（植物营养学专业论文）Cu、Pb及其交互作用对鱼腥草生理生态效应的研究.pdf

摘要 通过野外调查、营养液培养和土壤培养试验，进行了c u 、p b 及其交互作用对鱼 腥草生理生态效应的研究。本研究分别就不同类型土壤c u 、p b 含量对鱼腥草累积c u 和p b 的影响，c u 、p b 及其交互作用对鱼腥草生长发育及c u 、p b 在鱼腥草体内累积、 迁移和分配的影响，c u 、p b 及其交互作用对鱼腥草生理生化特性及微量元素吸收的 影响进行了探讨。研究结果表明： 1 、在黄壤和水稻土中c u 、p b 在鱼腥草地下茎中的累积表现为协同作用，在地上 茎和叶中的累积表现为拮抗作用；在紫色土中c u 、p b 在鱼腥草体内的累积主要表现 为协同作用。表明在自然条件下在不同的土壤类型上，c u 、p b 在鱼腥草各部位的累 积具有不同的交互作用类型。 2 、生长介质中添加少量的c u 可以促进鱼腥草的生长发育，当营养液中c u 的处理 浓度达到3 2 m g l 则抑制鱼腥草生长，出现中毒症状。p b 抑制鱼腥革的生长发育， 当营养液中处理浓度达到? 5 0 m g l 时，植株枯死。c u p b 交互作用对鱼腥草生长具有 微弱的促进作用。结果还表明c u 对鱼腥草的伤害远大于p b ，虽然c u - p h 交互作用对 鱼腥草生长的影响小于c u 和p b 单独的作用，但对鱼腥草的生长发育也有较大影响。 3 、随外源c u 、p b 浓度的增加，鱼腥草植株内c u 和p b 累积量显著增加，在营养 液中鱼腥草累积c u 趋势以二次曲线拟合最好，累积p b 趋势则以对数曲线拟合最好， 表明鱼腥草对c u 和p b 具有不同的累积规律。p b 对鱼腥草地上部累积c u 为促进作用， 对地下部累积c u 作用不明显；c u 对鱼腥草累积p b 为促进作用。在土壤培养试验中 p b 对鱼腥草地下茎累积c u 影响不显著，对叶累积c u 为促进作用，对地上茎累积c u 则随着土壤中p b 添加量的增加先是促进后抑制；c u 抑制鱼腥草地下茎累积p b ，对地 上部则是随着c u 添加量的增加先是促进后抑制。可以看出c u 、p b 在不同的介质中、 不同的浓度组合、对鱼腥草不同部位会产生不同类型的交互作用。鱼腥草各部位对 c u 的富集能力为地下茎 地上茎 叶，对p b 韵富集能力为叶 地上茎 地下茎，表明鱼 腥草对p b 具有较强的向地上部转运能力。 4 、营养液培养条件下，c u 和p b 在浓度较低时促进鱼腥草对f e 的吸收，高浓度则 抑制对f e 的吸收；p b 对鱼腥草吸收影响不明显，c u 则促进鱼腥草吸收m n ；随着 c u 和p b 处理浓度增加鱼腥草吸收z n 量先降低后增加；c u - p b 交互作用对鱼腥草吸收 f e 及地上部吸收m n 影响趋势不明显，对地下部吸收m n 和地上部吸收z n 表现为抑制 作用，对地下部吸收z n 表现为促进作用。 了地上茎中f e 含量，促进地下茎吸收m n ， 在土壤培养试验中，c u p b 交互作用降低 对于叶中吸收m n 和z n 影响不显著。 5 、c u 和p b 显著降低鱼腥草叶片中的叶绿素a 、叶绿素b 和叶绿素a + b 含量，随 着e u 处理浓度的增加，s o d 活性先上升后下降，p o d 和c a t 活性逐渐上升，随着p b 处理浓度的增加s o d 、p o d 和c a t 活性都是先上升后下降。c u p b 交互可增加鱼腥草 叶片中的叶绿素含量，对s o d 和p o d 的活性具有抑制作用，对c a t 影响趋势不明显。 关键词：鱼腥草 c up b 交互作用生理生态效应 i i e f f e c to fc u ，p ba n dt h e i ri n t e r a c t i o n so nt h ep h y s i o l o g i c a la n d e c o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c so ft h eh o u t t u y n i ac o r d a t at h u n b w ut a n o ) 1 a l l tn 删t i o n ) d i r e c t e db yp r o f w uj u n a b s t r a c t b a s e do nf i e l ds u r v e y ，s o i la n dn u l r i e n ti n c u b a t i o nm e t h o d s ，t h ee f f e c to fc u ，p ba n d t h e i ri n t e r a c t i o n so nt h ep h y s i o l o g i c a la n de c o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c so ft h eh o u t t u y n i a c o r d a t at h u n bw a sc a r d e d t h i sr e s e a r c hi sa b o u tt h ee f f e c to fc u ，p bc o n