全 文 ：书收稿日期:2013 － 07 － 25 修回日期:2013 － 10 － 14
基金项目:国家公益性行业科研专项(201111020-2);国家林业局林业公益性行业科研项目(201304303);福建省自然科学基金项目
(2012J01072);农业高校产学合作科技重大项目(2013N5002)．
作者简介:侯晓龙(1981 －)，男，讲师，博士研究生．研究方向:重金属污染及防治． Email:lxyhxl@ 126． com．通讯作者马祥庆(1966 －)，男，教
授，博士生导师．研究方向:森林培育． Email:lxymxq@ 126． com．
金丝草对 Pb的富集效果及其体内 Pb的存在形态
侯晓龙，刘爱琴，蔡丽平，吴鹏飞，邹显花，马祥庆
(福建农林大学林学院，福建 福州 350002)
摘要:以 Pb超富集植物———金丝草为材料，采用室内模拟胁迫土培试验，设计 6 种 Pb 胁迫浓度(150、250、500、1000、1500
和 2500 mg·kg －1)，同时设置未加 Pb的对照，定量测定不同浓度 Pb胁迫下金丝草根系和地上部分的生物量、Pb含量及存
在形态，研究金丝草对 Pb的富集效果及其体内 Pb的存在形态和分布特征．结果表明:Pb胁迫对金丝草的生物量有一定的
抑制作用，但在高浓度 Pb的胁迫下，金丝草仍保持较大的生物量;金丝草对 Pb有较强的耐性和富集能力，可将大量土壤中
的 Pb转移至地上部分，在 Pb浓度为 2500 mg·kg －1时，达到 Pb超富集植物的标准;金丝草根系和地上部分的 Pb主要以有
机酸盐、蛋白质结合态等化合态为主，迁移能力降低，从而减小 Pb胁迫对自身的伤害．
关键词:金丝草;Pb污染;富集效果;Pb的存在形态
中图分类号:X53 文献标识码:A 文章编号:1671-5470(2013)06-0654-06
Accumulation effect，Pb existence form and distribution characteristics
in Pogonatherum crinitum under Pb stress
HOU Xiao-long，LIU Ai-qin，CAI Li-ping，WU Peng-fei，ZOU Xian-hua，MA Xiang-qing
(College of Forestry，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou，Fujian 350002，China)
Abstract:In order to explore the tolerance and accumulation effect of Pb hyperaccumulator，the Pb hyperaccumulator Pogonatherum
crinitum，which was first found by our research group was chosen and a simulation Pb stress test in controlled glasshouse was con-
ducted． There were 6 treatments (150，250，500，1000，1500 and 2500 mg·kg －1)with 5 replicates． Biomass of shoot and root，
Pb content，Pb form and distribution characteristics were measured． The accumulation effect to Pb and Pb existence form and disri-
bution characteristics in P． crinitum was analyzed． The results showed that，Pb stress had certain inhibition to biomass of P． crini-
tum，but kept relatively high biomass under high Pb stress conditon． P． crinitum had strong tolerance and accumulation capacity to
