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Physiological-ecological responses of Iris germanica L. to Cd stress and its accumulation of Cd

德国鸢尾对Cd胁迫的生理生态响应及积累特性



全 文 :
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 33 卷 第 7 期摇 摇 2013 年 4 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
线虫转型发育和寄主识别的化学通讯研究进展 张摇 宾,胡春祥,石摇 进,等 (2003)……………………………
生物物种资源监测原则与指标及抽样设计方法 徐海根,丁摇 晖,吴摇 军,等 (2013)……………………………
个体与基础生态
呼伦贝尔草原人为火空间分布格局 张正祥,张洪岩,李冬雪,等 (2023)…………………………………………
青藏高原草地地下生物量与环境因子的关系 杨秀静,黄摇 玫,王军邦,等 (2032)………………………………
1961—2010 年桂林气温和地温的变化特征 陈摇 超,周广胜 (2043)……………………………………………
黄泥河自然保护区狍冬季卧息地选择 朱洪强,葛志勇,刘摇 庚,等 (2054)………………………………………
青藏高原草地植物叶解剖特征 李全发,王宝娟,安丽华,等 (2062)………………………………………………
青藏高原高寒草甸夏季植被特征及对模拟增温的短期响应 徐满厚,薛摇 娴 (2071)……………………………
高温影响番茄小孢子发育的细胞学研究 彭摇 真,程摇 琳,何艳军,等 (2084)……………………………………
黄土丘陵半干旱区柠条林株高生长过程新模型 赵摇 龙,王振凤,郭忠升,等 (2093)……………………………
栎属 7 种植物种子的发芽抑制物质研究 李庆梅,刘摇 艳,刘广全,等 (2104)……………………………………
水分胁迫和杀真菌剂对黄顶菊生长和抗旱性的影响 陈冬青,皇甫超河,刘红梅,等 (2113)……………………
铜尾矿废弃地与相邻生境土壤种子库特征的比较 沈章军,欧祖兰,田胜尼,等 (2121)…………………………
云雾山典型草原火烧不同恢复年限土壤化学性质变化 李摇 媛,程积民,魏摇 琳,等 (2131)……………………
根系分区交替灌溉条件下水肥供应对番茄果实硝酸盐含量的影响 周振江,牛晓丽,李摇 瑞,等 (2139)………
喀斯特山区土地利用对土壤团聚体有机碳和活性有机碳特征的影响 李摇 娟,廖洪凯,龙摇 健,等 (2147)……
自生固氮菌活化土壤无机磷研究 张摇 亮,杨宇虹,李摇 倩,等 (2157)……………………………………………
德国鸢尾对 Cd胁迫的生理生态响应及积累特性 张呈祥,陈为峰 (2165)………………………………………
施污土壤重金属有效态分布及生物有效性 铁摇 梅,宋琳琳,惠秀娟,等 (2173)…………………………………
基于叶面积指数改进的直角双曲线模型在玉米农田生态系统中的应用 孙敬松,周广胜 (2182)………………
中稻田三种飞虱的捕食性天敌优势种及农药对天敌的影响 林摇 源,周夏芝,毕守东,等 (2189)………………
种群、群落和生态系统
珠江口超微型浮游植物时空分布及其与环境因子的关系 张摇 霞,黄小平,施摇 震,等 (2200)…………………
输水前后塔里木河下游物种多样性与水因子的关系 陈永金,刘加珍,陈亚宁,等 (2212)………………………
南海西北部陆架区鱼类的种类组成与群落格局 王雪辉,林昭进,杜飞雁,等 (2225)……………………………
滇西北高原碧塔湖滨沼泽植物群落分布与演替 韩大勇,杨永兴,杨摇 杨 (2236)………………………………
石羊河下游白刺灌丛演替过程中群落结构及数量特征 靳虎甲,马全林,何明珠,等 (2248)……………………
资源与产业生态
土壤深松和补灌对小麦干物质生产及水分利用率的影响 郑成岩,于振文,张永丽,等 (2260)…………………
豆科绿肥及施氮量对旱地麦田土壤主要肥力性状的影响 张达斌,姚鹏伟,李摇 婧,等 (2272)…………………
沟垄全覆盖种植方式对旱地玉米生长及水分利用效率的影响 李摇 荣,侯贤清,贾志宽,等 (2282)……………
城乡与社会生态
北京北护城河河岸带的温湿度调节效应 吴芳芳,张摇 娜,陈晓燕 (2292)………………………………………
西安太阳总辐射时空变化特征及对城市发展的响应 张宏利,张纳伟锐,刘敏茹,等 (2304)……………………
研究简报
安徽琅琊山大型真菌区系多样性 柴新义,许雪峰,汪美英,等 (2314)……………………………………………
中国生态学学会 2013 年学术年会征稿通知 (2320)………………………………………………………………
第七届现代生态学讲座、第四届国际青年生态学者论坛通知 (玉)………………………………………………
中、美生态学会联合招聘国际期刊主编 (印)………………………………………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*318*zh*P* ¥ 90郾 00*1510*32*
室室室室室室室室室室室室室室
2013鄄04
封面图说: 金灿灿的小麦熟了———小麦是世界上最早栽培的农作物之一,是一种在世界各地广泛种植的禾本科植物,起源于中
东地区。 全世界大概有 43 个国家,近 35%—40%的人口以小麦为主要粮食。 小麦是禾谷类作物中抗寒能力较强的
越冬作物,具有一定的耐旱和耐盐碱能力。 中国的小麦分布于全国各地,主要集中于东北平原、华北平原和长江中
下游一带。 小麦秋季播种、冬季生长、春季开花、夏季结实。 子粒含有丰富的淀粉、较多的蛋白质、少量的脂肪,还有
多种矿物质元素和维生素 B,是一种营养丰富、经济价值较高的粮食。
彩图及图说提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 33 卷第 7 期
2013 年 4 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 33,No. 7
Apr. ,2013
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:环保公益性行业科研专项资助(200809047)
收稿日期:2011鄄12鄄25; 摇 摇 修订日期:2012鄄06鄄27
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: chwf@ sdau. edu. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201112251969
张呈祥,陈为峰.德国鸢尾对 Cd胁迫的生理生态响应及积累特性.生态学报,2013,33(7):2165鄄2172.