c e n t s i nt h r e e s o i lo nc u ，p ba c c u m u l a t i n gi nt h eh o u t t u y n i ac o r d a t at h u n b ，t h ee f f e c to fc u ，p ba n d t h e i ri n t e r a c t i o n so nt h eg r o w t ho f t h eh o u t t u y n i ac o r d a t at h u n ba n dc u ，p ba c c u m u l a t i n g ， m i g r a t i o na n da l l o c a t i o ni nt h eh o u t t u y n i ac o y d a t at h u n bb o d y ，a n dt h ei n f l u e n c eo fc u ， p ba n dt h e i ri n t e r a c t i o n so nt h ep h y s i o l o g i c a la n db i o c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c sa n dt r a c e e l e m e n t s t h er e s u l to f t h es t u d ys h o w s ： i t h eu n d e rg r o u n ds t e m so ft h eh o u t t u y n i ac o r d a t at h u n ba c c u m u l a t i n gc u ，p b s h o w sa ss y n e r g i s mf u n c t i o ni ny e l l o ws o i l sa n dr i c es o i l s ，i ts h o w sa sa n t a g o n i s mf u n c t i o n i nl e a fa n dt h eo v e rg r o u n ds t e m s t h eh o u t t u y n i ac o r d a t at h u n ba c c u m u l a t i n gc u ，p b s h o w sa ss y n e r g i s mf u n c t i o ni np u r p l es o i l s i ts h o wt h a tt h eh o u t t u y n i ac o r d a t at h u n b a c c u m u l a t i n gc u ，p b h a sd i f f e r e n ti n t e m c f i o n si nd e f f e r e n ts o i l su n d e rn a t u r a lc o n d i t i o n 2 a d d i n gs m a l ld o s eo fc uc a np r o m o t et h eg r o w t ho ft h eh o u t t u y n i ac o r d a t at h u n b ， t h ec o n c e n t r a t i o no ft r e a t m e n to fc ur e a c h e s3 2 m g lw i l l r e s t r a i nt h eg r o w t ho ft h e h o u t t u y n i ac o r d a t at h u n bi nt h en u t r i e n ts o l u t i o n ，p r e s e n tt h es y m p t o mo fp o i s o n i n g p b r e s t r a i n st h eg r o w t ho ft h eh o u t t u y n i ac o r d a t at h u n b ，w h e nt h ec o n c e n t r a t i o no ft h e t r e a t m e n tr e a c h e s7 5 0 m g li nt h en u t r i e n ts o l u t i o n , t h ep l a n td i e s c u - p bi n t e r a c t i o n sh a s l i t t l e p r o m o t i o no nt h eg r o w t ho f 也eh o u t t u y n i ac o r d a t at h u n b t h er e s u l ts h o w st h e g r e a t e ri n j u r yo fc ut h a nt h a to f p bo nt h eh o u t t u 2 m i ac o r d a t at h u n b t h o u g ht h ee f f e c to f c u p bi n t e r a c t i o n so ft h eh o