Pb stress，and could transport more Pb to shoot from soil． Transfer coefficient and Pb concentration in shoot of P． crinitum reached
the standard of Pb hyperaccumulation under Pb concentrarion 2500 mg·kg －1 ． The existence forms of Pb in P． crinitum mainly were
organic acid salt and proteins combination which could decline the transformation of Pb in body，reduce the harm to plant．
Key words:Pogonatherum crinitum;Pb pollution;accumulation effect;Pb existence form
土壤重金属污染已成为当前环境科学界关注的重大问题［1 － 2］，其中，Pb污染受到普遍关注［3 － 4］． Pb 污
染不仅影响植物的正常生长发育，而且还通过食物链进入人体，对人体的神经、消化、免疫系统产生危害．
我国目前土壤 Pb 污染已经不容忽视［5 － 6］． Pb 污染的植物修复技术是一项高效、环保和低廉的治理措施，
具有十分广阔的应用前景［7 － 8］．植物修复技术的前提是发现重金属的超富集植物，本课题组前期在国内首
次发现了 Pb的超富集植物———金丝草(Pogonatherum crinitum)，对 Pb污染具有很强的耐性，达到了 Pb超
富集植物的标准［9 － 10］．但目前对金丝草修复土壤 Pb污染的可利用性、金丝草体内的富集和转移规律尚不
清楚．
研究表明，重金属的形态不同，在植物体内的分布也有所区别，呈现的毒性大小和毒理作用也有很大
差异［11］．因此，对植物体内重金属的研究，不但要考虑到含量的高低，更要考虑其存在形态，才能揭示重金
属作用的本质．重金属在植物体内可以多种复杂的化学形态存在，化学形态直接关系到重金属的活性、毒
性、迁移能力和从基质分离的难易程度，不同形态重金属的迁移能力及其活性明显不同［12］． 巴戟天中的
DOI:10.13323/j.cnki.j.fafu(nat.sci.).2013.06.009
Pb以结合态存在为主，Cd以离子态形式为主［13］． Pb 和 Cd 在商陆中的存在形态以水溶性离子态形式为
主［14］．目前，金丝草对土壤 Pb污染的修复效果及其体内 Pb 的存在形态尚不清楚，影响了金丝草在 Pb 污
染土壤治理中的应用．
鉴于此，本试验以 Pb超富集植物———金丝草为材料，采用室内土培胁迫试验，设计不同浓度 Pb 的胁
迫水平，定量测定不同浓度 Pb胁迫下金丝草根系和地上部分的生物量、Pb含量、存在形态及其分布，分析
金丝草修复土壤 Pb污染的可利用性，探讨 Pb 在金丝草体内的存在形态及其转移规律，旨在为金丝草在
Pb污染土壤治理中的应用提供科学依据．
1 材料与方法
1．1 材料
金丝草种子采自福建尤溪铅锌矿区．种子在恒温培养箱中发芽后将幼苗小心移栽至营养袋中，继续在
培养箱中培养，待幼苗长至 10 cm左右时移出培养箱，供胁迫试验用．
1．2 试验设计
选用自制的直径 27 cm、高 30 cm的塑料桶作为培养容器．采用沙壤土作为基质，土壤风干后过 5 mm
的尼龙筛备用，沙壤土中的养分及主要重金属含量见表 1 和 2． 基质填充高度为 27 cm(重 8 kg，以干土
计) ，3 cm为缓冲层(重 1．5 kg，以干土计)．根据南方铅锌矿区土壤 Pb 含量及分布情况，结合国家土壤环
境质量评价标准，设计 6 个浓度 Pb 胁迫处理:JH1(150 mg·kg －1)、JH2(250 mg·kg －1)、JH3(500 mg·
kg －1)、JH4(1000 mg·kg －1)、JH5(1500 mg·kg －1)、JH6(2500 mg·kg －1) ，同时设置不加 Pb的对照处理，
每处理 5 个重复．用醋酸铅［(CH3COO)2 Pb·3H2O］配置成 60 g·L
