全 文 ：小飞蓬对 Cd的耐性与吸收特性研究
杨帆1 , 2 , 刘 雷2 , 刘足根1 , 杨国华1 , 黄精明1 , 方红亚1＊　
(1.江西省环境保护科学研究院 ,江西南昌 330029;2.南昌大学环境科学与工程学院 ,江西南昌 330031)
摘要　[目的]分析小飞蓬的生长、生理及富集重金属的能力 ,探索小飞蓬对Cd污染的生理响应机制与耐性机理。[方法] 采用水培试验
方法 ,研究了 5个Cd浓度(0、25、50、75、100μmol/L)处理对小飞蓬(赣南钨矿区优势植物)生长、叶绿素含量和吸收Cd的影响。[结果] 当
Cd浓度为 25和 50μmol/ L时小飞蓬能正常生长 ,各生长指标与对照(0μmol/L)相比差异均不显著。当Cd浓度达到75和100μmol/L时植
物生长缓慢、植株矮小。小飞蓬对Cd吸收有很强的分异特征 ,能将更多重金属积累在植物地上部。小飞蓬地上部和根系的Cd含量随
营养液Cd浓度的增加而增加 ,当Cd浓度为 75μmol/L时 ,植物地上部Cd吸收总量达到最高 ,为 118.87 mg。[结论]小飞蓬对修复低、中
浓度Cd污染的土壤具有一定潜力。
关键词　小飞蓬;Cd;耐性;吸收;植物修复
中图分类号　Q948.12　　文献标识码　A　　文章编号　0517-6611(2008)06-02501-03
Tolerance and Adsorption Characteristic of Conyza canadensis to Cadmium
YANG Fan et al　(Jiangxi Provincial Academy of Environmental Protection Sciences , Nanchang , Jiangxi 330029)
Abstract 　[Objective] The purposewas to analyze the growth and physiology of Conyza canadensis L.and its ability on enriching heavy metal and ex-
plore its physiological response and tolerancemechanisms to Cd pollution.[Method] The experimental method of water culture was used to study the influ-
ences of 5 concentration treatments(0 , 25 , 50 , 75 and 100μmol/L)of Cd on the growth , chlorophyll content and Cd absorption of C.Canadensis(dom-
inant plant inwolframmine area of southern Jiangxi).[ Result] When Cd concentrationswere 25 and 50μmol/ L, C.Canadensis could grow normally and
compared with CK(0μmol/L), the differences on various indices were not significant.When Cd concentration reached 75 and 100μmol/ L, the plant
grew slowly and was small.C.Canadensis had very strong differentiation characteristics on Cd absorption and could accumulate more heavy metal in its
aerial part.The Cd contents in the aerial part and root of C.Canadensis increased alongwith the increment of Cd concentration in nutrient solution.When
Cd concentration was 75μmol/L , the total quantity of Cd absorption in the aerial part of plant reached the highest of 118.87 mg.[ Conclusion] C.
Canadensis had some potential on remedying the soil polluted by Cd with low and middle concentrations.
