楊昕悅，左文中，張帆航，米小琴，譚曉風(fēng)，李樹戰(zhàn)，李樂生，李 澤

（1.中南林業(yè)科技大學(xué) a.經(jīng)濟林培育與保護教育部重點實驗室；b.湖南省南方丘陵山地生態(tài)經(jīng)濟林產(chǎn)業(yè)工程技術(shù)研究中心；c.湖南省“一帶一路”熱帶干旱經(jīng)濟林國際聯(lián)合研究中心，湖南 長沙 410004；2.湘西自治州森林生態(tài)研究實驗站，湖南 永順 416700；3.武岡市樂生種養(yǎng)農(nóng)民專業(yè)合作社，湖南 武岡 422409）

鉻是常見的工業(yè)金屬原料，具有長期性、隱匿性、難消逝和不可逆等特點[1]。鉻在土壤中的常見形式為Cr3+和Cr6+[2]，主要以Cr3+的形式存在[3]。隨著經(jīng)濟全球化進程的加快，鉻被廣泛應(yīng)用于化工、冶金和機械制造等行業(yè)，在環(huán)境中的排放速度也隨之增加。經(jīng)過冶煉、電鍍等加工的工業(yè)廢水用于灌溉農(nóng)田會引起重金屬鉻污染[4]，鉻（Cr）污染正日益對環(huán)境構(gòu)成嚴重威脅，成為對生物群的主要健康危害[5]。王娜娜等[6]研究桃樹對鉻脅迫的響應(yīng)中發(fā)現(xiàn)，隨著鉻脅迫程度的加劇，桃樹光合系統(tǒng)受到破壞，阻礙了PS Ⅱ電子傳遞過程，導(dǎo)致桃樹光合作用減弱，干物質(zhì)積累減少。Adhikari等[7]的研究表明，鉻脅迫下，玉米的生長發(fā)育受到抑制，其株高和生物量都顯著降低。Ahmad 等[8]通過研究鉻脅迫對甜菜的影響發(fā)現(xiàn)鉻影響其光合作用，降低了甜菜植株有機物的積累，阻礙其生長；鉻脅迫可能導(dǎo)致葉綠體的超微結(jié)構(gòu)改變，抑制或降解葉綠素的酶活性升高，造成光合色素減少。同時，鉻脅迫會降低抗氧化酶活性，使細胞內(nèi)氧化物積累，產(chǎn)生氧化脅迫，導(dǎo)致丙二醛（MDA）含量增加，破壞細胞膜結(jié)構(gòu)。不同植物對脅迫的反應(yīng)有所不同，周希琴等[9]的研究中發(fā)現(xiàn)鉻脅迫下木麻黃種子中SOD 含量先增后減，CAT、POD 含量增加，這是由于高濃度鉻引起的膜及酶系統(tǒng)破壞使其代謝紊亂。Nascimento等[10]對可可豆的研究中發(fā)現(xiàn)，鉻脅迫造成過量活性氧（Reactive oxygen species，ROS）積累，使葉綠體遭到破壞，細胞壁破裂，降低了可可葉片的光合作用，損傷膜結(jié)構(gòu)，還破壞了葉片和根細胞的線粒體結(jié)構(gòu)，嚴重影響了可可的生長發(fā)育。同時，在Adhikari 等[7]和Nascimento 等[10]的研究中均發(fā)現(xiàn)植物對鉻的積累主要在根部，這是一種植物對金屬的排斥反應(yīng)，即植物阻止有毒的重金屬向上部運輸，以降低對植物生長發(fā)育的危害。

