全 文 ：第 39卷 第 1期 东　北　林　业　大　学　学　报 Vol.39No.1
2011年 1月 JOURNALOFNORTHEASTFORESTRYUNIVERSITY Jan.2011
1)国家科技支撑计划(2009BADB3B03);吉林省教育厅重点攻
关项目(200763);长春市科技局星火项目(200710Y04)。
第一作者简介:徐惠风 , 女 , 1965年 6月生 , 吉林农业大学农学
院 ,副教授。
收稿日期:2010年 4月 28日。
责任编辑:任　俐。
铅胁迫对金盏银盘的生长及其根系耐性的影响 1)
徐惠风　杨成林　王丽妍　高志新
(吉林农业大学 ,长春 , 130118)
　　摘　要　通过水培模拟试验 ,在不同质量浓度(5、10、 20、50、100mg· L-1)铅(Pb)处理下 , 研究沼生药用植物
金盏银盘(Bidensbiternata)地上部与根系生物量 、根系长度和根活力 、根系的耐性指数 、体内 Pb的质量分数与分
布。结果表明:Pb处理质量浓度≤20mg· L-1时 , 对金盏银盘生长有促进作用。随着 Pb处理质量浓度的升高 ,生
物量和根长开始下降 ,当 Pb处理质量浓度达 100mg· L-1时 ,其生物量和根长均极显著降低(P<0.01)。 各质量
浓度处理下的金盏银盘根系活力均低于对照 , 且都随着处理时间的延长而降低。随着 Pb处理质量浓度的升高 ,金
盏银盘体内各部位 Pb质量分数基本表现为先升高后降低 ,其中叶和茎的Pb质量分数在 Pb处理质量浓度为 20mg· L-1时达到最大;而根系在Pb处理质量浓度为 10mg· L-1时 Pb质量分数最大,对铅的积累显著 ,质量分数高达 2 080.
89mg· kg-1。在 Pb处理同质量浓度下 , Pb在各部位的质量分数由大到小的顺序是根系 、茎 、叶。各处理质量浓度
下的转移系数均小于 0.1。在 Pb处理质量浓度为 10～ 20mg· L-1时 ,金盏银盘的根系耐性指数大于 1.0;随着 Pb
处理质量浓度的增加 ,根系耐性指数降低。
关键词　金盏银盘;铅;吸收;耐性指数;根系
分类号　Q945.78;Q949.783.5LeadStressonGrowthandRootToleranceofBidensbiternata/XuHuifeng, YangChenglin, WangLiyan, GaoZhixin(CollegeofAgronomy, JilinAgriculturalUniversity, Changchun130118, P.R.China)//JournalofNortheastForestryUniver-sity.-2011, 39(1).-52～ 53, 61Shootandrootbiomass, rootlength, rootactivity, roottoleranceindex, contentanddistributionofPbinBidensbiter-
natawerestudiedbyhydroponicssimulationtestunderdifferentPbconcentrations(5, 10, 20, 50, 100mg· L-1).Result
indicatedthatPbsolutioncouldpromoteB.biternatagrowthwhenPbconcentrationwaslessthanorequalto20mg· L-1.BiomassandrootlengthdecreasedwiththeincreaseofPbconcentration, andtheydecreaseddramaticallywhenPbconcen-
trationwas100mg· L-1(P<0.01).RootactivityofB.biternatapretreatedwithvariousconcentrationsofPbwaslowerthanthatofthecontrol, anddecreasedwiththeprolongedtreatmenttime.WithPbconcentrationincreasing, PbcontentineachpartofB.biternatafirstincreasedandthendecreased.Pbcontentsintheleavesandstalksreachedtheirmaximum
valuesatPbconcentrationof20mg· L-1.UndergroundrootsexhibitedthehighestPbcontentatPbconcentrationof10mg·L-1 , anditsaccumulationreached2 080.89mg· kg-1(P<0.01).Atthesameconcentration, thePbcontentinrootswasthehighest, folowedbystemsandleavesinorder.TranslocationfactorofPbforB.biternatawaslessthan0.1.