u t t u y n i ac o r d a t at h u n bi ss m a l l e rt h a ns i n g l ef u n c t i o no fc u a n dp b ，i ti n f l u e n c e st h eg r o w t ho f t h eh o u t t u y n i ac o r d a t at h u n b 3 a l o n gw i t ht h ei n c r e a s eo fc u ，p bc o n c e n t r a t i o n ，c ua n dp ba c c u m u l a t i n gd o s e i n c r e a s e ss i g n i f i c a n t l yi nt h eh o u t t u y n i ac o r d a t at h u r u b t h et r e n d so ft h eh o u t t u y n i a 1 1 1 c o r d a t at h u n ba c c u m u l a t i n gc uf i t sb e s tw i t ht h eq u a d r a t i cc u r v ei nt h en u t r i e n t s o l u t i o n t h et r e n do fa c c u m u l a t i n gp bf i t sb e s tw i t ht h el o g a r i t h mc u r v e ，t h i si n d i c a t e st h a t t h eh o u t t u y n i ac o r d a t at h u n bh a sd i f f e r e n ta c c u m u l a t i o nr e g u l a t i o nt oc ua n dp b p b p r o m o t e st h ea c c u m u l a t i o no f c ui no v e rg r o u n ds t e m so f t h eh o u t t u y n i ac o r d a t at h u n b ，i t i sn o to b v i o u st oa c c u m u l a t ec ui nt h ep a r tu n d e rt h eg r o u n d ；c up r o m o t e st h e a c c u m u l a t i o no fp bi nt h eh o u t t u y n i ac o r d a t at h u n b ，i nt h es o i li n c u b a t i o n ，i ti sn o t s i g n i f i c a n tt op ba c c u m u l a t i n gc ui nt h ep a r to ft h eh o u t t u y n i ac o r d a t at h u n bu n d e r g r o u n d w i t ht h ei n c r e a s eo f p b ，c ui n c r e a s e sa n dt h e nr e s t r a i n si nt h eo v e rg r o u n ds t e m c u d e c r e a s ep bi nt h es t e mu n d e rg r o u n d ，w 弛t h ei n c r e a s eo fc u ，p bi n c r e a s e sa n dt h e n r e s t r a i n si nt h eo v e rg r o u n ds t e m i tc a nb ef o u n dt h a tc ua n dp bi n d i f f e r e n t m e d i u m ，d i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n ，d i f f e r c ，n tp o s i t i o no ft h eh o u t t u y n i ac o r d a t at h u n bh a s t h ed i f f e r e n ti n t e r a c t i o n s t h er i c hc o l l e c t i o na b i l i t yt oc uo fe v e r yp o s i t i o no fh o u t t u y n i a c o r d a t at h u n bi st h es t e mu n d e rt h eg r o u n d t h es t e mo v e rt h eg r o u n d t h el e a f , t h er i c h c o l l e c t i o na b i l i t yt op bi st h el e a f t h es t e mo v e rt h eg r o u n d t h es t e mu