油桐Verniciafordii是大戟科油桐屬的落葉經(jīng)濟樹種，與油茶Camelliaoleifera、核桃Juglans regia和烏桕Sapiumsebiferum并稱我國四大木本油料樹種。從油桐種子中提取的桐油是制造綠色、環(huán)保和無污染涂料的優(yōu)質(zhì)原料，具有干燥快、附著性強、富有光澤、耐酸堿和耐高溫等優(yōu)良特性，具有廣泛的用途[11]。桐油可用作建筑材料的防腐、防銹涂料，也可以用于制作肥皂、農(nóng)藥和醫(yī)用嘔吐劑等[12]。隨著人們環(huán)境意識增強，桐油作為制造環(huán)保型油漆最適宜的原料之一，其需求量正日益增長；同時，油桐產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對于帶動我國貧困地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展有極大作用，對于鄉(xiāng)村振興的實施具有重要的戰(zhàn)略意義[13]。此外，油桐是一種潛在的生物質(zhì)能源樹種，在當今國際化石油能源緊張的背景下，可能會成為緩解世界能源緊張的理想材料之一，具有廣闊的發(fā)展前景[14]。然而，國內(nèi)外現(xiàn)在對油桐的研究主要集中在如何提高油桐產(chǎn)量和種子含油率等經(jīng)濟效益上，暫時還未見關(guān)于油桐對土壤鉻脅迫響應(yīng)等方面的報道。湖南省礦產(chǎn)資源豐富，近年來，梁玉峰[15]監(jiān)測到工業(yè)鉻排放呈上升趨勢，且多數(shù)排放的鉻富集在土壤中，可能會對植物的正常生長造成不利影響。一方面，土壤鉻含量的增加會導(dǎo)致農(nóng)林業(yè)用地減少；另一方面湖南省作為全國油桐的主產(chǎn)區(qū)，土壤鉻污染可能會阻礙油桐的生長發(fā)育，導(dǎo)致油桐產(chǎn)量降低，造成極大的經(jīng)濟損失。因此，研究油桐對鉻脅迫的生理響應(yīng)以及探究不同部位對鉻的富集程度，在油桐對重金屬的修復(fù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展等方面具有重要的實踐推廣價值。

本研究通過盆栽試驗?zāi)M大田鉻污染的土壤環(huán)境條件，研究了4 種鉻濃度對油桐幼苗光合生理特性、葉片解剖結(jié)構(gòu)以及不同器官中的鉻含量的影響，明確了油桐吸收鉻元素后的富集部位，可為今后油桐在鉻污染環(huán)境中的栽培及對鉻污染土壤修復(fù)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料‘華桐1 號’為當年生的實生苗，2018 年11 月在湖南湘西永順縣青坪鎮(zhèn)國家油桐種質(zhì)資源保存庫采集成熟的果實，果實去果皮后在室內(nèi)陰干，然后種子浸入0.3%的高錳酸鉀中消毒40 min 后沙藏備用。

1.2 試驗方法

于2019 年4—10 月在中南林業(yè)科技大學(xué)樹木樓樓頂進行試驗。4 月1 日選擇沙藏露白后長勢一致的油桐種子播種于30 cm×30 cm×50 cm的塑料盆中，基質(zhì)為蛭石∶珍珠巖∶黃土=1∶1∶3（V∶V∶V）。正常生長2 個月后于6 月1 日添加鉻溶液處理，以不添加Cr3+作為對照，添加不同濃度氯化鉻（CrCl3+·6H2O）水溶液作為處理，按照盆中土壤質(zhì)量計算，在每千克土壤中分別施加50、100、200 和500 mg Cr3+水溶液，盆下方放一個托盤，流出來少量的液體第2 天繼續(xù)澆到盆子中，分別用C50、C100、C200 和C500 表示。每個處理18 盆，總共90 盆植株。分別在30 和60 d 后測定各項指標，試驗期間其他水肥條件正常管理。

1.3 光合生理指標的測定

1.3.1 光合生理特征參數(shù)的測定

于2019 年7 月初及8 月初的晴天9:00—11:00（最高氣溫36 ℃），選取成熟葉片，測定葉片的凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）及蒸騰速率（Tr）等參數(shù)[16]，光照強度統(tǒng)一設(shè)定為油桐幼苗的飽和光合有效輻射1 500 μmol·m·s-1[17]，CO2由小鋼瓶提供，濃度統(tǒng)一設(shè)定為400 mg/m3，相對濕度為70%。氣孔限制值（Ls）根據(jù)Farquhar 和Sharkey 的研究計算為1-Ci/Ca（Ca為大氣中CO2濃度）[18]；水分利用效率（WUE）=Pn/Tr。