WhenPbconcentrationrangedfrom10to20mg· L-1 , theroottoleranceindexofB.biternatawasmorethan1.0, andtheindexdecreasedwiththeincreaseofPbconcentration.Keywords　Bidensbiternata;Lead;Absorption;Toleranceindex;Rootsystem
　　随着工农业的发展 , 重金属污染已经是严峻的环境污染
问题之一。铅(Pb)是一种有毒的环境污染物 , 过量的 Pb进
入环境不仅可在植物体内积累产生毒害作用 , 还可以通过食
物链进入人体 ,危害人类健康。近年来 ,中药材重金属污染现
象已十分严重 ,给中草药资源极其丰富的国家的中药安全带
来了极大危害 ,因此 , 中药材重金属污染已成为当前全世界共
同关心的课题。
金盏银盘(Bidensbiternata)为菊科(Compositae)鬼针属
(BidensL.)植物 , 1年生沼生草本。以鬼针草类药材入药 ,始
载于《本草拾遗》 , “味苦 、平 、无毒” ,有清热 、解毒 、散瘀 、消肿
的功效。近年来又发现鬼针草有补益 、降血糖 、降血压等作
用 [ 1] 。目前重金属 Pb在植物体内富集特征的研究大多集中
于农作物 [ 2-3] 、草本植物 [ 4]和超富集植物 [ 5-6] , 而对经济作
物 ,特别是中药材的 Pb富集特征研究报道很少。本试验选用
自然滋生的沼生中药植物金盏银盘为研究对象 , 通过水培模
拟方法对其进行不同质量浓度 Pb处理 ,从生物量 、根活力 、体
内 Pb的质量分数与分布和根系的耐性指数等方面进行研究 ,
旨在揭示 Pb对金盏银盘生长的胁迫和体内的迁移富集规律 ,
为中药植物的安全生产提供一定的理论基础。
1　材料与方法
2008— 2009年 ,每年的 6— 7月份 , 于吉林农业大学人工
沼泽湿地 ,采用室温水培模拟试验的方法 , 取长势一致 、根系
长度相同的金盏银盘植株移栽到室内 , 用自来水和去离子水
洗净根部泥土 , 再用 1/2Hoagland培养液培养。 1周后 , 取长
势基本一致 、根系长度相同的植株放入处理瓶 , 分别在营养液
中加入醋酸铅配成质量浓度为 5、10、20、50、100mg· L-1的铅
处理液(以 Pb离子质量浓度计)进行处理。设置纯营养液为
对照组 , 每处理重复 3次 ,每隔 3d更换培养液 , 每隔 2d测定
各处理植株根活力 ,并在培养 12d后 ,测定根长 、生物量和根
部与地上部 Pb质量分数。
植物收获后洗净叶片尘土及根表残液 , 测量对照和各处
理根系长度。再将植株分叶 、茎 、根 3部分 , 称其鲜质量 , 再置
于烘箱中 105℃杀青 30min, 85℃烘干 48h, 降至室温分别称
其干质量 ,并留作待测样品。
根活力的测定:采用 TTC法 [ 7] 。根系耐性指数(RT, I)=各处理根系长度 /对照根系长度。
Pb质量分数的测定:称取各部位干样 0.2 ～ 0.4g, 放入
消化管 ,加入 4mL浓 HNO3和 3mLH2O2溶液 , 100℃恒温消
解。待完全消解后 , 取消解液定容 , 用 ZEEnit— 700火焰原子
DOI :10.13759/j.cnki.dlxb.2011.01.002
吸收光谱仪(德国耶拿 Analytik-Jena, AG)测定各样品各部
位中 Pb的质量分数。
转移系数(TF)=植株地上部重金属质量分数 /根部重金属质量分数。
所有数据均为 3 次重复的平均值 , 采用 DPS7.05和
SPSS13.0软件对数据进行统计分析 , 利用 Duncan新复极差
法进行差异显著性测验。
2　结果与分析
2.1　不同质量浓度 Pb处理对金盏银盘生物量的影响
由表 1可知 ,在设置质量浓度范围内各处理水平间存在
极显著性差异。在低质量浓度 Pb胁迫下 ,地上部和根系鲜质
量 、干质量生物量基本略高于对照 , 这说明处理 12d内 , Pb处
理质量浓度≤20 mg· L-1时 , 对金盏银盘生长有促进作用。
随着 Pb处理质量浓度的升高 ,地上部和根系生物量与对照相
比 ,都开始下降。差异显著性分析表明 , 当 Pb处理质量浓度
达到 100mg· L-1时 ,其地上部和根系生物量极显著下降(P
<0.01), 地上部和根部鲜质量生物量分别比对照下降 42.
