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文/顶级铅笔A6L
编辑/顶级铅笔A6L
前言
近年来，工业铬排放呈上升趋势，且多数排放的铬富集在土壤中，可能会对植物的正常生长造成不利影响。
土壤铬含量的增加会导致农林业用地减少，湖南省作为全国油桐的主产区，土壤铬污染可能会阻碍油桐的生长发育，导致油桐产量降低，造成极大的经济损失。
研究油桐对铬胁迫的生理响应以及探究不同部位对铬的富集程度，在油桐对重金属的修复及产业发展等方面具有重要的实践推广价值。
研究通过盆栽试验模拟大田铬污染的土壤环境条件，研究了4种铬浓度对油桐幼苗光合生理特性、叶片解剖结构以及不同器官中的铬含量的影响，明确了油桐吸收铬元素后的富集部位，可为今后油桐在铬污染环境中的栽培及对铬污染土壤修复提供参考依据。
试验方法
选择沙藏露白后长势一致的油桐种子，播种于30cm×30cm×50cm的塑料盆中，基质为蛭石∶珍珠岩∶黄土=1∶1∶3（V∶V∶V）。
正常生长2个月后于6月1日添加铬溶液处理，以不添加Cr3+作为对照，添加不同浓度氯化铬（CrCl3+·6H2O）水溶液作为处理，按照盆中土壤质量计算。
在每千克土壤中分别施加50、100、200和500mgCr3+水溶液，盆下方放一个托盘，流出来少量的液体第2天继续浇到盆子中，分别用C50、C100、C200和C500表示，每个处理18盆，总共90盆植株。分别在30和60d后测定各项指标，试验期间其他水肥条件正常管理。
测定当天白天在每个处理选取成熟健康的叶片，挂好标签标记，在21:00—23:00测定初始荧光 F 0，然后施加脉冲为7200μmol·mol-2·s-1的光强下0.8s，测得暗适应下最大荧光 F m及最大光化学效率 F v/ F m。
采用成熟健康的鲜叶，去除主脉后称量0.2g叶片剪成细丝，浸泡在15mL*酮丙**乙醇（V∶V=1∶1）溶液中，在黑暗中放置24h后在4℃下冰箱中待叶子中叶绿素溶于提取液后，用分光光度计记录吸光度，分别在波长为663和645nm时测定OD值，最后根据如下公示计算：
Chla(mg·dm-2)=12.72A663-2.59A645，
Chlb(mg·dm-2)=22.88A645-4.68A663，
Chla+b(mg·dm-2)=Chla+Chlb。
在生理生化指标全部测定完成后，用分析天平（0.1mg精度）测量叶、叶柄、茎和根（称质量前清洗的根）的鲜质量，再放入烘箱中105℃下杀青30min，65℃下烘72h直至恒质量后称取干质量，叶片含水率=（鲜质量-干质量）/鲜质量×100%。
施加铬溶液30d后，随机选取油桐幼苗由上往下数第3～5片叶片进行第一次取样，60d时第二次取样，用万分之一的电子天平精确称取0.5g，用锡箔纸包裹，浸入液氮冷冻30min后放进冰箱中-80℃下储存，每个处理18份样。
分别于第30天和第60天上午9:00采摘新鲜叶片，在叶背面涂一层纤维素胶液，凝固后轻轻撕下，置于滴水的载玻片上，放在显微镜下观察拍照，统计气孔数量和开闭情况。
从新鲜植物成熟叶片的中下部靠近主脉处切取0.5cm×0.5cm的组织，每组处理采集2个材料。切下后立刻放入FAA（福尔马林∶冰乙酸∶乙醇=1∶1∶18）中固定，再放入冰箱中4℃下保存24h。
接下来经过一系列浓度梯度（70%、85%、95%和100%）的酒精脱水，用石蜡进行包埋，切片机切片，厚度为8µm，每个样品3张。番红固绿染色，中性树脂封片，倒置显微镜观察，所用公式如下：
叶片组织细胞结构紧密度（CTR）=栅栏组织厚度/叶片厚度×100%，
叶片组织细胞结构疏松度（SR）=海绵组织厚度/叶片厚度×100%。
待所有取样工作完成后，将不同处理的油桐幼苗移出并进行盆栽，按叶、茎、根、土壤分别称取鲜质量。
土壤样本取0.5～1.0g，油桐根、茎、叶样本均取0.2g，分别置于50mL消煮管中（勿将样品黏附在瓶颈上），先滴入少些水湿润样品，然后加8mL浓硫酸，2mL72%的高氯酸，于石墨炉上400℃消煮至澄清（2h左右），转移至50mL容量瓶定容，备用。
