全 文 ：农业环境科学学报 2009,28(3):433-437
Journal of Agro-Environment Science
摘 要：采用盆栽试验方法，研究了铅锌矿区小花南芥对 Pb和 Zn的累积特征。采用 Pb 0、200、500和 1 000 mg·kg-1，Zn 0、500、1 000
和 1 500 mg·kg-1处理，研究小花南芥在 20、40和 60 d时，数量性状变化及其对 Pb和 Zn的累积特征。结果表明：（1）Pb和 Zn导致
小花南芥株高、冠幅、根长和生物量显著降低，其中 Pb1 000 mg·kg-1、Zn1 500 mg·kg-1处理时，降低的幅度最大；（2）随着 Pb和 Zn浓
度的增加和生长时期的延长，小花南芥 Pb和 Zn含量不断增加；（3）小花南芥 Zn1 500 mg·kg-1处理 60 d后，地上部 Zn含量是根的
1.32倍。生物富集系数为 2.689，转运量系数为 5.26，大于 1。不同浓度 Pb污染处理后，其生物富集系数不断增加，转运量系数大于
1；Pb1 000 mg·kg-1处理 60 d后，其地上部和根中的 Pb含量分别为对照的 24.86倍和 33.29倍。
关键词：小花南芥；Pb；Zn；累积特征；数量性状
中图分类号：X503.233 文献标志码：A 文章编号：1672- 2043(2009)03- 0433- 05
收稿日期：2008-05-09
基金项目：国家自然科学基金项目（30560034）；云南省国际合作研究
项目（2002GH14）;中法先进研究计划项目（PRAE0102）；云
南省学术带头人后备人才项目（2006PY01-34）
作者简介：方其仙（1979—），女，云南陆良人，硕士，助教。
E-mail：yfqx_1979@sina.com
通讯联系人：李 元 E-mail：liyuan03@yahoo.com.cn
小花南芥（Arabis alpinal Var. parviflora Franch）
对 Pb和 Zn的吸收累积特征研究
方其仙 1，2，祖艳群 1，湛方栋 1，李 元 1
（1.云南农业大学资源与环境学院，云南 昆明 650201；2.云南农业职业技术学院，云南 昆明 650031）
Accumulation Characteristic of Arabis alpinal Var. parviflora Franch to Pb and Zn
FANG Qi-xian1，2，ZU Yan-qun1, ZHAN Fang-dong1, LI Yuan1
（1.College of Resources and Environment, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, China; 2. Yunnan Agricultural Vocational-
technical College, Kunming 650031, China）
Abstract：Accumulation characteristic of Arabis alpinal Var. parviflora Franch to Pb and Zn were studied. Seeds of Arabis alpinal Var. parv－
iflora Franch were collected from Pb-Zn mine area, Huice County, Yunnan Province, China. Seeds were planted in pots for cultivating
seedlings. 4 Seedlings were planted in each pot and Pb（0, 200, 500 1 000 mg·kg-1）and Zn（0, 500, 1 000 1 500 mg·kg-1）were added into
soils. The quantity characteristics and accumulation characteristics to Pb and Zn of plants were observed after 20, 40 and 60 days. The results
showed：（1）plant height, crown diameters, root length and biomass of Arabis alpinal Var. parviflora Franch decreased significantly with Pb
and Zn treatments, while the most obvious decreases in Pb1 000 mg·kg-1 or Zn 1 500 mg·kg-1 treatments were observed.（2）contents of Pb
and Zn in Arabis alpinal Var. parviflora Franch were increased significantly with increasing in treatment concentrations of Pb and Zn in soils
and the prolong of growth stages, according to correlation analysis.（3）After 60 days treatment with Zn 1 500 mg·kg-1, the content of Zn in
shoot was 1.32 times of root, absorption capacity coefficient was 2.689, transformation coefficient was 5.26 in Arabis alpinal Var. parviflora
Franch. After treatment with different concentration Pb, absorption capacity coefficient of Arabis alpinal Var. parviflora Franch increased in－
cessantly, with transformation coefficient exceeded 1. After 60 days treated with Pb 1 000 mg·kg-1, the contents of Pb in shoot and root were
24.86 times and 33.29 times of the control, respectively.（4）Arabis alpinal Var. parviflora Franch can be used as hyperaccumulators to Pb and
Zn, which can remedy soils polluted by Pb and Zn.