5%和 15.6%,说明高质量浓度 Pb处理对金盏银盘的生长有
明显的抑制作用。地上部和根系鲜质量生物量与 Pb处理质
量浓度分别呈极显著负相关(P<0.01)和显著负相关(P<0.
05),相关系数分别为 -0.920＊＊和 -0.916＊。
表 1　不同质量浓度 Pb处理下金盏银盘地上部和根系的生物量及根长
Pb质量浓度 /
mg·L-1
处理 12d
地上部鲜
质量 /g
地上部干
质量 /g
根鲜
质量 /g
根干
质量 /g
根长 /
cm
　0 17.93±0.26bB2.05±0.21bAB0.943±0.013abAB0.0923±0.0011bcAB4.73±0.26bBC
5 18.14±0.45bB2.52±0.29aA 0.923±0.009bB 0.0896±0.0015cB 4.47±0.31bcC
10 20.93±1.58aA2.62±0.22aA 0.968±0.011aA 0.0952±0.0009abA 5.33±0.29aAB
20 17.65±0.54bB2.02±0.24bAB0.971±0.014aA 0.0959±0.0012aA 5.53±0.13aA
50 13.02±2.15cC1.73±0.11bBC0.866±0.010cC 0.0828±0.0019dC 4.10±0.33cdCD
100 10.31±0.65dD1.19±0.15cC 0.796±0.018dD 0.0760±0.0021eD 3.67±0.38dD
　　注:0为对照 ;表中数据为平均数 ±标准差;同列中的不同大 、小写字母分别表示不同处理在 0.01和
0.05水平上差异显著。
2.2　不同质量浓度 Pb处理对金盏银盘根长的影响
根系长度是反映根系生长发育状况的一个指标。由表 1
可知 , Pb处理质量浓度为 5 mg· L-1时 , 根长较对照有所降
低 ,但差异未达显著水平。随着处理质量浓度的增加 ,对根系
生长表现出明显的促进作用 ,当 Pb处理质量浓度达到 20mg·
L-1时 ,根长达最大 , 与除 10mg· L-1外的其他处理根长差异
达极显著水平(P<0.01)。随着处理质量浓度的继续增加 ,
Pb对根系生长的抑制作用开始明显 , 当 Pb处理质量浓度增
至 100mg· L-1时 ,根长比对照下降了 22.4%,与对照差异达
极显著水平。并且从根系生长状态上看 , 高质量浓度处理使
其根系颜色变褐 、变黑 , 根毛减少 ,并有腐烂现象 ,而植物表现
出老叶黄化干枯脱落 ,新叶有失绿症状 ,整株较为萎蔫。说明
高质量浓度 Pb使金盏银盘根系的生长受阻 , 植物体内的正常
生理活动受到严重伤害 ,从而使地上部和根系生物量下降。
2.3　不同质量浓度 Pb处理对金盏银盘根系活力的影响
根系活力与根系生命活动的强弱有直接的关系 , 它是植
物生长的重要生理指标之一 [ 8] 。表 2反映了不同 Pb质量浓
度处理和不同时间处理下金盏银盘根系活力的变化情况。在
处理 12d内 ,各质量浓度处理下的金盏银盘根系活力均低于
对照 ,说明 Pb处理可降低根系活力。而各质量浓度处理金盏
银盘根系活力都随着处理时间的延长而降低 , 2 ～ 4d时下降
幅度较大 ,中后期变化较为平缓。Pb处理导致根系活力的降
低 ,进而影响植物一系列生理过程。
2.4　不同质量浓度 Pb处理对金盏银盘根系耐性的影响
根系耐性指数(Roottoleranceindex, RT, I)是指各质量浓
度处理的根系长度与对照根系长度的比值 ,可以很好地反映
植物对重金属的耐性情况 [ 9] 。因为植物与重金属作用时 , 首
先接触的是植物根系 ,根系的生长情况可以反映植物的耐性
大小 , 因此 ,根系耐性指数是反映植物对重金属耐性大小的一
