全 文 ：文章编号:1001 － 4829(2012)04 － 1358 － 05
收稿日期:2012 － 01 － 12
基金项目:“十一五”国家科技支撑计划(2008BAK51B01 和
2008BAK51B02)
作者简介:徐小逊(1979 －) ，男，四川乐山人，硕士，讲师，主要
从事污染生态与生态工程研究，E-mail:flying3386@ 126． com，*
为通讯作者。
垂序商陆对 Cd胁迫的生长响应和富集特征研究
徐小逊，张世熔* ，解姗姗，李 云，蒲玉琳，李 婷，贾永霞
(四川农业大学资源环境学院，四川 成都 611130)
摘 要:通过盆栽试验研究了垂序商陆(Phytolacca americana L．)在 Cd胁迫下的生长响应和富集特征。试验表明，Cd处理浓度≤
50 mg·kg －1时，垂序商陆根系的长度和生物量均随处理浓度升高而增加，随 Cd 处理浓度增加根系长度和生物量逐渐减小。Cd
处理下植株株高和地上部生物量均大于对照，且分别在 20、50 mg·kg －1处理下达到最大。垂序商陆根、茎、叶 Cd含量都在 130 mg
·kg －1的处理时达到最高，分别为 60． 44、37． 74 和 116． 93 mg·kg －1。植株根部和地上部 Cd 的最大累积量分别为 86． 86 和 170．
91 μg·plant － 1。Cd富集系数和迁移系数分别为 0． 42 ～0． 55 和 0． 44 ～1． 54，且都在 Cd浓度 80 mg·kg －1时达到最大。因此，垂
序商陆可用于 Cd污染土壤的修复。
关键词:垂序商陆;镉胁迫;植物修复;富集特征
中图分类号:S567． 23 + 9 文献标识码:A
Effect of Cadmium Stress on Growth Response and
Accumulation Characteristics of Phytolacca americana L．
XU Xiao-xun，ZHANG Shi-rong* ，XIE Shan-shan，LI Yun，PU Yu-lin，LI Ting，JIA Yong-xia
(College of Resources and Environment，Sichuan Agricultural University，Sichuan Chengdu 611130，China)
Abstract:In this study，a pot experiment was used to investigate growth responses of Phytolacca americana and accumulation characteristics
under Cd stress． Both the root length and biomass showed the tendency to increase with the concentrations of Cd≤50 mg·kg －1 in soil，and
then declined as the Cd concentration in soil increased and the stress effect became obvious． Plant height and shoot biomass under Cd tre-
ament were all higher than that of the control，and when the soil Cd concentration were 20，50 mg·kg －1，the plant height and shoot biomass
reached the maximum． When the soil Cd concentration were 130 mg·kg －1，the root，stem，leaves Cd concentrations reached 60． 44，37． 74，
and 116． 93 mg·kg －1 respectively． The largest accumulation amount of Cd in shoot and root recached 170． 91 and 86． 86 μg·plant － 1，re-
spectively． The bioaccumulation factors and the translocation factors were 0． 42 － 0． 55 and 0． 44 － 1． 54，separatively，and both got to the