Keywords：Arabis alpinal Var. parviflora Franch; Pb; Zn; accumulation characteristic; quantity characteristic
我国受铅、锌、镉、砷等重金属污染的耕地面积近 2 000万 hm2，约占总耕地面积的 1/5，其中 Cd污染耕
地 1.3万 hm2，涉及 11省市的 25个地区，粮食含 Pb
量大于 1.0 mg·kg-1的产地有 11个，有 6个地区生产
的粮食含量超过 0.7 mg·kg-1[1]。另外，工业“三废”污染
耕地 1 000万 hm2，污水灌溉的农田面积已超过 330
万 hm2。重金属污染土壤的修复是保障农产品安全的
重要措施，采用重金属超累积植物进行植物修复是最
2009年 3月
合理有效的修复技术[2-3]。然而，我国在重金属超累积
植物的筛选、土壤重金属污染的植物修复方面的研究
仍处于起步阶段，至今仍缺乏适宜的超累积植物。
铅锌矿是云南优势矿产之一，云南铅锌矿储量
2 605.34万 t，居全国首位，亚洲第二位[4]。云南的植物
种质资源非常丰富，在重金属污染很严重的矿区土壤
上，仍有一些野生植物顽强生长，这对于筛选云南本
土的具有明显效果的重金属超累积植物创造了条件，
为重金属污染土壤的修复治理提供植物材料是可能
的。已对云南铅锌矿矿区及废弃地的植物和土壤进行
了研究，筛选出了 10多种 Pb和 Zn的超累积植物，
包括本研究中的小花南芥[5-6]。通过收集小花南芥的种
子，采用盆栽试验的方法，研究小花南芥对 Pb和 Zn
的吸收累积特征，以利用其来修复 Pb和 Zn污染农
田土壤提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料及采集
小花南芥（Arabis alpinal Var. parviflora Franch）属
于十字花科，南芥属植物。一年生草本，多分布于中国
的东北、西北、华北及西南等地区。小花南芥种子采自
云南省会泽铅锌矿区，采样区海拔 2 463~2 516 m，东经
103°03′~103°55′，北纬 25°48′~26°38′，主要生长于小型
灌丛和草本植物中。矿区小花南芥地上部分 Pb含量
1 711.8 mg·kg-1，Zn含量 5 632.8 mg·kg-1；根中 Pb含
量 1 963.2 mg·kg-1，Zn含量 4 508.7 mg·kg-1；矿区土壤
Pb含量 13 267.7 mg·kg-1，Zn含量 13 031.5 mg·kg-1[6]。
1.2 盆栽试验
小花南芥种子经消毒，在培养箱中 25℃催芽 4 d
后，在盆装土壤中繁育幼苗，准备用于移栽。盆栽试验每
盆（300 mm×250 mm）装 5 kg土，浇 Pb（Pb（CH3COO）2·
3H2O），（以纯 Pb计）为 0、200、500和 1 000 mg·kg-1。Zn
（ZnSO4·7H2O）溶液，（以纯 Zn计）为 0、500、1 000和
1 500 mg·kg-1，充分拌匀，以使 Pb、Zn均匀地分布到土
壤中，平衡 15 d，施入适量的 N、P和 K肥。然后，每盆栽
苗 4株，3次重复。处理 20、40和 60 d时，分别测定其数
量性状和植株地上部分、根、土壤中 Pb和 Zn含量。
1.3 分析方法
数量形状的测定：株高、冠幅、根长和生物量采用
常规方法。
土壤铅、锌含量：王水（浓硝酸∶浓盐酸=1∶3）-高
氯酸消煮，原子吸收分光光度法测定。
植物铅、锌含量：硝酸-高氯酸混合酸（3∶1）消煮，