1.3.2 葉綠素熒光參數(shù)測定

葉綠素熒光參數(shù)的測定用6400XT 光合儀（LI-COR，USA）熒光葉室測定。測定當天白天在每個處理選取成熟健康的葉片，掛好標簽標記，在21:00—23:00 測定初始熒光F0，然后施加脈沖為7 200 μmol·mol-2·s-1的光強下0.8 s，測得暗適應(yīng)下最大熒光Fm及最大光化學(xué)效率Fv/Fm[19]。

1.3.3 葉綠素含量的測定

采用成熟健康的鮮葉，去除主脈后稱量0.2 g葉片剪成細絲，浸泡在15 mL丙酮乙醇（V∶V=1∶1）溶液中。在黑暗中放置24 h 后在4 ℃下冰箱中待葉子中葉綠素溶于提取液后，用分光光度計（Specord 50 Plus）記錄吸光度，分別在波長為663 和645 nm 時測定OD 值，最后根據(jù)如下公示計算：

Chl a(mg·dm-2)=12.72A663-2.59A645，

Chl b(mg·dm-2)=22.88A645-4.68A663，

Chl a+b(mg·dm-2)=Chl a+Chl b。

1.4 干物質(zhì)測定

在生理生化指標全部測定完成后，用分析天平（0.1 mg 精度）測量葉、葉柄、莖和根（稱質(zhì)量前清洗的根）的鮮質(zhì)量，再放入烘箱中105 ℃下殺青30 min，65 ℃下烘72 h 直至恒質(zhì)量后稱取干質(zhì)量。葉片含水率=（鮮質(zhì)量-干質(zhì)量）/鮮質(zhì)量×100%。

1.5 生理生化指標與方法

施加鉻溶液30 d 后，隨機選取油桐幼苗由上往下數(shù)第3～5 片葉片進行第一次取樣，60 d時第二次取樣。用萬分之一的電子天平精確稱取0.5 g，用錫箔紙包裹，浸入液氮冷凍30 min 后放進冰箱中-80 ℃下儲存，每個處理18 份樣。超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）使用南京建成公司的試劑盒進行POD、SOD 的測定；丙二醛（MDA）活性采用硫代巴比妥酸顯色法[20]；采摘鮮樣，使用電導(dǎo)率儀測定葉片相對電導(dǎo)率；可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍法測定。

1.6 葉片氣孔開度測定

分別于第30 天和第60 天上午9:00 采摘新鮮葉片，在葉背面涂一層纖維素膠液，凝固后輕輕撕下，置于滴水的載玻片上，放在顯微鏡下觀察拍照。統(tǒng)計氣孔數(shù)量和開閉情況。

1.7 葉片解剖結(jié)構(gòu)觀察

從新鮮植物成熟葉片的中下部靠近主脈處切取0.5 cm×0.5 cm 的組織。每組處理采集2 個材料。切下后立刻放入FAA（福爾馬林∶冰乙酸∶乙醇=1∶1∶18）中固定，再放入冰箱中4 ℃下保存24 h。接下來經(jīng)過一系列濃度梯度（70%、85%、95%和100%）的酒精脫水，用石蠟進行包埋，切片機切片，厚度為8 μm，每個樣品3 張。番紅固綠染色，中性樹脂封片，倒置顯微鏡觀察。所用公式如下：

葉片組織細胞結(jié)構(gòu)緊密度（CTR）=柵欄組織厚度/葉片厚度×100%；

葉片組織細胞結(jié)構(gòu)疏松度（SR）=海綿組織厚度/葉片厚度×100%。

1.8 鉻含量的測定

待所有取樣工作完成后，將不同處理的油桐幼苗移出并進行盆栽，按葉、莖、根、土壤分別稱取鮮質(zhì)量。包入油紙后放進烘箱中105 ℃下干燥30 min，然后在65 ℃下干燥至恒質(zhì)量。將處理好的干樣送交成都栢暉檢測技術(shù)服務(wù)有限公司進行鉻元素測定。

將干樣風(fēng)干過篩。土壤樣本取0.5～1.0 g，油桐根、莖、葉樣本均取0.2 g，分別置于50 mL消煮管中（勿將樣品黏附在瓶頸上）。先滴入少些水濕潤樣品，然后加8 mL 濃硫酸，2 mL 72 %的高氯酸，于石墨爐上400 ℃消煮至澄清（2 h 左右），轉(zhuǎn)移至50 mL 容量瓶定容，備用?？瞻兹芤撼患釉嚇油?，應(yīng)用的試劑和操作步驟同上。將標準溶液、試劑空白和樣本溶液過濾后，使用ICP-oes 測定。

