 600 μg· g-1Cu处理组幼苗的根长显著高
于对照 ,分别较对照增加 2.98%和 24.93%;而 800
和 1 000μg·g-1Cu处理组的根长显著低于对照 ,分
别较对照降低了 11.92%和 8.67%。
在 Cu添加量为 200、400、600和 800 μg· g-1的
土壤中 , 花菖蒲叶片的干质量均显著高于对照(P
<0.05),分别较对照增加了 22.76%、43.90%、71.
54%和 27.64%;而 1 000 μg· g-1 Cu处理组的叶片
的干质量则显著小于对照(P<0.05), 较对照降低了
29.27%。随土壤中 Cu添加量的提高 ,花菖蒲根的干
质量则呈现出在添加量较低(200和 400μg· g-1 Cu)
的条件下高于对照 、添加量较高的条件下 (600、800
和 1 000μg·g-1 Cu)显著低于对照的变化趋势;其
中 400μg· g-1 Cu处理组根的干质量最大 , 而 1 000
表 2　在 Cu添加量不同的土壤中花菖蒲幼苗单株生长状况分析( X±SD)1)Table2　AnalysisofgrowthstatusofindividualsofIrisensataThunb.var.hortensisMakinoetNemotoseedlinginsoilwithdiferentCu
additions( X±SD)1)
Cu添加
量 /μg· g-1
Cuaddition
数量　Number
叶　Leaf 根　Root
长度 /mm　Length
叶　Leaf 根　Root
干质量 /g　Dryweight
叶　Leaf 根　Root
　　　 0(CK) 6.333±0.577d 9.000±1.000b 299.000±41.581e 123.000±11.000c 0.123±0.087d 0.103±0.026c
　　 200 7.000±0.000c 9.000±1.000b 327.667±53.687d 124.667±10.066c 0.151±0.119c 0.132±0.101b
　　 400 7.333±0.577b 10.667±0.577a 347.333±23.587b 126.667±26.690b 0.177±0.058b 0.152±0.111a
　　 600 7.667±1.528a 8.333±2.309c 352.000±9.539a 153.667±58.449a 0.211±0.088a 0.085±0.080d
　　 800 6.333±0.577d 8.333±0.577c 338.667±7.767c 108.333±20.817e 0.157±0.022c 0.076±0.005d
　1 000 5.667±0.577e 6.333±1.732d 292.667±5.508f 112.333±2.082d 0.087±0.040e 0.052±0.028e
　1)同列中不同的小写字母表示在 5%水平上差异显著 Diferentsmalletersinthesamecolumnindicatethesignificantdifferenceat5%level.
52 　　　　　　　　　　植 物 资 源 与 环 境 学 报　　　　　　　　　　　　　　　　　　第 20卷　
μg·g-1Cu处理组的最小 。综合分析结果显示:在 Cu
添加量不同的土壤中 ,花菖蒲的生物量(即叶和根干
质量)的变化趋势与其叶和根的数量及长度的变化趋
势相吻合。
2.2　溪荪和花菖蒲对 Cu的积累及转运能力分析
2.2.1　溪荪对土壤 Cu的积累及转运能力分析　在
Cu添加量不同的土壤中溪荪幼苗叶片和根对 Cu的
积累量 、富集系数和转运系数见表 3。由表 3可见:溪
荪叶和根中的 Cu含量均随土壤中 Cu添加量的提高
呈不断增加的趋势 ,各处理组叶和根中的 Cu含量均
显著高于对照 , 且各处理组间也差异显著 (P<0.