maximum，when soil Cd concentration was 80 mg·kg －1 ． Therefore，Phytolacca americana was a potential plant restoring the cadmium pol-
luted soil．
Key words:Phytolacca americana ;Cadmium stress;Phytoremediation;Accumulation characteristics
我国丰富的重金属资源已成为国民经济快速发
展的重要物质基础。然而，随着重金属矿区开采的
日益扩大，具有潜在毒性的重金属通过多种途径释
放到环境中，造成土壤、水体、大气等生态环境的污
染［1 ～ 2］。镉(Cd)是典型的重金属，属环境持久性污
染物，具有难以被生物降解，易在土壤中积累，并通
过食物链富集到人体中，对人体健康造成危害的特
征，使得 Cd 污染土壤的治理成为世界土壤污染治
理的重要内容之一［3 ～ 5］。
治理重金属土壤污染的方法很多，近年来植物
修复因其具有绿色、环保、经济等优点，成为国内外
土壤污染修复领域的研究热点［6 ～ 8］。植物修复包括
植物提取、植物挥发和植物稳定 3 类，富集植物主要
通过降低重金属的移动性和生物可利用率来减少重
金属的渗漏和转移，从而减少重金属对植物和人体
的危害［9］。国际上报道的超积累植物已有几百种，
主要集中在十字花科的芸苔属(Brassica)、庭芥属
(Alyssuns)及遏蓝菜属(Thlaspi) ，但大多是 Ni 超积
累植物，其总数约 300 多种［10］。目前国内已报道的
8531
西 南 农 业 学 报
Southwest China Journal of Agricultural Sciences
2012 年 25 卷 4 期
Vol. 25 No. 4
表 1 盆栽试验 Cd浓度设计(mg·kg －1)
Table 1 Experimental design of Cd treatment
Cd处理 CK T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7
浓度 0 5 10 20 50 80 110 130
Cd超积累植物有锦葵、三叶鬼针草、油菜、宝山堇
菜、龙葵和东南景天等几种［11 ～ 12］。但由于目前发现
的超富集植物在生物量、富集程度、生长环境要求等
方面具有局限性，因此生长在重金属污染土壤上具
有生物量大和一定积累、富集重金属能力的植物也
成为被研究的重点［13］。而在富含 Cd的四川西部矿
区相关报道较少，因此在该区筛选出能用于 Cd 复
合污染土壤修复的本土植物具有一定的现实意义。
垂序商陆系多年生草本植物，高 1 ～ 2 m，原产
北美，引入栽培，1960 年以后遍及我国湖南、河北、
陕西、山东、江苏、浙江、江西、福建、河南、湖北、广
东、四川、云南，或逸生［14］。本试验所用垂序商陆采
集于汉源富泉联合铅锌矿冶炼厂区，野外调查发现
垂序商陆对 Cd 具有一定的耐性和富集能力，因此
将其进行室内盆栽试验，以研究 Cd 胁迫对植株生
长的影响以及植株对 Cd 的吸收和富集特性，为筛
选出适合该地区污染土壤修复的本土植物提供理论
依据。
1 材料与方法
1． 1 试验材料
本实验垂序商陆种子采集于汉源富泉联合铅锌
矿冶炼厂区。
1． 2 研究方法
1． 2． 1 盆栽试验 土样经风干、压碎、过 5 mm 筛
备用，然后装入 40 cm ×20 cm ×10 cm塑料盆中，每
盆装入 6 kg 土。供试药品为 CdCl2·2． 5H2O，试验
分别设置 1 个对照和 7 个处理水平，每个处理 3 次
重复，加入重金属后混匀土壤，放置 4 周使重金属含
量及形态达到平衡状态再移入幼苗。Cd 处理浓度
和平衡后土壤中 Cd全量见表 1。供试土壤为沙壤，pH
为 6． 39、有机质 23． 92 g·kg －1、全氮 1． 11 g·kg －1、碱
解氮 129． 5 mg·kg －1、有效磷 17． 5 mg·kg －1、速效钾
163． 8 mg·kg －1、土壤 Cd为 0． 18 mg·kg －1。
将垂序商陆种子用蒸馏水冲洗干净，播种于未
受重金属污染的土壤中，保持土壤湿润。培养 4 周
后选择长势一致的幼苗(3 ～ 5 片叶) ，每盆 2 株移栽
到盆中，定期观察并记录植物的生长状况。60 d 后
收获，测定植株高度、根长等。
1． 2． 2 植物样品采集和分析 将植株从培养盆中