1.9 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2007 軟件對數(shù)據(jù)進行處理并作圖；采用SPSS 22.0 軟件進行單因素方差分析和差異顯著性分析。表中和圖中的結(jié)果為平均值±標準差。所有數(shù)據(jù)每次均測定3 次重復(fù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度的鉻含量對油桐幼苗生理特性的影響

2.1.1 不同濃度的鉻含量對油桐幼苗光合參數(shù)及葉片含水率的影響

由圖1 可以看出，隨著鉻濃度的升高，各處理組油桐幼苗葉片的Pn、Gs、Tr都呈下降趨勢。處理時長為30 和60 d 時，C50 處理組油桐葉片Pn相比對照略有降低，但差異不顯著（P＞0.05）；在30 d 時，C100、C200 和C500 處理組分別比對照降低了31.04%、38.24%和54.25%，差異顯著（P＜0.05）；在60 d 時，C100、C200 和C500處理組分別比對照降低了37.15%、41.03% 和89.02%（圖1A），差異顯著（P＜0.05）。Gs和Tr的變化趨勢與Pn基本一致，均隨著鉻濃度的增加及脅迫時間的延長而逐漸降低。在60 d 時，C100、C200 和C500 處理組相比對照Gs分別降低了25.64%、34.29%和87.02%（圖1B）；Tr分別降低了33.40%、40.75%和89.45%（圖1C），差異顯著（P＜0.05）。在30 d 時，Ci隨著鉻濃度的增加逐漸降低；相比對照，在60 d 時，各處理組Ci的值稍有升高，變化無明顯規(guī)律（圖1D）；在30 d 時，隨著鉻濃度增加，WUE 呈上升趨勢，C50、C100、C200 和C500 處理組相比于對照分別升高了10.59%、24.04%、33.07%和77.13%（圖1E），差異顯著（P＜0.05）。在60 d 時，C50、C100、C200 和C500 處理組與對照無顯著性差異（P＞0.05）。隨著鉻濃度的增加，油桐幼苗的葉片含水率呈先下降后上升的趨勢，在C50 組達到最低值，相比對照降低了6.75%，差異顯著（P＜0.05）；在C500 組達到最高值，相比對照升高1.43%（圖1F），差異顯著（P＜0.05）。

圖1 不同濃度的鉻處理對油桐幼苗葉片光合參數(shù)及葉片含水率的影響Fig.1 Effects of different Cr3+ concentrations on the photosynthetic parameters and leaf water content of tung tree leaves

2.1.2 不同濃度的鉻含量對油桐幼苗葉綠素熒光參數(shù)的影響

由圖2 可以看出，鉻脅迫30 d 時，與對照相比，隨著鉻濃度的增大，C50、C100、C200 和C500 處理組的Fm的值升高，但差異不顯著（P＞0.05）；在60 d 時，C500 處理組的Fm比對照降低了16.40%，差異顯著（P＜0.05），其他處理與對照差異不顯著（P＞0.05）。Fv/Fm隨著鉻濃度的增加整體呈降低趨勢，在30 d 時C50 和C100處理組與對照差異不顯著（P＞0.05），C200和C500 處理組與對照相比分別降低了1.37%和1.34%，差異顯著（P＜0.05）；在60 d 時C200和C500 處理組與對照相比分別降低了2.69%和1.10%，差異顯著（P＜0.05）。

2.1.3 不同濃度的鉻含量對油桐幼苗葉綠素含量的影響

由表1 可以看出，隨著鉻濃度增加，油桐幼苗葉片的Chl a、Chl b、Chl (a+b)含量總體呈下降趨勢。在30 d 時，C50 的Chl (a+b)含量略低于對照，差異不明顯（P＞0.05），C100、C200 和C500處理組相比于對照分別降低了23.03%、36.15%和22.16%，差異顯著（P＜0.05）。C500 組的葉綠素含量始終最低，在60 d 時 Chl a、Chl b、Chl (a+b)相比于對照分別低了23.19%、27.06%和24.35%，差異顯著（P＜0.05）。