05);另外 ,不论是对照组还是各处理组 ,溪荪根中的
Cu含量均显著高于叶片。
富集系数能够反映植物从土壤环境中吸收和积
累重金属的能力 [ 14] 。在 Cu添加量不同的土壤中 ,溪
荪对 Cu的富集系数均显著低于对照 ,且各处理组间
均有显著差异(P<0.05);其中 , 200 μg· g-1Cu处理
组的富集系数最高 , 800和 1 000 μg· g-1Cu处理组
的富集系数较小 ,而 400和 600 μg·g-1 Cu处理组的
富集系数最小。导致这一现象的原因是:土壤中相对
较低的 Cu含量对溪荪生长有一定的促进作用 ,使其
自身的耐 Cu能力增强;但若土壤中 Cu含量超过了溪
荪的耐受程度 ,可使其耐 Cu机制逐渐失效 ,植株体内
Cu大量积累 ,从而对植株产生毒害作用。这与溪荪
大部分生长指标的变化趋势相吻合 ,也是在 Cu含量
较高的土壤中溪荪生长受到显著抑制的原因之一。
转运系数反映了植物不同部位间重金属的转移
能力 [ 14] 。从表 3可见:各处理组溪荪幼苗对 Cu的转
运系数均显著小于对照 ,且各处理组间也有显著差异
(P<0.05)。其中 , 在 Cu添加量为 200、 400和 600
μg· g-1的土壤中 ,溪荪的转运系数逐渐降低;而在
Cu添加量为 800 μg· g-1的土壤中转运系数略有提
高 ,但 1 000 μg·g-1Cu处理组的转运系数最低 。这
一现象与植物对 Cu胁迫的应激反应有关。
评价植物对污染环境的实际修复效果 ,最终要以
该植物从污染环境中吸收并转移的目标污染物的量
为准 ,因此 , Cu积累量是衡量植物对 Cu污染环境实
际修复能力的相对理想的指标 [ 15] 。在 Cu添加量不
同的土壤中 ,溪荪叶 、根和全株中的 Cu积累量均高于
对照且差异显著(P<0.05)。其中 ,叶中的 Cu积累
量以 800 μg·g-1 Cu处理组最高 ,其次为 1 000 μg·
g-1Cu处理组;根中 Cu的积累量以 1 000 μg· g-1Cu
处理组最高 ,其次为 400和 600 μg· g-1 Cu处理组;
全株的 Cu积累量也以 1 000μg·g-1Cu处理组最高 ,
其次为 400和 800 μg· g-1 Cu处理组 。 1 000 μg·
g-1Cu处理组溪荪叶 、根和全株 Cu积累量较高可能
与植株体内 Cu含量的显著增加有关 ,也与土壤 Cu添
加量的提高有关 。在土壤 Cu添加量为 1 000 μg·
g-1的条件下 ,溪荪的生长受到显著抑制 ,因此尽管溪
荪植株体内的 Cu积累量较高 ,但在 Cu添加量 1 000
μg· g-1以上的土壤中并不适宜种植溪荪以达到修复
Cu污染土壤的目的。
表 3　在 Cu添加量不同的土壤中溪荪对 Cu的积累量 、富集系数和转运系数( X±SD)1)
Table3　Cuaccumulation, enrichmentcoeficientandtranslocationcoeficientofIrissanguineaDonnexHorn.seedlinginsoilwithdifferentCu
additions( X±SD)1)
Cu添加
量 /μg· g-1
Cuaddition
Cu含量 /μg· g-1　Cucontent
叶
Leaf
根
Root
富集系数
Enrichment
coefficient
转运系数
Translocation
coeficient
Cu积累量 /μg　Cuaccumulation
叶
Leaf
根
Root
全株
Wholeplant
　　　 0(CK) 7.467±0.052f 14.767±0.266f 0.276±0.002a 0.506±0.067a 2.088±0.014f 2.062±0.153f 4.151±0.089f
　　 200 8.200±0.110e 24.033±0.160e 0.083±0.013b 0.341±0.036b 2.353±0.157e 3.653±0.171e 6.006±0.275e
　　 400 8.700±0.121d 28.733±0.142d 0.049±0.006f 0.303±0.004c 2.517±0.032c 4.702±0.226b 7.220±0.130b
　　 600 11.833±0.214c 44.567±0.741c 0.053±0.021e 0.266±0.015e 2.423±0.008d 4.323±0.008c 6.745±0.016d
　　 800 17.133±0.131b 57.167±0.519b 0.071±0.026d 0.300±0.019d 3.415±0.187a 3.716±0.031d 7.131±0.083c
　1 000 25.167±0.044a112.100±0.656a 0.077±0.014c 0.225±0.012f 2.710±0.279b 5.007±0.142a 7.717±0.142a
　1)土壤 Cu本底值为 22.719μg· g-1 BackgroundvalueofCuinsoilis22.719μg· g-1;同列中不同的小写字母表示在 5%水平上差异显著Diferentsmallletersinthesamecolumnindicatethesignificantdiferenceat5% level.
