陳順鈺，趙雅曼，李宗勛，李啟艷，姜 云，侯曉龍，2，3*，蔡麗平，2，3

（1.福建農(nóng)林大學林學院，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.南方紅壤區(qū)水土保持國家林業(yè)局重點實驗室，福州 350002）

福建長汀是稀土資源儲量最多和稀土產(chǎn)業(yè)發(fā)展最早的縣，屬典型的離子型稀土礦區(qū)[1]。近年來隨稀土價格攀升，稀土礦開采加劇產(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，同時還造成土壤酸化、重金屬污染，成為當前亟需解決的重大環(huán)境問題[2-3]。長汀重金屬污染主要為Pb、Cd，在廢棄堆浸池Pb含量達重度污染水平；在原地浸廢棄地、廢棄堆浸池、取土場的Cd含量分別為福建省土壤背景值的141、69、97倍，綜合潛在生態(tài)風險指數(shù)均大于1200，污染程度達極重水平。長汀稀土礦開采主要是采用加入硫酸銨或草酸等強酸溶液浸提，將吸附在黏土礦物表面的稀土離子交換出來，因此導致長汀廢棄地土壤酸化，礦區(qū)生態(tài)環(huán)境惡化[1，4-6]。土壤酸化和重金屬污染成為限制稀土礦廢棄地的生態(tài)恢復的限制因子。其中植物修復技術(shù)具有安全、經(jīng)濟、環(huán)保等優(yōu)點備受關(guān)注[7]。

大量研究表明，可溶性糖和可溶性蛋白是植物體內(nèi)兩種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。當植物受到外部環(huán)境脅迫時，可溶性糖在植物體內(nèi)迅速積累，以維持植物體與外部環(huán)境的相對滲透平衡?？扇苄缘鞍滓彩侵参镏匾纳砘钚晕镔|(zhì)，其含量變化與外部環(huán)境的變化密切相關(guān)，可溶性蛋白的升高，是植物在逆境下的一種防御機制[8-9]。如劉玉艷等[10]發(fā)現(xiàn)重金屬Cd、Pb、Ni脅迫降低了地膚（Kochia scoparia）種子可溶性蛋白含量，極顯著提高了可溶性糖含量。在種子萌發(fā)過程中，種子內(nèi)部淀粉酶催化貯藏淀粉水解，為后期植株幼苗的形態(tài)建成及生長發(fā)育提供主要的物質(zhì)和能量來源[10]。近年來，傅里葉紅外光譜分析技術(shù)在環(huán)境生物修復和重金屬污染對植物營養(yǎng)的影響等方面也有較多應(yīng)用[11]。另一方面，細胞壁的固定和液泡區(qū)室化在植物應(yīng)對重金屬的毒性方面起著相當重要的作用。Weng B S等[12]研究證實了大部分Cd都儲存在秋茄樹[Kandeliaobovata（S.，L.）]的細胞壁中，細胞壁的固定作用是其抗Cd毒性的重要策略之一。

楓香（Liquidambar formosana Hance）系金縷梅科楓香樹屬的高大落葉喬木，分布于我國秦嶺及淮河以南，有“荒山先鋒”樹種之稱，其生長快、用途廣、適應(yīng)性強、生態(tài)效益好，已成為林種、樹種結(jié)構(gòu)調(diào)整的首選樹種，能在長汀稀土礦廢棄地正常生長[13-15]。目前已有學者就溫度和時間對楓香種子萌發(fā)的影響、楓香種子形狀特征進行了研究[16-17]，然而，重金屬及酸脅迫對楓香種子萌發(fā)過程中的生理變化尚未見報道。鑒于此，研究不同Pb、Cd及酸脅迫對楓香種子萌發(fā)過程中可溶性蛋白、可溶性糖、還原糖含量，淀粉酶活性等的影響，通過傅里葉紅外光譜變化及對胚乳的超微結(jié)構(gòu)進行觀察。探討重金屬Pb、Cd及酸脅迫條件下楓香種子萌發(fā)過程中內(nèi)含物的變化機制，旨在為該種子在酸性廢棄礦地和重金屬污染地萌發(fā)機制研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