Zhang C X, Chen W F. Physiological鄄ecological responses of Iris germanica L. to Cd stress and its accumulation of Cd. Acta Ecologica Sinica,2013,33(7):
2165鄄2172.
德国鸢尾对 Cd胁迫的生理生态响应及积累特性
张呈祥,陈为峰*
(山东农业大学资源与环境学院,泰安摇 271018)
摘要:通过盆栽研究了 Cd胁迫下德国鸢尾的生长状况、生态效应、生理特性及吸收和富集 Cd 的能力。 结果表明:德国鸢尾对
小于 5 mg / kg的 Cd有较强的耐性,适用于城区土壤修复;Cd浓度大于 5 mg / kg 时抑制德国鸢尾生长,降低了其生态效应。 随着
Cd浓度的增大,德国鸢尾根系活力、叶绿素含量和含水量逐渐降低,游离脯氨酸和可溶性糖含量先升高后降低,细胞膜透性逐
渐升高。 Cd在德国鸢尾体内分布为根系>地上部分,随着 Cd浓度的增大,德国鸢尾根系和地上部分 Cd积累浓度逐渐升高、富
集系数和转运系数逐渐降低;Cd浓度为 20 mg / kg时德国鸢尾对 Cd的积累量最大,为 2. 122 mg / plant。
关键词:德国鸢尾; Cd;生理生态响应;积累特性
Physiological鄄ecological responses of Iris germanica L. to Cd stress and its
accumulation of Cd
ZHANG Chengxiang, CHEN Weifeng*
College of Resources and Environment, Shandong Agricultural University, Tai忆an 271018, China
Abstract: The valuable ornamental plant Iris germanica L. , which widely distributed in city gardens and on the road鄄sides
in our country, is a kind of groundcover plant. It is usually applied for green and courtyard ornamentation. Using Iris
germanica L. to remedy urban soil polluted by cadmium (Cd) can not only purify the soil but also obtain landscape and
ecological benefits. The responses of Iris germanica L. to Cd stress and its accumulation of Cd were studied under five Cd
concentrations (0. 5, 1, 5, 10 and 20 mg / kg) with pot culture experiments. In comparison, the same setup without Cd
addition was used as a control treatment. The experiment was conducted with a completely randomized design. Some
morphological indexes (plant height, leaf area, tiller number, shoot biomass and root biomass), ecological indexes( net
photosynthesis rate and transpiration rate) and physiological indexes ( chlorophyll content, root activity, water content,
contents of free proline and soluble sugar) were observed in green stage and flowering stage of Iris germanica L. . The
distribution of Cd in Iris germanica L. plant was determined after harvest.
The results showed that the growth of Iris germanica L. was inhibited over 5 mg / kg Cd concentration, i. e. , decreasing
in the biomass, tiller number and leaf area. The flowering stage was prolonged under less than 10 mg / kg Cd concentration,
while the extension of green stage was observed under less than 1 mg / kg Cd concentration. Cd stress reduced net
photosynthesis rate and transpiration rate of Iris germanica L. . With increasing Cd concentration of the medium, root
activity, chlorophyll and water contents all decreased, free proline and soluble sugar contents increased and then decreased,
while the permeability of cell membrane ascended gradually. In the present study, the accumulator factor of Cd in Iris
germanica L. was over 1. 0, the accumulation of Cd in root of Iris germanica L. was greater than in shoot. Cd concentration
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in Iris germanica L. increased gradually with increasing Cd concentration of the medium, while accumulative factor and
translocation factor decreased. The maximum accumulation of Cd in Iris germanica L. was 2. 122 mg / plant at applied Cd
level of 20 mg / kg. Cd stress suppressed cell differentiation, decreased the photosynthesis and transpiration, destroyed the
internal environment of Iris germanica L. . The damage of Iris germanica L. at low Cd concentration was effectively
alleviated by the accumulation of both free proline and soluble sugar. It could be concluded that Iris germanica L. was
suitable for the remediation of Cd polluted soil when Cd concentration in soil was less than 5. 0 mg / kg.