Key words　Conyza canadensis L.;Cd;Tolerance;Adsorption;Phytoremediatio
基金项目　江西省环保局项目(200602)。
作者简介　杨帆(1983-),男 ,江西吉安人 ,硕士研究生 ,研究方向:环
境修复。 ＊通讯作者。
收稿日期　2007-07-19
　　镉是环境中对植物 、动物以及人类毒性最强的重金属元
素之一 ,镉污染土壤的治理一直是备受关注的热点[ 1-2] ,镉
被列为我国优先控制污染的 8种重金属元素之一[ 3] 。然而 ,
以传统的理化方法治理污染土壤造价高昂 ,易破坏土壤结构
和造成二次污染[ 4-6] 。近年来颇受关注的植物修复(Phytore-
mediation)技术具有技术经济上的双重优势 ,已成为国际学术
界研究的热点问题[ 7-10] 。目前 ,国外植物修复已成为商品化
技术[ 7] ,而我国植物修复还在实验阶段[ 11] 。
超富集植物筛选是重金属污染土壤植物修复的基础和
核心问题 ,同时也是污染环境植物修复的难点及前沿[ 12] 。
国际上目前虽已发现近 500种超富集植物 ,但公认的镉超富
集植物只有 2种 ,即印度芥菜(Brassica juncea)[ 13]和十字花科
的天蓝遏蓝菜(Thlaspicaerulesens)[ 14] 。这些植物的生长具有
很强的地域性 ,很难大面积生长 。近几年 ,我国已有研究者
陆续报道了镉超富集植物油菜 、龙葵 、商陆和宝山堇
菜[ 15-18] ,可这些发现的超富集植物一般生长缓慢 、植株矮小
和地上部生物量小 ,在实际应用中受到很大的限制。解决这
个问题的方法有两种 ,一是寻找生物量大的超富集植物 ,二
是采用生物量大的中等富集植物 ,通过一些调控措施来增加
富集浓度 ,如利用鳌合剂来提高植物对镉的富集[ 19-20] 。赣
南钨矿区菊科植物小飞蓬(Conyza Canadensis L)在含大量Cd、
Mo 、W等的胁迫环境下保持了很强的生长优势 ,该植物生长
迅速且生物量大。以往有研究表明 ,小飞蓬对Cu和Mn具有
一定的耐性和富集能力[ 21-22] 。因此 ,笔者采用水培试验研
究小飞蓬在不同浓度 Cd 污染条件下的生长状况 、对重金属
Cd的富集能力 ,旨在筛选修复重金属 Cd污染土壤的植物 ,
探索小飞蓬对 Cd污染的生理响应机制与耐性机理 ,以期为
重金属污染植物修复技术提供依据 。
1　材料与方法
1.1　试验材料　小飞蓬种子采自江西大余县漂塘钨矿(E
113°50 09” ,N 25°10 16”)的尾砂库区 ,当地年平均温度18.5
℃,年降雨量 1 563 mm ,属中亚热带季风湿润气候区 ,库区面
积有 0.34 km2。
1.2　试验方法　植物培养试验在光照培养箱中进行 ,培养
箱条件如下:温度 25℃/20℃(昼/夜),相对湿度 65%～ 70%,
每天光照 12 h ,光强 1.5×104 lux。将小飞蓬种子播种于 1∶1
(V/V)珍珠岩和蛭石混合的育苗盘中 ,每天喷洒蒸馏水维持
基质的湿润。种子出芽 10 d后 ,喷洒 25%的Hoagland营养液
以供生长所需养分。30 d后将大小一致 、长势良好的幼苗移
栽到含 1L Hoagland营养液的培养盆中预培养。完全营养液
的组成为(μmol/L):Ca(NO3)2 1 000、MgSO4 500、KCl 100 、
K2HPO4 50、H3BO3 10、ZnSO4 5、MnSO4 1.8 、CdSO4 0.31、Na2MoO4
0.2、NiSO4 0.5、Fe-EDTA 50。每 3 d更换一次营养液 ,每天用
0.1mol/L NaOH或 0.1 mol/L HCl调节 pH 值至 5.8左右 ,保
持 24 h通气。预培养 18 d后进行不同Cd浓度的处理 ,设定
Cd浓度分别为 0(CK①)、25(②)、50(③)、75(④)、100(⑤)
μmol/L 5个处理 ,以 CdCl2 的形态加入 ,每个处理设 3次重
复 ,连续培养 40 d后收获。
1.3　测定方法　植物收获前采用丙酮提取 ,分光光度法测
定功能叶叶绿素的含量[ 23] 。植株收获后记录植物株高 、根
长 ,分别用自来水和去离子水洗净 ,于 105℃杀青 30 min , 80℃
下烘 2 h ,称其重量 ,将植物分为地上部和根系两部分 ,粉碎
安徽农业科学 , Journal of Anhui Agri.Sci.2008 , 36(6):2501-2503　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　责任编辑　李玮　责任校对　李玮
后过 80目筛 ,采用HNO3∶HClO4(8∶2)消解 , ICP-AES法(美国