楓香種子采購自江西省九江縣林木種苗公司，存儲于4℃冰箱。

1.2 試驗設(shè)計

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[1，18-19]，pH 調(diào) 節(jié) 采 用CH3COOH，分別為3.5、4.5、5.5、CK（去離子水對照）。Pb脅迫采用分析純（CH3COO）2Pb配制，濃度為0（去離子水對照）、250、500、1000 mg·L-1（文中以CK、Pb-250、Pb-500、Pb-1000表示）的Pb溶液；Cd脅迫采用分析純（CH3COO）2Cd·3H2O配制，濃度分別為：0（以去離子水對照）、25、50、100 mg·L-1（文中以CK、Cd-25、Cd-50、Cd-100表示）。

1.3 試驗條件及過程

用0.3%的KMnO4溶液消毒浸泡30 min后，超純水沖洗5遍，選用籽粒飽滿的楓香種子，用于脅迫試驗。將經(jīng)過高溫滅菌處理的直徑為9 cm的玻璃培養(yǎng)皿編號，每個培養(yǎng)皿鋪有兩張濾紙，并分別加入5 mL各濃度的Cd、Pb和酸脅迫溶液，使濾紙濕潤并浸沒了種子體積的1/3，每皿均勻擺放100粒種子，每種處理3個重復。于溫度25℃、空氣相對濕度70%、14 h/10 h（光照/黑暗）、光強100%的人工氣候箱中培養(yǎng)（RXZ-160A智能型人工氣候箱，寧波江南儀器廠）。每2 d更換一次濾紙，每日稱重法添加少量純水，保持濾紙濕潤。

1.4 測定指標與方法

取發(fā)芽第0、4、7 d和10 d的發(fā)芽種子及發(fā)芽結(jié)束后的未萌發(fā)種子，參考王學奎[20]的方法采用3，5-二硝基水楊酸（DNS）法測定還原糖含量；可溶性蛋白含量的測定采用考馬斯亮藍法；可溶性糖測定用蒽酮比色法；α-淀粉酶活性、β-淀粉酶活性測定采用DNS法，淀粉酶的活性以每分鐘每克樣品水解淀粉釋放出的麥芽糖毫克數(shù)表示（mg·g-1·min-1）。取發(fā)芽結(jié)束后未萌發(fā)種子，Pb-1000、Cd-100、CK處理的發(fā)芽種子，參照廖卓毅等[21]的方法對楓香種子胚乳細胞的結(jié)構(gòu)進行透射電鏡觀察（TEM）并拍照（JEM-100CX，上海秉新生物科技有限公司）。放大倍數(shù)為1900、2900、4800倍和6800倍。傅里葉紅外光譜儀（型號：VERTEX 70，德國 Bruker公司，光譜范圍 4000～400 cm-1，分辨率4 cm-1），掃描次數(shù)32次，測定樣品的光譜信息。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0的單因子方差分析（One-way ANOVA）和多重比較法進行統(tǒng)計分析，用Tukey-HSD法對數(shù)據(jù)進行差異顯著性分析。FTIR分析[22]根據(jù)楓香發(fā)芽種子吸收峰的吸光度值的特點篩選出多個比較典型的吸收峰，并記錄不同波數(shù)的吸光度。原始數(shù)據(jù)采用Origin 9.0軟件進行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 Pb、Cd和酸脅迫對楓香種子萌發(fā)中可溶性蛋白的影響

圖1 酸、Pb、Cd脅迫對楓香種子可溶性蛋白含量的影響Figure 1 Effects of acid，Pb，Cd stresses on soluble protein content in Liquidambar formosana seed germination process

如圖1所示隨萌發(fā)時間的延長，可溶性蛋白整體均呈下降趨勢，且同處理下各萌發(fā)時段之間差異顯著（除Pb-500外）。其中隨pH值減?。▓D1a），第4 d可溶性蛋白含量先增后減，第7 d則相反。第10 d時pH-3.5處理顯著低于CK（P＜0.05）。可溶性蛋白含量隨萌發(fā)時間的增加仍呈整體下降趨勢，脅迫組在萌發(fā)后期（10 d）略有提高。Pb脅迫下（圖1b）萌發(fā)初期（4 d）各脅迫組之間差異顯著（P＜0.05），呈先增后減再增趨勢，Pb-1000時達最大值，相比CK提高了9.78%。未萌發(fā)種子可溶性蛋白含量與發(fā)芽第4 d的變化規(guī)律相反，各組間差異同樣顯著。發(fā)芽第7 d時Pb-500及Pb-1000處理下可溶性蛋白含量顯著高于CK（P＜0.05），可見可溶性蛋白含量的升高是楓香種子在高濃度Pb脅迫下的防御機制之一。而發(fā)芽第7 d的Cd-25、Cd-50則顯著低于CK，其余萌發(fā)時間段內(nèi)可溶性蛋白含量與CK相比均無顯著差異。