Key Words: Iris germanica L. ; Cd; physiological-ecological responses; accumulation
Cd是一种对环境危害大且生物非必需的元素,不仅会导致土壤正常的功能失调、质量下降,而且会对植
物产生毒害[1]。 城市工业和交通的日益发达使越来越多的 Cd释放到环境中并在土壤中大量积累,城市土壤
Cd污染的治理已相当紧迫[2鄄3]。 植物修复技术以其安全、廉价等众多优点成为学术界研究的热点[4],目前已
经发现的超富集植物一般生长缓慢、Cd 迁移总量相对不高且园林观赏价值一般,难以在城市地区大量应
用[5]。 利用地被植物修复城市土壤 Cd污染,不仅可以净化土壤,而且可以获得景观和生态效应。
德国鸢尾( Iris germanica L. )是鸢尾科鸢尾属多年生宿根花卉,是在鸢尾的基础上,经过处理的杂交矮生
品种,其形态优美、花色艳丽、适应性强、管理粗放,作为城市节约型绿化的重要地被材料被广泛应用[6]。 目
前对德国鸢尾的研究主要集中在分类育种[7]、繁育[8]及抗旱性[9]等方面,关于 Cd 胁迫方面的研究鲜有报道。
本文研究了德国鸢尾在不同浓度 Cd胁迫下的生长状况、生态效应、生理特性、吸收和富集 Cd 的能力,旨在为
德国鸢尾在城市特别是 Cd 污染地区的园林应用提供参考,探讨 Cd 对德国鸢尾的伤害机理及德国鸢尾在 Cd
污染土壤修复中的应用潜力。
1摇 材料与方法
1. 1摇 供试材料
供试德国鸢尾由泰安恒源大地景观工程有限公司提供。 供试土壤取自泰安周边地区,褐土,pH 值 7. 0,
有机质 10. 5 g / kg,全氮 0. 65 g / kg,速效钾 0. 032 g / kg,速效磷 0. 032 g / kg,Cd 0. 083 mg / kg。 Cd 添加形式为
CdCl2·2. 5H2O,分析纯。
1. 2摇 试验方法
室外盆栽试验于 2010 年 9 月至 2011 年 6 月份在山东农业大学实验基地进行。 土壤风干后过 1 cm 筛,
拌入 5%质量草炭作基肥,充分混合后装入下口直径 16. 5 cm、上口直径 21 cm、高 22 cm 的塑料盆中,每盆装
土 5. 5 kg。 试验以不使用 Cd处理作为对照,Cd 所设浓度梯度为:0. 5、1、5、10、20 mg / kg(含背景值,以 Cd2+
计),每个处理 3 次重复。
按预先设置的浓度于每盆中添加 CdCl2·2. 5H2O并混合均匀,喷施清水平衡 3 周后从苗床上小心移取长
势大小均一致的德国鸢尾幼苗,用蒸馏水洗净根系泥土,去除地上部分后移植于盆中,进行正常养护管理,保
持土壤含水量为其田间持水量的 60% 。 试验期间每月取德国鸢尾根际土壤测定 Cd浓度,根据测定结果补充
CdCl2·2. 5H2O,使土壤 Cd维持在试验所设浓度,避免各处理下的土壤 Cd浓度随着试验进程下降,难以进行
关联分析;同时可以更加准确地模拟城市土壤 Cd 污染特征。 补充方法为将 CdCl2·2. 5H2O 溶于 100 mL 蒸
馏水并浇灌进入盆土。
2010 年 9 月 28 日移栽后每隔 10 d用尺子直接量取株高直至株高不再随时间增长,株高为德国鸢尾最顶
端到地面的垂直高度;试验期间观测德国鸢尾花期和绿期长短,以花序完全舒展开为开花期、花序枯黄为谢花
期,以叶片完全枯黄为枯黄期、春季长出新叶为返青期。
2011 年 6 月 2 日,德国鸢尾谢花期后。 使用 CB1102 型光合蒸腾仪在晴朗无风的条件下不离体测定德国
鸢尾同一部位成熟叶片的净光合速率和蒸腾速率,从 8:00 到 18:00 每隔 2 h测定 1 次。 晚上的暗呼吸量按白
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天同化量的 20%计[10],计算单位面积叶片日净同化量(P)、日固定 CO2 量(WCO2)和释放 O2 量(WO2),单位面
积叶片日蒸腾总量(E)、蒸腾使周围空气降温量(驻T)和绝对湿度增加量(驻a)。
2011 年 6 月 28 日测定倒 3 片功能叶叶面积(采用美国 LI鄄COR公司产 LI鄄3000A型便携式叶面积测定仪
测定);取成熟鲜叶片测定生理指标、取根系测定根系活力,然后将德国鸢尾分为地上部分和根系两组收获,
用蒸馏水冲洗干净,测定分蘖数后沥去水分,105益杀青 30 min。 之后在 70 益下烘干至衡重,分别测定地上部
分和根系干重作为生物量。 磨碎,过 60 目筛,测定 Cd含量并计算富集系数、转运系数。
1. 3摇 测定方法
土壤基本理化性质按土壤农化常规分析法测定[11]。
生理指标的测定按邹琦的方法[12]:含水量使用烘干称重法测定;细胞膜透性使用电导法测定;叶绿素含
量使用丙酮提取,721 型分光光度计测定;游离脯氨酸含量使用磺基水杨酸提取法测定;可溶性糖含量使用蒽
酮比色法测定;根系活力用 TTC法测定。
植株 Cd含量采用 HNO3 鄄HClO4 消化,原子吸收分光光度计测定[11]。
1. 4摇 数据分析
所有测定均设置 3 次重复,使用 Microsoft Excel 计算平均值;用 SAS 数据分析软件进行标准差运算和差
异显著性检验(a = 0. 05)。
P= 移 pi + pi +( )12 伊 ti +1 - t( )i 伊
3600é
ë
êê
ù
û
úú1000
式中,P i 为初测点瞬时净光合速率,P i+ 1为下一点净光合速率。
WCO2 和 WO2 的计算按刘维东的方法
[10]。
E= 移 ei + ei +( )12 伊 ti +1 - t( )i 伊
3600é
ë
êê
ù
û
úú1000
式中,ei 为初测点瞬时蒸腾速率,ei+ 1 为下一点蒸腾速率。
驻T和 驻a的计算按杨士弘的方法[13]。
图 1摇 Cd处理下德国鸢尾株高
摇 Fig. 1 摇 Plant height of Iris germanica L. under different
Cd treatments
富集系数=植物地上部分或根系 Cd积累浓度 /土壤中 Cd 浓度[14](式中土壤中 Cd 浓度 =试验期间添加
Cd的总量 /盆土质量)。
转运系数 =地上部分 Cd 积累浓度 /根系 Cd 积累
浓度[15]。
积累量=植物地上部分或根系 Cd 积累浓度伊地上
部分或根系生物量。
2摇 结果与分析
2. 1摇 Cd对德国鸢尾生长的影响
Cd浓度小于 5 mg / kg时对德国鸢尾株高增长影响
不大;大于 5 mg / kg时抑制了德国鸢尾的株高增长(图
1)。 Cd浓度小于 1 mg / kg 时德国鸢尾 20 d 到 40 d 之
间的株高高于对照,50 d 时的株高与对照相近。 Cd 浓
度为 5 mg / kg时德国鸢尾整个生育期株高与对照相近。
