摘要
随着工业化的不断扩张、农业中化肥、农药、除草剂的广泛使用及矿山开采造成的污染日益威胁人们的生活和健康，土壤镉（Cd）污染已经成为全球最严重的环境问题之一。很多国家对土壤重金属污染非常重视，采取了多种修复方法，其中植物修复已成为世界各国争相研究的热点，植物修复利用绿色植物的新陈代谢活动来提取、降解、固定或挥发污染土壤环境中的重金属污染物，是一种非常绿色环保的修复技术，不仅保持污染现场土壤的结构，也可减少修复费用。 本研究以草本植物多花黑麦草（Lolium multiflorum L.）和孔雀草（Tagetes patula L.）为试验材料，通过盆栽试验，研究不同梯度Cd胁迫对其种子萌发及幼苗期间生长、成年植株生理抗逆性、Cd积累特性及叶片超微结构的影响，以期挖掘出具有修复潜力的植物。研究结果如下： （1）多花黑麦草和孔雀草种子的萌发对Cd胁迫生理响应程度不同，高浓度Cd胁迫会抑制植物的发芽指数和活力指数，各处理间的活力指数随Cd胁迫浓度的增加而显著降低（P<0.05）。两者的根长和苗长随Cd胁迫浓度的增加均逐渐缩短，在500 mg.L-1Cd胁迫下，两者的根长比对照分别显著降低了92.00%、92.03%，两者的苗长分别比对照显著降低了40.00%、55.68%，可见高浓度Cd胁迫对根的抑制作用尤为显著。此外，随Cd胁迫浓度的增加，两者的CAT活性均先升后降；多花黑麦草的SOD活性先升后降、孔雀草的SOD活性先降后生再降,在100 mg.L-1Cd胁迫下多花黑麦草SOD的活性最大（150.26 U.g-1.min Fw），而孔雀草的SOD活性达到最大（149.83 U.g-1.min Fw）时的胁迫浓度为400 mg.L-1。两者的POD活性均表现为先升后降。可见2种植物幼苗的抗氧化系统对Cd胁迫产生不同程度的生理响应，在一定浓度Cd胁迫范围内，植株可以通过提高自身体内抗氧化酶的活性来清除自由基积累造成的伤害，而Cd胁迫浓度超过一定阈值，植物体内的抗氧化酶活性降低，植物的耐受性降低。 （2）Cd是植物光合作用的抑制剂，高浓度Cd（300 mg.kg-1）胁迫均可抑制多花黑麦草和孔雀草叶绿素的合成。随Cd胁迫浓度的增加，2种植物的Fo先降后升；Fm、Fv/Fm和Fv/Fo先升后降。同时多花黑麦草叶片的ФPSⅡ、ETR、qP和qN均先升后降；孔雀草的ФPSⅡ、ETR、qP大体上是先升后降、qN大体上是升高的。可见高浓度Cd胁迫均能够使2种草本植物叶片PSⅡ反应中心受损，降低电子传递能力和光化学效率，影响及扰乱植物生长期间的光合特性。 （3）Cd胁迫同样影响2种草本植物成年植株的抗氧化系统，随Cd胁迫浓度的增加，多花黑麦草的CAT活性先降后升，孔雀草的CAT活性先升后降，多花黑麦草和孔雀草的CAT活性达到最高的Cd浓度分别为300 mg.kg-1和50 mg.kg-1；多花黑麦草的SOD活性先升后降，在100 mg.kg-1Cd胁迫下的SOD活性最大（138.31 U.g-1.min-1Fw）；孔雀草的SOD活性先降后生再降，在200 mg.kg-1Cd胁迫下的SOD活性最大（123.18 U.g-1.min-1Fw）；两者的POD活性均先升后降，两种植物的POD活性达到最高的Cd浓度分别为200、50 mg.kg-1；两者的脯氨酸和MDA含量存在差异，高浓度Cd（300 mg.kg-1）下孔雀草脯氨酸含量（15.40 ug.g-1 Fw）和MDA含量（6.88 nmol.g-1 Fw）显著高于多花黑麦草（1.97 ug.g-1 Fw、6.1 nmol.g-1 Fw）。可见，不同植物对Cd胁迫表现出不同的生理抗逆性。 （4）多花黑麦草和孔雀草地上部和地下部 Cd含量随 Cd胁迫浓度的增加而逐渐升高，各处理间多花黑麦草组织内Cd分布特征均表现为：地下部>地上部，转运系数降低。在50 mg. kg-1Cd浓度胁迫下，孔雀草根、茎和叶中Cd积累量分布特征表现：叶>茎>根，根-茎转运系数（1.33）>1，在300 mg. kg-1Cd浓度胁迫下，地上部Cd含量（135 mg.kg-1）已超过Cd超富集植物的临界值，且孔雀草植株生长过程中没有出现明显的毒害症状，由此可知，孔雀草是Cd超富集的特征植物。 （5）多花黑麦草和孔雀草的叶片超微结构在高浓度Cd（300 mg. kg-1）胁迫下发生不同程度的损伤。其中多花黑麦草叶肉中部分叶绿体膨胀成球形，基粒紊乱、基质片层结构溶解，嗜锇颗粒增多，且出现相互聚集的现象，但大部分叶绿体内部结构还是正常的。而孔雀草叶绿体数量明显减少，基粒及基质片层几乎看不清，同时叶绿体中出现巨型淀粉粒，嗜锇颗粒增大，线粒体数目减少甚至消失。同时发现，相同植物不同细胞中的相同细胞器受Cd胁迫损伤程度存在差异。
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