（植物营养学专业论文）Pb、Cd及复合污染对茶树生理生态效应的研究.pdf

摘要 以川西蒙顶山名优茶区蒙山2 1 3 号2 年生茶树为研究对象，通过盆栽试验，土旋不 同浓度醋酸铅 p b ( c h 3 c o o ) 2 3 h 2 0 】和硝酸镉 c d ( n 0 3 ) 2 4 h 2 0 ，重点探讨铅、镉 及其复合污染对不同季节蒙山茶叶生长状况及叶片生理特性的影响，同时讨论铅、镉 两种离子在茶树不同部位中的含量及吸收累积特性。为迸一步控制茶树体内重金属含 量，探讨其污染的特征，同时为防治重金属污染，提高茶叶品质提供理论参考。 主要研究结果如下： ( 1 ) 不同浓度铅对蒙山茶叶牛长及叶片生理特性的影响 随着铅浓度的增加，夏茶牛物量下降，相关系数为0 9 3 7 * * ( p 0 0 1 ) ，并有失 绿现象，茶树生长受到一定程度的抑制。 春茶叶绿素含量加铅处理高于对照处理，夏茶叶绿素含量呈现先增加后降低的趋 势，当铅浓度为1 0 0 m g k g 时，叶绿素含量达到最大值2 9 2m g g ，铅浓度为1 5 0 0 m g k g 时，达到最小值2 2 8 m g g 。 叶片中丙二醛、游离脯氨酸含量随铅浓度增加而增加，且夏茶中的含量大于春茶： 春茶中可溶性糖先增加后降低，当铅浓度为为2 0 0 m g k g 时，春茶、夏茶可溶性糖同 时达到最大值。 ( 2 ) 不同浓度镉对蒙山茶叶生长及叶片牛理特性的影响 低浓度镉( 1 0 m g k g ) 对茶树生长无明显毒害作用，当镉浓度超过1 0 m g k g 时， 植株叶片出现黄叶，当镉浓度达到6 0 m g k g 时，茶树植株受毒害基本死亡；春茶、夏 茶生物量随镉浓度的增加而下降，其相关系数分别为一0 8 6 7 * ( 尸 o 0 5 ) 、0 8 7 8 * * ( p 0 0 1 ) 。 春茶叶绿素含量加镉处理大多高于对照，其增加量先高后低；夏茶叶绿素含量随 镉浓度的增加极显著降低，其相关系数r = 0 9 9 7 * * ( p 0 0 1 ) 。 春茶、夏茶的m d a 含量随镉处理浓度增加而增加，其正相关系数分别为 r = 0 9 7 0 * * ，r = 0 9 9 4 * * ( p o 0 1 ) ，且夏茶m d a 含量明显高于春茶；春茶游离脯氨酸 含量随镉浓度的增加而增加，正相关系数r = 0 8 2 9 * ( 尸 0 0 5 ) ，夏茶游离脯氨酸含量 则极显著增加，其相关系数r = 0 9 8 0 * * ( 尸 2 0 0 m g k g ) ，茶树植株的生长表现 出一定的抑制作用，茶叶生物量随复合浓度的增加而下降。 铅一镉交互抑制春茶叶绿素a 、叶绿素a + b 、可溶性糖的合成，促进春茶叶绿素b 、 m d a 、游离脯氨酸的合成，春茶游离脯氨酸的合成主要受镉的影响，而其余生理指 标的合成主要受铅镉复合污染的影响。 夏茶中，铅镉复合污染均促进各生理指标的合成，其中叶绿素a 、叶绿素b 、叶 绿素a + b 的合成主要受铅一镉复合污染的影响，游离脯氨酸、可溶性糖的合成主要受 镉的影响，m d a 主要受铅的影响。 ( 4 ) 蒙山茶树中铅、镉元素的吸收累积特性 铅、镉元素在茶树体内由高到低的分布顺序是：吸收根 嫩茎 成熟叶片 新梢 ( 一芽三叶) ，茶树各部位( 吸收根、嫩茎、成熟叶片、新梢) 铅含量与土壤中铅含 量有极显著正相关关系；随镉处理浓度的增加，吸收根、嫩茎、成熟叶片中镉含量均 极显著增加。 复合污染下，镉对茶树吸收根、嫩茎、春茶、夏茶累积铅具有协同作用，铅对茶 树吸收根累积镉具有协同作用，对茶树其他部位累积镉具有拮抗作用。 关键词：铅；镉；复合污染；茶叶；生理特性 i i a b s t r a c t t w oy e a r so l dm e n g s h a nt e a213w a sc h o s e da st h er e s e a r c hs u b j e c t ，u n d e rp o t t e d p l a n te x p e r i m e n t ，s o i la p p l i c a t i n go fd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o nl e v e l so fp b c h 3 c 0 0 ) 2 3h 2 0 a n dc d ( n 0 3 ) 2 4 h 2 0w a sc a r d e do u tt od e t e r m i n et h ee f f e c t so fp b ，c da n dp b - c d c o m p o u n dp o l l u t i o no nt h eg r o w t ha n dp h y s i o l o g i c a li n d e xi nl e a v e so fm e n g s h a nt e a ， m e a n w h i l e ，t h