Cd浓度大于 10 mg / kg 时德国鸢尾 20 d 后株高低于对
照,生长受到抑制。
Cd浓度小于 5 mg / kg时叶面积高于对照且不同浓
度 Cd处理间差异不显著,Cd浓度大于 5 mg / kg 时随着
浓度增大叶面积迅速降低。 分蘖数随着 Cd 浓度的增
7612摇 7 期 摇 摇 摇 张呈祥摇 等:德国鸢尾对 Cd胁迫的生理生态响应及积累特性 摇
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大逐渐降低但与对照差异不显著。 生物量随着 Cd浓度的增大先缓慢降低后迅速降低,Cd 浓度为 0. 5 mg / kg
时与对照差异不显著,大于 10 mg / kg时显著低于对照。 Cd 浓度小于 1 mg / kg 时德国鸢尾绿期延长,小于 10
mg / kg时花期延长,其中 Cd浓度为 1 mg / kg时绿期和花期均达到最大值,分别较对照延长 11 d和 5 d。 Cd对
德国鸢尾生长状况的影响呈现浓度效应:Cd 浓度小于 5 mg / kg 时影响不大,大于 10 mg / kg 时显著抑制德国
鸢尾生长(表 1)。
表 1摇 Cd处理下德国鸢尾的生长状况
Table 1摇 Growth of Iris germanica L. under different Cd treatments
Cd浓度
Cd concentration
/ (mg / kg)
叶面积
Leaf area / (cm2)
分蘖数
Tiller number
地上生物量
Aboveground
biomass / g
根系生物量
Root biomass / g
绿期
Green stage / d
花期
Flowering
stage / d
0 53. 3依0. 65ab 5. 3依0. 33a 16. 9依0. 7a 19. 0依1. 19a 258依1. 76b 16依0. 58b
0. 5 63. 1依1. 72a 5. 3依0. 67a 16. 8依1. 23a 17. 9依0. 35a 266依0. 88a 21依0. 88a
1 56. 6依1. 13a 5. 0依0. 58a 16. 2依0. 29ab 17. 8依0. 35a 269依1. 33a 21依0. 67a
5 59. 2依3. 95a 4. 7依0. 88a 15. 4依0. 30ab 16. 8依0. 43ab 255依2. 17b 21依0. 88a
10 46. 2依6. 20bc 3. 7依0. 33a 14. 0依0. 39b 14. 9依0. 29b 243依2. 73c 17依0. 67b
20 37. 7依1. 30c 3. 7依0. 33a 11. 5依0. 66c 11. 7依1. 15c 238依1. 45c 15依0. 67b
摇 摇 表中数值为平均值依标准误差,同列数据中不同小写字母表示差异显著(P<0. 05)
2. 2摇 Cd对德国鸢尾光合和蒸腾的影响
Cd对德国鸢尾 8:00 和 18:00 的瞬时净光合速率影响不大,但降低了德国鸢尾 8:00—18:00 之间的净光
合速率(图 2)。 Cd浓度为 0. 5 mg / kg 时净光合速率随时间的变化与对照相近,但 12:00—16:00 间的净光合
速率低于对照;Cd浓度大于 1 mg / kg时,净光合速率低于对照且随着浓度的增大降低;Cd 浓度大于 10 mg / kg
时,不同浓度 Cd处理间净光合速率变化曲线相近但低于其他处理。
Cd降低了德国鸢尾全天的蒸腾速率,随着 Cd浓度的增大蒸腾速率降低。 Cd 浓度小于 5 mg / kg 时,德国
鸢尾 14:00 前的蒸腾速率变化曲线与对照相近,14:00 后的蒸腾速率低于对照;Cd 浓度大于 10 mg / kg 时,不
同浓度 Cd处理间蒸腾速率变化曲线相近但低于其他处理。
图 2摇 Cd处理下德国鸢尾的净光合速率和蒸腾速率日变化
Fig. 2摇 Diurnal changes of net photosynthesis and transpiration rates of Iris germanica L. under different Cd treatments
Cd降低了德国鸢尾的单位叶面积净同化量和蒸腾量,使德国鸢尾吸碳、释氧、降温、增湿等生态效应均低
于对照(表 2)。 所有浓度 Cd处理的德国鸢尾吸碳、释氧量均明显低于对照,Cd 浓度小于 1 mg / kg 时蒸腾作
用导致的周围空气降温量和绝对湿度增加量与对照差异不显著,可见低浓度 Cd 对德国鸢尾光合的抑制较蒸
8612 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
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腾强烈。 随着 Cd浓度的增大,德国鸢尾的生态效应逐渐降低,Cd浓度为 20 mg / kg时单位面积叶片日净同化
量和日蒸腾总量均最低,分别为对照的 80. 0%和 77. 0% ,可见高浓度 Cd 对德国鸢尾光合和蒸腾的抑制程度
相近。
表 2摇 Cd处理下德国鸢尾的生态效应变化
Table 2摇 Changes of ecological benefits of Iris germanica L. under different Cd treatments
Cd浓度
Cd concentration
/ (mg / kg)
单位面积叶片
日净同化量 P
/ (滋mol)
单位面积叶片
日吸碳量
WCO2 / g
单位面积叶片
日释氧量
WO2 / g
单位面积叶片
日蒸腾量
E / mol
单位面积叶片
日降温量
驻T / 益
单位面积叶片
日增湿量
驻a / (g / m3)
0 469. 03依26. 40a 16. 51依0. 93a 12. 00依0. 68a 61. 03依2. 25a 2. 15依0. 08a 1. 10依0. 04a
0. 5 452. 80依12. 88ab 15. 94依0. 45ab 11. 59依0. 33ab 59. 99依1. 27a 2. 11依0. 05a 1. 08依0. 02a
1 430. 49依7. 75ab 15. 15依0. 27ab 11. 02依0. 20ab 58. 46依2. 43a 2. 06依0. 09a 1. 05依0. 04a
5 414. 37依21. 55bc 14. 59依0. 76bc 10. 61依0. 55bc 55. 68依4. 11ab 1. 96依0. 14ab 1. 00依0. 08ab
10 378. 90依8. 17c 13. 34依0. 29c 9. 70依0. 21c 48. 72依2. 05b 1. 71依0. 07bc 0. 88依0. 04b
