EDDS螯合诱导对Cd胁迫下荻生长和Cd积累的影响

工业化、城市化等人类活动直接催生了当今世界上一个严重的环境问题——土壤重金属污染。重金属的自然净化速度非常缓慢,因此其更容易在环境中积聚。过量的重金属不仅会导致农产品产量下降、品质降低,更为严重的是其能通过食物链进入体内直接危害人类健康。因此,治理重金属污染土壤迫在眉睫。植物修复是利用植物清除环境中的污染物,因其具有价格低廉、美化环境、原位修复、无二次污染等优点而受到广泛关注。在诸多植物修复强化措施中,螯合诱导修复技术易于开展、效果较明显,正日益受到人们的重视。荻（Miscanthus sacchariflorus（Maxim.）Benth.）是禾本科芒属多年生C₄植物,植株高大、干物质产量高、适应性强、再生能力强,是一种重要的能源植物。乙二胺二琥珀酸（EDDS）是乙二胺四乙酸（EDTA）的一种天然同分异构体,分子式为C₁₀H₁₆N₂O₈,具有生物毒性小、可降解性高、螯合能力强等优点。本文采用荻为Cd污染土壤的修复植物,以EDDS为土壤Cd的螯合剂。通过盆栽试验,从播种开始培育132 d后,研究Cd胁迫对荻生长、荻体内Cd富集与分布和土壤酶活性的影响;通过盆栽试验,研究EDDS对Cd、Pb污染土壤上荻生长及积累重金属的影响差异;通过盆栽试验,研究Cd胁迫下,施加不同浓度EDDS及一次和少量多次施加相同量EDDS对荻生长、荻体内Cd富集与分布的影响。主要研究结果如下:1.荻耐性指数随处理浓度的增加先上升后下降,Cd浓度≤6 mg·kg^-1时,促进荻生长,Cd浓度为9 mg·kg^-1时,抑制荻生长。叶绿素、丙二醛和可溶性糖含量均随处理浓度的增加先升高后降低,在Cd浓度为6 mg·kg^-1时达到最大值;类胡萝卜素含量为先降低后升高,在6 mg·kg^-1时达最小值。荻根部Cu、Zn和Fe含量均随处理浓度的增加而升高,地上部Cu和Fe含量先降低后升高,而Zn含量持续降低。根部和地上部Cd含量随Cd处理浓度增加呈线性增加趋势,且根部Cd含量均高于地上部的;不同浓度Cd处理荻根部富集系数均大于1,但地上部富集系数和转运系数均小于1;根部Cd积累量随处理浓度的增加先升高后降低,在Cd浓度为6 mg·kg^-1时达到最大值,地上部Cd积累量持续升高,荻体内Cd主要分布在根部。Cd处理组的土壤脲酶和过氧化氢酶活性与对照相比总体无显著差异（P>0.05）,Cd浓度为6和9mg·kg^-1对土壤脲酶活性有一定促进作用,但会抑制过氧化氢酶活性,根际土壤酶活性总体高于非根际土壤酶的。2.在Cd、Pb污染下,EDDS处理组的荻叶片光合色素含量、株高和干质量与对照相比总体上均无显著差异（P>0.05）。Cd污染下,随着EDDS添加量增加,荻地上部、根部的Cd含量和富集系数均呈现先增加后降低的趋势,且均在1mmol·kg^-1 EDDS处理时达到峰值,3 mmol·kg^-1 EDDS处理时次之;Cd转运系数持续增加,且EDDS处理组的均显著高于对照（P<0.05）;植株Cd总积累量呈先增加后减小的趋势,在3 mmol·kg^-1处理时达峰值,较对照显著提高44.2%（P<0.05）;EDDS处理组的Cd转运量系数均高于对照,以5 mmol·kg^-1处理时的最高;荻对Cd污染土壤的修复效率以3 mmol·kg^-1处理时的最高。Pb污染下,地上部Pb含量和富集系数以5 mmol·kg^-1 EDDS处理较大,但与对照相比无显著差异（P>0.05）;根部Pb含量和富集系数在5 mmol·kg^-1处理时最大,分别较对照显著提高37.5%和35.3%（P<0.05）;随着EDDS添加量增加,地上部、根部及总的Pb积累量均表现出先降低后增加的变化趋势,以5 mmol·kg^-1 EDDS处理最高,分别较对照提高9.4%、56.7%、46.6%,但差异不显著（P>0.05）;荻对Pd污染土壤的修复效率也随着EDDS添加量增加表现出先降低后增加的变化趋势,在5 mmol·kg^-1 EDDS处理时最大,较对照提高45.2%,差异不显著（P>0.05）。3.各EDDS处理组中,荻幼苗均表现出一定的毒害症状,其中,4和8 mmol·kg^-1EDDS处理时部分荻幼苗出现死亡现象,死亡率分别为7.04%⁸.93%和41.14%⁶7.46%;不同浓度Cd胁迫下,EDDS一次施加组中,随EDDS浓度升高,荻幼苗的根长、株高、根部干重及地上部干重总体均呈现逐渐减小趋势,在8mmol·kg^-1处理时最小;2 mmol·kg^-1分次施加组的根长、株高、根部干重及地上部干重均高于一次施加组的,总体表现为分5次>分10次>一次,理论最佳分次数为6⁷次。总的来看,不同浓度EDDS均可促进荻富集Cd。其中,1 mg·kg^-11 Cd胁迫下,1mmol·kg^-1 EDDS的强化效果较好;3 mg·kg^-1 Cd胁迫下,2 mmol·kg^-1的强化效果较好;9 mg·kg^-1 Cd胁迫下,4、8 mmol·kg^-1的强化效果较好。与2 mmol·kg^-1一次施加组相比,分次施加未能显著提高荻体内Cd含量（P>0.05）。1 mmol·kg^-1、2 mmol·kg^-1分5次以及2 mmol·kg^-1分10次组的荻幼苗Cd积累量总体高于对照;各处理中2mmol·kg^-1分5次组的Cd积累量总体上最高;与一次施加组相比,分次施加可提高幼苗体内Cd积累量。