ea b s o r p t i o na n da c c u m u l a t i o no fl e a da n dc a d m i u mi n t e ap l a n tw e r e d i s c u s s e d i tw i l lp r o v i d et h eo r e t i c a lr e f e r e n c ef o rc o n t r o l l i n gt h ec o n t e n t so fh e a v ym e t a l i nt h et e a ，d i s c u s s i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c so fp o l l u t i o n ，c o n t r o l l i n gt h eh e a v ym e t a lp o l l u t i o n a n di m p r o v i n gt h et e aq u a l i t y t h em a i mr e s u l t sa r ea sb e l o w ： ( 1 ) e f f e c t so fd i f f e r e n tl e a dc o n c e n t r a t i o n so ng r o w t ha n dp h y s i o l o g i c a li n d e xi n l e a v e so fm e n g s h a nt e a w i t ht h ei n c r e a s i n gc o n c e n t r a t i o n so fl e a d ，t h el e a dh a das i g n i f i c a n te f f e c tt ot h e y i e l do f s u m m e rt e a ，t h ec o e f f i c i e n to f c o r r e l a t i o nw a s 一0 9 3 7 木枣( 尸 0 0 1 ) ，a n dt h eg r e e n d e f i c i e n c ys y m p t o m sw e r ev i s i b l e ，t h eg r o w t ho ft e aw a s i n h i b i t t e d t h ec h l o r o p h y1 1 ( c h l ) c o n t e n to fs p r i n gt e as u p p l e m e n t e dw i t hp bw a sh i g h e rt h a n c k t h ec h lc o n t e n to fs u m m e rt e aw a sf i r s ts t i m u l a t e da n dt h e ni n h i b i t t e d ，w h e nt h el e a d c o n c e n t r a t i o nw a s10 0m g k g ，t h ec h lc o n t e n tr e a c h e dt h em a x i m u m 2 9 2m g ga n dw h e n t h ec o n c e n t r a t i o nw a s15 0 0m g k g ，c h lc o n t e n tr e a c h e dt h em i n i m u m 2 2 8m g g w i t ht h ei n c r e a s i n gc o n c e n t r a t i o no fl e a d ，t h em a l o n d i a l d e h y d e ( m d a ) a n df r e e p r a l i n ec o n t e n ti nl e a v e sw e r ee n h a n c e d ，a n dt h es u m m e rt e a sw a sh i g h e rt h a ns p r i n gt e a s ； t h es o l u b l es u g a ro fs p r i n gt e aw a sf i r s ts t i m u l a t e da n dt h e ni n h i b i t t e d ，a n dt h es o l u b l e s u g a ro fs p r i n gt e aa n ds u m m e rt e ar e a c h e dt h em a x i m u m a tt h es a m et i m ew h e nt h el e a d c o n c e n t r a t i o nw a s 2 0 0m g k g ( 2 ) e f f e c t so fd i f f e r e n