个重要的指标。 Pb处理质量浓度 5、 10、20、 50、 100 mg· L-1
的根系耐性指数分别为 0.957、 1.128、 1.170、 0.872、 0.787。
在 10mg· L-1和 20mg· L-1Pb处理质量浓度下 ,金盏银盘的
根系耐性指数都大于 1.0,说明此质量浓度的 Pb处理对金盏
银盘根系的生长有促进作用。随着 Pb处理质量浓度的增加 ,
根系耐性指数降低。
表 2　不同质量浓度 Pb处理对金盏银盘根系活力的影响
Pb质量浓度 /
mg·L-1
不同处理时间的根系活力 /μg·g-1· h-1
2d 4d 6d 8d 10d 12d
　0 94.67±16.71 28.60±1.91 25.15±2.43 22.26±1.45 22.47±4.11 15.96±1.33
5 107.73±19.24 27.97±1.91 24.87±0.67 23.91±1.61 20.71±2.78 15.87±1.32
10 88.26±14.55 23.67±0.97 24.86±0.87 17.36±0.96 10.35±1.02 9.87±0.76
20 62.20±14.13 26.38±2.51 24.15±1.42 16.76±1.51 16.61±1.39 10.21±1.03
50 41.92±6.76 24.90±2.24 21.20±1.56 16.76±1.56 13.17±0.78 8.69±0.95
100 111.93±21.33 49.80±4.78 41.42±3.65 41.35±3.87 32.54±5.91 28.17±2.31
　　注:表中数据为平均数 ±标准差 。
2.5　不同质量浓度 Pb处理下金盏银盘体内 Pb的质量分数
与分布
由表 3可知 , 金盏银盘各部位在不同处理质量浓度下含
Pb的质量分数与对照相比 , 基本达极显著水平(P<0.01)。
随着 Pb处理质量浓度的升高 , 金盏银盘体内各部位 Pb质量
分数基本表现为先升高后降低 ,其中叶和茎的 Pb质量分数在
Pb处理质量浓度为 20mg· L-1时达到最大 ,分别约为对照的
13.20倍和 10.36倍;而根系在 Pb处理质量浓度为 10mg·
L-1时最大 , 对 Pb的积累高达 2 080.89mg· kg-1 , 约为对照
的 55.56倍。在高质量浓度 Pb处理下 , 金盏银盘各部位 Pb
质量分数降低 ,直接原因可能是高质量浓度的 Pb处理对植株
毒害现象较明显 ,出现不同程度的萎蔫 、枯死 ,无法继续对 Pb
进行吸收。
表 3　不同质量浓度 Pb处理下金盏银盘体内Pb的质量分数与分布
Pb质量浓度 /
mg· L-1
Pb质量分数 /mg· kg-1
叶中 茎中 地上部 根系 TF
　0 1.53±0.14cC 2.39±0.11eE 3.92 　 37.45±2.69dD 0.100
5 3.50±0.49cBC14.46±1.21cCD 17.86 1 161.51±74.17cC 0.015
10 6.53±0.52bB 19.52±0.99bB 26.05 2 080.89±109.92aA 0.013
20 20.16±2.36aA 24.75±0.71aA 44.86 1 828.60±70.26bB 0.025
50 5.98±0.18bB 15.33±0.62cC 21.31 1 204.28±85.50cC 0.018
100 6.13±0.37bB 12.31±0.57dD 18.44 1 293.80±97.76cC 0.014
　　注:0为对照;表中数据为 3次重复的平均数 ±标准差;同列中的不同大 、小写字母分别
表示不同处理在 0.01和 0.05水平上差异显著;TF为转移系数。