2.2 Pb、Cd和酸脅迫對楓香種子萌發(fā)中可溶性糖的影響

圖2 酸、Pb、Cd脅迫對楓香種子可溶性糖含量的影響Figure 2 Effects of acid，Pb，Cd stresses on soluble sugar content in Liquidambar formosana seed germination process

如圖2所示，相同處理下楓香種子萌發(fā)過程中第0 d（干種子）的可溶性糖含量顯著高于其余萌發(fā)階段（P＜0.05），且未萌發(fā)種子的可溶性糖均是最低含量（圖2a）。Cd脅迫第10 d時可溶性糖含量先減后增，Cd-25顯著低于CK。發(fā)芽第4 d時隨pH值減小，可溶性糖含量呈先增后減再增趨勢，與第4 d Pb脅迫變化趨勢一致，其中 pH-3.5、pH-5.5、Pb-250和Pb-1000顯著高于 CK（P＜0.05），相比 CK 分別提高了25.28%、22.56%、16.12%、26.82%。Pb脅迫第7 d時可溶性糖含量呈下降趨勢，第10 d時則呈先降后增變化，CK均顯著高于脅迫組（P＜0.05）。

2.3 Pb、Cd和酸脅迫對楓香種子萌發(fā)中還原糖的影響

圖3 酸、Pb、Cd脅迫對楓香種子還原糖含量的影響Figure 3 Effects of acid，Pb，Cd stresses on reducing sugar content in Liquidambar formosana seed germination process

楓香種子在萌發(fā)初期還原糖含量較低，在萌發(fā)過程中還原糖含量總體呈上升趨勢，說明種子中的儲藏物質(zhì)發(fā)生水解形成還原性糖類（圖3），萌發(fā)中期（7 d）pH-5.5的還原糖含量和萌發(fā)后期（10 d）pH-4.5的還原糖含量均顯著高于CK，分別比CK提高了62.19%、97.22%。Pb脅迫初期（4 d）及后期（10 d）Pb-250處理下還原糖含量均高于CK，其中第10 d達到顯著水平（P＜0.05），呈多項式變化規(guī)律且波動范圍大。Cd脅迫時，Cd-25處理在整個萌發(fā)進程中還原糖含量均高于CK（P＜0.05），可見Cd-25處理能促進楓香種子萌發(fā)過程中營養(yǎng)物質(zhì)的水解，使還原糖含量高于CK。未萌發(fā)種子還原糖含量整體較低。

2.4 楓香種子FTIR譜變化對Pb、Cd和酸脅迫的響應(yīng)

圖4 酸脅迫下楓香種子傅里葉紅外光譜圖、特征峰變化譜圖Figure 4 Effect of acid stress on FTIR spectra and band height changes of Liquidambar formosana seed

傅里葉變換紅外光譜（FTIR）是一種基于化合物中官能團和極性鍵振動的結(jié)構(gòu)分析技術(shù)，已被廣泛應(yīng)用于生物學。圖4～圖6為不同酸、Pb和Cd處理楓香種子各主要化學成分的綜合反應(yīng)，可以依據(jù)其所含化學成分的官能團特征信息，找到相應(yīng)紅外光譜吸收峰的歸屬。其中3 410.55 cm-1處附近的峰是分子間氫鍵O-H自由羥基的伸縮振動峰，主要來自于纖維素、半纖維素、多糖等碳水化合物。隨著酸脅迫的增強，吸收峰移向高頻3 428.87 cm-1，同時峰形變寬（圖4）。2 926.497 cm-1附近是羧酸O-H與甲基飽和C-H鍵的伸縮振動重疊峰，主要來自于碳水化合物、維生素和各種生物膜及細胞壁的組織等成分。2 855.142 cm-1處是CH2對稱伸縮振動，來自長鏈烷基。不同處理下，楓香種子的光譜在1 746.225～1 162.885 cm-1波數(shù)范圍內(nèi)差異較大，特征峰的數(shù)量和相對吸光度值變化幅度均最為劇烈。1 746.225～1 652.723 cm-1波數(shù)主要為氨基酸蛋白質(zhì)類C=O鍵伸縮振動，為酰胺Ⅰ帶，1 652.723～1 541.835 cm-1是-NH彎曲振動，為酰胺Ⅱ帶[16]。1 162.885 cm-1波數(shù)是蛋白質(zhì)分子氨基酸殘基、纖維素糖苷中C-O鍵的伸縮振動。720.294 2 cm-1是強特征性的脂肪族吸收峰，峰弱且寬。

