陳順鈺 ，韓 航 ，薛凌云 ，張 韻 ，侯曉龍 ，2，3*，蔡麗平 ，2，周垂帆 ，2

（1.福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院，福州 350002；2.海峽兩岸紅壤區(qū)水土保持協(xié)同創(chuàng)新中心，福州 350002；3.福建農(nóng)林大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，福州 350002）

稀土礦的低水平開(kāi)采和選別產(chǎn)生大面積廢棄地，不但使土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞，引起植被破壞、水土流失，同時(shí)還造成土壤酸化、重金屬污染[1]。目前，礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)成為國(guó)內(nèi)外亟需解決的重大環(huán)境問(wèn)題[2]。福建長(zhǎng)汀屬離子型稀土礦區(qū)，其重金屬污染物主要為Pb、Cd，王友生等[3]研究表明，Pb在原地浸廢棄地、周邊未開(kāi)采地達(dá)中度污染水平，在取土場(chǎng)達(dá)輕度污染水平，廢棄堆浸池達(dá)重度污染水平；Cd在原地浸廢棄地、取土場(chǎng)、廢棄堆浸池的質(zhì)量比分別為福建省土壤背景值的141、97、69倍，4個(gè)采樣區(qū)土壤Cd均達(dá)重度污染水平，綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)達(dá)極重污染水平；此外，開(kāi)采過(guò)程中使用大量的硫酸銨進(jìn)行就地淋浸，導(dǎo)致土壤酸化，pH值相對(duì)背景值降低了0.23個(gè)單位。

近年來(lái)，植物修復(fù)技術(shù)備受關(guān)注，植物通過(guò)根部吸收或萃取污染土壤中重金屬而使重金屬原位固定化和隔離化，該技術(shù)具有安全經(jīng)濟(jì)、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)[4－5]。種子萌發(fā)是植物對(duì)環(huán)境脅迫較為敏感的時(shí)期之一，作為植物生命過(guò)程的開(kāi)始階段，種子萌發(fā)能力及幼苗發(fā)育過(guò)程直接影響植物修復(fù)的效果[6]。因此通過(guò)研究在脅迫條件下種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的特性，可以在一定程度上反映植物對(duì)脅迫的耐性。馮宏等[7]研究重金屬和pH值對(duì)類蘆種子萌發(fā)的影響，發(fā)現(xiàn)在強(qiáng)酸性到強(qiáng)堿性條件下類蘆都能夠保持較高的萌發(fā)能力，不同重金屬對(duì)類蘆種子產(chǎn)生明顯抑制作用的濃度不同，且類蘆幼苗生長(zhǎng)比種子萌發(fā)對(duì)重金屬離子更加敏感。不同類型礦山廢棄地植被恢復(fù)限制因子不同，主要包括地表結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差、養(yǎng)分缺失、極端酸堿度、重金屬含量過(guò)高及有機(jī)污染等方面[8]。例如，遼西金屬礦山廢棄地存在表土層破壞、營(yíng)養(yǎng)元素缺乏、重金屬污染等限制植被恢復(fù)的因素[9]。貴州山區(qū)煤礦廢棄地限制植被生長(zhǎng)的主要因子為土壤pH值普遍較低、有效態(tài)N、P、K含量普遍較低、土壤中重金屬Cu、Zn、Pb、Cd為中度污染水平[10]。因此，不同污染區(qū)的植被治理模式也存在差異。

王友生等[11]研究發(fā)現(xiàn)有“荒山先鋒”樹(shù)種之稱的楓香（Liquidambar formosana Hance）可在長(zhǎng)汀稀土礦廢棄地正常生長(zhǎng)，其可能存在特殊的形態(tài)生理適應(yīng)機(jī)制，并已成為長(zhǎng)汀植被恢復(fù)的主要樹(shù)種之一。該研究表明“寬葉雀稗+胡枝子+木荷+楓香+山杜英”模式的肥力指數(shù)達(dá)0.544，是長(zhǎng)汀稀土礦取土場(chǎng)較好的植被恢復(fù)模式。當(dāng)前已有少數(shù)學(xué)者就楓香種子形狀特征、溫度和時(shí)間對(duì)種子萌發(fā)的影響進(jìn)行了研究[12－14]，但重金屬及酸脅迫對(duì)楓香種子的萌發(fā)和生理特性的影響尚不清楚。