tc a d m i u mc o n c e n t r a t i o n so ng r o w t ha n dp h y s i o l o g i c a li n d e xi n l e a v e so fm e n g s h a nt e a l o wc o n c e n t r a t i o no fc a d m i u m ( lo m g k g ) h a sn oo b v i o u sa d v e r s ee f f e c to nt h et e a p l a n t ，w h e nt h ec a d m i u mc o n c e n t r a t i o nr e a c h e d10 m g k g ，s o m el e a v e sb e c o m e dy e l l o w , a n dw h e nt h ec a d m i u mc o n c e n t r a t i o nr e a c h e d6 0m g k g ，t h et e ap l a n th a r m e dt od i e ；w i t h i n c r e a s i n gc o n c e n t r a t i o no fc a d m i u m ，t h ey i e l do fs p r i n ga n ds u m m e rt e aw e r ed e c r e a s e d ， a n dt h ec o e 伍c i e n to f c o r r e l a t i o nw a s 0 8 6 7 * ( p o 0 5 ) 、一0 8 7 8 * * ( 尸 0 0 1 ) t h ec h l o r o p h yi i ( c hi ) c o n t e n to fm o s ts p r i n gt e as u p p l e m e n t e dw i t hc dw a sh i g h e r i i i t h a nc ka n dt h ei n c r e a s i n gt r e n dw a sr a i s e df i r s t l ya n di n h i b i t t e dl a t e r ；t h ec h l o r o p h yi i c o n t e n to fs u m m e rt e aw a ss i g n i f i c a n t l yd e c r e a s e dw i t hi n c r e a s eo fc a d m i u mc o n c e n t r a t i o n ， a n dt h ec o e 伍c i e n to f c o r r e l a t i o nw a s 一0 9 9 7 * * ( p 0 0 1 ) t h em a l o n d i a l d e h y d e ( m d a ) c o n t e n ti ns p r i n ga n ds l i m m e rt e aw a se n h a n c e dw i t h t h ei n c r e a s eo fc a d m i u mc o n c e n t r a t i o n ，t h ec o e f f i c i e n to fc o r r e l a t i o nw e r eo 9 7 0 料， 0 9 9 4 宰宰( p o 0 1 ) r e s p e c t i v e l y , a n dt h es u m m e rt e a sw a sh i g h e rt h a ns p r i n gt e a s t h ef r e e p r o l i n eo fs p r i n gt e aw a se n h a n c e dw i t ht h ei n c r e a s i n go fc dc o n c e n t r a t i o n ，a n dt h e c o e f f i c i e n to fc o r r e l a t i o nw a so 8 2 9 * ( 尸 0 0 5 ) t h ef r e ep r o l i n ei ns u m m e rt e aw a s s i g n i f i c a n t l ye n h a n c e d ，a n dt h ec o e f f i c i e n to fc o r r e l a t i o nw a s0 9 8 0 木木( 尸 2 0 0 m g k g ) ，t h eg r o w t ho f t e aw a si n h i b i t e d ，a n dt h et h ey i e l dw a sd e c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s