2.2.2　花菖蒲对土壤Cu的积累及转运能力分析
在 Cu添加量不同的土壤中花菖蒲幼苗叶片和根对
Cu的积累量 、富集系数和转运系数见表 4。由表 4可
见:花菖蒲叶和根中的 Cu含量均随土壤 Cu添加量的
提高呈不断增加的趋势 ,各处理组叶和根中的 Cu含
量均显著高于对照 ,且各处理组间也有显著差异(P<
53　第 2期　　　　　　　孙雨亮 , 等:Cu污染土壤中溪荪和花菖蒲的生长状况及对 Cu的积累及转运能力
0.05);另外 ,不论是对照组还是处理组 ,花菖蒲根中
的 Cu含量均显著高于叶片。
在 Cu添加量不同的土壤中 ,花菖蒲幼苗对 Cu的
富集系数均显著小于对照 ,且各处理组间也有显著差
异(P<0.05);随土壤中 Cu添加量的提高 ,花菖蒲幼
苗对 Cu的富集系数逐渐减小 ,以 1 000μg· g-1Cu处
理组的富集系数最小 。这可能是因为花菖蒲对 Cu胁
迫产生的应激反应 ,即花菖蒲通过调节体内的防御机
制降低对 Cu的相对吸收量和积累量 ,从而减少由于
Cu积累过多而产生的毒害作用 。
各处理组花菖蒲幼苗对 Cu的转运系数均与对照
有显著差异 ,且各处理组间也有显著差异(P<0.
05)。其中 ,在 Cu添加量为 200、400和 600 μg· g-1
的土壤中 ,转运系数均显著大于对照 ,且以 200 μg·
g-1处理组最大;而在 Cu添加量为 800和 1 000μg·
g-1的条件下转运系数显著小于对照 ,且以 1 000μg·
g-1Cu处理组最小。这一现象也与植物对 Cu胁迫的
应激反应有关。
表 4　在 Cu添加量不同的土壤中花菖蒲对 Cu的积累量 、富集系数和转运系数( X±SD)1)
Table4　Cuaccumulation, enrichmentcoefficientandtranslocationcoefficientofIrisensataThunb.var.hortensisMakinoetNemotoseedlingin
soilwithdiferentCuadditions( X±SD)1)
Cu添加
量 /μg· g-1
Cuaddition
Cu含量 /μg· g-1　Cucontent
叶
Leaf
根
Root
富集系数
Enrichment
coefficient
转运系数
Translocation
coeficient
Cu积累量 /μg　Cuaccumulation
叶
Leaf
根
Root
全株
Wholeplant
　　　 0(CK) 9.467±0.013f 25.200±0.051f 0.515±0.012a 0.376±0.032d 1.164±0.067f 2.587±0.138f 3.752±0.165f
　　 200 27.367±0.012e 61.733±0.241e 0.283±0.026b 0.443±0.065a 4.141±0.125d 8.169±0.091b 12.311±0.231c
　　 400 28.933±0.018d 75.300±0.085d 0.163±0.005c 0.384±0.003c 5.131±0.286b 11.421±0.368a 16.551±0.337a
　　 600 31.333±0.024c 78.567±0.381c 0.153±0.003d 0.399±0.034b 6.611±0.133a 6.678±0.255c 13.290±0.294b
　　 800 31.967±0.079b 86.067±0.216b 0.108±0.018e 0.371±0.033e 5.008±0.297c 6.541±0.043d 11.549±0.133d
　1 000 38.733±0.064a109.863±0.577a 0.099±0.004f 0.353±0.013f 3.370±0.085e 5.713±0.282e 9.083±0.152e
　1)土壤 Cu本底值为 22.719μg· g-1 BackgroundvalueofCuinsoilis22.719μg· g-1;同列中不同的小写字母表示在 5%水平上差异显著Diferentsmallletersinthesamecolumnindicatethesignificantdiferenceat5% level.