鑒于此，以楓香為研究對(duì)象，設(shè)置不同梯度Pb、Cd濃度和pH值試驗(yàn)，測(cè)定種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)的形態(tài)指標(biāo)及抗氧化指標(biāo)，探討重金屬Pb、Cd及酸脅迫條件下楓香種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)過(guò)程的形態(tài)和生理響應(yīng)機(jī)制，以期為酸性廢棄礦地和重金屬污染地土壤植被恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試的楓香種子采購(gòu)自江西省九江縣林木種苗公司，存儲(chǔ)于4℃冰箱。選用籽粒飽滿、堅(jiān)實(shí)、種殼烏亮的楓香種子，用0.3%高錳酸鉀溶液消毒浸泡30 min后，超純水沖洗6遍，然后用超純水浸泡24 h，除去漂浮的劣質(zhì)種子，余下的種子用濾紙吸干表面的水分，用于脅迫試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)稀土礦廢棄地土壤酸化及重金屬污染程度，設(shè)置 pH 值及 Pb、Cd 濃度[3，15－17]，Cd 脅迫采用分析純（CH3COO）2Cd·3H2O 配制，濃度分別為 0（以去離子水對(duì)照）、25、50、100 mg·L－1，記作 Cd－CK、Cd－25、Cd－50、Cd－100；Pb脅迫采用分析純（CH3COO）2Pb配制，濃度為 0（去離子水對(duì)照）、250、500、1000 mg·L－1記作Pb－CK、Pb－250、Pb－500、Pb－1000；pH 調(diào)節(jié)采用CH3COOH，分別為 3.5，4.5，5.5，CK（去離子水對(duì)照），記作 pH－3.5、pH－4.5、pH－5.5、pH－CK。

1.3 試驗(yàn)條件及過(guò)程

種子萌發(fā)試驗(yàn)于福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院實(shí)驗(yàn)室內(nèi)人工氣候箱中進(jìn)行。培養(yǎng)條件為溫度25℃、空氣相對(duì)濕度70%、光照14 h黑暗10 h、光強(qiáng)100%（RXZ－160A智能型人工氣候箱，寧波江南儀器廠）。鋪有兩張濾紙的直徑9 cm的玻璃培養(yǎng)皿，經(jīng)過(guò)高溫滅菌處理，分別加5 mL各設(shè)置濃度的Cd、Pb和酸溶液，每個(gè)培養(yǎng)皿50粒種子，每個(gè)脅迫濃度6個(gè)重復(fù)，其中3個(gè)重復(fù)用于測(cè)定形態(tài)學(xué)指標(biāo)，另外3個(gè)重復(fù)用于測(cè)定生理指標(biāo)。每日添加少量純水，保持濾紙濕潤(rùn)。每日觀察記錄種子萌發(fā)情況。

1.4 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.4.1 發(fā)芽指標(biāo)及形態(tài)學(xué)指標(biāo)測(cè)定

從種子置床之日起每日對(duì)發(fā)芽情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)記錄，以種子胚根長(zhǎng)度達(dá)到種子長(zhǎng)度的一半作為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，每日12點(diǎn)對(duì)種子發(fā)芽數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。連續(xù)3 d發(fā)芽種子數(shù)不足供試種子的1%則發(fā)芽結(jié)束。處理后第6 d統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢(shì)，第10 d發(fā)芽結(jié)束并統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率，從用于測(cè)形態(tài)學(xué)指標(biāo)的各濃度培養(yǎng)皿中取出20株長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗，用游標(biāo)卡尺測(cè)量幼苗地上部及根長(zhǎng)；用電子天平分別稱幼苗的地上部與根鮮重，再置于烘箱105℃殺青30 min，80℃烘干至恒重，稱各部分干重。

（1）發(fā)芽率=萌發(fā)種子數(shù)/種子總數(shù)×100%

（2）發(fā)芽指數(shù)=ΣGt/Dt（Gt指在t時(shí)間內(nèi)萌發(fā)數(shù)，Dt為相應(yīng)的萌發(fā)天數(shù)）