n d e rt h eg r o u n d i t i n d i c a t e st h a tt h ep a r to ft h eh o u t t u y n i ac o r d a t at h u n bo v e rt h eg r o u n dh a st h eb e r e r t r a n s p o r t i n ga b i l i t yt op b 4 u n d e rt h ec o n d i t i o no ft h en u t r i e n ts o l u t i o n , c ua n dp bp r o m o t et h ea b s o r p t i o no f f e i nt h eh o u t t u y n i ac o r d a t at h u n b ，w h e nt h ec o n c e n t r a t i o ni sl o w t h eh i g hc o n c e n t r a t i o n s u p p r e s s e st h ea b s o r p t i o no ff e ；i tc a nn o ti n f l u e n c eo b v i o u s l yt h a tp ba b s o r b sm ni nt h e h o u t t u y n i ac o r d a t at h u n b 。c up r o m o t e st h eh o u t t u y n i ac o r d a t at h u n bt oa b s o r bm n ；a s c o n c e n t r a t i o no fc ua n dp bt r e a t m e n ti n c r e a s i n g ，t h ed o s eo fz na b s o r b i n go ft h e h o u t t u y n i ac o r d a t at h u n bi n c r e a s e sa f t e rr e d u c i n g ；t h et r e n d so f c u p bi n t e r a c t i o n st ot h e h o u t t u y n i ac o r d a t at h u n ba b s o r b i n gf ea n dm n i nt h eo v e rg r o u n di sn o to b v i o u s ，t ot h e u n d e rg r o u n dp a r ta b s o r b i n gm na n dt h eo v e rg r o u n dd e p a r t m e n ta b s o r b i n gz nr e s t r a i n s ，t o t h eu n d e rg r o u n dp a r ta b s o r b i n gz ni n c r e a s e s i ns o i li n c u b a t i o n ，c u p br e c i p r o c a t i o nh a s r e d u c e df ec o n t e n ti nt h es t e mo v e rt h eg r o u n d , p r o m o t e st h eu n d e rg r o u n ds t e mt oa b s o r b m n ，w h i c hc a nn o ti n f l u e n c es i g n i f i c a n t l ya st oa b s o r bm na n dz ni nt h el e a f 5 c ua n dp br e d u c et h ec o n t e n to f c h l o r o p h y l la c h l o r o p h y l lba n dc h l o r o p h y l la + bi n t h el a m i n ao ft h eh o u t t w y n i ac o r d a t at h u n bs i g n i f i c a n t l y w i t ht h ei n c r e a s i n go fc u t r e a t m e n tc o n c e n t r a t i o n ，t h ea c t i v i t yo fs o dd e c l i n e sa f t e rr i s i n g ，t h ea c t i v i t yo fp o da n d c a tr i s e sg r a d u a l l y w i mt h ei n c r e a s i n go ft h ep bt r e a t m e n tc o n c e n t r a t i o n t h ea c t i v i t yo f s o d ，p o da n dc a t a l ld e c l i n e sa f t e rr i s i n g c u - p bi n t e r a