表1 不同濃度的鉻處理對油桐幼苗葉片葉綠色含量的影響?Table 1 Effects of different Cr3+ concentrations on the chlorophyll content of tung tree leaves

2.2 不同濃度的鉻含量對油桐幼苗生理生化指標的影響

由圖3 可以看出，在油桐幼苗葉片中，C50、C100、C200 和C500 處理組的MDA 含量在30 d時與對照相比差異并不顯著（P＞0.05）；在60 d時，MDA 含量隨著土壤鉻濃度增加及脅迫時間的延長逐漸升高，C50、C100、C200 和C500 處理組油桐幼苗葉片中MDA 含量分別比對照上升了14.14%、18.09%、10.67% 和47.18%，差異顯著（P＜0.05）。在30 d 時，C50、C100、C200 和C500 處理組相對電導(dǎo)率比對照分別降低了29.36%、45.34%、32.89% 和41.91%，差異顯著（P＜0.05）；在60 d 時，相對電導(dǎo)率隨著土壤鉻濃度升高呈先降低后升高的趨勢，C50 組達到最低值，比對照降低了17.44%，C500組達到最高值，比對照升高了5.90%，差異顯著（P＜0.05）。

圖3 不同濃度的鉻處理對油桐幼苗葉片生理生化指標的影響Fig.3 Effects of different Cr3+ concentrations on the physiological and biochemical indexes of tung tree leaves

隨著鉻濃度的增加，鉻脅迫對油桐幼苗葉片POD 含量的影響并不顯著（P＞0.05）（圖3C）。SOD 含量隨著土壤鉻濃度增加呈先上升后下降的趨勢，但C50、C100、C200 和C500 處理組均高于對照。在30 d 時，C200 組達到最大值，與對照相比升高了26.72%，差異顯著（P＜0.05）；在60 d 時，C100 組達到最大值，比對照升高了48.17%，差異顯著（P＜0.05）（圖3D）。

在30 d 時，隨著鉻濃度增大，C50、C100、C200 和C500 處理組的可溶性糖含量較對照均升高但差異不明顯（P＞0.05）。在60 d 時，C100、C500 處理組的油桐幼苗葉片中可溶性糖含量顯著高于對照，分別為增加了15.81%和5.03%（P＜0.05）；C200 與對照相比降低了21.75%，差異顯著（P＜0.05）（圖3E）。在30 d 時，隨著土壤鉻濃度增加，C50、C100、C200 和C500處理組的可溶性蛋白含量與對照相比分別下降了8.83%、4.28%、5.48% 和5.18%，差異顯著（P＜0.05）。在60 d 時，C100、C500 處理組與對照相比分別降低了5.84%和3.13%，差異顯著（P＜0.05），C50 和C200 與對照相比無顯著差異（P＞0.05，圖3F）。

2.3 不同濃度的鉻含量對油桐幼苗葉氣孔開度的影響

由表2 和圖4 可以看出，在30 d 時，隨著土壤鉻濃度增大，氣孔打開數(shù)、打開數(shù)/總數(shù)呈下降趨勢，C50、C00、C200 和C500 處理組的氣孔打開數(shù)與對照相比分別下降34.74%、41.85%、48.23%和49.64%，有顯著差異（P＜0.05）。在60 d 時，氣孔打開數(shù)呈先上升后下降的趨勢，在C100 組達到最大，比對照高28.05%；C500 氣孔打開數(shù)/總數(shù)最小，比對照降低了35.78%，差異顯著（P＜0.05）。

表2 不同濃度的鉻處理下油桐幼苗葉表面氣孔的統(tǒng)計Table 2 Statistics of stomata on the leaf surface of tung tree seedlings under different Cr3+ concentrations

圖4 鉻脅迫對油桐幼苗葉表面氣孔的影響Fig.4 Stomata on the leaf surface of tung tree seedlings under chromium stress