20 375. 25依5. 82c 13. 21依0. 20c 9. 60依0. 15c 46. 97依1. 33b 1. 65依0. 05c 0. 85依0. 02b
摇 摇 表中数值为平均值依标准误差,同列数据中不同小写字母表示差异显著(P<0. 05)
2. 3摇 Cd对德国鸢尾生理指标的影响
Cd处理下德国鸢尾叶片叶绿素含量和根系活力低于对照,叶绿素 a / b和含水量低于对照但差异不显著,
细胞膜透性显著高于对照(表 3)。 随着 Cd 浓度的增大,叶绿素含量逐渐降低,叶绿素 a / b、根系活力和含水
量也呈逐渐降低的趋势,细胞膜透性逐渐升高,游离脯氨酸和可溶性糖含量先升高后降低。 Cd 浓度为 0. 5
mg / kg时根系活力和游离脯氨酸含量与对照相近;Cd 浓度在 1 mg / kg—10 mg / kg 之间时,不同处理间叶绿素
含量、根系活力、细胞膜透性和可溶性糖含量差异不显著;Cd 浓度为 5 mg / kg 时游离脯氨酸和可溶性糖含量
均最高,Cd浓度为 20 mg / kg时叶绿素含量最低,为对照的 74. 0% ;细胞膜透性最大,为对照的 3. 2 倍;可溶性
糖含量低于对照。
表 3摇 Cd处理下德国鸢尾部分生理指标的变化
Table 3摇 Physiological indexes of Iris germanica L. under different Cd treatments
Cd浓度
Cd concentration
/ (mg / kg)
叶绿素 a / b
The chlorophyll
a / b
叶绿素含量
The chlorophyll
content / (mg / g)
根系活力
The root activity
/ (滋g·g-1·h-1)
细胞膜透性
The permeability
of cell membrane
含水量
The water content
/ %
游离脯
氨酸含量
The free proline
content / (滋g / g)
可溶性糖含量
The soluble
sugar content
/ (滋g / g)
0 3. 01依0. 38a 2. 00依0. 02a 9. 41依0. 25a 0. 15依0. 03c 83. 7依0. 54a 144. 4依3. 53b 1788. 4依160. 93bc
0. 5 2. 91依0. 40a 1. 86依0. 04ab 9. 23依0. 52a 0. 25依0. 04b 83. 0依0. 48a 170. 8依13. 37b 2079. 4依237. 55b
1 2. 77依0. 06a 1. 80依0. 16ab 8. 10依0. 16b 0. 26依0. 01b 80. 9依0. 50a 209. 2依5. 58a 2549. 1依44. 85a
5 2. 69依0. 33a 1. 78依0. 11ab 8. 11依0. 23b 0. 27依0. 03b 81. 2依0. 34a 213. 1依8. 89a 2716. 4依47. 53a
10 2. 73依0. 34a 1. 62依0. 32ab 7. 70依0. 07b 0. 33依0. 04b 78. 6依6. 01a 161. 0依20. 37b 2598. 3依185. 91a
20 2. 43依0. 31a 1. 48依0. 03b 7. 40依0. 2b 0. 48依0. 01a 77. 7依3. 5a 150. 7依13. 12b 1610. 7依52. 46c
摇 摇 表中数值为平均值依标准误差,同列数据中不同小写字母表示差异显著(P<0. 05)
2. 4摇 Cd在德国鸢尾体内的积累和分布情况
德国鸢尾地上部分和根系的 Cd积累浓度和积累量随着 Cd 浓度的增大逐渐升高,Cd 浓度相同时根系积
累浓度和积累量高于地上部分(表 4)。 Cd 浓度为 20 mg / kg 时德国鸢尾体内 Cd 积累量最大,为 2. 122 mg /
株。 德国鸢尾根系和地上部分对 Cd的富集系数均大于 1. 0,随着 Cd 浓度的增大,德国鸢尾根系和地上部分
对 Cd的富集系数均逐渐降低,转运系数逐渐降低。
3摇 讨论
生长状况决定了地被植物的景观效益。 本试验低浓度 Cd 对德国鸢尾生长影响不大,高浓度 Cd 抑制德
国鸢尾生长,与周守标对菰和菖蒲的研究结果一致[16]。 Cd胁迫会打破植物细胞内活性氧产生与清除之间的
9612摇 7 期 摇 摇 摇 张呈祥摇 等:德国鸢尾对 Cd胁迫的生理生态响应及积累特性 摇
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平衡,导致膜脂过氧化和脱脂化作用从而破坏细胞膜结构[17],使膜透性增大、内部环境的稳定性降低(表 3),
进而对植物体造成伤害。 Cd浓度小于 5 mg / kg时德国鸢尾生长状况与对照相近(图 1,表 1),可见耐性较强、
适用于土壤修复,原因是游离脯氨酸和可溶性糖等逆境保护性物质的积累缓解了低浓度 Cd 的伤害(表 3)。
游离脯氨酸可以清除活性氧[18]并和可溶性糖共同调节渗透平衡[19]。 本试验 Cd 胁迫下德国鸢尾分蘖数降低
的原因是 Cd与 Ca竞争,影响 Ca调素的活性进而影响细胞分裂。 同时 Cd能与带负电的核酸结合,破坏核仁
结构,抑制 DNase和 RNase活性,使细胞分化受阻[20]。 德国鸢尾不同部位对 Cd 胁迫的敏感性不同,Cd 浓度
为 20 mg / kg时地上部分和根系生物量分别为对照的 68. 0%和 61. 6% (表 1),可见 Cd 对德国鸢尾根系生长
的抑制较地上部分强烈。 Cd浓度小于 1 mg / kg时德国鸢尾绿期延长、小于 10 mg / kg时花期延长(表 1),可见
Cd可以一定程度上提高德国鸢尾的景观质量。 绿期延长的原因是 Cd 胁迫下细胞活性的降低和逆境保护性
物质的积累增强了德国鸢尾的抗寒性,花期延长的原因可能是 Cd引起德国鸢尾激素调节紊乱[21]使其提前进
入生殖生长阶段。
表 4摇 Cd在德国鸢尾体内的积累和分布情况
Table 4摇 Accumulation and distribution of Cd in Iris germanica L.
Cd浓度
Cd concentration
/ (mg / kg)
Cd积累浓度
Cd concentration / (mg / kg)
地上部分
Shoot
根系
Root
富集系数 Accumulator factor
地上部分
Shoot
根系
Root
转运系数
Translocation
factor
Cd积累量
Cd accumulation / (滋g /株)
地上部分
Shoot
根系
Root