－1的 Pb溶液，然后按照设计的胁迫浓
度分别加入不同量的 Pb溶液于相应的培养桶中．施加时用 500 mL相应的 Pb溶液一次性均匀浇入基质中
(预试验得出 500 mL可保证溶液均匀分布在土壤中而不出现渗漏)．
表 1 基质的养分含量
Table 1 Nutrient content in substrate
pH 有机质
g·kg －1
全 N
g·kg －1
全 P
g·kg －1
全 K
g·kg －1
水解 N
mg·kg －1
有效 P
mg·kg －1
速效 K
mg·kg －1
5．49 17．51 0．22 0．03 35．16 0．21 0．05 42．64
表 2 基质的重金属含量
Table 2 Heavy metal content in substrate mg·kg －1
Pb Zn Cu Cr Cd
0．85 3．95 3．1 0．4 0．02
2012 年 6 月 15 日选择长势一致、高 10 cm 的
金丝草幼苗，移栽到不同 Pb胁迫浓度的培养桶中，
每桶移栽幼苗 2 株，移栽时注意保持根系的自然伸
展，正好处于培养桶的中心位置，然后移入温室中
进行胁迫试验．缓苗 7 d后测定各项指标．为保证植株生长对养分的需求，每 7 d浇一次四分之一的营养液
100 mL．营养液采用 Hoagland 配方，含 0．51 g·L －1 KNO3、0．82 g·L
－1 Ca(NO3)2、0．49 g·L
－1 MgSO4·
7H2O、0．136 g·L
－1 KH2PO4，调节营养液 pH为 5．5．各处理每 3 d浇去离子水 100 mL，保持土壤田间持水
量在 80%左右．
2012 年 10 月 15 日(种子成熟后)收获植株，分别收获地上部分和根系，将收获的根系做好标记后，先
用自来水反复冲洗干净，再用去离子水冲洗 3 遍后备用．
1．3 指标测定
将收获的金丝草地上部分先在 60 ℃的烘箱中杀青，然后与根系一起在 80 ℃的烘箱中烘干至恒重，粉
碎过 0．5 mm的尼龙筛后分别保存，用于 Pb含量及其形态的测定．
1．3．1 样品前处理 采用两步连续浸提法［15］测定植物体内重金属的形态，从高到低依次分为乙醇提取
态、盐酸提取态和残渣态 Pb．
乙醇提取态 Pb:以 80%乙醇为提取剂． 称取 0．4 g 粉碎过的植物样品于 20 mL 玻璃试管中，加入 10
mL 乙醇提取剂于室温振荡 20 h，3000 r·min －1离心 10 min，收集离心液，然后在残渣中再次加入 10 mL 乙
醇提取剂，室温振荡 2 h，3000 r·min －1离心 10 min，收集离心液，重复 2 次．将 3 次离心液全部收集到 30
·556·第 6 期 侯晓龙等:金丝草对 Pb的富集效果及其体内 Pb的存在形态
mL三角瓶中进行消煮，测定提取液中的 Pb含量．
盐酸提取态 Pb:以 0．6 mol·L －1 HCl为提取剂．在上述植物残渣中加入 10 mL HCl提取剂，其余步骤
与乙醇提取态 Pb的相同．
残渣态 Pb:盐酸提取过的残渣采用湿灰化法进行处理后测定 Pb含量．
1．3．2 Pb含量测定 提取液中的 Pb含量参考 GB /T 7475 － 1987［16］的方法，采用硝酸 +高氯酸法进行消
煮;残渣中的 Pb含量参考 GB /T 13080 － 2004［17］的方法，采用湿灰化法消煮．用北京瑞利分析仪器公司的
火焰原子吸收分光光度计(WFX-136)测定 Pb含量．
1．4 数据统计
试验数据采用 SPSS 13．0 软件进行 LSD方差分析和多重比较．
2 结果与分析
2．1 Pb胁迫对金丝草生物量的影响
由表 3 可知，随 Pb胁迫浓度的增大，金丝草根系和地上部分的生物量及总生物量均呈先减小后增大
的趋势． Pb胁迫浓度为 2500 mg·kg －1时，根系生物量大于除 250 mg·kg －1外的其他处理，Pb 胁迫下根系
的生物量均显著小于无 Pb对照(P ＜ 0．05) ;Pb胁迫浓度为 2500 mg·kg －1时，地上部分的生物量及总生物
量大于除 150 mg·kg －1外的其他处理．地上部分的生物量除 150 mg·kg －1外的其他处理均显著小于对照
(P ＜ 0．05) ;Pb胁迫下总生物量均显著小于对照，表明 Pb胁迫对金丝草的生物量有一定的抑制作用．高浓