c t i o n sc a ni n c r e a s et h ec o n t e n t o fc h l o r o p h y l li nt h el a m i n ao ft h eh o u t t u y n i ac o r d a t at h u n b ，r e s t r a i nt h ea c t i v a t i o no f s o da n dp o d i ti sn o ts i g n i f i c a n tt oi n f l u e n c et h et r e n do fc a t k e yw o r d s ：h o u t t u y n i ac o r d a t at h u n b ；c u ；p b ；i n t e r a c t i o n ；p h y s i o l o g i c a la n d e c o l o g i c a le f f e c t v 论文独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行研究工作所取 得的成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，学位论文中不包含 其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得四川农业大学或其 它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名 昊殇 2 一r 年拍刁日 关于论文使用授权的声明 本人完全了解四川i 农业大学有关保留、使_ f j 学位论文的规定即：学校有权保留并向国家 有关部门或机丰句送交论文的复印件和电子版允许论文被查阅和借阅，可以采j _ ；彩印、缩印戏 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意四川农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学何论文的全部或部分内容。 研究生签名 羡编 导师签名：彳之 豹 a ，年f 月下7 日 2 祈年z 月d 日 f 1刚吾 进入2 l 世纪，世界各国城市化进程加快，人类对环境和资源的开发利用强度之大， 是人类历史上从未有过的，环境污染发展到了高峰。由于生活污水排放、污水灌溉、 大气沉降、采矿冶炼、农药化肥的大量施用等原因，加上土壤对于污染物的累积富集 作用，土壤污染，尤其是重金属污染状况日趋严重0 1 。当前我国区域农业环境恶化与农 产品重金属污染也十分严重，特别是在经济发达地区，重金属污染是农业环境研究和 保护的重点和难点。据农业部环境监测系统近年来的调查表明，我国2 4 个省市城郊、 污灌区、工矿等经济发展较快地区的3 2 0 个重点污染区中，大田农作物污染超标的农 产品种植面积为6 0 6 万h m 2 ，占监测调查总面积的2 0 ；其中重金属含量超标的农 产品产量与面积约占污染物超标农产品总量与总面积的8 0 以上，尤其是p b 、c d 、 h g 、c u 及其复合污染最为突出0 1 。 重金属是一类具有潜在危害的重要污染物。由于重金属在土壤一植物系统中所产 生的污染过程具有隐蔽性、长期性和不可逆性的特点，所以当重金属通过在土壤一植 物中迁移转化，经过食物链的积累和放大作用以后，对生物将产生更大的毒害作用o 。 过去的研究大多只注重单个重金属污染物的环境效应，对多种重金属污染物共存于同 一环境并相互作用所形成的环境污染效应重视不够。目前，很多环境效应无法用单一 污染物的作用机理来解释，过去依赖单一效应制定的有关评价标准无法真实反映环境 质量要求，因此复合污染研究逐渐成为环境科学发展的重要方向之一。土一水一植物体 系中元素的循环和对生态与环境的影响取决于诸多因素，其中包括土壤性质、土壤溶 液的组成与浓度、作物品种及其生理生化特征、环境条件、以及元素自身特性等。当 一些元素进入一个特定的土一水一植物体系中时，一些环境条件基本上处于一个同步变 化的状态，在这种情况下元素之间的交互作用便成为影响其行为的一个重要因素。复 合污染条件下元素的交互作用问题已成为环境质量和风险评价中十分关注的问题。将 交互作用的研究从单纯的营养学角度扩展到维持生态平衡和环境保护与人类健康等 方面，从而赋予交互作用在环境科学和生命科学中新的涵义“1 。所以，交互作用的研 究无论在理论上还是在实践上都有着重要的意义。 1 1 选题的依据、目的和意义 鱼腥草( e o u t t u y n i ac o r d a t at h u n b ) 的学名叫蕺菜，属三白草科s a u r u r a c e a e 蕺革属野生宿根性多年生草本植物。又名侧耳根、猪鼻孔或岑草。它既是一种高营养 的野生蔬菜，又是一种多用途的中药材，是很具综合开发利用前景的野生植物资源。 如雅安三九药业有限公司利用鱼腥草生产的“鱼腥草注射液”，由于质量优良，药效 显著而被国内外医药市场所青睐。伍钧等在雅安市雨城区鱼腥革生产基地生态环境的 调查研究中发现，鱼腥草中p b 的含量在1 0 o m g k g 以上，超过了食品中p b 限量卫生 标准数十倍。 c u 既是植物生长发育必需的微量营养元素，又是导致环境污染的重金属元素。