全 文 ：生态环境学报 2011, 20(10): 1485-1490 http://www.jeesci.com
Ecology and Environmental Sciences E-mail: editor@jeesci.com
基金项目：国家自然科学基金项目（30860067）；国家林业局西南地区生物多样性保育重点实验室基金项目（2006kj）；西南林业大学大型仪器
设备共享平台资助
作者简介：李彪（1987 年生），男（彝族），硕士研究生，研究方向为植物学。E-mail: biaobiao201@163.com
*通信作者：熊智（1965 年生），男，教授，主要研究方向微生物学和分子生物学、农林产品二次资源利用。E-mail: zhix65.swfc@gmail.com
收稿日期：2011-06-20
会泽铅锌尾矿区自然生长的 3 种豆科植物铅锌耐性的研究
李彪，熊智*，王金华，汪姝，孙浩，缪福俊
西南林业大学资源学院，西南山地森林资源保育与利用省部共建教育部重点实验室，云南 昆明 650224

摘要：为了解会泽铅锌尾矿区自然发生的豆科植物对重金属的耐性，研究了该地区自然发生的 3 种豆科植物在 Pb2+/Zn2+单
盐和双盐胁迫下种子萌发及其幼苗生长的情况。研究表明：在本实验所设的浓度范围内，Pb2+/Zn2+单独胁迫时，对供试植物
种子及幼苗的生长主要表现为抑制作用，除苕子(Vicia Cracca L.)外，金属离子的质量浓度越大抑制作用越强；Pb2+/Zn2+共
同胁迫时出现复杂的交互作用。对于苕子的种子及幼苗的生长，Pb2+/Zn2+呈现明显的相互加强抑制作用；对于其它 2 种植物，
当 Zn2+浓度在低质量浓度时，Pb2+似乎对 Zn2+抑制有缓解作用，同样当 Pb2+浓度在低质量浓度时，Zn2+似乎对 Pb2+抑制有缓
解作用，但是当 Pb2+/Zn2+高浓度时，Pb2+/Zn2+呈现明显的相互加强抑制作用。不论是单盐还是双盐，苕子对的耐性最强，其
次为白三叶(Trifolium repens L.)，紫花苜蓿(Medicago sativa L.)最弱。会泽铅锌尾矿区重金属含量高是该区植被恢复的最大障
碍，进一步研究植物对 Pb2+及 Zn2+的耐受性对于铅锌尾矿区的植被恢复有极其重要的意义。
关键词：铅锌胁迫；自然发生植物；种子萌发；幼苗生长；铅锌耐性
中图分类号：X171.5 文献标志码：A 文章编号：1674-5906（2011）10-1485-06
会泽铅锌矿是川滇黔铅锌成矿区的大型富铅
锌矿床的典型代表之一，在云南有色金属工业发展
中处于举足轻重的地位[1]。然而，经过 40 多年的开
发，该矿山资源消耗、土壤重金属污染严重，植被
退化，亟待生态恢复[2-3]。会泽尾矿区植被恢复的最
主要限制因子是重金属胁迫和养分短缺[4-6]，因此选
择性地种植一些重金属耐性植物是该区植被恢复
的重要前提。调查发现在会泽铅锌尾矿区，三叶草
(Trifolium repens L.)、苕子(Vicia Cracca L.)、紫花苜
蓿(Medicago sativa L.)可以自然生长，这些豆科植物
在尾矿区植被演替过程中起到先锋植物的作用[7]。
据报道，铅、锌对某些水生植物、紫花苜蓿、萝卜
和蒲公英植物种子萌发及幼苗生长有低浓度促进，
高浓度抑制的现象[8-11]。铅锌重金属对会泽自然发
生的 3 种豆科植物是否有同样的规律值得研究。本
研究通过会泽铅锌尾矿区自然生长的 3 种优势豆科
植物对铅锌的耐性实验，以期发现 3 种豆科植物对
铅锌的响应规律，为会泽地区铅锌尾矿区植被恢复
和土壤改良提供依据。
1 材料与方法
1.1 实验材料和仪器
本实验所用的白三叶（Trifolium repens L.）、
苕子（Vicia Cracca L.）、紫花苜蓿（Medicago
sativa L.）3 种供试植物种子均采集自会泽尾矿
区自然生长的优势豆科植物。分析纯 Pb(NO3)2
（天津市风船化学试剂科技有限公司）、分析纯
Zn(NO3)2·6H2O（天津市协和昊鹏色谱科技有限
公司），分析纯 NaClO（天津市风船化学试剂科
技有限公司），Beckman AvantiTM J-25 离心机
（由西南林业大学大型仪器设备共享平台提
供）。
1.2 实验方法
1.2.1 处理液的配制
配制 Pb(NO3)2 培养液，有效 Pb2+的质量浓度梯
度为：0、100、200、400、800、1 600 mg·L-1。配