Perkin Elmer公司 ,optima2100DV)测定重金属含量 。
1.4　数据分析　耐性指数[ 24] TI(%)=(重金属处理中植物
的生物量/对照的生物量)×100%;转移系数[ 25] =地上部分
重金属含量/地下部分重金属含量。试验数据采用SPSS 13.0
统计软件进行方差分析(ANOVA)和 LSD检验。文中数据均
为 3次重复的平均值。
2　结果与分析
2.1　小飞蓬生长状况　不同浓度的Cd处理对小飞蓬的生
长产生一定的影响(表 1)。从表 1可见 ,小飞蓬的株高和地
上部生物量在不同处理下反应一致。在低(25 μmol/L)、中
(50μmol/L)浓度处理下有小幅度上升 ,然后随营养液 Cd浓
度的增加而逐渐下降;高浓度处理(75、100μmol/L)下小飞蓬
的株高和地上部生物量低于CK处理(0μmol/L),达到显著性
差异(p<0.05),表明小飞蓬受其毒害作用影响显著。小飞
蓬的根长和根系干重随 Cd浓度的增加反而呈下降的趋势 ,
在低(25μmol/L)、中(50 μmol/L)浓度中根长和根系干重略低
于对照 ,但差异不显著;而在高浓度处理下(75、100 μmol/L)
根长和根系干重差异显著(p <0.05)。另外 ,小飞蓬在高浓
度处理下(75、100 μmol/L),总干重明显减少 ,差异显著(p <
0.05)。这可能是随着 Cd浓度的增加 ,毒害作用逐渐增强导
致的结果。由于 Cd是植物的非必需元素 ,对植物生长 、发育
和繁殖会产生一定的抑制作用 ,当 Cd进入植物体并积累到
一定程度时 ,会使植物呈现发育迟缓 、叶片变小 、卷曲 、叶颜
色萎黄等不良生长状态[ 26] 。但不同植物对 Cd的耐性不同 ,
表1　不同 Cd处理对小飞蓬生长的影响
Table 1 Influence of different treatments of Cd on the growth of Conyza canadensis L.
处理
Treatment
株高∥cm
Plant height
最长根长∥cm
Longest root length
地上部干重∥g
Dry weight of shoot
根系干重∥g
Dry weight of root
总干重∥g
Total dry weight
TI∥%
① 68.30 b 12.60 a 3.477 0 b 　　　2.658 6 a 6.135 6 a -
② 70.50 a 12.46 a 3.608 0 a 2.335 3 abc 5.943 3 a 96.87
③ 70.90 a 12.23 a 3.615 6 a 2.108 6 b 5.724 2 a 93.29
④ 63.50 c 11.00 b 3.169 3 c 1.916 0 b 5.085 3 b 82.88
⑤ 61.00 d 10.23 c 2.864 9 d 1.636 6 c 3.273 2 c 53.35
　注:不同字母间表示差异显著(p<0.05)。下同。
　Note:Different letters indicate significant differences(P<0.05).The same as below .
出现中毒时 Cd的临界浓度也不同 。耐性指数能较好地反映
植物对重金属的耐性 ,指数值越高 ,表明该植物的生物量所
受影响越小 ,对重金属的耐性越强[ 27] 。从表中数据来看 ,小
飞蓬耐性指数较高 ,尤其在低(25 μmol/L)、中(50 μmol/L)浓
度处理下并没有受到明显的毒害 。
2.2　小飞蓬叶绿素含量变化　植物叶片叶绿素的含量是植
物生长和生理代谢的重要标志 ,叶绿素含量高低在一定程度
上反映了光合作用的水平。Cd对叶绿体的破坏可能是由于
Cd沉积在内囊体上并与膜上蛋白体结合进而破坏叶绿体酶
系统 ,阻碍叶绿素合成[ 28] 。从图 1可知 ,随着 Cd浓度的增
加 ,叶绿素 a 、b含量均逐渐降低 ,但变化不明显。因此 ,小飞
蓬在含Cd介质下生长 ,可降低叶绿素含量 ,但毒害的临界浓
度可能较普通植物高 。
图 1　不同 Cd处理对小飞蓬叶绿素含量的影响
Fig.1　Effects of different treatments of Cd on content of chlorophyll
in leaves
2.3　小飞蓬富集 Cd的特征　如表 2所示 ,小飞蓬地上部Cd
和根系的Cd含量随Cd浓度的增加而增加。地上部 Cd含量
在浓度为 75和 100μmol/L时 ,增幅较大 ,分别增加了 80.98%
和 67.82%。当外源 Cd浓度达到 75μmol/L时 ,地上部 Cd浓
度含量与低(25μmol/L)、中(50 μmol/L)浓度处理相比差异达