2.4 不同濃度的鉻含量對油桐幼苗葉片解剖結(jié)構(gòu)的影響

由表3 和圖5 可以看出，隨著鉻脅迫的加重，油桐幼苗葉片的葉片厚度、上表皮厚度、下表皮厚度、海綿組織厚度和葉片組織細胞結(jié)構(gòu)疏松度（SR）在30 d 時呈下降趨勢，C50、C00、C200和C500 處理組的葉片厚度與對照相比分別下降了15.00%、15.85%、11.56% 和14.15%，差異顯著（P＜0.05）；4 個組的SR 與對照相比分別下降了2.72%、3.70%、9.41%和3.87%，差異顯著（P＜0.05）。葉片組織細胞結(jié)構(gòu)緊密度（CTR）呈先上升后下降的趨勢，在C100 組達到最大值，相比對照增加了14.32%，差異顯著（P＜0.05）。

表3 不同濃度的鉻處理對油桐葉片葉片解剖結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響Table 3 Effects of different Cr3+ concentrations on the leaf anatomical structure parameters of tung tree seedlings

圖5 不同濃度的鉻處理下油桐幼苗的葉片解剖結(jié)構(gòu)Fig.5 Leaf anatomical structure of tung tree seedlings under chromium stress

在60 d 時，隨著土壤鉻含量的升高與脅迫時間的延長，油桐幼苗葉片的葉片厚度的降幅更明顯，C50、C00、C200 和C500 組相比對照依次降低了7.68%、13.74%、23.08%和26.71%，差異顯著（P＜0.05）；但與對照相比，4 個組的SR 沒有顯著性差異（P＞0.05）。

2.5 不同濃度的鉻脅迫下油桐幼苗不同器官和土壤中鉻的含量

由圖6 可以看出，隨著鉻濃度的增加，油桐幼苗各部位及土壤金屬鉻的積累量在各處理組中均呈上升趨勢。隨著鉻處理濃度的增加，在葉片中的鉻含量在C50、C100、C200 和C500 處理下分別比對照增加了104.81%、170.29%、296.06%和1 260.72%，差異顯著（P＜0.05）；在莖中的鉻含量在C50、C100、C200 和C500 處理下分別比對照增加了260.19%、314.78%、410.28%和2 979.90%，差異顯著（P＜0.05）。在油桐幼苗根部，C500 處理下鉻含量最高，比對照增加了1 942.99%。油桐幼苗不同部位中，各處理組均是在根部的鉻含量最高，分別是葉中的61.51、22.30、61.77、64.18 和38.25 倍。

圖6 油桐幼苗不同器官和土壤中鉻的含量Fig.6 Chromium contents in different organs of tung tree seedlings and soil

3 討 論

3.1 鉻脅迫對油桐幼苗生理生化特性的影響

Wakeel 等[21]的研究表明鉻脅迫對植物細胞有毒害作用，會導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化和膜通透性水平改變。MDA 是膜脂過氧化的產(chǎn)物，當植物細胞處于逆境時機體就會產(chǎn)生MDA。在30 d 時，C50、C100、C200 和C500 處理組與對照的MDA含量差異均不明顯。隨著脅迫時間增加，在60 d時，MDA 含量顯著上升，造成油桐幼苗膜脂損傷，并且隨著土壤鉻濃度升高而加劇。這可能是因為短期內(nèi)重金屬鉻的影響較小，未能明顯地體現(xiàn)出來，而在長期脅迫下，油桐幼苗受到的影響越來越大，進而有所表現(xiàn)。相對電導(dǎo)率也是表示植物抗性的指標之一，可以代表細胞膜的調(diào)控作用。30 d 時，C50、C100、C200 和C500 處理組的相對電導(dǎo)率顯著低于對照組，在60 d 時呈先降低后升高的趨勢，C500 相對電導(dǎo)率明顯高于對照。這可能是因為在短期內(nèi)植物對外界脅迫有一定的抵抗能力，而長期高濃度鉻脅迫下，植物的結(jié)構(gòu)和功能受到影響，抗性降低。ROS 即活性氧，是衍生自分子氧的化學(xué)活性物質(zhì)，可能會對需氧生物造成損害[22]。由于重金屬與葉綠體和線粒體膜電子傳遞活性的相互作用，植物處于有毒的重金屬環(huán)境中會導(dǎo)致ROS 含量增加。ROS 可以破壞細胞膜的氧化還原狀態(tài)，從而破壞細胞膜，導(dǎo)致離子泄漏[23-24]，從而導(dǎo)致電導(dǎo)率增大?？扇苄蕴?、可溶性蛋白作為細胞滲透性的保護物質(zhì)，其含量可表示植物細胞在逆境中的適應(yīng)能力。在30 d 時，外施鉻的處理組可溶性蛋白含量比對照低且存在顯著性，在60 d 時略低于對照?？赡苁且驗殂t脅迫對于油桐幼苗可溶性糖、可溶性蛋白的積累略有影響，但影響不大。