制 Zn(NO3)2·6H2O 培养液，有效 Zn2+的质量浓度梯
度为：0、100、200、300、400、500 mg·L-1。将以
上 Pb2+及 Zn2+各浓度培养液进行两两正交配成不同
Pb2+及 Zn2+处理液，保持处理液中 Pb2+及 Zn2+的终
浓度不变。
1.2.2 种子预处理
将 3 种供试植物种子都冲洗干净，分别用体积
分数 5%的次氯酸钠浸泡 20 min，再用无菌水冲洗
4~5 次，最后用蒸馏水浸泡 2 h，使种子吸胀利于
发芽。
1.2.3 种子萌发实验
在处理好的 3 种种子中挑选颗粒饱满、无裂口
完好无损的种子。分别放入铺有滤纸的平皿(d=120
mm)中，每皿放 30 颗。分别倒入各浓度的 Pb2+及
Zn2+处理液，每种处理做 3 个平行实验，并设对照
DOI:10.16258/j.cnki.1674-5906.2011.10.005
1486 生态环境学报 第 20 卷第 10 期（2011 年 10 月）
实验。
将平皿放在恒温培养床上暗培养，温度设为 25
℃，自置床起计时，到发芽时定期观察。每 24 h 观
察 1 次种子的生长情况并补充液体，始终保持滤纸
浸湿。种子发芽第 3 天时统计种子发芽数，计算发
芽势；第 5 天时再统计发芽数，计算发芽率。
发芽势＝前 3 d 正常发芽的种子数/供试种子数
×100%
发芽率＝前 5 d 正常发芽的种子数/供试种子数
×100%
1.2.4 铅锌对幼苗生长的影响
与张凤云等[12]所用的方法相似，采用培养皿滤
纸法，与种子萌发实验不同的是每皿选用 15 粒处
理过并且露白整齐一致的种子，于 25 ℃恒温培养
床上暗培养。对照用水处理，每种处理设置 3 个重
复。自置床起开始计时，96 h 后测定苗高及根长，
测定的根长为子叶下胚轴的长度，高度为子叶到幼
苗顶尖的距离。计算提取物对苗高生长抑制率及对
根长生长抑制率时，各处理用的苗高及根长均为该
处理后幼苗的平均值，计算公式如下：
苗高生长抑制率=(对照组苗高-实验组苗高)/对
照组苗高×100%
根长生长抑制率=(对照组根长-实验组根长)/对
照组根长×100%
1.2.5 数据处理分析
所有数据用 PASW Statistics 18 进行方差分析。
即：以 Pb 和 Zn 为因子，分别对发芽势、发芽率、
苗高生长抑制率、根长生长抑制率进行单因素和双
因素的方差分析。
2 结果与分析
2.1 Pb2+及 Zn2+胁迫下种子萌发实验结果
苕子种子对 Pb2+及 Zn2+的抗性实验结果见图 1。
对单盐试验的单因素方差分析和多重比较
LSD 分析表明：Zn2+离子的有无对苕子的发芽势及
发芽率的影响显著，但是多重比较结果显示 Zn2+离
子质量浓度增加对苕子的发芽势及发芽率影响很
小；Pb2+离子的有无和质量浓度对苕子的发芽势及
发芽率影响都很小（方差分析结果略）。
双盐试验的方差分析表明：双盐对苕子的发芽
势及发芽率显著的影响，同时 Pb2+及 Zn2+对苕子的
发芽势及发芽率存在交互作用，交互作用关系为协
同抑制关系。Zn2+离子质量浓度固定情况下，苕子
的发芽势及发芽率与 Pb2+离子质量浓度呈负相关，
同样，Pb2+离子质量浓度固定情况下，苕子的发芽
势及发芽率与 Zn2+离子质量浓度呈负相关。
紫花苜蓿种子对 Pb2+及 Zn2+的抗性实验结果见
图 2。
对单盐试验的单因素方差分析和多重比较
LSD 分析表明：Zn2+离子的有无和质量浓度对紫花
苜蓿种子的发芽势及发芽率有极大的影响；Pb2+离
子的有无和质量浓度对紫花苜蓿的发芽势及发芽
率有显著的影响（方差分析结果略）。
双盐试验的方差分析表明：双盐对紫花苜蓿的
发芽势及发芽率显著的影响，同时 Pb2+及 Zn2+对紫
花苜蓿的发芽势及发芽率存在交互作用，交互作用
关系较为复杂。当 Zn2+离子质量浓度在 100~300
mg·L-1 范围内，Pb2+对紫花苜蓿发芽势及发芽率抑
制随 Zn2+离子质量浓度增加而减弱，其交互关系似
乎是 Zn2+离子起到减轻 Pb2+离子毒性作用，但是当
Zn2+离子质量浓度超过 300 mg·L-1 时，其交互关系
表现为协同抑制作用。当 Pb2+离子质量浓度在
100~300 mg·L-1 范围内，Zn2+对紫花苜蓿发芽势及
发芽率抑制随 Pb2+离子质量浓度增加而减弱，其交
互关系似乎是 Pb2+离子起到减轻 Zn2+离子毒性作
用，但是当 Pb2+离子质量浓度超过 300 mg·L-1 时，
其交互关系表现为协同抑制作用。