0 0. 57依0. 04f 0. 71依0. 02f 6. 83依0. 44a 8. 55依0. 25a 0. 80依0. 03a 9. 62依1. 02d 13. 45依0. 76d
0. 5 2. 59依0. 06e 3. 87依0. 05e 5. 19依0. 12b 7. 73依0. 10b 0. 67依0. 01b 43. 79依4. 11d 69. 31依0. 52d
1 4. 93依0. 11d 7. 56依0. 18d 4. 93依0. 11b 7. 56依0. 18bc 0. 65依0. 06bc 79. 86依3. 19d 134. 45依2. 12d
5 20. 98依0. 86c 35. 22依0. 86c 4. 20依0. 17c 7. 04依0. 17c 0. 6依0. 03cd 319. 89依33. 80c 591. 21依29. 15c
10 27. 78依1. 14b 64. 10依0. 59b 3. 68依0. 11cd 6. 41依0. 06d 0. 57依0. 02de 404. 42依1. 79b 952. 82依18. 24b
20 63. 22依0. 38a 119. 68依1. 59a 3. 16依0. 02d 5. 98依0. 08d 0. 53依0. 01e 724. 57依38. 60a 1397. 98依128. 14a
摇 摇 表中数值为平均值依标准误差,同列数据中不同小写字母表示差异显著(P<0. 05)
生态效应是地被植物选择与应用的重要依据。 本试验 Cd 胁迫下德国鸢尾净光合速率和蒸腾速率均降
低,与马新明[22]对烤烟的研究结果一致。 净光合速率的降低导致吸碳、释氧量降低,蒸腾速率的降低导致降
温、增湿量降低(表 2)。 本试验 Cd胁迫下德国鸢尾叶片失水使保卫细胞膨压降低[23],引起气孔关闭、净光合
速率和蒸腾速率降低。 在光合作用的过程中,叶绿素 b主要进行光能的收集,叶绿素 a主要进行光能的转化,
叶绿素 a / b值越高,则植物对光能的利用效率越高[24]。 本试验低浓度 Cd 对光合的抑制较蒸腾强烈,可见叶
绿素含量和光能利用效率降低等非气孔因素是德国鸢尾净光合速率降低的主要原因。 叶绿素含量降低的主
要原因是叶绿体片层中捕光 Chla / b鄄Pro 复合体合成受抑制,同时 Cd 抑制叶绿素合成相关酶(原叶绿素脂还
原酶、啄鄄氨基乙酰丙酸合成酶和胆色素原脱氨酶)的活性从而阻碍叶绿素的合成[25]。 光能利用效率降低的原
因是 Cd胁迫下光合合成单位及膜结合电子传递进程被破坏,导致 PSI 和 PSII 电子传递速率降低[26];同时电
子传递速率降低使反应中心激发的电子有更多传递给氧气的机会,这可能是导致植株体内活性氧积累的原
因。 Cd浓度为 20 mg / kg时净同化量和蒸腾量降低程度相近(表 2),可见高浓度 Cd 主要通过气孔因素抑制
德国鸢尾的光合作用。
Cd累积能力的大小是修复物种选择与应用的重要指标。 本试验 Cd浓度为 20 mg / kg时德国鸢尾地上部
分对 Cd的积累浓度最大,为 63. 22 mg / kg(表 4),未达到超富集植物的标准[27]。 随着 Cd浓度的增大,德国鸢
尾对 Cd的富集系数逐渐降低,原因是 Cd 与琥珀酸脱氢酶结合降低了根系呼吸作用[28],导致根系活力降低
(表 3),抑制对 Cd的吸收。 德国鸢尾体内 Cd 分布格局为根系>地上部分,将有害离子积累于根部是植物阻
止其对光合作用及新陈代谢活性毒害的一种策略[29],此策略是 Cd对德国鸢尾根系生长的抑制较地上部分强
烈的原因之一。 随着 Cd 浓度的增大,德国鸢尾对 Cd 的转运系数逐渐降低,Cd 在植物体内的运输是借
ATPase(adenosine triphosphate enzyme,ATP 酶)等的主动运输方式,随着 Cd 浓度的增大,ATPase 活性降低抑
0712 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
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制了 Cd由根系向地上部分的转运。
由以上分析可知:Cd胁迫抑制了德国鸢尾的细胞分化、降低了光合和蒸腾作用,破坏了内环境的稳定性,
使德国鸢尾的景观质量和生态效应降低;德国鸢尾对低浓度 Cd 有较强的耐性,适用于浓度小于 5 mg / kg 的
Cd污染土壤的修复。 低浓度 Cd可以延长德国鸢尾的绿期和花期。 德国鸢尾对 Cd的积累能力一般且主要积
累在根部,随着 Cd浓度的增大德国鸢尾对 Cd的富集系数和转运系数逐渐降低。
致谢:感谢李永强老师、李成亮老师对室内分析和写作给予的帮助。
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2712 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 33,No. 7 April,2013(Semimonthly)
CONTENTS
Frontiers and Comprehensive Review
Research progress on chemical communication of development and host鄄finding of nematodes
ZHANG Bin, HU Chunxiang, SHI Jin,et al (2003)
…………………………………………
………………………………………………………………………………
Principles, indicators and sampling methods for species monitoring XU Haigen, DING Hui, WU Jun, et al (2013)…………………
Autecology & Fundamentals
Spatial distribution pattern of human鄄caused fires in Hulunbeir grassland
ZHANG Zhengxiang, ZHANG Hongyan, LI Dongxue,et al (2023)
………………………………………………………………
…………………………………………………………………
Belowground biomass in Tibetan grasslands and its environmental control factors
YANG Xiujing, HUANG Mei, WANG Junbang, et al (2032)
………………………………………………………
………………………………………………………………………
