铅胁迫下地被竹的生长响应与铅富集、解毒策略

摘要

地被竹(Dwarf bamboos)被认为是具有土壤重金属污染修复潜力的克隆植物,但其在铅(Pb)污染环境中的适应策略与解毒机制尚未见报道.文章以6种地被竹为研究对象,对其进行3个浓度水平(0、300、1500 mg/kg)的土壤Pb胁迫处理,结果表明:1)多数地被竹种会通过"减少新竹生物量分配"和"降低地上部分生物量分配"2种生物量分配策略以适应Pb胁迫逆境;2)地被竹主要将Pb积累分布在地下鞭根系统及老秆中,6个竹种形成了3种不同的Pb富集策略,分别为:"鞭主导老秆协同"(菲黄竹、菲白竹、白纹椎谷笹和狭叶倭竹),"老秆主导鞭协同"(美丽箬竹)和"老秆主导新根协同"(铺地竹);3)在Pb 300和Pb 1500土壤Pb胁迫处理下,转运系数大于1的竹种有菲白竹(1.51,1.86)、铺地竹(1.38,1.02)和美丽箬竹(1.59,1.11),富集系数大于1的竹种只有铺地竹(1.86,1.06).进一步以铺地竹为研究对象,采用水培方式,设计4个Pb胁迫水平(0、300、600、900 mg/L),分析其不同器官的亚细胞间隔区域化作用、Pb化学赋存形态以及植物细胞螯合作用,从生理水平到细胞水平揭示出铺地竹的器官Pb解毒策略:1)鞭根系统对Pb的滞留是铺地竹缓解Pb对地上部分伤害的解毒策略之一;2)细胞壁固持是鞭、根、秆的主导Pb解毒策略,液泡区隔化是叶的主导Pb解毒策略;3)根、鞭、秆中的Pb主要以4种低迁移能力(低毒)的化学形态赋存(FNaCl,FHAc,FHCl和FR),叶片中的Pb主要以2种高迁移能力(高毒)的化学形态赋存(FE和FW);4)根系、叶片参与Pb解毒的主要细胞螯合物质不同,前者通过PCs、后者通过GSH发挥解毒作用.综上,铺地竹具有合理的Pb耐受与解毒机制,以及较强的Pb富集能力(在300、1500 mg/kg Pb污染的20 cm浅层土壤中,一个生长季可分别回收提取238 mg/m2、535 mg/m2土壤Pb),具有Pb污染修复的应用潜力.