（3）發(fā)芽勢(shì)=發(fā)芽高峰期發(fā)芽的種子數(shù)/種子總數(shù)×100%

（4）活力指數(shù)=發(fā)芽指數(shù)×苗長(zhǎng)度

（5）根伸長(zhǎng)抑制率=（對(duì)照組根長(zhǎng)－處理組根長(zhǎng)）/對(duì)照組根長(zhǎng)×100%

（6）地上部伸長(zhǎng)抑制率=（對(duì)照組地上部長(zhǎng)－處理組地上部長(zhǎng)）/對(duì)照組地上部長(zhǎng)×100%

1.4.2 生理指標(biāo)測(cè)定

發(fā)芽第4、7、10 d，從用于測(cè)生理指標(biāo)的各濃度培養(yǎng)皿中取出0.2 g發(fā)芽種子，于冰浴中的研缽內(nèi)研磨成勻漿，加入4 mL pH 7.8的磷酸緩沖液于離心管中，于 4℃下 10 000 r·min－1冷凍離心 20 min，取上清液立即放入4℃冰箱儲(chǔ)存待測(cè)。參考王學(xué)奎[18]的方法，采用硫代巴比妥酸法測(cè)定丙二醛（MDA）含量，紫外吸收法測(cè)種子過(guò)氧化氫酶（CAT）活性，愈創(chuàng)木酚法測(cè)定過(guò)氧化物酶（POD）活性，氮藍(lán)四唑光化還原法測(cè)定超氧化物岐化酶（SOD）活性，用多功能酶標(biāo)儀（IPBPinite M200 PRO，瑞士）測(cè)定各樣品的吸光度值。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集整理后，用SPSS 19.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用Origin 9.0作圖，圖表中數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（n=3）表示。采用單因子方差分析（One－way ANOVA）和多重比較法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用Tukey－HSD法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 Pb、Cd、酸脅迫對(duì)楓香種子萌發(fā)的影響

由表1可得，不同濃度Pb、Cd和酸脅迫處理下楓香種子發(fā)芽率均較高，在80%～93.3%之間，不同Pb、Cd處理下發(fā)芽率并無(wú)顯著差異（P＞0.05），pH－3.5脅迫下發(fā)芽率與發(fā)芽勢(shì)相比對(duì)照組顯著降低（P＜0.05）。就發(fā)芽指數(shù)而言，Pb處理組差異不顯著，隨著Cd脅迫濃度的增加發(fā)芽指數(shù)呈遞減趨勢(shì)，而酸處理下隨pH減小呈先增后減再增趨勢(shì)，除Cd－100顯著低于對(duì)照外，其他處理均無(wú)顯著差異，說(shuō)明楓香種子在3種脅迫條件下萌發(fā)速度相對(duì)一致。對(duì)照組的活力指數(shù)顯著高于重金屬Pb、Cd脅迫下的各濃度活力指數(shù)（P＜0.05），pH－3.5條件下的活力指數(shù)顯著低于對(duì)照及其他兩組處理的活力指數(shù)。由此可見(jiàn)，在重金屬Pb、Cd脅迫下，發(fā)芽率雖然差異不明顯，活力指數(shù)卻受到明顯抑制，強(qiáng)酸條件（pH－3.5）對(duì)楓香種子萌發(fā)具有一定的抑制作用。

2.2 Pb、Cd和酸脅迫對(duì)楓香種子幼苗的影響

楓香幼苗對(duì)不同類型的脅迫處理響應(yīng)不同。隨重金屬Pb、Cd的濃度增加，出現(xiàn)不同程度的毒害效應(yīng)，如圖1所示，在Pb、Cd脅迫下發(fā)芽第10 d的楓香幼苗芽苗幼小，主根變短甚至出現(xiàn)“無(wú)根苗”等發(fā)育不良現(xiàn)象。處理組的根長(zhǎng)均顯著低于對(duì)照組（P＜0.05），且隨重金屬脅迫濃度的增加，根長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)，各Pb、Cd脅迫組的地上部長(zhǎng)均顯著高于根長(zhǎng)（圖2）。采用多項(xiàng)式曲線擬合，伸長(zhǎng)抑制率回歸方程如表2所示，重金屬濃度與抑制率呈正相關(guān)，脅迫濃度越大抑制率越高。根達(dá)到80%～95%的抑制率，地上部達(dá)到9%～43%的抑制率。Pb－1000處理，地上部鮮重、根鮮/干重都顯著低于對(duì)照（P＜0.05）（圖 3）。Cd－100 處理，地上部鮮重、根鮮/干重顯著低于對(duì)照（P＜0.05）。由此可見(jiàn)，重金屬脅迫對(duì)楓香幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育有抑制作用，甚至產(chǎn)生毒害。