圖4～圖6中種子吸光度最高的波數(shù)為2 926.497、2 855.142、1 746.225、1 162.885、720.294 2 cm-1表明干種子內(nèi)總糖、含油脂化合物、蛋白質(zhì)、維生素、脂肪等各有機質(zhì)含量達最大值。種子萌發(fā)后，隨酸脅迫（圖4）的增強特征峰變化值整體呈下降趨勢，pH-3.5處理組峰值略有提升。H+濃度升高，小分子有機物質(zhì)（碳水化合物）、多糖組分上含有的主要基團為-OH和COO-與H+結(jié)合，含量減少。為了降低H+的毒害，刺激發(fā)芽種子內(nèi)其他物質(zhì)轉(zhuǎn)化為富含O-H的小分子有機物，其含量在pH-3.5略有增加。

圖5 Pb脅迫下楓香種子傅里葉紅外光譜圖、特征峰變化譜圖Figure 5 Effect of lead stress on FTIR Spectra and band height changes of Liquidambar formosana seed

圖5 中Pb-250處理下2 926.497 cm-1對應(yīng)的吸光度大于CK，飽和C-H的伸縮振動，刺激膜脂和細胞壁果膠中常見的酯類化合物合成。在3 410.55、2855.142 cm-1波數(shù)附近Pb-500處理下吸光度大于CK，同時峰形變窄，由此可見Pb-500處理利于纖維素、半纖維素、多糖等碳水化合物的合成。這說明高濃度的Pb促進了多糖、纖維素、半纖維素等有機物的分泌和運輸，楓香種子則通過滲透作用來增強對Pb的抗逆性。Pb-1000時各波數(shù)吸收峰值再次下降，但吸光度變化幅度不大。

Cd-25脅迫組在 2 926.497、2 855.142、720.294 2 cm-1等波數(shù)處的吸光度均大于CK，該峰的吸光度上升，可能通過提高所含的自由羥基數(shù)量參與結(jié)合重金屬離子；分泌有機酸螯合Cr2+及分泌氨基酸、多肽類物質(zhì)、蛋白質(zhì)及醇、酯基、醚基或酚類等化合物，減少Cr2+的毒害。當 Cr2+濃度大于 50 mg·L-1時，峰值又呈下降趨勢，原因是高Cr2+脅迫抑制了楓香種子分泌碳水化合物、有機酸、氨基酸、多肽類物質(zhì)和蛋白質(zhì)。說明低濃度Cd處理對楓香種子萌發(fā)過程中多糖、蛋白質(zhì)、纖維素等有機質(zhì)合成均有促進作用。

圖6 Cd脅迫下楓香種子傅里葉紅外光譜圖、特征峰變化譜圖Figure 6 Effect of Cd stress on FTIR spectra and band height changes of Liquidambar formosana seed

表1 Pb、Cd和酸脅迫下楓香種子α-淀粉酶活性（mg·g-1·min-1）Table 1 Activity of α-amylase in Liquidambar formosana seeds under Pb，Cd and acid stress（mg·g-1·min-1）