POD 與SOD 是植物體內(nèi)重要的抗氧化酶。POD 是過氧化物酶，可以將細胞氧化還原作用時產(chǎn)生的毒性物質(zhì)分解。超氧化物歧化酶SOD 是對抗ROS 的主要手段之一[25]，可以清除自由基，對抗氧化作用并及時修復(fù)受損細胞。研究表明，鉻脅迫對油桐葉片的POD 含量無明顯影響，但對SOD 含量產(chǎn)生影響，這可能是因為金屬鉻沒有造成油桐機體內(nèi)過氧化物的形成，但產(chǎn)生了超氧自由基。相比對照，C50 和C100 處理組內(nèi)SOD 含量呈上升趨勢，說明隨著土壤鉻含量的增加，油桐幼苗受到氧化脅迫影響，產(chǎn)生一種保護性應(yīng)激反應(yīng)，有助于清除由脅迫產(chǎn)生的過多自由基[26]。植物內(nèi)產(chǎn)生更多的SOD 能夠增強抗氧化的能力，但在高濃度C500 處理組中，植物受到的脅迫影響較大，植物受害更為嚴重，加劇了膜脂過氧化作用引起膜及酶系統(tǒng)的破壞使其代謝紊亂，合成SOD 的能力有所下降，這與張鳳琴等[26]關(guān)于木欖幼苗的研究和萬永吉等[27]關(guān)于秋茄種苗的研究結(jié)果相似。

3.2 鉻脅迫對油桐幼苗光合生理特性的影響

光合作用是植物生長發(fā)育的基礎(chǔ)，為植物的生長發(fā)育提供物質(zhì)與能量。葉綠素是植物光合作用的基礎(chǔ)，葉綠素含量越高，植物光合作用越強。本試驗外施鉻的處理組中，油桐幼苗葉片葉綠素含量及光合速率明顯降低。Assche 等[28]的研究表明葉綠素合成系統(tǒng)和葉綠素酶活性受到高濃度鉻的影響；Vajpayee 等[29]通過試驗發(fā)現(xiàn)，Cr 能夠降解參與葉綠素生物合成的重要酶（δ-氨基乙酰丙酸脫水酶），從而降低葉綠素的含量。柵欄組織的厚度也與油桐幼苗光合作用相關(guān)。油桐幼苗葉片柵欄組織厚度有明顯的下降，并且在光合作用中表現(xiàn)出相同的趨勢。油桐幼苗的凈光合速率隨土壤鉻濃度的增加而降低，由于鉻脅迫產(chǎn)生過量ROS，破壞了葉綠體結(jié)構(gòu)，使光合色素減少，從而抑制了光合作用，阻礙了植物的生長發(fā)育。Nascimento 等[10]的研究表明在鉻脅迫下植物類囊體薄膜被分解，葉綠體遭到破壞，導(dǎo)致植物光合作用減弱。在外界環(huán)境脅迫下，光合作用的限制因子可分為氣孔限制和非氣孔限制，當Ci與Gs同時下降時，Pn下降主要是由氣孔限制引起的，如果光合速率的降低伴隨著Ci升高，光合作用的主要限制因素就是非氣孔因素[18]。30 d 時，Ci與氣孔導(dǎo)度同時下降，表明為氣孔因素；第60 天時，C50 的Pn低于對照組而Ci高于對照組，并且C50的氣孔開度小于對照組，因此推斷可能是非氣孔限制，這與葉肉細胞的光合活性有關(guān)，過量的ROS 導(dǎo)致光合機構(gòu)遭到了破壞。

Fv/Fm的變化是判斷植物葉片是否受到光抑制的重要依據(jù)。一般地，植物在沒有光呼吸的條件下，F(xiàn)v/Fm為0.80～0.83。Fv/Fm呈下降趨勢，但差異并不大（圖2B），且始終處于0.80～0.83，說明金屬鉻對于油桐幼苗PS Ⅱ最大光能轉(zhuǎn)化效率略有影響但影響不大。