表1 不同脅迫處理對(duì)楓香種子萌發(fā)的影響Table 1 Seed germination of Liquidambar formosana under different treatments

圖1 發(fā)芽第10 d不同處理下的楓香幼苗Figure 1 Liquidambar formosana seedlings growth at tenth day with different treatments

弱酸環(huán)境（pH－5.5、pH－4.5）提高了發(fā)芽指數(shù)，對(duì)楓香種子萌發(fā)有促進(jìn)作用，同樣，pH－5.5處理促進(jìn)了楓香幼苗根系的生長(zhǎng)（圖1、圖2），根長(zhǎng)高于對(duì)照，而該pH條件下，地上部受到抑制，抑制率為6.5%。隨pH減小根及地上部的抑制率均呈先減后增趨勢(shì)（表2），pH－3.5處理，根、地上部抑制率達(dá) 84.35%、25.76%，地上部長(zhǎng)、根和地上部的鮮重以及根的干重均顯著低于其他組（圖2、圖3）。由此可見(jiàn)，強(qiáng)酸會(huì)抑制楓香幼苗的生長(zhǎng)。

2.3 種子萌發(fā)過(guò)程中抗氧化酶活性的變化

隨Pb濃度的增加（表3），發(fā)芽第4 d時(shí)SOD活性Pb－250處理顯著高于對(duì)照，SOD呈遞減趨勢(shì)，POD活性 Pb－1000處理顯著高于對(duì)照（P＜0.05）；第 10 d的POD活性各組差異顯著并呈遞增趨勢(shì)，SOD活性升高，但各組差異并不顯著。第4、7 d CAT活性均隨脅迫濃度的增加而呈先增后減再增趨勢(shì)，均在Pb－1000達(dá)最大值且顯著高于其余脅迫濃度（P＜0.05），說(shuō)明高濃度的Pb脅迫對(duì)楓香CAT活性有顯著促進(jìn)作用。

表2 根和地上部的伸長(zhǎng)抑制率回歸方程Table 2 The regression equation for inhibition rate of root and aboveground

圖3 不同脅迫處理對(duì)楓香幼苗生物量的影響Figure 3 Effects of different treatments on biomass of Liquidambar formosana

隨時(shí)間的變化，對(duì)照組及處理組中CAT活性均隨萌發(fā)時(shí)間的增加呈先減后增趨勢(shì)，對(duì)照第0 d種子CAT活性均顯著高于萌發(fā)各時(shí)間段（P＜0.05）。SOD活性均呈先降低后增加的趨勢(shì)，但各組差異并不顯著。除Pb－1000處理外，POD活性隨種子萌發(fā)代謝的加強(qiáng)而下降。此外，發(fā)芽結(jié)束后各處理?xiàng)l件下未萌發(fā)種子之間的SOD、POD、CAT活性無(wú)顯著差異，且3種抗氧化酶活性均顯著低于對(duì)照種子。

隨Cd濃度的增加（表4），發(fā)芽第4 d時(shí)脅迫組SOD、CAT活性顯著高于對(duì)照（P＜0.05），POD 活性呈下降趨勢(shì)；發(fā)芽第7、10 d的POD活性增強(qiáng)，并在Cd－100時(shí)顯著高于其余脅迫組，可見(jiàn)發(fā)芽后期高濃度的Cd脅迫可促進(jìn)POD活性增強(qiáng)。第10 d時(shí)Cd－50的CAT活性顯著高于對(duì)照組（P＜0.05），其他時(shí)間段CAT隨脅迫濃度的增加而增加，但差異不顯著。