图 1 Pb2+、Zn2+胁迫下苕子种子的发芽势与发芽率
Fig.1 The germination vigor and germination percentage of Vicia Cracca L. seeds under Pb2+ and Zn2+ stress
李彪等：会泽铅锌尾矿区自然生长的 3 种豆科植物铅锌耐性的研究 1487
白三叶种子对 Pb2+及 Zn2+的抗性实验结果见
图 3。
对单盐试验的单因素方差分析和多重比较
LSD 分析表明：Zn2+离子的有无和质量浓度对白三
叶种子的发芽势及发芽率有极大的影响；Pb2+离子
的有无和质量浓度对白三叶的发芽势及发芽率有
显著的影响。
双盐试验的方差分析表明：双盐对白三叶的发
芽势及发芽率有显著的影响，同时 Pb2+及 Zn2+对白
三叶的发芽势及发芽率存在交互作用，交互作用关
系较为复杂，双盐对白三叶的发芽势及发芽率影响
与对紫花苜蓿种子的发芽势及发芽率极为相似。
即：当 Zn2+离子质量浓度在 100~300 mg·L-1 范围内，
Pb2+对白对发芽势及发芽率抑制随 Zn2+离子质量浓
度增加而减弱，其交互关系似乎是 Zn2+离子起到减
轻 Pb2+离子毒性作用，但是当 Zn2+离子质量浓度超
过 300 mg·L-1 时，其交互关系表现为协同抑制作用。
当Pb2+离子质量浓度在100~300 mg·L-1范围内，Zn2+
对白对发芽势及发芽率抑制随 Pb2+离子质量浓度增
加而减弱，其交互关系似乎是 Pb2+离子起到减轻
Zn2+离子毒性作用，但是当 Pb2+离子质量浓度超过
300 mg·L-1 时，其交互关系表现为协同抑制作用。
2.2 Pb2+及 Zn2+胁迫下幼苗生长实验结果
Pb2+及 Zn2+苕子幼苗生长的抑制实验结果见
图 4。
对单盐试验的单因素方差分析和多重比较
LSD 分析表明：Zn2+离子的有无对苕子的根和高生
长有较显著的影响，但是 Zn2+离子质量浓度对苕子
的根和高生长的影响不显著。Pb2+离子的有无对苕
子的根和高生长有显著的影响，但是低质量浓度的
Pb2+离子对根和高生长没有显著的抑制作用，当
Pb2+离子质量浓度达到 400 mg·L-1，苕子的根和高
生长受到显著的抑制。
双盐试验的方差分析表明：双盐对苕子的根和
高生长有极为显著的影响，同时 Pb2+及 Zn2+对苕子
的根和高生长存在交互抑制作用，交互作用关系为