原子吸收分光光度法测定。
富集系数：植物地上部 Pb、Zn含量/土壤 Pb、Zn
含量；
位移系数=植物地上部 Pb、Zn 含量/植物根 Pb、
Zn含量；
生物富集量系数=（植物地上部 Pb、Zn 含量×植
物地上部生物量）/土壤 Pb、Zn含量×土壤质量；
转运量系数=（植物地上部 Pb、Zn 含量×植物地
上部生物量）/（植物根 Pb、Zn含量×植物根生物量）；
滞留率（%）=（植物根 Pb、Zn浓度 -植物地上部
Pb、Zn浓度）/植物根 Pb、Zn浓度×100；
净化率（%）=（植物地上部 Pb、Zn 累积量/土壤
Pb、Zn处理总量）×100；
1.4 统计分析
数量性状的差异显著性分析采用新复极差法
（LSR）多重比较（DYES软件）[7]。土壤与植物之间，植
物不同部位之间 Pb 和 Zn 含量的相关性采用 SPSS
软件进行分析。
2 结果与分析
2.1 Pb和 Zn对小花南芥不同时期数量性状的影响
Pb 和 Zn 处理，少部分叶片上出现白色斑点。
随着 Pb和 Zn处理浓度的增加和生长时间的延长，
小花南芥株高、冠幅、根长和生物量均比对照低，见
表 1。Pb 1 000 mg·kg-1和 Zn1 500 mg·kg-1处理时，降
低的幅度最大。60 d时，Pb1 000 mg·kg-1处理导致株
高、冠幅、根长和生物量分别比对照降低 6.9%、
27.6%、36.1%和 11.9%。Zn1 500 mg·kg-1处理导致株
高、冠幅、根长和生物量降低的幅度分别为 2.2%、
42.7%、46.3%和 4.9%。
2.2 Pb和 Zn对小花南芥不同时期 Pb 和 Zn 含量的
影响
2.2.1 Pb对小花南芥不同时期 Pb含量的影响
随着生长时期的延长和 Pb处理浓度的增加，小
花南芥地上部和根中 Pb含量不断增加。20、40和 60
d时，各处理都是根的 Pb浓度大于地上部。60 d时，
Pb1 000 mg·kg-1处理后，其地上部和根中 Pb含量均为
最大值，分别为对照的 24.86倍和 33.29倍（图 1）。
2.2.2 Zn对矿区小花南芥不同时期 Zn含量的影响
小花南芥地上部和根中 Zn含量也随着生长时期
的延长和 Zn处理浓度的增加而增加。相同处理在
20、40和 60 d时，表现出地上部 Zn浓度比根浓度高。
60 d时，Zn1 500 mg·kg-1处理后，其地上部和根中 Zn
方其仙等：小花南芥（Arabis alpinal Var. parviflora Franch）对 Pb和 Zn的吸收累积特征研究434
第 28卷第 3期 农 业 环 境 科 学 学 报
含量均为最大值，分别为对照的 25.04倍和 23.04倍
（图 2）。
2.3 小花南芥不同时期对 Pb和 Zn的吸收累积特征
2.3.1 小花南芥不同时期对 Pb的吸收累积特征
Pb处理后，小花南芥随着生长时期的延长滞留
率不断增加。同一生长时期，随着 Pb处理浓度的增
加，滞留率也增加。净化率随着 Pb处理浓度的增加和
生长时期的延长不断增加。各处理在不同生长时期富
集系数、位移系数和生物富集量系数（60 d时对照除
外）都小于 1。但富集系数和生物富集量系数随生长
时期的延长不断增加。各处理在不同生长时期的转运
量系数都大于 1（表 2）。
2.3.2 小花南芥不同时期对 Zn的吸收累积特征
Zn处理后，小花南芥对照和各处理在不同生长
时期滞留率都为负值。随着生长时期的延长净化率不
断增加，同一生长时期，净化率随着 Zn浓度的增加而
增加。各处理的富集系数在不同生长时期都小于 1。