楓香種子在萌發(fā)過(guò)程中，CAT活性在Cd－50處理下各萌發(fā)階段間差異顯著（P＜0.05），對(duì)照及處理組的CAT、SOD活力均呈現(xiàn)出隨時(shí)間變化先降后升的趨勢(shì)。其中Cd－100、Cd－50的SOD活性在第4 d時(shí)顯著低于萌發(fā)過(guò)程其余各階段，說(shuō)明在高濃度Cd脅迫下種子萌發(fā)初期SOD活性受到抑制，但隨時(shí)間的增加萌發(fā)代謝增強(qiáng)，SOD活性上升。對(duì)照及處理組的POD活性在第10 d顯著降低并達(dá)最小值（P＜0.05）。未萌發(fā)種子SOD、POD、CAT活性顯著低于對(duì)照第0 d種子，分別降低了43.11%～48.21%、66.44%～68.72%、77.44%～79.09%。

由表5所示，pH值減小過(guò)程中，發(fā)芽第4 d時(shí)SOD活性呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，pH－4.5處理組SOD活性顯著高于對(duì)照；POD活性呈先降低后升高趨勢(shì)，pH－5.5處理與對(duì)照相比顯著降低。第10 d時(shí)pH－5.5處理的SOD活性顯著低于對(duì)照，POD活性卻顯著增加（P＜0.05）。第4 d的pH－4.5處理組和第10 d的pH－3.5處理組CAT活性均顯著低于對(duì)照（P＜0.05）。

隨時(shí)間變化，pH－3.5處理POD活性呈先增后減趨勢(shì)，第 7 d的 POD 活性顯著高于第 0 d（P＜0.05），表明在強(qiáng)酸條件下萌發(fā)初中期的楓香種子為了適應(yīng)逆境脅迫，POD逐漸上升，提高了清除過(guò)氧化物的能力，至第7 d達(dá)最大值后快速下降了78.15%。CAT活性在pH－5.5及pH－4.5處理下發(fā)芽過(guò)程中各時(shí)段差異顯著（P＜0.05），且所有pH處理組在萌發(fā)過(guò)程中CAT活性均呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，說(shuō)明在萌發(fā)初中期CAT活性受到抑制，后期（10 d）CAT活性略有增加。2.4 Pb、Cd、酸脅迫對(duì)楓香種子萌發(fā)過(guò)程中MDA含量變化

表3 Pb脅迫下楓香種子萌發(fā)過(guò)程中抗氧化酶活性的變化Table 3 Changes of antioxidant enzyme activities during seed germination in different Pb treatments of Liquidambar formosana

表4 Cd脅迫下楓香種子萌發(fā)過(guò)程中抗氧化酶活性的變化Table 4 Changes of antioxidant enzyme activities during seed germination in different Cd treatments of Liquidambar formosana

由表6可以看出，在第4、10 d的Pb－1000處理組MDA含量顯著高于同時(shí)間內(nèi)不同Pb處理，表明在高濃度Pb脅迫下膜脂過(guò)氧化嚴(yán)重。隨Cd濃度增加MDA含量整體增加，其中Cd－100處理組的MDA含量顯著高于對(duì)照（P＜0.05）。隨pH值減小MDA含量均呈遞增趨勢(shì)，其中pH－3.5處理組MDA含量在第7、10 d顯著增加，說(shuō)明強(qiáng)酸條件一定程度上破壞了楓香種子的膜系統(tǒng)。

重金屬Pb、Cd及酸的脅迫程度越大，楓香體內(nèi)的MDA含量越多，隨發(fā)芽時(shí)間的延長(zhǎng)MDA含量逐漸增多，對(duì)照種子顯著低于脅迫組，未萌發(fā)種子MDA含量均是所有組中最大的，可能是由于未發(fā)芽種子膜脂過(guò)氧化嚴(yán)重、膜系統(tǒng)遭到嚴(yán)重?fù)p壞，這可能也是導(dǎo)致種子不能萌發(fā)的原因之一。

表5 pH脅迫下楓香種子萌發(fā)過(guò)程中抗氧化酶活性的變化Table 5 Changes of antioxidant enzyme activities during seed germination in different pH treatments of Liquidambar formosana

表6 不同處理下楓香種子萌發(fā)過(guò)程中MDA含量的變化（μmol·g-1）Table 6 Changes of MDA content during seed germination in different treatments of Liquidambar formosana（μmol·g-1）