2.5 Pb、Cd和酸脅迫對楓香種子淀粉酶活性的影響

2.5.1 Pb、Cd和酸脅迫對楓香種子α-淀粉酶活性的影響

淀粉是種子的主要儲藏物質(zhì)，種子萌發(fā)的過程中在淀粉酶的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿犹穷?，為幼苗生長提供能量和物質(zhì)合成碳架。因此，淀粉酶活力大小與種子的萌發(fā)關(guān)系密切。由表1可知隨Pb濃度的增加，楓香種子α-淀粉酶活性均在Pb-500時達最大值。α-淀粉酶在萌發(fā)過程中由糊粉層細胞合成并轉(zhuǎn)運到胚乳參與淀粉的降解，隨時間的延長快速上升，各Pb脅迫濃度下均在發(fā)芽第7 d時達最大值，后期活性下降。Cd脅迫下發(fā)芽初期（4 d）Cd-25處理組α-淀粉酶活性顯著低于CK，發(fā)芽中后期（7、10 d）則顯著高于CK（P＜0.05）。酸脅迫萌發(fā)過程中，α-淀粉酶活性呈先增后減趨勢，均在第7 d達最大值。隨pH值減小，發(fā)芽初期（4 d）α-淀粉酶活性并無顯著差異（P＞0.05），第7 d時pH-3.5處理組顯著大于CK，第10 d時同樣呈先增后減趨勢，脅迫處理均大于CK組。

2.5.2 Pb、Cd和酸脅迫對楓香種子β-淀粉酶活性的影響

β-淀粉酶可以以酶原的形式存在于干種子中，且酶活性在萌發(fā)過程中快速上升。由表2可知，Pb脅迫下發(fā)芽初中期（4、7 d）β-淀粉酶活性呈多項式變化-增加-降低-增加趨勢，Pb-1000顯著大于CK（P＜0.05）。隨時間的延長除CK外各Pb脅迫組均呈先增后減趨勢。Cd處理下，萌發(fā)過程中除Cd-50外均呈先增后減再增變化。第4 d時Cd-25處理顯著大于CK，而第10 d時卻顯著低于CK，說明萌發(fā)初期低濃度的Cd的脅迫促進楓香種子β-淀粉酶活性的增加，到后期卻轉(zhuǎn)為抑制。隨pH值減小，第4 d時酸脅迫組β-淀粉酶含量均顯著高于CK，第7 d時pH-4.5、pH-5.5處理均顯著高于CK（P＜0.05）。

2.6 楓香種子胚乳透射電鏡觀察

未經(jīng)脅迫處理的楓香種子胚乳細胞微觀結(jié)構(gòu)如圖7（a～d）所示，胚乳細胞的細胞壁邊緣規(guī)則平整，輪廓清晰，細胞質(zhì)基質(zhì)濃厚，線粒體及其嵴結(jié)構(gòu)清晰，液泡內(nèi)分布著聚積成較大塊狀的高電子致密物質(zhì)，其主要成分是脂蛋白，脂蛋白的數(shù)量較多，體積也較大，并有少量淀粉粒堆積，細胞代謝旺盛。圖7（e～h）中Pb脅迫下楓香種子胚乳細胞的細胞核向細胞壁靠攏，使細胞核一側(cè)凹陷、變形，排布在細胞核周圍的線粒體內(nèi)部空泡化呈解體癥狀，脊突排列無序，被膜出現(xiàn)破裂，細胞中出現(xiàn)少量的黑色沙粒狀的高電子致密物質(zhì)，細胞壁與細胞膜出現(xiàn)嚴重質(zhì)壁分離現(xiàn)象且細胞間隙有黑色顆粒沉淀，可能是大量Pb2+沉積的結(jié)果。Cd脅迫下（圖7 i～l）細胞壁及細胞膜結(jié)構(gòu)模糊、嚴重斷裂，細胞質(zhì)體中較多的類囊體出現(xiàn)解體，線粒體也開始降解，形狀變得較為模糊，細胞壁及細胞質(zhì)中有聚集的黑斑，推測是Cd2+沉積。在未萌發(fā)的種子中細胞內(nèi)的膜系統(tǒng)空泡化嚴重，各細胞器出現(xiàn)不可逆的損傷（圖7m～p），并伴有大量脂滴，有研究認為：在種子成熟過程中，胚乳內(nèi)脂類物質(zhì)迅速增加可能是導致該種子萌發(fā)困難的主要原因[18]，細胞核核膜、核質(zhì)、核仁出現(xiàn)不同程度的破壞，其中核仁逐漸消失，降解產(chǎn)物與核質(zhì)中已被破壞的染色體凝聚成為染色較深的纖維狀顆粒。