度 Pb胁迫下，金丝草仍有较大的生物量，且大于低浓度 Pb胁迫处理，表明高浓度 Pb胁迫对金丝草的生长
有一定促进作用，加快 Pb在体内的转移，这是金丝草对高浓度 Pb胁迫的重要响应机制之一．
表 3 Pb胁迫下金丝草根系和地上部分的生物量1)
Table 3 Ｒoot and shoot biomass of P． crinitum under Pb stress condition g
处理 根系 地上部分 总量
JH1 0．177 ± 0．019bcd 1．207 ± 0．099a 1．385 ± 0．105b
JH2 0．239 ± 0．051b 0．542 ± 0．045c 0．781 ± 0．096d
JH3 0．144 ± 0．013cde 0．437 ± 0．021cd 0．581 ± 0．030e
JH4 0．117 ± 0．007de 0．357 ± 0．023d 0．474 ± 0．026e
JH5 0．083 ± 0．009e 0．473 ± 0．045cd 0．556 ± 0．053e
JH6 0．201 ± 0．021bc 0．868 ± 0．116b 1．069 ± 0．119c
CK 0．457 ± 0．065a 1．348 ± 0．108a 1．805 ± 0．143a
1)同列数据后附不同字母者表示差异显著(P ＜ 0．05) ，附相同字母者表示差异不显著(P ＞ 0．05)．
2．2 Pb胁迫对金丝草体内 Pb含量的影响
由表 4 可知，Pb胁迫下金丝草根系和地上部分的 Pb含量均显著大于对照(P ＜ 0．05)．随 Pb胁迫浓度
的增大，根系 Pb含量呈先增大后减小的趋势，在 Pb胁迫浓度为 1000 mg·kg －1时达最大值(2928．14 mg·
kg －1) ;随 Pb胁迫浓度的增大，地上部分的 Pb 含量呈逐渐增大的趋势，1500 和 2500 mg·kg －1处理的 Pb
含量显著大于其他处理及对照(P ＜ 0．05) ，且 Pb 含量大于 1000 mg·kg －1，超过 Pb 超富集植物地上部分
Pb富集量的标准．金丝草对 Pb的转移系数随 Pb胁迫浓度的增加呈逐渐增大的趋势，2500 mg·kg －1处理
的转移系数为 1．153，超过 Pb超富集植物转移系数的标准．表明金丝草对 Pb 有较强耐性，且可将大量的
Pb从土壤中转移到地上部分，达到修复土壤 Pb污染的目的．
2．3 Pb胁迫对金丝草根系中 Pb存在形态及其分布的影响
由表 5 可知，随 Pb胁迫浓度的增大，金丝草根系中的乙醇提取态、盐酸提取态和残渣态 Pb 均呈先增
大后减小的趋势． Pb胁迫浓度为 1000 mg·kg －1时，3 种形态的 Pb含量均最大;Pb胁迫下根系中不同形态
的 Pb含量均显著大于对照(P ＜ 0．05)．由图 1 可知，根系中的 Pb 主要以盐酸提取态为主，占 70．61% －
85．92%，其次为残渣态 Pb，乙醇提取态 Pb含量最低．
·656· 福建农林大学学报(自然科学版) 第 42 卷
表 4 Pb胁迫下金丝草体内的 Pb含量1)
Table 4 Pb content of P． crinitum under different Pb stress condition
处理
根系
mg·kg －1
地上部分
mg·kg －1 转移系数
JH1 339．87 ± 8．72f 75．64 ± 3．40ef 0．223
JH2 1058．59 ± 17．10e 204．18 ± 3．12de 0．193
JH3 1735．92 ± 53．26c 244．05 ± 5．66d 0．141
JH4 2928．14 ± 35．88a 505．85 ± 26．29c 0．173
JH5 2291．04 ± 35．66b 1007．88 ± 58．90b 0．440
JH6 1169．45 ± 29．71d 1348．71 ± 130．10a 1．153
CK 71．34 ± 1．30g 32．82 ± 2．63f 0．460
1)同列数据后附不同字母者表示差异显著(P ＜ 0．05) ，附相同字母者表示差异不显著(P ＞ 0．05)．
表 5 Pb胁迫下金丝草根系中 Pb的存在形态1)