金盏银盘的叶 、茎和根系对 Pb的吸收分布积累特性是不
相同的。转移系数(Translocationfactor, TF)是植物地上部和根部重金属质量分数的比值 , 可以体现植物从根部向地上部
运输重金属的能力和分配情况 [ 10-11] 。由表 3可知 , 同质量浓
度 Pb处理下 , Pb在金盏银盘各部位的质量分数由大到小的
顺序是根系 、茎 、叶 , 且各处理质量浓度下的 TF值均小于 0.1。说明金盏银盘吸收的 Pb多分布在地下根系 ,较少运输到地上
部 , 对 Pb的迁移效果不佳 , 不具备重金属超积累植物的一般
特点 。
3　结论与讨论
在本试验设定的铅胁迫质量浓度范围内 , 低质量浓度的
Pb对金盏银盘的地上部和根系的生长有一定促进作用 , 与有
关文献研究其他植物的结论相似 [ 4 , 12] , 但各质量浓度的 Pb处
理均使根系活力降低。在 10 ～ 20 mg· L-1Pb质量浓度处理
下 , 金盏银盘根系和地上部茎叶的 Pb质量分数最大 ,根系耐
性指数大于 1.0,且在此质量浓度处理下并没有(下转 61页)
53第 1期　　　　　　　　　　　徐惠风等:铅胁迫对金盏银盘的生长及其根系耐性的影响
木及群落碳储量的增长速度大于因林木衰老和死亡而引起的
碳储量减少的速度 ,但近熟林枯损率较高 ,林分结构及碳储量
处于较低水平 ,应加强抚育管理。其次 ,由于气候及其它生态
因子限制 ,木质物残体层分解和转化速度慢 , 现存量大 , 需开
展相应的林下卫生工作。再次 ,研究发现 ,林分生物量的碳储
量并未随林分密度下降而减小 , 而自然稀疏和人工抚育管理
提高了林木长势 ,这也促进了林下植被层的发育和木质物残
体层的分解 ,从而减缓了地力衰退 , 有利于长白山落叶松林生
产力的维持和提高。
文中群落生物量计算包括了乔木层 、林下灌草植被层和
木质物残体层在内的生物量 , 但还需进一步考查不同年龄林
木的含碳率变化 ,因为由样地到林分的尺度转换将会产生一
定的误差。此外 ,森林土壤的固碳能力以及凋落物 、根系呼吸
作用和土壤释放 CO2的作用要进行深入分析 [ 24] 。
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(上接 53页)产生明显的外观毒害症状(如根系变黑腐烂 、叶
片失绿干枯脱落 、整株萎蔫等变化), 保持了较好的生长态
势。所以 ,在 Pb处理质量浓度≤20mg· L-1情况下 , 金盏银
盘对 Pb有较好的吸收和耐性。
重金属在植株体内的运输 , 影响植物对重金属的吸收与
耐性 ,影响重金属在植物体内各部位的分布及植物体内物质
的结合形态等 [ 9] 。 Pb进入植物体内后绝大部分累积在根
部 [ 2 , 4 , 9] ,本试验的研究结果与之相同。本试验中 , 金盏银盘
的 TF值均小于 0.1,说明金盏银盘吸收的 Pb主要富集在根部 ,其质量分数远大于地上部分 , 往地上部运输 Pb的能力不
强。其原因可能是 Pb在根系中主要以 Pb(PO4)2和 PbCO3等沉淀形式存在 , 在植物汁液中也有离子态和络合态 Pb, 由
于吸持 、钝化或沉淀作用 , 植物根系所吸收的 Pb很难向地上
部运输 [ 13] 。虽然在 Pb处理质量浓度为 10mg· L-1的情况下
其根系中铅的质量分数高达 2080.89mg· kg-1 , 超过铅超积
累植物的临界标准 1 000mg· kg-1 , 但金盏银盘仍不属于超
积累植物 ,因为超积累植物要求吸收的重金属大部分分布在
地上部 ,即有较高 TF值 [ 14-15] 。
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61第 1期　　　　　　　　　　　　马　炜等:长白落叶松人工林固碳释氧效益评估方法