3 討論

土壤酸化及重金屬污染是植物生長(zhǎng)的限制因子，土壤環(huán)境過(guò)酸會(huì)影響植物正常的營(yíng)養(yǎng)代謝、光合作用和呼吸作用，甚至導(dǎo)致植物萎黃枯死[19]。當(dāng)植物受到重金屬脅迫時(shí)，出現(xiàn)生長(zhǎng)緩慢、生物量降低、植株矮小、根系生長(zhǎng)受到抑制等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致死亡[20]。種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)作為植物生命周期的開(kāi)始階段，在逆境脅迫下能夠表現(xiàn)出一定程度的耐性。本試驗(yàn)中Pb、Cd處理對(duì)楓香種子發(fā)芽率無(wú)顯著影響，發(fā)芽率達(dá)80%～88%。pH-3.5對(duì)楓香種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)具有顯著的抑制作用。在Cd脅迫下發(fā)芽指數(shù)呈遞減趨勢(shì)，而酸處理下呈先增后減再增趨勢(shì)，種子活力指數(shù)在兩種重金屬脅迫下受到顯著的抑制作用，pH-4.5處理發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)及pH-5.5處理的發(fā)芽指數(shù)略高于對(duì)照。

相對(duì)種子萌發(fā)，Pb和Cd均對(duì)楓香幼苗產(chǎn)生顯著的毒害效應(yīng)，幼苗出現(xiàn)發(fā)育不良，主根變短等現(xiàn)象。陳俊任等[21]對(duì)毛竹種子在重金屬脅迫下的萌發(fā)研究中發(fā)現(xiàn)，重金屬對(duì)幼苗根的毒害明顯強(qiáng)于對(duì)芽的毒害。本研究中出現(xiàn)的“無(wú)根苗”現(xiàn)象及各組芽長(zhǎng)顯著高于根長(zhǎng)都與前人研究[21]成果一致，主要原因可能在于楓香幼苗根系直接與重金屬環(huán)境接觸，最先受到重金屬毒害，從而根的生長(zhǎng)受到明顯抑制（根伸長(zhǎng)抑制率達(dá)80%～95%）。高濃度的Pb、Cd脅迫下芽根的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量均顯著低于對(duì)照，由此可見(jiàn)幼苗生長(zhǎng)和種子萌發(fā)這兩個(gè)階段的生理代謝對(duì)Pb、Cd響應(yīng)存在差異。pH-5.5對(duì)楓香幼苗根系的生長(zhǎng)有刺激效應(yīng)，根長(zhǎng)高于對(duì)照，而對(duì)地上部生長(zhǎng)有抑制作用，抑制率為6.5%。pH－3.5時(shí)芽長(zhǎng)、根和芽的鮮質(zhì)量以及根的干質(zhì)量均顯著低于對(duì)照，抑制了楓香幼苗的生長(zhǎng)。