Table 5 Pb existence form in root of P． crinitum under different Pb stress condition mg·kg －1
处理 乙醇提取态 Pb 盐酸提取态 Pb 残渣态 Pb
JH1 2．24 ± 0．03d 284．66 ± 9．96f 52．97 ± 6．00f
JH2 48．58 ± 3．56c 909．58 ± 10．04d 100．43 ± 4．90e
JH3 86．17 ± ± 5．24a 1448．49 ± 41．20c 201．26 ± 9．00d
JH4 90．33 ± 7．40a 2507．52 ± 27．80a 330．29 ± 10．70a
JH5 53．96 ± 4．76c 1944．93 ± 39．17b 292．16 ± 9．28b
JH6 73．77 ± 2．11b 825．80 ± 34．71e 269．88 ± 6．11c
CK 0．89 ± 0．02d 48．93 ± 1．09g 21．52 ± 0．71g
1)同列数据后附不同字母者表示差异显著(P ＜ 0．05) ，附相同字母者表示差异不显著(P ＞ 0．05)．
图 1 Pb胁迫下金丝草根系中各提取态 Pb所占比例
Fig． 1 Percentage of different existence form of Pb in root of P． crinitum under different Pb stress condition
2．4 Pb胁迫对金丝草地上部分 Pb存在形态及其分布的影响
由表 6 可知，随 Pb胁迫浓度的增大，金丝草地上部分乙醇提取态 Pb 呈先增大后减小的趋势，而盐酸
提取态和残渣态 Pb则呈逐渐增大的趋势． Pb胁迫浓度小于 1000 mg·kg －1处理的乙醇提取态 Pb、150 mg
·kg －1处理的盐酸提取态 Pb 和小于 250 mg·kg －1处理的残渣态 Pb 含量均与对照无显著差异，但 2500
mg·kg －1处理的地上部分不同形态 Pb 含量均显著大于其他处理及对照(P ＜ 0．05)．由图 2 可知:Pb 胁迫
下，地上部分的 Pb主要以盐酸提取态为主，占 79．04% － 94．37%;低浓度(150 和 250 mg·kg －1)Pb 胁迫
下，残渣态 Pb含量大于乙醇提取态 Pb，其他处理则相反．
金丝草根系和地上部分 Pb的存在形态及分布表明:除 150 mg·kg －1处理的乙醇提取态 Pb、2500 mg
·kg －1处理的盐酸提取态 Pb外，其他处理的乙醇提取态、盐酸提取态和残渣态 Pb含量均表现为根系大于
地上部分;根系和地上部分的 Pb均以盐酸提取态 Pb为主，根系占 70．61% －85．92，地上部分占 79．04% －
94．37% ．表明 Pb胁迫下，金丝草体内的 Pb主要以有机酸盐、果胶酸盐、蛋白质结合态为主，降低其活性和
迁移能力，减小 Pb对自身的毒害．
·756·第 6 期 侯晓龙等:金丝草对 Pb的富集效果及其体内 Pb的存在形态
表 6 Pb胁迫下金丝草地上部分 Pb的存在形态1)
Table 6 Pb existence form in shoot of P． crinitum under different Pb stress condition mg·kg －1
处理 乙醇提取态 Pb 盐酸提取态 Pb 残渣态 Pb
JH1 3．21 ± 0．27c 66．69 ± 3．98e 5．73 ± 2．03cd
JH2 7．05 ± 0．42c 186．66 ± 3．04d 10．48 ± 0．65cd
JH3 10．27 ± 0．96c 230．30 ± 5．86d 3．48 ± 0．71d
JH4 9．18 ± 0．56c 477．12 ± 7．45c 19．55 ± 0．98b
JH5 198．18 ± 5．40a 796．65 ± 52．29b 13．04 ± 3．58bc
JH6 96．46 ± 15．82b 1209．18 ± 37．27a 43．07 ± 5．63a
CK 8．77 ± 0．78c 11．59 ± 1．54e 12．46 ± 1．02bc
1)同列数据后附不同字母者表示差异显著(P ＜ 0．05) ，附相同字母者表示差异不显著(P ＞ 0．05)．
图 2 Pb胁迫下金丝草地上部分各提取态 Pb所占比例