它 是多酚氧化酶、细胞色素氧化酶及抗坏血酸氧化酶等多种酶类的组成成分之一。c u 还与光合作用有关。因而，它对植物正常的生理代谢与生长发育、作物产量的提高以 及品质的改善都有重要意义。国内外对c u 的研究大多限于其对作物生长发育的促进 作用上，随着近年来农业生产上含c u 杀菌剂的频繁使用及工矿企业“三废”排放量的 增加，引起植物c u 中毒及环境污染的报道也愈来愈多，并逐渐引起了国内外有关人士 的关注“3 。p b 是一种在土壤中溶解度低，且不易移动的重金属，由于人类对自然资源的 不断开发和破坏。加上工业的发展。造成了日益严重的全球性p b 污染。p b 污染的一条 重要途径是汽车尾气，这种污染具有易扩散j 分布广的特点，易与c u 污染相复合。 吴燕玉”1 、康丽娟“1 、李锋民。3 、l e i t a 嘲等关于c u 、p b 复合污染方面的研究基本上都 集中于农作物和蔬菜上，但c u 、p b 交互作用对植物的生理机制( 光合作用、酶和作 物品质等) 方面的影响研究不多，而对中药材的生理机制方面的研究目前尚无人问津。 因此，开展c u 、p b 及其交互作用对鱼腥草生理生态效应的研究，找出在c u 、p b 及其 交互作用下鱼腥草对c u 和p b 的吸收规律及对其生理方面的影响并探讨相应的控制技 术，不但有利于保证中药材的质量和有助于中药材质量管理规范的制定，而且对于研 究重金属临界值，评价环境质量以及防止土壤一植物系统的重金属复合污染都有着重 要的理论和实际意义。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 c u 和p b 在土壤一植物系统中的行为特征研究现状 p b 是对人类有毒的重金属元素之一。迄今未发现它对人体有任何有益的生物功 能“。土壤是植物吸收p b 的主要来源m 1 ，p b 在土壤环境中的行为取决于自身的化学 行为和土壤的化学条件。即p b 在土壤环境中的行为受土壤理化性质的制约“”。土壤 中p b 的吸附与土壤中粘粒含量( 矿物类型) ，有机质含量等密切相关。呈正相关性。伊 利石、蒙脱石、高岭石、蛭石和水化云母对p b 的吸附都随p h 值而变。土壤中的铁和 2 锰的氢氧化物，特别是锰氢氧化物，对p b ”有强烈的专性吸附能力，对p b 在土壤中 的迁移转化，以及p b 的活性和毒性影响较大，它是控制土壤溶液中p b “浓度的一个 重要因素”。p h 对p b 的吸附影响很大，随p h 上升而增加，其增加的程度且随添加 p b 的浓度增大而增大【“3 。在土壤中p b 到达根表面，主要有两条途径：一是质体流途 径，即随蒸腾拉力，在植物吸收水分时与水一起达到植物根部；另一条途径是扩散途 径，即通过扩散而到达根表面。根系对p b 的吸收在前期是以表面吸附为主，吸附能 力大小与根系的吸附表面、吸附位点、平衡浓度有关，溶液中p b 浓度越高，根系吸 附量则相对越多。在p b 被吸附到根表面后，主要是细胞的吸收过程和化学沉淀过程， 该过程只有活细胞才能进行。到达植物根表面的p b 进入植物体，有主动吸收，也有 被动吸收【13 1 。由于吸持、钝化或沉淀作用，植物根系所吸收的p b 向地上部输送困难， 9 0 以上仍留在根系。过多的p b 对植物的影响主要是抑制或异常地促进某些酶的活 性，从而影响到光合作用和呼吸作用等生理过程，不利于植物对养分的吸收。植物对 p b 的吸收除与土壤中p b 含量及有效性有关外，还与其本身的遗传特性有关“”。一般 p b 在植物体内的累积分配规律为：根 茎 叶 籽粒“。2 ”。从分子水平来看“”1 “， 胞间隙是富集p b 浓度最高的部位，细胞壁和液泡次之细胞质中最低。 我国土壤中的c u 含量平均为2 2 6 r a g k g ( 中国环境监测总站，1 9 9 0 ) 。土壤中c u 的有效性决定于c u 的形态，而c u 的形态又随壤有机质含量、铁锰氧化物含量、j 占粒 矿物的种类和数量、土壤酸度、土壤氧化还原电位等的变化有很大的不同。植物根对 c u 的吸收机制还远未弄清，利用短期离体根和整个植株进行的研究大多表明植物根对 c u 的吸收为被动吸收，而用甘蔗叶片研究却表明植物吸收c u 可能是主动过程，研究结 论存在差异可能是所用材料的不同所致啪1 。c u 是植物多酚氧化酶、细胞色素氧化酶及 抗坏血酸氧化酶等多种酶类的组成成分之一，c u 还与光合作用有关。植物体内过量的 c u 会影响酶活性，尤其是植物体内碳水化台物代谢和氮代谢酶类的活性，如当c u ”浓 度为6 4 1 t g l 时可使大豆幼苗中磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶( p e p c ) 的活性受到显著的影 响。”。过量的c u 会抑制脱羧酶的活性，间接阻碍n h + 向谷氨酸转化，造成n h 。+ 在植物 体内积累而使根部受到损伤。同时c u 使分生区细胞核变小，尤其是核仁变小，阻滞了 其分裂d ”，因而根的伸长受到抑制，形成所谓的“狮尾根”。c u “还可以抑制过氧化 氢酶和超氧化物歧化酶、脱氢酶、蔗糖酶以及n a d h 、细胞色素、c 还原酶等的活性汹1 。 c u 2 + 对细胞色素的影响主要表现为抑制叶绿素的合成或引起叶绿素破坏1 。