显著水平(p <0.05);外源 Cd浓度继续增加至 100 μmol/L
时 ,小飞蓬地上部和根系中Cd含量达到最高 ,分别为对照的
209.7和 168.6倍。从转移系数来看 ,小飞蓬对 Cd的吸收有
很强的分异特征 ,其吸收的Cd主要富集于地上部。植物的
转移系数越高 ,就越能有效地将环境中的重金属提取到容易
收割的地上部分。小飞蓬体内可能存在更多的离子转运蛋
白 ,能把暂时贮存的 Cd装载到木质部导管 ,促进Cd向木质
部装载 ,从而使Cd易向上运输和富集。
小飞蓬地上部的吸收总量(地上部生物量×地上部重金
属浓度)是评价小飞蓬修复重金属污染土壤潜力的指标[ 29] 。
实验结果表明(表 2),在外源Cd浓度达 75μmol/L时 ,小飞蓬
地上部的Cd吸收总量最高 ,为118.87 mg ,显著高于其他处理
(p<0.05)。该试验中植物地上部的 Cd积累量随着Cd处理
浓度的增加而显著增加;尽管小飞蓬地上部浓度随着Cd浓
度的增大而增加(100 μmol/L),但由于 Cd对小飞蓬的毒性也
不断增加 ,导致其生物量明显下降 ,吸收总量也呈下降趋势。
小飞蓬地上部Cd吸收总量与营养液Cd浓度符合二项
式拟合曲线 , y =-0.014 7 x2 +2.489x +3.845 4 ,相关系数
R2=0.934 4。式中 , y为小飞蓬地上部Cd的吸收总量(mg);
x为营养液 Cd浓度(μmol/L)。由图 2可知 ,随着营养液Cd
浓度的增加 ,地上部Cd吸收总量呈先上升后下降趋势 ,在Cd
浓度为 75 μmol/L时 ,小飞蓬地上部 Cd累积总量达到最高 。
可见在 5个处理中 ,当营养液 Cd浓度在 75 μmol/L左右时 ,
小飞蓬具有最佳的修复潜力。
2502 　　　　　　　　　　　　　安徽农业科学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2008年
表2　不同 Cd处理下小飞蓬的富集情况
Table 2　Accumulation of Conyza canadensis L.in different treatments of Cd concentration
处理
Treatment
地上部 Cd含量
mg/ kg
Cd content in shoot
根系Cd含量∥mg/ kg
Cd content in root
转移系数
Transfer coefficient
地上部吸收总量∥mg
Gross absorption of shoot
根系吸收总量∥mg
Gross absorption of root
总吸收量∥mg
Gross absorption
① 　　　0.30 d 　　　0.20 c 1.49 　　　　1.05 d 　　　　0.53 b 　　　　　1.58 d
② 18.85 c 20.60 ac 0.92 68.02 c 48.29 ab 116.31 c
③ 20.71 c 16.59 bc 1.27 74.90 c 35.08 ab 109.98 c
④ 37.48 b 26.04 ab 1.70 118.87 a 49.90 a 190.71 a
⑤ 62.90 a 33.71 a 1.88 102.97 b 55.17 a 158.14 b
图 2　小飞蓬地上部 Cd吸收总量随浓度变化的关系曲线
　Fig.2 Connection Curve of total Cd contents absorbed in shoots of
Conyza Canadensis L.and treatment of Cd concentrations
3　结论
(1)低 、中浓度Cd处理下小飞蓬能正常生长 ,各生理性
指标与对照差异均不显著 ,当Cd浓度达到 75和 100 μmol/L
时植物出现生长缓慢 、植株矮小现象。
(2)随着Cd处理浓度的增加 ,叶绿素 a 、b含量均逐渐降
低 ,但差异均不显著。
(3)小飞蓬对Cd的吸收有很强的分异特征 ,其吸收的Cd
主要富集于地上部。
(4)小飞蓬地上部和根系的 Cd含量随营养液Cd浓度的
增加而不断增加。较高浓度处理下小飞蓬生物量的下降影
响了其吸收总量 ,在 Cd浓度为 75 μmol/L时 ,小飞蓬地上部
Cd吸收总量达到最高 ,修复效果最佳。
(5)根据Brooks对超富集植物的定义[ 30] ,植物含Cd须在
100mg/kg以上 ,该试验中小飞蓬达不到这一要求 ,但由于其
生物量大 ,生长迅速 ,植株 Cd吸收总量较高 ,在 Cd污染土壤
的植物修复中具有一定应用价值。该试验为水培试验初步
探讨 ,还需要在污染生态区进一步试验研究。
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