eo fc o m p o u n d c o n c e n t r a t i o n s i ns p r i n gt e a ，t h ep b - c di n t e r a c t i o ni n h i b i t t e dt h es y n t h e s i so fc h l o r o p h y l la 、 c h l o r o p h y l la + ba n dt h es o l u b l es u g a r ，a n dp r o m o t e dt h es y n t h e s i so fc h l o r o p h y l lb 、m d a a n dt h ef r e ep r a l i n e c dp l a i e dam a j o rr o l et ot h es y n t h e s i so ff r e ep r a l i n e ，a n dt h ep b c d i n t e r a c t i o np l a i e dam a j o rr o l et ot h es y n t h e s i so fo t h e rp h y s i o l o g i c a li n d e x i ns u m m e rt e a ，t h ep b - c di n t e r a c t i o np r o m o t e dt h es y n t h e s i so fa l lt h ep h y s i o l o g i c a l i n d e x ，a n dt h ep b c di n t e r a c t i o np l a i e dam a j o rr o l et ot h es y n t h e s i so fc h l o r o p h y l la 、 c h l o r o p h y l lba n ac h l o r o p h y l l 副- b ，c dp l a i e dam a j o rr o l et ot h es y n t h e s i so ff r e ep r a l i n e a n ds o l u b l es u g a r , t h ep bp l a i e dam a j o rr o l et ot h es y n t h e s i so fm d a ( 4 ) t h ea b s o r p t i o na n da c c u m u l a t i o no fl e a da n dc a d m i u mi nm e n g s h a nt e ap l a n t t h ed i s t r i b u t i o no fl e a da n dc a d m i u mi nt h et e ac o u l db es e q u e n c e da s a b s o r b i n g r o o t s s t e m s m a t u r el e a v e s t e af l u s h ，t h el e a dc o n t e n t si nt h ed i f f e r e n tp a r t s ( a b s o r b i n g r o o t s 、s t e m s 、m a t u r el e a v e s 、t e af l u s h ) o ft h et e ap l a n tw e r es i g n i f i c a n t l ye n h a n c e dw i t h i v i n c r e a s i n gc o n c e n t r a t i o no fl e a d ，a n dt h ec a d m i u mc o n t e n t si nt h ea b s o r b i n gr o o t s 、s t e m s 、 m a t u r el e a v e sw e r es i g n i f i c a n t l ye n h a n c e dw i t hi n c r e a s i n gc o n c e n t r a t i o no fc a d m i u m w i t hc o m p o u n dp o l l u t i o n ，c a d m i u mh a das y n e r g i s me f f e c tw i t ht h ea c c u m u l a t i o no f l e a di na b s o r b i n gr o o t s ，s t e m s ，s p r i n gt e a ，s u m m e rt e aa n dl e a dh a das y n e r g i s me