　　由表 4还可见:各处理组花菖蒲根 、叶及全株 Cu
积累量均显著大于对照(P<0.05),且均随土壤中 Cu
添加量的提高呈现在添加量较低的条件下增加 、添加
量较高的条件下降低的变化趋势。其中 ,叶中的 Cu
积累量以 600 μg· g-1 Cu处理组最高 , 其次为 400
和 800 μg· g-1 Cu处理组;根中 Cu的积累量以 400
μg·g-1Cu处理组最高 ,其次为 200 μg·g-1 Cu处理
组;全株的 Cu积累量也以 400 μg· g-1Cu处理组最
高 ,其次为 600 μg·g-1 Cu处理组。根和全株 Cu积
累量的最高值均出现在 400 μg· g-1 Cu处理组 ,而叶
中 Cu积累量的最高值出现在 600 μg· g-1 Cu处理
组 ,且在 Cu添加量低于 600 μg·g-1的条件下花菖蒲
的生长状况良好 ,因此 ,可将花菖蒲种植在土壤 Cu添
加量 400 ～ 600 μg· g-1的土壤中以达到修复 Cu污染
土壤的目的 。
3　讨　　论
Cu是植物生长发育过程中必需的微量元素之
一 ,作为多种酶的组分参与植物体内很多的生理代谢
过程 ,对植物的发育 、品质 、产量等有重要影响;适量
添加外源 Cu能促进植物生长 ,但过量的 Cu又会导致
植物体内的 Cu累积和毒害 ,阻碍其生长 [ 16] 。
在叶的数量 、长度和干质量及根的数量 、长度和
干质量 6个生长指标中 ,溪荪幼苗大部分指标的最高
值出现在 400 μg·g-1Cu处理组 ,只有根的数量和长
度的最高值分别出现在 200和 600 μg· g-1 Cu处理
组;而花菖蒲的叶长 、根长 、叶数 、叶干质量的最高值
出现在 600 μg· g-1 Cu处理组 ,根的数量和干质量的
最高值出现在 400μg·g-1Cu处理组 。总体上看 , 2
种植物在轻度和中度(400 ～ 600 μg· g-1)Cu污染土
壤中生长均相对良好 ,且花菖蒲对土壤 Cu污染的耐
性略强于溪荪;土壤中较低含量的 Cu对溪荪和花菖
蒲的生长有一定的促进作用 ,而 Cu含量较高的土壤
则对二者的生长有抑制作用 ,这也是 Cu对植物生长
影响的普遍模式 。
在 Cu添加量分别为 200、400、600、800和 1 000
μg· g-1的土壤中 ,溪荪和花菖蒲的根干质量均显著
低于叶干质量 ,但根对 Cu的积累量却显著高于叶片
对 Cu的积累量 ,说明这 2种植物的地下部分具有一
54 　　　　　　　　　　植 物 资 源 与 环 境 学 报　　　　　　　　　　　　　　　　　　第 20卷　
定的 Cu积累能力 ,因此 ,在实际修复应用中 ,也可考
虑采取全株挖取收获的方法以提高修复效果。另外 ,
在 Cu添加量不同的土壤中溪荪和花菖蒲对 Cu的转
运系数均较低 ,表明这 2种植物的耐 Cu机制主要是
将 Cu吸收和积累在地下部分 ,减少 Cu向地上部分的
运输 ,从而减轻 Cu对地上部分的毒害 , 这与许多耐
Cu植物的耐性机制相似[ 17] 。
评价植物对 Cu污染土壤的实际修复能力主要采
用 Cu积累量来衡量 [ 17] 。在 Cu添加量分别为 400和
600μg·g-1的土壤中溪荪和花菖蒲全株均具有一定
的 Cu积累能力 ,且花菖蒲对 Cu的积累能力略高于溪
荪 。植物在污染环境中能够正常(或基本正常)生长
是其作为污染修复植物的首要条件 。虽然在 Cu添加
量为 1 000 μg· g-1的土壤中溪荪对 Cu的积累量最
高 ,但溪荪的生长受到显著抑制 ,植株出现叶片发黄 、
弯曲 、细弱等现象;而在 Cu添加量为 400 μg· g-1的
土壤中溪荪的生长相对较好 ,且叶 、根及全株的 Cu积
累量也较高 ,因此 ,溪荪适宜的土壤 Cu阈值参考水平
为 400μg·g-1。在实际污染修复过程中常将叶片对
Cu的积累量作为首要参考指标 ,在 Cu添加量为 600
μg·g-1的土壤中花菖蒲叶片的 Cu积累量最高 ,且花
菖蒲的生长状况也最好 ,因此 ,花菖蒲适宜的土壤 Cu
阈值参考水平为 600μg·g-1。根据国家土壤环境质
量标准 ,溪荪和花菖蒲均适用于轻度(400 μg· g-1)
和中度(600 μg·g-1)Cu污染土壤的植物修复 。
溪荪和花菖蒲未达到 Cu超积累植物的标准 [ 11] ,
但由于这 2种植物对土壤 Cu污染具有一定的耐性 ,
并具有一定的吸收和积累 Cu的能力 ,同时还具有观
赏性高 、生长较快 、易繁殖 、环境适生性广等优点 ,因
而 ,溪荪和花菖蒲也可以作为 Cu污染土壤修复观赏
植物 ,在轻度和中度 Cu污染土壤的植物修复和环境
美化等方面具有潜在的应用价值。
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(责任编辑:佟金凤)
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