40 d时，Zn1 000 mg·kg-1处理的富集系数达 0.844。但
是位移系数、生物富集量系数（20 d时，Zn1 000 mg·
表 1 Pb和 Zn对小花南芥不同生长时期主要数量性状的影响
Table 1 Effects of Pb and Zn on main quantity characteristics of Arabis alpinal Var.parviflora Franch in different growth stages
重金属/
mg·kg-1
株高/cm 冠幅/cm2 根长/cm 生物量/g
20 d 40 d 60 d 20 d 40 d 60 d 20 d 40 d 60 d 20 d 40 d 60 d
CK 7.69aA 8.56aA 8.82aA 52.91aA 169.09aA 238.33aA 9.64AB 20.50aA 23.58aA 5.42aA 6.67aA 7.90aA
Pb200 7.34bB 8.29bB 8.62bB 52.97aA 163.13bB 221.48bB 10.22A 13.21bB 19.33bAB 3.98bB 5.46bB 7.31bB
Pb500 7.13cB 8.05cBC 8.40cC 51.54bB 156.55cC 212.67cC 7.71B 14.84bB 16.77bcB 3.92bB 5.16cC 7.28bB
Pb1 000 7.08cB 7.93cC 8.21dD 49.94cC 135.61dD 172.51dD 7.58B 13.27bB 15.07cB 3.89bB 4.83dD 6.96cC
Zn500 7.35BB 8.01bB 9.05aA 54.1 106.13bB 143.51bB 12.37 15.49bcB 15.83bB 5.22bA 6.48bB 7.60bB
Zn1 000 6.75CC 7.56cC 8.78bB 52.66bcB 100.15cC 142.18bB 10.03 18.33abAB 13.27bB 4.64cB 5.85cC 7.37cC
Zn1 500 6.61cC 7.49cC 8.63cC 52.89cB 92.84dD 136.64cC 9.18 15.04cB 12.67bB 4.58cB 5.74dD 7.51cB
注：大写字母 A、B、C表示极显著关系（P＜0.01），小写字母 a、b、c表示显著关系（P＜0.05）。
表 2 小花南芥对 Pb的吸收累积特征
Table 2 Accumulation characteristics of Arabis alpinal Var.
parviflora Franch to Pb图 1 不同生长时期小花南芥地上部和根 Pb含量
Figure 1 Pb contents in shoot and root of Arabis alpinal Var.
parviflora Franch in different growth stages
600.00
500.00
400.00
300.00
200.00
100.00
0.00
CK
Pb200
Pb500
Pb1 000
浓
度
/m
g ·
kg
-1
时间/d
根
40
根
60
根
20
地上部
60
地上部
40
地上部
20
图 2 不同生长时期小花南芥地上部和根 Zn含量
Figure 2 Zn contents in shoot and root of Arabis alpinal Var.