取出，用自来水冲洗干净，再用蒸馏水冲洗，最后用
去离子水多次冲洗，测量株高和根长后将植株分成
叶、茎与根。晾干后的样品在 105 ℃下杀青 30 min，
在 60 ℃下烘干至恒重，测定其干物质重，并将其磨
碎备用［15］。采用湿灰化法对植物样品进行消
煮［16］。用电感耦合等离子体原子发射光谱仪 ICP-
AES(IRIS Intrepid II)测定 Cd含量［17］。
1． 2． 3 土壤样品采集和分析 将采集于各培养盆
中的土壤在室温下放置 15 d 风干，研磨后过 2 mm
尼龙筛，采用 HNO3-HF-HCl 消煮法进行消煮
［18］。
用电感耦合等离子体原子发射光谱仪 ICP-AES(I-
RIS Intrepid II)测定土样的 Cd含量。
1． 2． 4 富集系数和迁移系数 富集系数(BCF)在
一定程度上标志着土壤—植物系统中重金属元素迁
移的难易程度，富集系数越大，其富集能力越强，即
植物对重金属吸收潜力及对重金属污染的修复潜力
越大［19］。迁移系数(TF)表现了植株从根部向地上
部分运输重金属的能力，也反映了重金属在植物体
内的分布情况［20］。
富集系数 =植株中重金属含量
土壤中重金属含量
(1)
迁移系数 =地上部重金属含量
地下部重金属含量
(2)
1． 2． 5 数据处理 采用 SPSS 17． 0 统计软件对数
据进行统计分析，并利用最小显著性差异检验(LSD
法)进行差异显著性检验。
2 结果与分析
2． 1 垂序商陆对 Cd胁迫的生长响应
2． 1． 1 株高、根长 试验 Cd 处理浓度范围内，垂
序商陆株高(y)总体上随 Cd 浓度升高呈三次项变
化(y = 3． 308E － 5x3 － 0． 009x2 + 0． 575x + 40． 616，
R2 = 0． 845，P = 0． 055) (图 1) ，Cd 处理浓度为 50
mg·kg －1时，株高达最大，为 54． 65 cm，比对照(41．
65 cm)增加了 31． 31 %。
根长随 Cd处理浓度的增大呈现先增后减的趋
势(0． 01 ＜ P ＜ 0． 05) ，在 Cd 处理浓度为 20 mg·
kg －1时根最长，比对照(CK)增 93． 36 %。当 Cd 处
理浓度≥80 mg·kg －1时根长比对照减少，130 mg·
kg －1的处理下根长最短，比对照减少 14． 02 %。
2． 1． 2 生物量 垂序商陆 Cd 处理后的植株地上
部生物量都比对照高，且随 Cd 浓度升高先增后减
(图2)。Cd浓度在 T3时达最大，比对照增加了
95314 期 徐小逊等:垂序商陆对 Cd胁迫的生长响应和富集特征研究
115． 6 %，且差异极显著 P ＜ 0． 01。根部生物量随
浓度升高先增后减，当 Cd 浓度≤50 mg·kg －1时，
Cd处理的植株根部生物量比对照高，在 T2 (10 mg
·kg －1)时达到最大，比对照高 90 % (P ＜ 0． 05)。
当 Cd浓度为 130 mg·kg －1时，根部生物量最小，比
对照低 23． 68 %。
2． 2 垂序商陆 Cd富集特征
2． 2． 1 植株 Cd 含量 垂序商陆的根、茎、叶最大
Cd含量分别为 60． 44、37． 74、116． 93 mg·kg －1(图
3) ，叶的浓度已达到超富积植物临界含量标准(100
mg·kg －1)的要求。垂序商陆根部 Cd 含量(y)随
Cd处理浓度(x)的升高呈线性增加(y = 0． 424x +
2. 268，R2 = 0． 990，P ＜ 0． 01) (图 3)。茎 Cd 含量
(y)与 Cd处理浓度(x)也呈线性正相关，其中 R2 =
0. 971，P ＜ 0． 01。叶的 Cd含量(y)随 Cd处理浓度
(x)升高而增加(y = 0． 978x + 0． 832，R2 = 0． 980，P
＜ 0． 01)。根、茎、叶的 Cd 含量都在 T7(130 mg·
kg －1)时达到最大，是对照的数十至数百倍，极显著
高于对照。相同处理下，商垂序陆 Cd 含量叶 ＞根
＞茎，且与土壤中 Cd含量明显呈线性关系。
2． 2． 2 植株 Cd累积量 垂序商陆根部累积量(y)
随 Cd处理浓度(x)增加而呈线性增加趋势(y = 0．
575x + 12． 776，R2 = 0． 938，P ＜ 0． 01) (图 4) ，当处
理浓度为 130 mg·kg －1时达到最大，为 86． 86 μg·
plant － 1，是对照的 60 倍，两者差异性极显著(P ＜ 0．
01)。垂序商陆地上部的生物量(y)随处理浓度(x)