表2 Pb、Cd和酸脅迫下楓香種子β-淀粉酶活性（mg·g-1·min-1）Table 2 Activity of β-amylase in Liquidambar formosana seeds under Pb，Cd and acid stress（mg·g-1·min-1）

圖7 不同處理下楓香種子胚乳細胞透射電鏡圖Figure 7 Ultrastructure of endosperm cells of Isachne globosa in the different control treatments

3 討論

種子萌發(fā)是植物個體發(fā)育的最初階段，而萌發(fā)所需要的物質(zhì)和能量來源于淀粉和貯存蛋白等貯存物質(zhì)的氧化分解和能量的釋放。丁婉等[23]發(fā)現(xiàn)白三葉（Trifolium repens L.）種子的總糖含量在Zn脅迫下降低，同時萌發(fā)種子還原糖的含量會增高，以此來適應(yīng)重金屬Zn的脅迫；Zn脅迫對α-淀粉酶活性有促進作用。植物體內(nèi)的可溶性蛋白質(zhì)大多數(shù)是參與各種代謝的酶類，其含量的變化一定程度上反映了植物體內(nèi)各種代謝活動的強弱[24]。劉玉艷等[10]發(fā)現(xiàn)Cd、Pb、Ni處理后，萌發(fā)初期降低地膚（Kochia scoparia）種子中的可溶性蛋白含量，隨著處理時間的延長，處理的蛋白質(zhì)含量逐漸高于CK；除了短期Cd處理可溶性糖含量極顯著降低外，其余各處理均極顯著提高了地膚萌發(fā)種子中的可溶性糖含量。本研究中3種脅迫條件下，隨萌發(fā)時間的延長可溶性蛋白含量、可溶性糖含量均減少，還原糖則增加，α-淀粉酶活性及β-淀粉酶活性均呈先增后減趨勢。其中隨Pb濃度的增加，萌發(fā)初中期（4、7 d）高濃度的Pb脅迫促進了可溶性蛋白含量及β-淀粉酶活性降低，α-淀粉酶活性則在Pb-500時達最大值。第4 d的可溶性糖含量增加，第7 d則相反。發(fā)芽后期（10 d）還原糖含量整體較大，其中低濃度Pb-250處理下還原糖含量達最大值。說明楓香種子不同萌發(fā)時段內(nèi)對Pb脅迫的響應(yīng)表現(xiàn)為滲透物質(zhì)之間相互協(xié)調(diào)，發(fā)芽初中期可溶性蛋白含量、及淀粉酶活性增加以保證前期Pb脅迫下種子的萌發(fā)。重金屬Pb、Cd處理下后期還原糖含量均先增后減再增，造成這種現(xiàn)象的原因可能為，一是在種子萌發(fā)初期，由于大量的多糖在各種酶的催化作用下轉(zhuǎn)化為還原糖，使種子中還原糖含量增加；二是由于種子萌發(fā)迅速，大量的還原糖被利用，而高濃度的Pb、Cd處理的種子萌發(fā)緩慢，消耗還原糖較少，造成還原糖的積累。Cd脅迫條件下滲透物質(zhì)變化規(guī)律與Pb脅迫不同，發(fā)芽初期除淀粉酶活性外均無顯著變化，第7 d的可溶性蛋白和還原糖及第10 d的可溶性糖含量均有顯著的先減后增變化?？梢婋S脅迫加深，萌發(fā)中后期對Cd的響應(yīng)逐漸加強。酸脅迫下，各萌發(fā)階段可溶性蛋白含量均呈下降趨勢。萌發(fā)初中期可溶性糖、還原糖及β-淀粉酶活性均在pH-5.5時達最大值，萌發(fā)后期α-淀粉酶活性和還原糖含量則在pH-4.5時達最大值。表明一定程度的弱酸（pH-5.5、pH-4.5）能促進楓香種子萌發(fā)過程中滲透物質(zhì)的合成。