f f e c tw i t h t h ea c c u m u l a t i o no fc a d m i u mi na b s o r b i n gr o o t sa n dh a da na n t a g o n i s t i ce f f e c ti nt h eo t h e r p a r t so ft h et e ap l a n t k e y w o r d s ：l e a d ，c a d m i u m ，c o m p o u n dp o l l u t i o n ，t e a ，p h y s i o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c s 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。 一虢房方影 瑚m 7 日 关于论文使用授权的声明 本人完全了解四川农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以 采用影印、缩印或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、传播学位论文的全部或部分内容。 研究生签名：) 导师签名：一戛。钢 导师签名：怠、谚叁l q 叩， 分 鸿，诂 月 月 6 彳 年 年 瑚 彩 1 月l j 吾 1 1 研究意义及目的 目前，茶已成为世界公认的三大无酒精饮料之一，是有益于人类健康的最佳饮料。 茶叶最早是被当作药物利用的，现代科学研究也证明了茶叶的药用功能。此外，茶叶 对人体有重要的牛理保健作用，其具有保健效果的有效成分主要有儿茶素、咖啡碱、 多糖、粗纤维、叶绿素、维生素b 、维生素c 、维生素e 、维生素u 等。近年的科学 研究也表明，茶叶中的茶多酚对重金属具有强的吸咐作用，对水中的银、镉、钻、锕、 镍和铜等重金属具有非常彻底的吸附效果。随着人们对茶的饮用和药用需求的增 加，生产无公害自然茶叶已成为大势所趋。我国是茶叶生产大国，从国内外茶叶发展 与开发品种的趋势看，茶叶生产引向“无公害自然茶”已成为必然。 但是，人类活动诸如采矿、冶炼、加工、农业及废弃物处置等向环境中排放的大 量重金属，污染大片的土壤，污水灌溉等对农田也造成大面积的土壤污染，而且污染 趋势仍在加重，并逐步变成一个全球性问题【2 】。据有关报道，我国受h g ，c r ，c d ， p b 等重金属污染的耕地面积达2 0 0 x 1 0 3 k m 2 ，约占总耕地面积的l 5 ，其中被工业“三 废，污染的耕地1 0 0 x 1 0 3 k m 2 ，污水灌溉的农田面积已达3 3 x 1 0 3 k m 2 。全国每年因重金 属污染而减产粮食达到1 0 0 0 多万吨，而被重金属污染的粮食每年也多达1 2 0 0 万吨， 经济损失至少2 0 0 亿元。尤其是近年来由于城市和工业的迅速发展，工业废弃物、城 市固体废弃物、农业灌溉水污染、肥料和农药的施用、城市污水处理厂污泥及大气污 染的沉降，污染已从城市向周围蔓型3 1 。近代工业的发展和农业牛产的现代化造成了 环境的严重污染，其中，土壤重金属污染是环境污染的一个重大问题。粮食、蔬菜、 水果等食物中镉、铬、砷和铅等重金属含量超标或接近临界值。这对农作物包括茶叶 在内的产量和品质及人体健康都造成了极大的威胁【4 】。 重金属污染具有多元性、隐蔽性、一定程度上的长距离传输性和污染后果的严重 性，因此土壤植物系统污染研究的主要污染物是重金属。一些重金属元素在低浓度 时，对植物而言是必须元素，但在过量时就会对植物物产生毒害作用，如锌、铜、铬、 镍、镉、汞、砷、铅等。土壤污染除影响食物的卫生品质外，也明显地影响到农作物 的其他品质。如蔬菜味道变差，易腐烂，农产品的储藏品质和加工品质也不能满足深 加工的要求。各种重金属在食品、饮水中含量过高对人体健康具有明显的毒害作用。 土壤中的重金属含量过高，造成生态环境恶化，不仅导致土壤的退化、农作物产量和 品质的降低，而且通过径流和淋洗作用污染地表水和地下水，恶化水文环境，并可能 通过直接接触、食物链等途径危及人类的生命和健康【3 ，4 】。 铅是对人体具有蓄积性和多亲和性的有害元素，也是被列入环境污染的重要无机 元素之一。与其它污染物相比，铅在环境中的滞留时间较长，易于表土积累，可在较 长的时间内被作物吸收。虽然铅不是动、植物的必需元素，但它以微量元素的含量水 平在动、植物中广泛存在【5 】。研究显示，铅进入土壤后，会产生明显的生物效应，可 导致植物特别是其根部中毒、叶色不一致变化、抽穗期和成熟期推迟、籽实畸形、植 株枯萎甚至死亡、产量降低等；植物的不同部分对铅吸收的有效性不一样，植株地上 部位含铅的浓度往往高于根中铅的浓度【6 】。但也有研究发现，即使在高铅含量( 4 0 0 0 m g k g ) 的土壤中，作物对铅发生强烈吸收后也没有导致植株出现宏观病症，植物 对铅的吸收表现出极强的隐蔽性。