升高先增加后减小，呈二次项变化(y = － 0． 011x2 +
2． 689x － 0． 847，R2 = 0． 984，P ＜ 0． 01) (图 4)。在
T7(110 mg·kg －1)时累积量最大，为 170． 91 μg·
plant － 1，极显著高于对照，随后地上部累积量有所下
0631 西 南 农 业 学 报 25 卷
表 2 不同 Cd处理水平下垂序商陆富集系数与迁移系数
Table 2 Bioconcentration factor (BCF)and translocation factor
(TF)of treatment levels of Phytolacca americana
处理 富集系数 迁移系数
CK 0． 42 ± 0． 03b 0． 44 ± 0． 07f
T1 0． 49 ± 0． 01ab 0． 81 ± 0． 02e
T2 0． 47 ± 0． 06b 0． 94 ± 0． 19de
T3 0． 51 ± 0． 02ab 1． 14 ± 0． 24cd
T4 0． 50 ± 0． 02ab 1． 24 ± 0． 14c
T5 0． 55 ± 0． 01a 1． 54 ± 0． 13a
T6 0． 52 ± 0． 04ab 1． 51 ± 0． 11ab
T7 0． 52 ± 0． 06ab 1． 28 ± 0． 06bc
注:平均值 ±标准差，a、b、c、d表示 P ＜0． 05水平上的差异显著。
降。相同处理下商陆的地上部富集 Cd 的量高于根
部，表明 Cd 主要集中于地上部。整株垂序商陆 Cd
的累积量在 130 mg·kg －1时最大，为 252． 47 μg·
plant － 1。
2． 2． 3 富集系数与迁移系数 垂序商陆富集系数
(y)随 Cd处理浓度(x)升高呈二次项变化(y = －
3. 721E － 5x2 + 0． 006x + 0． 359，R2 = 0． 807，0． 01 ＜
P ＜ 0． 05) (表 2) ，富集系数在 0． 42 ～ 0． 55 范围内，
总体上有先增后减的趋势。在 Cd 处理浓度 80 mg
·kg －1时最大，并与对照有显著差异。
垂序商陆迁移系数(y)随 Cd处理浓度(x)升高
呈二次项变化(y = － 0． 0001E － 5x2 + 0． 0209x +
0. 6382，R2 = 0． 9007，0． 01 ＜ P ＜ 0． 05) (表 2)。各
Cd处理浓度下迁移系数均显著高于对照，并且随
Cd处理浓度升高呈先上升后下降的趋势。当处理
浓度为 80 mg· kg －1时，迁移系数达到最大，为
1. 54，随后迁移系数有所减小，但在 20 ～ 130 mg·
kg －1的 Cd处理浓度下迁移系数都大于 1。
3 讨 论
Cd不是植物生长发育必需的元素，其本身具有
高毒性，土壤 Cd 被植物吸收并在体内积累到一定
程度后，可影响植物的生长和发育，严重时会导致植
物死亡［21］。Cd抑制细胞和植株的生长，Cd 含量过
高，植物首先表现出根系生长受阻，水分和养分的吸
收受抑制，植株叶片卷曲失绿，植物发育迟缓，最终
表现为生长量和产量的下降［22］。但本试验表明，在
Cd浓度≤50 mg·kg －1时植株株高和地上部生物量
不但未降低反而增高，说明低浓度 Cd 处理对根系
长度、根系生物量有促进作用，高浓度下才显示出抑
制作用，但整体上胁迫作用不明显。这表明垂序商
陆具有一定的 Cd污染耐受能力。
同一植物体的不同器官、组织之间，Cd 的分布
存在显著差异，苏玲等人研究认为 Cd 在植物体内
的分布量通常是根 ＞茎 ＞叶 ＞籽实［23］;Ramos 研究
结果表明植物根部 Cd 的积累一般大于茎、叶等，多
数植物大约 65 % ～ 90 %的 Cd 存在于根部［24］。但
本实验中垂序商陆 Cd 含量叶 ＞根 ＞茎，且浓度较
高时地上部 Cd 的累积量高于根部，其迁移系数在
Cd浓度≥20 mg·kg －1时均大于 1，表明了垂序商陆
具有较大的向地上部分转移重金属的潜力。Wagner
的研究表明，低浓度下，植物对 Cd 的吸收与土壤中
Cd 含量呈线性关系［25］，本试验中垂序商陆的根、
茎、叶 Cd含量及根部 Cd 累积量均与土壤中 Cd 浓
度成线性正相关。
因此，垂序商陆是一种可用于土壤 Cd 污染修
复的潜在植物。
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(责任编辑 李 洁)
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