Analysis on variation characteristics of air temperature and ground temperature in Guilin from 1961 to 2010
CHEN Chao, ZHOU Guangsheng (2043)
…………………………
……………………………………………………………………………………………
Winter bed鄄site selection by roe deer (Capreolus capreolus) in Huangnihe Nature Reserve
ZHU Hongqiang, GE Zhiyong, LIU Geng, et al (2054)
……………………………………………
……………………………………………………………………………
Leaf anatomical characteristics of the plants of grasslands in the Tibetan Plateau
LI Quanfa, WANG Baojuan, AN Lihua, et al (2062)
………………………………………………………
………………………………………………………………………………
A research on summer vegetation characteristics & short鄄time responses to experimental warming of alpine meadow in the Qinghai鄄
Tibetan Plateau XU Manhou, XUE Xian (2071)……………………………………………………………………………………
Cytological study on microsporogenesis of Solanum lycopersicum var. Micro鄄Tom under high temperature stress
PENG Zhen, CHENG Lin, HE Yanjun, et al (2084)
………………………
………………………………………………………………………………
A new plant height growth process model of Caragana forest in semi鄄arid loess hilly region
ZHAO Long, WANG Zhenfeng,GUO Zhongsheng,et al (2093)
……………………………………………
……………………………………………………………………
Germination inhibitory substances extracted from the seed of seven species of Quercus
LI Qingmei, LIU Yan, LIU Guangquan, et al (2104)
…………………………………………………
………………………………………………………………………………
Effects of water stress and fungicide on the growth and drought resistance of Flaveria bidentis
CHEN Dongqing, HUANGFU Chaohe, LIU Hongmei, et al (2113)
…………………………………………
………………………………………………………………
Characters of soil seed bank in copper tailings and its adjacent habitat SHEN Zhangjun, OU Zulan, TIAN Shengni, et al (2121)…
Changes of soil chemical properties after different burning years in typical steppe of Yunwun Mountains
LI Yuan, CHENG Jimin, WEI Lin, et al (2131)
………………………………
…………………………………………………………………………………
Effects of water and fertilizers on nitrate content in tomato fruits under alternate partial root鄄zone irrigation
ZHOU Zhenjiang, NIU Xiaoli, LI Rui, et al (2139)
……………………………
………………………………………………………………………………
Effect of land use on the characteristics of organic carbon and labile organic carbon in soil aggregates in Karst mountain areas
LI Juan,LIAO Hongkai,LONG Jian,et al (2147)
………
……………………………………………………………………………………
Mobilization of inorganic phosphorus from soils by five azotobacters ZHANG Liang, YANG Yuhong, LI Qian, et al (2157)…………
Physiological鄄ecological responses of Iris germanica L. to Cd stress and its accumulation of Cd
ZHANG Chengxiang, CHEN Weifeng (2165)
………………………………………
………………………………………………………………………………………
The available forms and bioavailability of heavy metals in soil amended with sewage sludge
TIE Mei, SONG Linlin, HUI Xiujuan, et al (2173)
……………………………………………
………………………………………………………………………………
LAI鄄based photosynthetic light response model and its application in a rainfed maize ecosystem
SUN Jingsong, ZHOU Guangsheng (2182)
………………………………………