图 3 Pb2+、Zn2+胁迫下白三叶种子的发芽势与发芽率
Fig.3 The germination vigor and germination percentage of Trifolium repens L. seeds under Pb2+ and Zn2+ stress

图 2 Pb2+、Zn2+胁迫下紫花苜蓿种子的发芽势与发芽率
Fig.2 The germination vigor and germination percentage of Medicago sativa L. seeds under Pb2+ and Zn2+ stress

1488 生态环境学报 第 20 卷第 10 期（2011 年 10 月）
典型的协同抑制关系。Zn2+离子质量浓度固定情况
下，Pb2+离子质量浓度有对苕子的根和高生长抑制
的增强作用，同样，Pb2+离子质量浓度固定情况下，
苕子的根和高生长随 Zn2+离子质量浓度增加而显
著下降。
Pb2+及 Zn2+对白三叶幼苗根和高生长抑制实验
结果见图 5。
单盐对白三叶根和高生长抑制与对白三叶种
子的发芽势及发芽率的抑制的结果类似。单因素方
差分析和多重比较 LSD 分析表明：对单盐试验的：
Zn2+离子的有无和质量浓度对白三叶根和高生长有
很大的抑制作用；Pb2+离子的有无和质量浓度对白
三叶的根和高生长有极显著的抑制作用。
双因素方差分析表明：双盐对白三叶根和高生
长有显著的抑制作用。Zn2+离子的质量浓度为 100
mg·L-1 时，似乎可以明显抵消 Pb2+离子对白三叶的
根和高生长的抑制作用；同样，Pb2+离子质量浓度
为 100 mg·L-1 时，同样似乎可以缓解 Zn2+离子对白
三叶的根和高生长的抑制作用。但在总体上，Pb2+
和 Zn2+离子可以明显抑制白三叶的根和高生长。
Pb2+及 Zn2+对紫花苜蓿幼苗根和高生长抑制实
验结果见图 6。
单因素方差分析和多重比较 LSD 分析表明：
Zn2+离子的有无和质量浓度对紫花苜蓿根和高生
长有极显著的抑制作用；同样 Pb2+离子的有无和质
量浓度对紫花苜蓿的根和高生长有极显著的抑制
作用。
双因素方差分析表明：双盐对紫花苜蓿的根和
高生长有显著的抑制作用。与白三叶不同的是在双
盐作用下，不论是 Zn2+离子或 Pb2+离子质量浓度达
到 100 mg·L-1 时，紫花苜蓿的根和高生长已经达到
极大值，双盐再增加质量浓度，根和高生长的抑制
曲线趋于平缓。
3 结论
（1）Pb2+及 Zn2+对 3 种供试种子的萌发及其幼
苗生长主要表现为抑制作用，极少有促进作用，该

图 4 Pb2+、Zn2+对苕子幼苗生长的抑制率（%）
Fig.4 The inhibitory percentage of Pb2+ and Zn2+ to seedling of Vicia Cracca L

图 5 Pb2+、Zn2+对白三叶幼苗生长的抑制率（%）
Fig.5 The inhibitory percentage of Pb2+ and Zn2+ to seedling of Trifolium repens L