铅作为三种重金属( p b 、c d 、h g ) j q 7 境激素物质之一， 对人体和生物( 丰要为动物) 体内的正常激素功能施加影响，具有类似雌激素作用，能 导致包括人类在内的各种生物的牛殖功能下降、牛殖器官肿瘤免疫力降低，并引起各 种生理异常。粮食、蔬菜等对环境土壤、水中铅的吸收，通过食物链进入人体，成为 人体中环境激素铅的重要来源【6 】。铅是一种对人体神经系统有害的重金属元素，当儿 童体内血铅含量超过每升1 0 0 微克时，就对儿童的脑发育产生不良影响。因此国际上 公认，当血铅超过这个水平称为铅中毒【7 】。 镉是毒性最强的重金属元素之一，也是植物生长非必需的元素，危害极其严重， 不同的植物对镉的吸收累积效应是不同的，当镉进入植物体内并积累达到一定程度 时，植物就会表现出毒害症状，通常会出现生长迟缓、植株矮小、退绿、产量下降、 质量下降等。在可食部分的残留还会通过食物链影响到人体的健康。它是一种容易以 危险的含量水平进入人体的高毒性重金属元素，被人体吸收后主要分布在肝与肾中， 与低分子蛋白质结合成金属蛋白，镉中毒丰要表现委身脏功能的损害和肺部的损伤， 导致。肾皮质坏死、肾小管损害、肺气肿、肺水肿，还可以引起心脏扩张和高血压，长 期摄入镉将会导致骨质疏松、脆化、腰病、脊柱畸形。土壤中的镉丰要是以交换态镉、 专性吸附态镉、铁锰氧化结合态镉和残余态镉的形态存在，虽然土壤镉污染对人体没 有造成直接性的接触危害，但污染土壤中的镉可以通过食物链进入人体以对人体造成 严重的危害8 1 。 铅、镉是毒性很强的重金属元素，是植物生长非必需的元素，危害极其严重，对 人体健康也会产生不利影响，是茶叶卫生检验中比较关注的两种元素。因此茶叶中铅、 2 镉的含量则要严格把关，控制在卫生限量标准内【8 ，9 1 。 茶树是我国重要的经济作物之一，在我围特别是亚热带地区种植面积很大，分布 范围很广。由于茶树有富集环境中化学物质的特性，当环境受到污染时，茶叶会受到 污染。随着人们牛活水平的提高，人们对食品的卫生要求也越来越高，对其中的重金 属元素含量状况也越来越重视了。而随着工业的发展，我们的环境受到污染也日益严 重，食品中重金属铅、镉超标的报道也时常见到。茶叶中铅、镉含量呈现出逐年升高 的趋势己成为不争的事实。 目前铅、镉及其复合污染引发的环境问题引起了人们的广泛关注。人们早已发现， 多种重金属共存时，其复合作用可以大大改变金属的生物活性或毒性。因此，研究重 金属及复合污染对植物的影响，具有重要的理论和现实意义。目前我们还不清楚茶园 土壤中铅、镉元素的含量状况。而茶叶中铅、镉含量的升高不仪影响了茶叶品质，同 时也使茶叶出口受到了很大的制约。然而，茶叶一旦受到重金属污染就很难得到有效 地控制，同时目前就茶叶中铅、镉的吸收累积特性及铅、镉对茶叶牛理特性影响的研 究也鲜有报道。因此了解铅、镉在茶树中的吸收累积特性及c d 、p b 相互作用对茶树 生理指标的影响和重金属复合污染的特征，对进一步控制茶树体内重金属含量，探讨 其对茶树的毒害机理及重金属在茶树体内的迁移转化，重金属复合污染防治和提高茶 叶品质有一定的现实意义，也将是人们有效解决茶树铅、镉污染的根本所在【5 】。 1 2 国内外研究现状综述 1 2 1 铅元素的国内外研究现状 1 2 1 1 土壤一作物系统中铅的形态及分布 重金属进入土壤后，分布在土壤的多种组成成分中，经溶解、沉淀、络合、吸附 等反应，最终以不同方式与各组分相互作用，形成不同的重金属形态。按不同浸提剂 的提取顺序通常将重金属划分为五种形态：交换态( 水溶态) ，碳酸盐结合态( 包括专性 吸附态) 、铁锰氧化物结合态、有机结合态( 包括硫化物结合态) 、残留态。土壤中重金 属形态不同，其稳定性和毒性也不同。 我国土壤中铅的背景值范围为o 6 8 11 4 3 m g k g ，中位值为2 3 5 m g k g ，算术平均 值为2 6 o - j ：1 2 3 7 m g k g 1 0 1 。而重金属铅的存在形态受到各方面因素的影响，刘霞1 1 1 等 研究表明，随着p b 污染程度的增加，其交换态有增加趋势，当高浓度重金属污染土壤 时，p b 主要以碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态存在。在低浓度重金属污染的土壤中， 3 p b 主要以铁锰氧化物结合态和残留态存在，曾清如【1 2 】等研究表明，不同来源的p b 污 染物在土壤中的形态分布有明显的差异。在废矿水和尾矿砂污染的土壤中，p b 主要以 残渣态存在，而添加土壤中的p b 丰要以专性吸附态和有机结合态存在。s a l i m d j 等报 道，在石灰性粘土中p b 以碳酸盐结合态占绝对优势，交换态不超过l o l l 引。 重金属的形态是重金属对植物有效性的基础。一般认为，植物可直接吸收利用的 为水溶交换态重金属，但毒性也最强。随着土壤中重金属总量增加，可交换态重金属 量上升，残余态重金属量减少，相对会增加重金属的毒性【l5 1 。