…………………………………………………………………………………………
The dominant species of predatory natural enemies of three kinds of planthoppers and impact of pesticides on natural enemies
in paddy field LIN Yuan, ZHOU Xiazhi, BI Shoudong, et al (2189)……………………………………………………………
Population, Community and Ecosystem
Spatial and temporal variation of picophytoplankton in the Pearl River Estuary
ZHANG Xia, HUANG Xiaoping, SHI Zhen, et al (2200)
…………………………………………………………
…………………………………………………………………………
Analysis of the relationship between species diversity and hydrologic factors during an interval of intermittent water delivery at
the Lower Reaches of Tarim River, China CHEN Yongjin, LIU Jiazhen, CHEN Yaning, et al (2212)…………………………
Fish species composition and community pattern in the continental shelf of northwestern South China Sea
WANG Xuehui, LIN Zhaojin, DU Feiyan, et al (2225)
……………………………
……………………………………………………………………………
Distribution and succession of plant communities in Lake Bita coastal swamp on the plateau region, northwestern Yunnan
HAN Dayong, YANG Yongxing, YANG Yang (2236)
…………
………………………………………………………………………………
Analysis on community structure and quantitative characteristics of Nitraria tangutorum nebkhas at different succession stage in
lower reaches of Shiyang River JIN Hujia,MA Quanlin,HE Mingzhu,et al (2248)………………………………………………
Resource and Industrial Ecology
Effects of subsoiling and supplemental irrigation on dry matter production and water use efficiency in wheat
ZHENG Chengyan, YU Zhenwen, ZHANG Yongli, et al (2260)
…………………………
…………………………………………………………………
Effects of two years忆 incorporation of leguminous green manure on soil properties of a wheat field in dryland conditions
ZHANG Dabin, YAO Pengwei, LI Jing, et al (2272)
………………
………………………………………………………………………………
Effects of planting with ridge and furrow mulching on maize growth, yield and water use efficiency in dryland farming
LI Rong, HOU Xianqing, JIA Zhikuan, et al (2282)
………………
………………………………………………………………………………
Urban, Rural and Social Ecology
Effects of riparian buffers of North Mort of Beijing on air temperature and relative humidity
WU Fangfang, ZHANG Na,CHEN Xiaoyan (2292)
……………………………………………
…………………………………………………………………………………
Characteristics of spatial and temporal variations of global solar radiation in Xi忆an and relevant response in urban development
ZHANG Hongli,ZHANG Naweirui, LIU Minru,et al (2304)
………
………………………………………………………………………
Research Notes
A analysis of macrofungal flora diversity in Langyashan Nature Reserve, Anhui Province, China
CHAI Xinyi, XU Xuefeng, WANG Meiying, et al (2314)
………………………………………
…………………………………………………………………………

《生态学报》2013 年征订启事
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(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 33 卷摇 第 7 期摇 (2013 年 4 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA

(Semimonthly,Started in 1981)

Vol郾 33摇 No郾 7 (April, 2013)
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