c u ”除了 影响叶绿素含量外，也可引起光合作用生物膜中类脂的过氧化进程 3 l ip 然而最重要 的还是对光合作用系统i i ( p s i i ) 的影响。过量的c u 2 + 引起类囊体结构和功能的破坏， 这种破坏既可发生在光氧化侧n ”，又可发生于还原侧口“，主要是对初级电子供体和 受体产量的抑制，同时p s i i 系统的反应中心也有抑制位点。有人认为大于l 岬o l l 的c u ”即可成为光合作用电子传递的抑制因子滔“3 。因此，植物的光合作用功能对c u ” 是最敏感的。 1 2 2 在土壤一植物系统中c u 、p b 交互作用的研究现状 土壤一植物系统重金属污染生态研究最早始于环境中的公害事件，如两个世纪以 前日本的足尾山铜山公害事件和2 0 世纪发生的“痛痛病”和“水俣病”等八大公害 事件，公害事件的痛苦经历有力地推动了人们对土壤一植物系统中各种污染问题的认 识与研究。1 9 3 9 年b 1 i s s 提出研究两种毒物联合作用的毒性并首次提出了拮抗作用、 加和作用、协同作用的划分。1 9 8 9 年以来，周启星从重金属c d z n 和c d a s 复合 污染的研究着手，在我国系统地开展了土壤一植物系统复合污染的研究。对复合污染 的特点、指标体系、生态学效应及有关研究方法进行了探讨，同时对复合污染的概念 和类型进行了较为系统的分类并给出了较为准确的定义o ”。康立娟等”1 研究表明，p b 能促进水稻根和茎对c u 的吸收而降低糙米对c u 的吸收。吴燕玉等“1 的研究表明，c u 抑制水稻根部p b 含量，p b 抑制籽实中c u 的含量。余国营等”1 在研究重金属复合污 染对大豆生长的影响时得出c u 和p b 悬拮抗作用。确认这些作用性质的重要性在于这 些作用会显著影响生物体对某些特定元素的积累过程及不同生物学层次上的毒性作 用。”。郭关林”等认为重金属元素之间的交互作用各类型的表现，与各种重金属在环 境中的浓度及其组合关系、作物的种类、作物的部位和暴嚣方式等因素密切相关，但 有关的生态过程及其微观机理尚不清楚。目前认为重金属元素间交互作用的机理可归 结为以下六个方面： ( 1 ) 竞争结合位点 物理化学性质相近的重金属元素由于作用方式和途径相似，因而在生态介质( 土 壤、水体) 、代谢系统及细胞表丽结合位点的竞争必然会影响这些元素共存时的相互 作用。通常情况下，对吸附位点的竞争会导致一种重金属从结合位点上取代另一种处 于竞争弱势的重金属。这种竞争的结果在很大程度上取决于参与竞争的重金属的种 类、浓度比和各自的吸附特性。致毒的重金属浓度比并不就是重金属总浓度的比值。 在土壤生态系统中，金属离子间的相互作用发生在三个水平上：底物水平：吸收 4 水平；靶位水平。三个水平上都存在金属离子之间的位点竞争。第一个水平是指在 土壤化学水平上金属离子竞争性吸附的相互作用，导致了金属在固相和水相间的分 配，这一过程也改变了金属离子的生物可利用性，使其生物可利用性与联合毒性紧密 相连。第二和第三个水平是金属在生物体吸收和生物体靶位点上的相互作用。 p o s t h u m a 等“”认为，土壤中发生的竞争性替换是发生在靶位点上联合作用的最典型 的作用过程。他们还认为土壤吸附金属离子有一个顺序，由于某些金属的存在增加了 毒性更大的金属的可溶性，产生的联合毒性会更大。这种结合位点的竞争还会发生在 生物体对重金属的吸收、转运、蓄积和消除过程中，也会发生在酶通道和受体蛋白上。 s t e w a r d 等“”研究发现，c u 、z n 、p b 、n i 等会与c d 一起竞争植物表面的吸收位点， 从而影响植物组织对c d 的吸收。s h a t m a 等“2 1 认为高浓度混合的重金属在生物体蓄积 过程中常发生很强的拮抗作用。生物体内的各种位点竞争常发生在各种表面，尤其是 细胞膜和胞外结构( 如粘液、细胞农) 上的结合位点。 ( 2 ) 影响酶的活性 通过改变与代谢重金属有关的酶的活性。影响重金属在生物体内的扩散、转化和 代谢方式，从而可以影响重金属在生物体内的行为和毒性。酶活性的改变对复合污染 物的代谢影响是直接而重要的，其中研究最多的是金属结合蛋白( 如 m e t a l l o t h i o n e i n ) 、混合功能氧化酶系和过氧化保护酶系。p o s t h u m a 等“将金属结 合蛋白被特定金属激活后表现出的作用视作金属间的复合作用，缺少这些金属会增加 其它某些金属的毒性。w e l t j e “3 3 发现c d 可以诱导m e t a l l o t h i o n e i n ( 种金属结合 蛋白) 的产生，而这一点可使众多重金属的吸收量增加。特定酶( 系) 在某种重金属 作用下的诱导表达会改变生物体对另一类化合物的代谢行为也是交互作用的重要机 理。 ( 3 ) 干扰正常生理过程 重金属通过干扰生物体的正常生理活动和改变有关生理生化过程而发生相互作 用。秦天才等“”发现，在含c d 的培养液中加入p b 会使植物根中游离氨基酸的积累增 加，从而影响植物细胞的渗透压，同时根中可溶性蛋白质含量比单独加入p b 时下降 快得多( 一方面对已有蛋白质的分解加快，易一方面新蛋白的合成受阻) ，从而表现 出更大的破坏作用。重金属间的相互作用还会影响生物体对特定化合物的转移、转化、 代谢等生理过程“”。 ( 4 ) 改变细胞结构与功能 重金属可以引起各种将生物体或有关内含物与外界环境隔离开的生物学屏障在 结构和功能上的扰动，从而改变其透性及主动、被动转运能力。f a r g a s o v a 等“6 3 认为 金属离子可改变细胞膜的渗透性，对植物根系造成显著的损伤。膜结构是污染物相互 作用的优先部位，膜结构的改变使膜通透性发生变化，影响物质在生物体内的运输。 s t e w a r t 等“”发现c u 可改变原生质膜中可溶性部分的渗滤性，从而造成细胞膜的损 伤，使得膜体变得很脆弱，重金属更易进入。f i l i p p i s ( 1 9 7 9 ) 研究结果表明，细胞膜 的稳定性受重金属离子对一s h 的亲和性的影响。后来又发现如果其中一种污染物改 变了细胞器结构、功能的话，可能会对另一种污染物的生态毒性产生影响。 ( 5 ) 螯合( 或络合) 作用及沉淀作用 螯合( 或络合) 作用可改变重金属的形态分布和其生物有效性从而直接影响其毒 性。s h a t m a 等“”发现植物根部螯合剂的生成使得c u c d 、z n c d 等重金属间的交互作 用表现为加和或拮抗作用。重金属间形成沉淀会降低污染物的溶解性和生物可利用 性，任安芝等“7 1 研究发现，因为c r ：鸥与p b “易形成沉淀，使得c r 和p b 在影响青菜 种子生长时表现出拮抗作用。这可从加入不同摩尔比的c r 和p b 导致其拮抗作用大小 发生变化看出。 ( 6 ) 干扰生物大分子的结构与功能 重金属通过抑制生物大分子的合成与代谢，干扰基因的扩增和表达，对d n a 造成 损伤或使之断裂并影响其修复，与d n a 生成化学加合物等途径对生物体形成毒性也是 复合污染的重要机理“。王保军等“”认为，h g 对微生物的毒性机理在于抑制其蛋白 质和核酸的合成而致突变，c d 则是通过使d n a 链断裂而致突变。m e n g 等“”发现，p b 、 c d 和z n 对小麦的d n a 结构的损伤并不明显，但在d n a 转录水平上显得异常。这表明 p b 、c d 和z n 对基因表达的干扰作用远大于对其结构的破坏作用，这也可能是重金属 致毒的重要机理。与d n a 生成化学加合物( 或加成物) 常被视作致毒的重要机理。但复 合污染物在与d n a 结合的过程中也存在着拮抗作用。 环境中重金属交互作用的研究近年来无论在研究范围与研究深度方面均有所拓 展，但总体水平仍处在起步阶段。目前关于c u 、p b 交互作用在土壤一植物系统中的行 为报道较少，c u 、p b 交巨作用对植物生理方面的影响机理还有待进一步的研究。 6 2 材料与方法 2 。1 供试材料 2 ，1 ，1 土壤培养试验 土样和鱼腥草采自雅安市雨城区严桥镇三九药业鱼腥草种植基地。其土壤理化性 质见表1 。 表1 土壤基本理化性质 儆1s o m ep h y s i c a la n dc h e m i c a lp f o p e r t i e $ o f s o n 注：c e c 为土壤阳离子变换量：牯粒( ) 为土壤粘粒s o , o o l m m 的百分古量 2 1 2 营养液培养试验 鱼腥草地下茎采自雅安市雨城区严桥镇三九药业鱼腥草种植基地。 2 2 试验方法 2 2 1 调查采样 2 0 0 3 年7 月一9 月采样。采取多点分布的原则以雅安市为主，采集不同土壤类 型上生长的鱼腥草和相对应的土样。鱼腥草先用自来水冲洗，再用去离子水洗净，晒 干，分成地下茎、地上茎、叶三部分，磨细，过6 0 目筛，测定c u 、p b 含量。土样去 除杂质，室内风干，磨细分别过2 0 目和1 0 0 目筛。测定土壤水分和c u 、p b 、c d 、z n 含量。 2 2 2 营养液培养试验 选取大小均一的鱼腥草地下茎培养于完全营养液中，营养液基本组成为：c a ( n o 。) 2 4 h 2 02 o o m m o l l ，k h 2 p o 0 1 0 b e o l l ，m g s o 7 叱00 5 0 m m o l l ，k c l0 1 0 m m o l l ， k 2 s o 一0 7 0 m m o l l ，地b 0 31 0 ：0 0 1 堋n o l l 。m n s o , h 扣0 f i l 吼0 1 l ，z n s o 。7 h 2 01 0 1 堋o l l ， c u s o 。5 h 船q 2 0 岍o l l ，( k l i ) 舶a 蛹如o o l 狮o l 乙。f e _ e 昕al l i i l 0 1 几嗽。 保持2 4 小时通气，每7 天更换次营养液。待植株长出新叶后，在营养液中加入醋 酸铅和硫酸铜进行处理试验，采用二因素完全设计，c u 和p b 各取5 个水平，4 次重复。 具体处理设计见表2 。每天用0 1 m o l lh c l 和0 1 m o l ln a o h 调p h 。处理3 0 天后测 7 定植株叶片的叶绿素含量及s o d 、p o d 和c a t 活性收获材料，测鲜重a 反复用自来 水把根冲洗干净，再用2 0 m l o l l n a - e d t a 交换1 5 m i n ，去除根表面吸附的c u 和p b ， 最后用去离子水冲洗干净，吸水纸把表面水吸干，植物鲜样在1