在逆境脅迫下的植物細(xì)胞存在著自由基的產(chǎn)生和消除這兩個(gè)過(guò)程，只有抗氧化酶系統(tǒng)CAT、POD、SOD三者協(xié)調(diào)一致，才能使生物自由基維持在較低水平，從而防止被自由基毒害[22]。楊穎麗等[23]發(fā)現(xiàn)在小麥種子萌發(fā)過(guò)程中，Cd脅迫誘導(dǎo)CAT、POD和APX活性升高，小麥葉片在Cd脅迫下可通過(guò)提高抗氧化酶的活性來(lái)清除產(chǎn)生的H2O2、降低膜脂過(guò)氧化損害。本研究中在Pb脅迫下，各時(shí)間段CAT、POD、SOD活性呈現(xiàn)出不一致的變化趨勢(shì)。隨時(shí)間的延長(zhǎng)，SOD、CAT活性先減后增，POD活性降低，在同時(shí)間段隨Pb脅迫濃度的增加，SOD活性、第10 d POD活性、第4、7 d CAT活性均呈多項(xiàng)式變化，表現(xiàn)為“升高－降低－升高”的趨勢(shì)，清除活性氧來(lái)保護(hù)植物細(xì)胞免受活性氧的損傷，這與前人研究[23]結(jié)果一致。陳偉[24]在研究重金屬脅迫對(duì)草坪草生長(zhǎng)發(fā)育及生理特性的影響中發(fā)現(xiàn)，重金屬脅迫對(duì)草地早熟禾抗氧化酶活性影響較大，隨Pb、Cd濃度增加，SOD、POD活性升高。楓香種子隨Cd濃度增加顯著提高SOD和CAT活性，發(fā)芽初期（4 d）POD 受到抑制，中后期（7、10 d）隨脅迫加強(qiáng)顯著升高。隨時(shí)間的延長(zhǎng)POD活性受到抑制、SOD和CAT活性先增后減，以此來(lái)達(dá)到酶之間的平衡比。例如，紫萼玉簪種子和幼苗對(duì)酸雨與Cd復(fù)合污染的生理生態(tài)響應(yīng)過(guò)程[25]中，在單一酸雨脅迫下CAT、SOD、POD活性變化趨勢(shì)相似，均增高，不同的是當(dāng)pH－4.5時(shí)CAT活性顯著增高，說(shuō)明CAT與SOD、POD相比對(duì)酸的敏感性更高。從本試驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨pH減小，第7 d的POD活性及第10 d的POD、CAT活性顯著增加，隨時(shí)間增加，pH－3.5處理下POD活性最高峰值出現(xiàn)在第7 d，與對(duì)照第0 d種子相比具有顯著差異（P＜0.05），并呈先增后減趨勢(shì)，表明在強(qiáng)酸條件下萌發(fā)初期的楓香種子為了適應(yīng)逆境脅迫POD活性逐漸上升，提高了清除過(guò)氧化物的能力。楓香種子在萌發(fā)過(guò)程中三種酶活性相互協(xié)調(diào)，使得楓香自由基維持在較低水平狀態(tài)，這可能是楓香種子能在重金屬和酸污染的長(zhǎng)汀稀土礦廢棄地萌發(fā)的原因之一。未萌發(fā)種子的POD、SOD、CAT活性均顯著降低，重金屬及酸逆境脅迫下，楓香未萌發(fā)種子對(duì)活性氧的清除能力下降，使活性氧的產(chǎn)生速率超過(guò)抗氧化酶系統(tǒng)的清除能力。

MDA是膜脂質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)物之一，其含量大小對(duì)生物體過(guò)氧化強(qiáng)度和膜系統(tǒng)受損程度具有重要指示作用[22]。在3種脅迫條件下MDA含量均隨處理強(qiáng)度的升高而增加，在楓香萌發(fā)過(guò)程中MDA的積累與脅迫強(qiáng)度呈正相關(guān)。其中未發(fā)芽的種子MDA含量顯著高于對(duì)照種子及其他處理組，這說(shuō)明楓香種子體內(nèi)活性氧產(chǎn)生和清除的平衡受到破壞，而有利于體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生，所積累的活性氧引發(fā)了膜脂過(guò)氧化，所以MDA含量高度積累，這與前人的研究[23－25]結(jié)果相一致。本試驗(yàn)僅探討了酸、Pb、Cd單獨(dú)脅迫下楓香種子的萌發(fā)及幼苗的生長(zhǎng)，對(duì)酸和重金屬?gòu)?fù)合脅迫，特別是成年植株的抗逆解毒機(jī)理、富集規(guī)律、分子水平及細(xì)胞結(jié)構(gòu)上的影響，還有待進(jìn)一步深入研究。

4 結(jié)論

（1）Pb、Cd處理對(duì)楓香種子發(fā)芽率無(wú)顯著影響，但對(duì)幼苗根長(zhǎng)具有顯著的抑制效應(yīng)，出現(xiàn)“無(wú)根苗”現(xiàn)象；pH－5.5、pH－4.5對(duì)楓香種子萌發(fā)、幼苗的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，pH－3.5則有抑制作用。

（2）CAT活性變化是楓香種子響應(yīng)Pb、Cd和酸3種脅迫的主要策略；SOD在楓香種子適應(yīng)Cd脅迫、POD在楓香種子適應(yīng)Pb和酸脅迫的一定階段也發(fā)揮了重要作用。在楓香萌發(fā)過(guò)程中MDA的積累與脅迫濃度呈正相關(guān)。

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