parviflora Franch in different growth stages
800.00
700.00
600.00
500.00
400.00
300.00
200.00
100.00
0.00
CK
Zn500
Zn1 000
Zn1 500
浓
度
/m
g ·
kg
-1
时间/d
根
40
根
60
根
20
地上部
60
地上部
40
地上部
20
时间/
d
Pb/
mg·kg-1
滞留
率/%
净化
率/%
富集
系数
位移
系数
生物富集
量系数
转运量
系数
20 CK 17.11 16.08 0.269 0.829 0.476 3.316
200 7.15 15.08 0.116 0.929 0.340 3.714
500 25.07 18.20 0.105 0.749 0.319 2.997
1 000 27.57 14.07 0.091 0.724 0.278 2.897
40 CK 8.98 26.01 0.326 0.910 0.744 3.641
200 21.43 21.26 0.112 0.786 0.454 3.143
500 26.04 24.59 0.113 0.740 0.452 2.959
1 000 38.92 21.86 0.146 0.611 0.551 2.443
60 CK 20.27 38.34 0.486 0.797 1.180 3.189
200 25.07 34.52 0.170 0.749 0.900 2.997
500 26.88 36.83 0.163 0.731 0.910 2.925
1 000 40.46 34.83 0.151 0.595 0.822 2.382
435
2009年 3月
kg-1处理除外）和转运量系数都大于 1（表 3）。
2.4 Pb和 Zn处理与小花南芥地上部和根中 Pb和 Zn
含量的相关分析
Pb 和 Zn 处理后，20、40 和 60 d 3 个生长时期，
小花南芥地上部和根的 Pb和 Zn含量都与 Pb和 Zn
处理浓度之间存在显著或极显著的相关性。说明小花
南芥体内的 Pb和 Zn含量随着 Pb和 Zn浓度增加而
增加，同时也随着生长时期的延长而不断增加（表 4）。
3 讨论
3.1 Pb和 Zn对小花南芥的数量性状的影响
对于重金属超累积植物而言，较大的生物量是其
累积重金属的能力的一个重要方面。小花南芥在对照、
60 d时，每株生物量干重为 7.90 g。如果按 2 001 000
株·hm-2计，60 d生产的生物量干重为 15 807.90 kg·
hm-2，具有作为重金属超累积植物的生物量优势。
在 3个时期，Pb和 Zn对小花南芥数量性状有显
著的影响。重金属对植物的毒害，在形态上主要表现
为根、茎生长迟缓和叶片失绿、卷曲。重金属离子既可
以导致植物组织、细胞失水，又可能阻碍植物体内水
分的运输，从而影响植物的生长发育，影响数量性状。
3.2 小花南芥吸收累积 Pb和 Zn的可能机理
土壤中的大部分重金属离子都是通过金属转运
蛋白进入根细胞，并在植物体内进一步转运至液泡贮
存。在重金属胁迫条件下植物螯合态（PC）的合成是
植物对胁迫的一种适应性反应。耐性基因型合成较多
的 PC，谷胱甘肽（GSH）是合成 PC的前体，重金属与
PC螯合并转移至液泡中贮存，从而达到解毒效果。金
属硫蛋白（MTs）与 PC一样，可以与重金属离子螯合，
从而降低重金属离子的毒性[8]。
植物对重金属的适应机制有两种，一种是根系吸
收重金属，运输到地上部；另一种是植物的根系可以
分泌特殊的有机物，促进土壤重金属元素的溶解和根
系的吸收，或者其根系直毛直接从土壤颗粒上交换吸
附重金属。本研究中，在同一时期和同一浓度的 Pb或
Zn处理后，小花南芥根部的 Pb或 Zn浓度都比地上
部的浓度大，说明小花南芥对重金属 Pb和 Zn的适应
机制可能是后一种。
3.3 小花南芥对重金属 Pb、Zn的累积特征
累积重金属的植物能适应重金属污染的环境，能
在污染的介质中正常生长[9-10]。植株体内的重金属含
量是衡量植物对重金属抗性的第一个关键指标。其次
是植株的生物量[11]。而滞留率、净化率、富集系数和位
移系数也是筛选累积植物应考虑的因子，是植物的各
种生长的综合反应。超累积植物除了地上部富集的重
金属应达到一定的量、植物地上部的重金属含量应高
于根部两个主要因素外，另一个主要的指标就是该种
植物对某种元素的富集系数要大于 1。生物富集量系
数和转运量系数综合反映了植物对污染元素富集能
力，一些植株体的生物富集量系数和转运量系数相对
都大时，也可作为某元素的累积植物[12]。
小花南芥 Zn1 500 mg·kg-1处理 60 d后，地上部
Zn含量是根的 1.32倍。小花南芥的位移系数大于 1，
生物富集系数为 2.689，转运量系数为 5.26，大于 1，
因此，可以判断小花南芥是 Zn的累积植物。不同浓度
表 4 Pb和 Zn处理与小花南芥 Pb、Zn含量的相关分析
Table 4 The correlation analysis between treatment concentrations
of Pb and Zn and contents of Pb and Zn in Arabis alpinal Var.