傅里葉紅外光譜技術(shù)（FTIR）是研究植物生長發(fā)育的一項重要且方便快捷的技術(shù)，不僅能夠基于化合物中官能團和極性鍵的振動進行定量分析，還可以幫助判斷分子中含有何種官能團，更重要的是從不同樣品的紅外光譜差異反映其在植物化學組成上的差異程度[22]。目前國內(nèi)學者已經(jīng)應(yīng)用FTIR技術(shù)研究植物對重金屬的耐性機制[25]。如李新等[22]應(yīng)用傅里葉變換紅外光譜技術(shù)研究了黃豆[Glycine max（Linn.）Merr]生理特性，通過增加糖類和氨基酸等有機物含量來響應(yīng)Cr6+脅迫。王成等[25]通過FTIR技術(shù)揭示了構(gòu)樹（Broussonetia papyrifera L.）試管苗葉片通過合成更多的纖維素、蛋白質(zhì)、羧酸以及部分酯類有機物來響應(yīng)Cd脅迫。本研究中也發(fā)現(xiàn)Pb-250處理刺激膜脂和細胞壁果膠中常見的酯類化合物合成，Pb-500處理利于纖維素、半纖維素、多糖等碳水化合物的合成，以此來增強對Pb的抗逆性。低濃度Cd處理對楓香種子萌發(fā)過程中多糖、蛋白質(zhì)、纖維素等有機質(zhì)均有促進作用。這與前人研究結(jié)論一致[22，25]。不同的是隨酸脅迫的增強特征峰變化值整體呈下降趨勢，而pH-3.5處理組峰值略有提升。為了降低H+的毒害，刺激發(fā)芽種子內(nèi)其他物質(zhì)轉(zhuǎn)化為富含O-H的小分子有機物與H+結(jié)合，使其含量略有增加。

碳水化合物、半纖維素、蛋白質(zhì)、脂肪和油脂是胚乳的主要貯藏物質(zhì)。高濃度Pb、Cd脅迫下楓香種子胚乳細胞均受到不同程度的損傷，其中細胞核凹陷、變形，線粒體內(nèi)部空泡化呈解體癥狀，脊突排列無序，被膜出現(xiàn)破裂，細胞中出現(xiàn)少量的黑色沙粒狀的高電子致密物質(zhì)。細胞壁及細胞膜結(jié)構(gòu)模糊、嚴重斷裂。這與徐義昆等[26]通過對Pb脅迫下的香蒲（Typha ori?entalis Presl）細胞超微結(jié)構(gòu)觀察的結(jié)論和陳麗鵑等[27]對煙草（Nicotiana tabacum L.）在Cd脅迫下的各細胞器變化以及通過掃描電鏡觀察小麥（Triticum aesti?vum Linn.）種子微波輻射前后胚乳微觀結(jié)構(gòu)[28]研究成果類似。細胞壁及細胞質(zhì)中有聚集的黑斑，推測是Pb2+、Cd2+沉積，這對提高楓香對抗Pb、Cd毒害具有重要意義，其各細胞器沉積的Pb、Cd含量還有待進一步的研究。

4 結(jié)論

（1）楓香種子對重金屬Pb、Cd存在不同的階段性響應(yīng)，發(fā)芽第4、7 d可溶性糖、可溶性蛋白含量及淀粉酶活性增加，對Pb的抗逆性起主導作用，保證了前期Pb脅迫下種子的萌發(fā)。Cd處理發(fā)芽第7 d可溶性蛋白增加，而發(fā)芽第10 d則是可溶性糖含量升高。相比Cd脅迫楓香種子對Pb脅迫的響應(yīng)更快速。

（2）大部分Pb2+、Cd2+沉積在楓香種子胚乳細胞的細胞壁及細胞質(zhì)中，細胞區(qū)室化作用顯著。

（3）Pb-250處理刺激膜脂和細胞壁果膠中常見的酯類化合物合成，Pb-500、Cd-25處理利于纖維素、半纖維素、蛋白質(zhì)、多糖等有機質(zhì)的合成，以此來增強對Pb、Cd的抗逆性。

（4）酸脅迫降低了可溶性蛋白含量，一定程度的弱酸（pH-5.5、pH-4.5）卻能提高楓香種子萌發(fā)過程中可溶性糖、還原糖含量及淀粉酶活性。為了降低H+的毒害，刺激發(fā)芽種子內(nèi)其他物質(zhì)轉(zhuǎn)化為富含O-H的小分子有機物，特征峰峰值在pH-3.5略有增加。綜上，楓香可在重金屬及酸污染的長汀稀土礦廢棄地正常生長，其種子通過滲透物質(zhì)相互協(xié)調(diào)及細胞區(qū)室化作用對Pb、Cd和酸脅迫有積極的響應(yīng)。