尽管p b 在不同的植物 ” 中分布存在差异，但也表现出一定的规律性。这主要与它的物理化学性质以及在土壤 中的存在形态有关16 1 。铅很难向地上部位转移，主要分布在植物的根部，但不同 植物的分布有一定差异。叶部的铅是由根部吸收后，向上迁移得到的，其浓度越高或 叶与根的铅含量之比越大，表明铅在这种植物中的迁移能力越强【l 引。徐应明等研究表 明铅在大豆体内吸收分配规律为根 茎 叶 籽实，表现出明显的递减规律。随着土 壤中重金属投加量的增加，虽然根、茎、叶、子实中的铅浓度也在升高，但吸收系数 的变化却不一致，地上部分朝减少的方向进行，而地下部分朝增加的方向进行。铅在 小麦根中的含量高于玉米根，玉米和小麦吸收铅主要集中于根部，而且主要分布在根 部的细胞壁，其所占比例为7 0 9 2 ：从重金属铅形态分级提取来看，主要集中在 活性较低的醋酸态、盐酸态和氯化钠态【1 9 】。受铅污染后芦苇幼苗根、地下茎、茎和叶 片的铅含量增加，它们的大小顺序为根 地下茎 茎 叶片。细胞不同部分铅含量的 大d , j i r 页序为细胞间隙 细胞壁 液泡 细胞质。在根部和叶片中，均以活性较低的醋 酸可提取态铅和盐酸可提取态铅占优势【2 0 1 。 1 2 1 2 铅对植物生长生育及产量的影响 铅是植物的非营养元素之一，对植物、幼苗生长有明显的抑制作用，它能降低种 子萌发率、影响植株生长、组织坏死，叶片褪绿、老化等。主要是因为它抑制根的生 长，从而抑制了对营养的吸收；使叶绿素含量减少，光合作用受阻，导致产量下降。 作物受铅的危害主要在种子萌发期和幼苗期，水稻、白菜、萝卜种子的萌发率随着铅 供应浓度的增高而有所下降2 1 1 。铅污染对植物牛育影响在小麦幼苗得到证日月【2 2 2 3 1 。积 累在根、茎和叶内的铅影响植物的生长发育，使植物受害。减少根细胞的有丝分裂速 度，造成作物生长缓慢的。低浓度的铅对植物生长有刺激作用，而对不同作物种类其 刺激作用的铅浓度范围是不同的【2 。实际上低浓度铅对作物生长产生的危害影响是弱 的，从水稻盆栽实验可以看出，采用含铅l 2 0 m g k g 的溶液灌溉水培水稻，可对水稻 4 生长发育产生轻度危害。高浓度的铅对植物牛长有害，而在不同的土壤和作物上的毒 害程度也不一【2 1 1 。 据宋玉芝的研究表明：不同水平的铅污染水稻的发芽率无显著影响，但对芽长及 根都有显著的影响。水稻在1 0 0 0m g l 污染水平下，平均芽长下降较为明显，而根长 在2 5 0 m g l 污染水平时，下降得尤为迅速；不同浓度土壤铅污染对水稻秧苗有显著的 影响。当土壤中铅污染浓度 1 1 0 0 0m g & g 时，对秧苗的前期生长己经产生严重的影响， 主要表现为单株t 物质减少，出现花叶症，苗高及根长变短，第一片完全叶迟迟不展 开；水稻对土壤铅污染比较敏感，在比较低的浓度下，单株叶面积、株高等形态指标 出现显著的变化，尤其当土壤铅污染等于或大于1 0 0 0 m g k g 时，下降比较显著，且地 下有伸长的节间。并且这种影响在水稻生长发育早期比较显著，后期不同土壤铅污染 水平下对水稻植株的影响有所减少。在始穗期，土壤铅污染达2 0 0 0 m g k g ，单株绿叶 重、绿叶数、叶面积与对照相比均减少了近1 3 。土壤铅污染不仅影响水稻的生物学 产量，而且还影响其经济产量。当土壤铅浓度比较低的情况下，即为2 5 0m g k g 时， 水稻亩产下降了1 0 左右【2 4 1 。 铅污染对大豆发芽率无显著影响，但对芽长及根都有显著的影响。当重金属铅污 染水平达2 0 0 0 m g l 时，平均芽长下降较显著，在2 5 0 m g l 的铅污染水平下，平均根长 下降显著；不同水平的土壤铅对大豆植株生长的影响作用也不一样，在中、低浓度下 大豆生长及产量有促进作用，表现在株高增加，单株绿叶重及叶面积增加。尤其是当 土壤铅污染浓度达7 5 0 m g k g 时，单株叶面积、干物重都是最高；在高浓度下对大豆生 长有抑制作用，表现在大豆植株株高有所下降，单株绿叶重，叶面积有所下降。促进 和抑制大豆生长的土壤铅污染浓度的临界值大约在2 0 0 0 m g k g 左右。土壤铅污染对大 豆产量有影响，污染浓度在o 2 0 0 0 m g k g 范围，促进大豆产量的提高，当污染浓度为 7 5 0 m g k g 时，产量达最高，土壤铅污染浓度达3 0 0 0 m g k g 时己经使产量降低将近 1 0 【2 4 1 。 不同浓度的铅含量在不同土壤上对作物产量的影响不一样，小麦在土壤含铅量为 3 0 0 m g k g 生长减产3 0 ；用15 0 m g k g 铅溶液灌溉水稻，减产2 8 等。5 0 0 m g k g 铅溶液 灌溉使水稻减产2 2 ；有研究认为水稻在土壤中投力1 2 5 0 m g k g 、萝卜在投加量大于 3 0 0 n l g l ( g 的铅可导致减产2 0 【2 5 1 ，大豆在土壤中投加2 3 7 m g k g ，白菜在土壤中投加 5 0 2 0 0 0 m g k g 、水稻在土壤中投j j l 7 0 0 m g k g 的铅，减产1 0 ；有报道认为小麦在土壤铅 浓度为5 0 0 1 5 0 0 m g k g 、大麦在土壤中铅浓度为3 0 0 0 m g k g 时，对产量无影响【2 6 1 。