Fig． 2 Percentage of different existence form of Pb in shoot of P． crinitum under different Pb stress condition
2．5 Pb胁迫对金丝草 Pb富集量的影响
由表 7 可知，随 Pb胁迫浓度的增大，金丝草根系中 Pb 的富集量呈先增大后减小的趋势，而地上部分
Pb的富集量和总富集量呈逐渐增大的趋势． Pb 胁迫浓度为 1000 mg·kg －1时，根系中 Pb 的富集量最大，
显著大于其他处理及对照(P ＜ 0．05) ;Pb胁迫浓度大于 1000 mg·kg －1时，地上部分 Pb的富集量大于根系
中的富集量，且 1500 和 2500 mg·kg －1处理显著大于其他处理及对照(P ＜ 0．05)．表明金丝草对 Pb 具有
强的转运能力，可将大量土壤中的 Pb转移至地上部分．
表 7 Pb胁迫下金丝草对 Pb的富集量1)
Table 7 Pb content in P． crinitum under different Pb stress condition μg
处理 根系 地上部分 整株
JH1 60．41 ± 9．11d 89．52 ± 17．37cd 149．93 ± 20．11e
JH2 224．60 ± 57．35bc 106．31 ± 16．40cd 330．90 ± 72．76d
JH3 254．01 ± 20．80b 105．81 ± 12．04cd 359．82 ± 17．28d
JH4 350．50 ± 22．75a 179．43 ± 7．22c 529．93 ± 26．89c
JH5 203．03 ± 11．32c 488．88 ± 43．25b 691．92 ± 53．08b
JH6 227．35 ± 27．42bc 1096．92 ± 170．89a 1324．27 ± 145．62a
CK 30．59 ± 4．78d 43．16 ± 9．75d 73．76 ± 7．50e
1)同列数据后附不同字母者表示差异显著(P ＜ 0．05) ，附相同字母者表示差异不显著(P ＞ 0．05)．
3 结论与讨论
研究表明，植物体内的重金属以多种形态存在，不同植物在不同生长发育阶段和不同部位的形态和分
布特征存在一定差异，不同形态的活性和迁移能力存在显著差异［18 － 19］． Pb在水稻和小麦中多以活性较低
的重金属磷酸盐或草酸盐为主，因此叶片中 Pb 的总量明显低于根系，使根系的 Pb 迁移能力低，对地上部
分的危害相应减弱［20］．汪霞等［21］在干旱区绿洲土壤—油菜系统重金属污染研究中发现，油菜对活动性 Ni
具有富集作用，而油菜根系对碳酸盐结合态 Zn具有吸附作用．本试验结果表明:金丝草根系和地上部分主
要以盐酸提取态 Pb为主，表明 Pb在金丝草体内主要以有机酸盐、果胶酸盐等结合态存在［22］;当 Pb 胁迫
·856· 福建农林大学学报(自然科学版) 第 42 卷
浓度大于 250 mg·kg －1时，地上部分乙醇提取态 Pb含量大于残渣态 Pb;Pb胁迫下根系中残渣态 Pb 含量
大于乙醇提取态 Pb，表明 Pb胁迫下，根系中的 Pb与有机酸等结合形成难溶态，减小 Pb的毒害作用;高浓
度 Pb胁迫下，地上部分乙醇提取态 Pb 含量相对增加，Pb 的生物活性增强，从而加快 Pb 的转移;高浓度
Pb胁迫可促进地上部分生物量的增大，从而实现对 Pb 的大量富集，这可能是金丝草对 Pb 超富集的机制
之一，但高浓度 Pb胁迫下金丝草生物量增大的内在机制还有待进一步研究．
本试验结果显示:Pb胁迫对金丝草生物量有一定的抑制作用，但在高浓度 Pb 胁迫下，金丝草仍有较
大生物量;金丝草对 Pb 有较强耐性和富集能力，在 Pb 胁迫浓度为 2500 mg·kg －1时能较正常生长，且对
Pb的富集量及转移系数均达到 Pb超富集植物的标准;Pb胁迫下金丝草体内的 Pb 主要以有机酸盐、果胶
酸盐、蛋白质结合态为主，降低迁移能力，减小 Pb对自身的毒害．
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(责任编辑:施晓棠)
·956·第 6 期 侯晓龙等:金丝草对 Pb的富集效果及其体内 Pb的存在形态