parviflora Franch
注：*，**分别表示在 P<0.05和 P<0.01水平上显著相关，n=4。
20 d
根
20 d
地上部
40 d
根
40 d
地上部
60 d
根
60 d
地上部
Pb处理浓度 0.987* 0.986* 0.997** 0.999** 0.995** 1.000**
20 d根 0.999** 0.978* 0.993** 0.970* 0.989*
20 d地上部 0.973* 0.991** 0.966* 0.987*
40 d根 0.995** 0.999** 0.997**
40 d地上部 0.992** 0.999**
60 d根 0.995**
Zn处理浓度 0.990** 0.988* 0.987* 0.994** 0.995** 0.990**
20 d根 0.997** 0.993** 0.999** 0.996** 0.996**
20 d地上部 0.981* 0.993** 0.987* 1.000**
40 d根 0.997** 0.998** 0.979*
40 d地上部 0.999** 0.992**
60 d根 0.987*
表 3 小花南芥对 Zn的吸收累积特征
Table 3 Accumulation characteristics of Arabis alpinal Var.
parviflora Franch to Zn
时间/d Zn/mg·kg-1
滞留
率/%
净化
率/%
富集
系数
位移
系数
生物富集
量系数
转运量
系数
20 CK -25.81 39.70 0.555 1.258 1.088 5.033
500 -24.56 31.20 0.403 1.246 1.429 4.982
1 000 -10.68 37.80 0.224 1.107 0.800 4.427
1 500 -24.08 43.22 0.413 1.241 1.451 4.963
40 CK -25.19 51.68 0.505 1.252 1.319 5.008
500 -21.60 47.86 0.397 1.216 1.800 4.864
1 000 -10.59 60.56 0.844 1.106 3.532 4.424
1 500 -22.15 58.13 0.341 1.222 1.516 4.886
60 CK -20.98 62.67 0.620 1.210 1.741 4.839
500 -10.08 62.66 0.518 1.101 2.702 4.403
1 000 -5.161 77.55 0.248 1.052 1.415 4.206
1 500 -31.51 92.55 0.464 1.315 2.689 5.261
方其仙等：小花南芥（Arabis alpinal Var. parviflora Franch）对 Pb和 Zn的吸收累积特征研究436
第 28卷第 3期 农 业 环 境 科 学 学 报
Pb污染处理后，其生物富集系数不断增加，转运量系
数都大于 1；Pb1 000 mg·kg-1处理 60 d后，其地上部
和根中的 Pb含量分别为对照的 24.86倍和 33.29倍，
因此，小花南芥对 Pb也具有很强的累积能力。
4 结论
（1）Pb和 Zn导致小花南芥的株高、冠幅、根长和
生物量显著降低；在同一污染条件下，株高、冠幅、根
长和生物量随时间延长而不断增加。
（2）Pb和 Zn处理后，随着生长时间的延长，小花
南芥的 Pb和 Zn含量都不断增加，且随着 Pb和 Zn
浓度的增加而增加，呈显著的正相关。
（3）Pb和 Zn处理后，小花南芥的滞留率、净化
率、富集系数、位移系数、生物富集系数和转运量系数
均随时间延长而增加，且对 Pb和 Zn的转运量系数
大于 1，对 Zn的位移系数和生物富集系数大于 1。
（4）小花南芥可作为 Pb和 Zn的累积植物，用来
修复被 Pb和 Zn污染的土壤。
参考文献：
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