WUE 與光合速率和蒸騰速率有關(guān)。本試驗中，30 d 時，隨著土壤鉻濃度升高，WUE 顯著上升。60 d 時，各處理組WUE 與對照相比無顯著差異，可能是長時間的鉻脅迫降低了油桐幼苗葉片的蒸騰作用，具體原因有待進一步研究。

氣孔的開閉情況直接影響到油桐幼苗的光合作用。30 d 時，從打開的氣孔數(shù)量來看，對照明顯高于其他4 個外施鉻的處理組。而且，隨土壤鉻濃度升高，打開的氣孔數(shù)呈下降趨勢，這與光合速率和氣孔導(dǎo)度的趨勢相同，說明鉻脅迫阻礙了葉片氣孔的開閉，油桐受脅迫越嚴重，氣孔關(guān)閉越多。

3.3 不同濃度的鉻脅迫下油桐幼苗不同器官和土壤中鉻的含量

油桐的根部吸收了大部分的鉻，并且鉻在油桐幼苗中的分配表現(xiàn)為根＞莖＞葉。Singh 等[30]的研究表明植物根部積累的鉻比其他組織多10～100 倍。Rascio 等[31]研究發(fā)現(xiàn)植物根細胞通過與氨基酸、有機酸或液泡形成復(fù)合物來解毒重金屬，以此保護葉片組織。Nascimento 等[10]對可可豆鉻脅迫的研究中發(fā)現(xiàn)，可可豆根的木質(zhì)部細胞靠近細胞壁的部位積聚了電極質(zhì)物質(zhì)，表明鉻被根部吸收之后通過木質(zhì)部被運輸?shù)街参锏牡厣喜糠?，但地上部分鉻含量遠小于根部，這可能是可可豆對重金屬鉻的排斥作用所造成的。植物對重金屬的排斥作用是產(chǎn)生耐受性的一種方式，即植物讓金屬留在根部，減少其向上部運輸，以免對上部營養(yǎng)器官或生殖器官造成危害[32]。Gadd[33]對印度芥菜的鎘脅迫試驗中發(fā)現(xiàn)芥菜根部鎘含量顯著高于地上部分，說明印度芥菜對重金屬Cd 具有排斥性。而本試驗中，油桐幼苗中地下部分Cr濃度顯著高于地上部分，說明Cr 離子在油桐幼苗植物體內(nèi)難以遷移，表現(xiàn)出對Cr 的排斥性。在植物修復(fù)土壤重金屬技術(shù)中，利用植物根系分解、沉淀、螯合和氧化還原等多種理化過程將重金屬固定在根際中，使其在土壤中的遷移和擴散能力減弱，以緩解重金屬對環(huán)境的污染程度的方法稱為植物穩(wěn)定修復(fù)[34]。油桐幼苗在低濃度（C100）鉻土壤中表現(xiàn)出較好的耐受性，在高濃度（C500）鉻土壤中表現(xiàn)出對Cr 較強的富集能力，油桐幼苗根部積累的鉻含量達1 966.10 mg·kg-1。但是，本研究并未對其富集系數(shù)及轉(zhuǎn)移系數(shù)做具體測定。后續(xù)研究中有必要進一步開展油桐幼苗根系及地上部分對重金屬鉻的富集能力及根部固定鉻的方式及原理的研究，為降低土壤鉻濃度和修復(fù)鉻污染土壤提供理論依據(jù)。

4 結(jié) 論

綜上所述，土壤鉻濃度小于或等于100 mg·kg-1的處理組中油桐幼苗耐受性較好，受到鉻的毒害現(xiàn)象不明顯；土壤鉻濃度大于等于200 mg·kg-1的處理組受到明顯的毒害，細胞膜結(jié)構(gòu)受到破壞、光合作用明顯減弱、生長量與物質(zhì)積累量減少，且毒害現(xiàn)象隨著鉻濃度的升高而加劇。油桐幼苗抵抗鉻脅迫的方式是在根部積累大部分的鉻，減少向上運輸，降低對地上部分的傷害。油桐幼苗將金屬鉻富集在根部這一特性，對于油桐修復(fù)土壤鉻污染提供了可行方案和技術(shù)支撐。