李彪等：会泽铅锌尾矿区自然生长的 3 种豆科植物铅锌耐性的研究 1489
结果与植物耐重金属的相关文献报道结果一致。
（2）3 种植物中，种子萌发和幼苗生长耐深受
的能力最大的为苕子，白三叶和紫花苜蓿不耐 Pb2+、
Zn2+单盐和双盐。用豆科植物进行铅锌尾矿区植被
恢复，选用苕子较为适宜。
（3）混合双盐 Pb2+和 Zn2+离子对种子萌发和幼
苗生长表现为较为复杂的交互作用，但总的趋势是
Pb2+加强对 Zn2+的抑制作用，同样 Zn2+加强对 Pb2+
的抑制作用。
（4）锌元素有利于吲哚乙酸等植物生长素的形
成，促进植物生长，但是大量在植物根和茎中的富
集会抑制植物的生长。Pb2+/Zn2+双胁迫白三叶幼苗
生长实验中，100 mg·L-1 的 Pb2+和 100 mg·L-1 的 Zn2+
混合处理，Pb2+/Zn2+对白三叶幼苗生长的抑制率出
现了负值，说明这两种处理不但没有受抑制下白三
叶的生长，反而起到了促进作用，可能原因是 Pb2+
和 Zn2+之间相互缓解毒性，而且低浓度的 Zn2+或者
Pb2+为白三叶生长过程所需的元素。
4 讨论
种子的萌发和幼苗生长的能量主要是靠包括
淀粉酶在内的各种酶对贮藏物质进行水解进行提
供能量，胚根从种子里出现，氧的作用明显增加，
这说明 Zn2+可能主要是通过影响淀粉酶的合成去
影响种子萌发中能量的供应[13]。混合双盐 Pb2+和
Zn2+离子对种子萌发和幼苗生长表现为较为复杂的
交互作用，本文并不能揭示其交互作用的机制，有
待进一步研究。对于供试植物种子及幼苗对
Pb2+/Zn2+的耐性机理应进一步研究，目前已有拟南
芥种子对铅响应机理研究的报道[14]。相关文献报
道，富集重金属后，小麦中重金属含量由大到小的
顺序为 Zn，Pb，Cu，Cd [15]，本研究的供试植物对
Pb2+/Zn2+的富集情况有待进一步研究，供试植物在
尾矿土壤上的生长情况及对尾矿区植被恢复的作
用也需进一步研究。

致谢：西南林业大学周军教授在英文翻译部分提出
宝贵意见，龚秀会实验师对本实验提供了大力帮
助，在此致以衷心的感谢。

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图 6 Pb2+、Zn2+对紫花苜蓿幼苗生长的抑制率（%）
Fig.6 The inhibitory percentage of Pb2+ and Zn2+ to seedling of Medicago sativa L

1490 生态环境学报 第 20 卷第 10 期（2011 年 10 月）
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Tolerance to Pb2+ and Zn2+ of three local legumes species growing in lead-zinc
mining tailing of Huize

LI Biao, XIONG Zhi*, WANG Jinhua, WANG Shu, SUN Hao, MIAO Fujun
Key Laboratory for Forest Resources Conservation and Use in the Southwest Mountains of China, Ministry of Education,
Faculty of Resources, Southwest Forestry University, Kunming, Yunnan 650224, China

Abstract: In this paper, the effects of Pb2+/Zn2+ on seed germination and seedling growth of three legumes species which occurred
naturally in lead-zinc mining tailings in Huize were studied. The result showed that, under Pb2+ or Zn2+ stress, the seed germination
and seedling growth of three plants were inhibited under concentration of Pb2+-Zn2+ on this paper, and except Vicia Cracca, the
higher concentration of heavy metal ion was, the stronger inhibition was exerted on two others. Under double Pb2+-Zn2+salts, the
complicated interaction existed commonly among the experiment plants. For Vicia Cracca, the interaction on the seed germination
and seedling growth was increased strongly under interaction of Pb2+ and Zn2+. When the concentration of Zn2+ was low, the
inhibition of Pb2+ was alleviated by Zn2+ in two others. Similarly, when the concentration of Pb2+ was low, the inhibition of Zn2+ was
alleviated by Pb2+, but the concentration of Pb2+ or Zn2+ both were high, the inhibition on the seed germination and seedling growth
were enhanced by each other. The result aslo showed that, the tolerance capability to Pb2+/Zn2+ of Vicia Cracca was the strongest
under the stress of single salt or double salts, the tolerance capability of Trifolium repens in the second, and Medicago sativa showed
the weakest tolerance capability to Pb2+/Zn2+. It is difficult to recover vegetation of lead-zinc tail mining of Huize because high
content heavy metal, so further study on plant tolerated to Pb2+ and Zn2+ are very important significance for the vegetation restoration
of lead-zinc tail mining.
Key words: Pb2+ and Zn2+ stress; local legumes species; seed germination; seedling growth; tolerance to Pb2+ and Zn2+