j u d e l 等报道，土壤铅浓度为5 0 0 m g k g 时，萝b 、胡萝b 、菠菜的产量都有降低，但不表现 中毒症状2 7 1 。 1 2 1 3 铅对植物的生理效应 1 2 1 3 1 铅对植物牛理牛化的影响 叶绿素含量的变化，既可反映植物叶片光合功能强弱，也可用以表征逆境胁迫下， 植物组织、器官的衰老状况2 8 。0 1 。植物受铅的污染后，叶片衰老，叶绿素含量降低。 进入植物体内的铅破坏了叶绿素酶活性平衡，导致叶绿素破坏，而且铅的累积，可以 与叶绿素蛋白的s h 结合或者代替其中的铁、锌、镁离子，导致叶绿素蛋白的中心阳 离子发生破坏性变化，从而活性降低：铅浓度增加，表现为叶绿素含量的降低，叶片 黄化，甚至出现失绿症状。刘秀梅等对小麦、水稻、油菜和玉米研究时发现，随着 p b 离子浓度的增加，茎叶中叶绿素含量先增加后降低。叶绿素a g o 值也先增加后降低 【3 l 】 o 高浓度的铅还影响植物的光合和蒸腾作用强度。研究发现，随着铅浓度增大，大 豆及玉米叶片的光合速率、蒸腾速率逐渐减小，导致植株高、叶量、生物量、产量都 下降。在低浓度铅的影响下，玉米比大豆敏感，大豆的光合和蒸腾强度与对照植株一 样。但在高浓度铅的处理下，大豆比玉米敏感，光合和蒸腾强度受到强烈抑制。当砂 培的营养液中铅浓度达4 0 0 m g k g 时，大豆叶片光合强度仅为对照的1 0 ，玉米叶片为 对照的4 7 。过多的铅对植物的某些酶的活性抑制或异常地促进，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，铅抑制水稻对氮、磷、钾的吸 收【2 l 】。木本植物也有类似的反应。 作物茎叶内可溶性糖的含量变化代表碳水化合物的运转情况，亦可以作为生理指 标之一来反映p b 污染农作物的毒害程度3 2 1 。低浓度的铅可以促进可溶性糖含量的增 加，但随着p b 离子浓度的增加，各种供试作物茎叶中的可溶性糖含量均平稳下降。 曹莹的研究认为：从整个玉米的生育时期看，铅胁迫处理下可溶性糖表现为拔节期含 量高，开花期含量下降，蜡熟期含量又有所升高3 3 1 。p b 污染对烟叶可溶性糖含量的 影响也非常强烈，在1 0 0 m g l 时其含量就下降3 3 。但当浓度从5 0 0 m g l 到1 5 0 0 m g l 时其含量叉逐渐稍有上升，但仍低于对照水平【3 4 】。 可溶性蛋白质多为未与膜系统特异结合的酶，其含量越高，表明该部位的牛理生 化反应与代谢活动就越旺盛。铅胁迫下可溶性蛋白含量也会有所变化，在玉米蜡熟期， 可溶性蛋白质含量则随铅浓度的升高而下降，并且均低于对照，反映出随植株体的衰 6 老，铅逆境条件下的植株可溶性蛋白质含量下降幅度较对照大3 3 1 。当p b 2 + o 5m g l 时，轮藻可溶性蛋白含量呈下降趋势，由对照的1 2 0 7 m g g 下降n o 7 7 5m g g ，之后逐 渐增加，至l j p b 为1 0m g l 时，达到最高值1 0 8 7m g g ，然后可溶性蛋白含量又略有降 低，至1 p b 2 + 为4 0 m l 时降到o 9 1 2m g g 【”】。 脯氨酸是植物体内的一种重要的渗透调节物质。渗透调节被认为是植物适应逆境 的主要生理调节机制，脯氨酸的积累参与了渗透调节，与植物的生理机制也密切相关 【2 2 1 。任安芝等研究表明，不同浓度铅处理的青菜，首先表现为p b 含量的不同程度的 增加，然后是细胞膜透性的增大，二者相隔时间越长，植物的耐性就越强【3 6 1 。 在逆境生理学中，细胞膜透性是反映植物抗逆性强弱的良好指标。随着p b 浓度的 增加，膜脂过氧化作用加剧，叶片m d a 含量和质膜相对透性均显著增大，而且根系 内的膜脂过氧化产物m d a 的含量也显著增高，叶片中m d a 积累量高于根，但地上部 m d a 含量升高的幅度远远小于根系，平均只有对照水平的一半左右，并且胁迫程度 越重，组织内的m d a 含量越高。幼苗受到镉胁迫中也得到证明【2 3 , 3 7 , 3 8 】。 1 2 1 3 2 铅对植物相关保护酶类活性的影响 过氧化物酶( p o d ) 、过氧化氢酶( c a t ) 、超氧化物歧化酶( s o d ) 这三种酶是植物适 应多种逆境胁迫的重要酶，被称为植物保护酶系统【3 9 1 。具有清除逆境条件下植物产生 的自由基，形成一个完善的活性氧的防御系统。其活性高低可以反映逆境胁迫时植物 自身清除活性氧能力的大小【3 9 1 。一些研究表明，s o d 酶活性的变化是植物受到铅污染 比较敏感的牛物指标，过氧化物酶( p o d ) 活性受到铅污染后，不同作物表现不同。 s o d 是存在于植物细胞中最重要的清除自由基的酶类之一。s o d 酶活性的变化 是植物受到