空白溶液除不加试样外，应用的试剂和操作步骤同上，将标准溶液、试剂空白和样本溶液过滤后，使用ICP-oes测定。
讨论
铬胁迫对植物细胞有毒害作用，会导致脂质过氧化和膜通透性水平改变，MDA是膜脂过氧化的产物，当植物细胞处于逆境时机体就会产生MDA。
在30d时，C50、C100、C200和C500处理组与对照的MDA含量差异均不明显，随着胁迫时间增加，在60d时，MDA含量显著上升，造成油桐幼苗膜脂损伤，并且随着土壤铬浓度升高而加剧。
这可能是因短期内重金属铬的影响较小，未能明显地体现出来，而在长期胁迫下，油桐幼苗受到的影响越来越大，进而有所表现，相对电导率也是表示植物抗性的指标之一，可以代表细胞膜的调控作用。
30d时，C50、C100、C200和C500处理组的相对电导率显著低于对照组，在60d时呈先降低后升高的趋势，C500相对电导率明显高于对照。
这可能是因为在短期内植物对外界胁迫有一定的抵抗能力，而长期高浓度铬胁迫下，植物的结构和功能受到影响，抗性降低，ROS即活性氧，是衍生自分子氧的化学活性物质，可能会对需氧生物造成损害。
由于重金属与叶绿体和线粒体膜电子传递活性的相互作用，植物处于有毒的重金属环境中会导致ROS含量增加。
ROS可以破坏细胞膜的氧化还原状态，从而破坏细胞膜，导致离子泄漏，从而导致电导率增大，可溶性糖、可溶性蛋白作为细胞渗透性的保护物质，其含量可表示植物细胞在逆境中的适应能力。
在30d时，外施铬的处理组可溶性蛋白含量比对照低且存在显著性，在60d时略低于对照，可能是因为铬胁迫对于油桐幼苗可溶性糖、可溶性蛋白的积累略有影响，但影响不大。
POD与SOD是植物体内重要的抗氧化酶，POD是过氧化物酶，可以将细胞氧化还原作用时产生的毒性物质分解，超氧化物歧化酶SOD是对抗ROS的主要手段之一，可以清除自由基，对抗氧化作用并及时修复受损细胞。
研究表明，铬胁迫对油桐叶片的POD含量无明显影响，但对SOD含量产生影响，这可能是因为金属铬没有造成油桐机体内过氧化物的形成，但产生了超氧自由基。
相比对照，C50和C100处理组内SOD含量呈上升趋势，说明随着土壤铬含量的增加，油桐幼苗受到氧化胁迫影响，产生一种保护性应激反应，有助于清除由胁迫产生的过多自由基。
植物内产生更多的SOD能够增强抗氧化的能力，但在高浓度C500处理组中，植物受到的胁迫影响较大，植物受害更为严重，加剧了膜脂过氧化作用引起膜及酶系统的破坏使其代谢紊乱，合成SOD的能力有所下降。
本试验中，30d时，随着土壤铬浓度升高，WUE显著上升，60d时，各处理组WUE与对照相比无显著差异，可能是长时间的铬胁迫降低了油桐幼苗叶片的蒸腾作用，具体原因有待进一步研究。
气孔的开闭情况直接影响到油桐幼苗的光合作用，30d时，从打开的气孔数量来看，对照明显高于其他4个外施铬的处理组。
而且，随土壤铬浓度升高，打开的气孔数呈下降趋势，这与光合速率和气孔导度的趋势相同，说明铬胁迫阻碍了叶片气孔的开闭，油桐受胁迫越严重，气孔关闭越多。
油桐的根部吸收了大部分的铬，并且铬在油桐幼苗中的分配表现为根＞茎＞叶，植物根部积累的铬比其他组织多10～100倍，植物根细胞通过与氨基酸、有机酸或液泡形成复合物来解毒重金属，以此保护叶片组织。
可可豆根的木质部细胞靠近细胞壁的部位积聚了电极质物质，表明铬被根部吸收之后通过木质部被运输到植物的地上部分，但地上部分铬含量源小于根部，这可能是可可豆对重金属铬的排斥作用所造成的。
植物对重金属的排斥作用是产生耐受性的一种方式，即植物让金属留在根部，减少其向上部运输，以免对上部营养器官或生殖器官造成危害。
印度芥菜的镉胁迫试验中发现芥菜根部镉含量显著高于地上部分，说明印度芥菜对重金属Cd具有排斥性。
本试验中，油桐幼苗中地下部分Cr浓度显著高于地上部分，说明Cr离子在油桐幼苗植物体内难以迁移，表现出对Cr的排斥性。
在植物修复土壤重金属技术中，利用植物根系分解、沉淀、螯合和氧化还原等多种理化过程将重金属固定在根际中，使其在土壤中的迁移和扩散能力减弱，以缓解重金属对环境的污染程度的方法称为植物稳定修复。
油桐幼苗在低浓度（C100）铬土壤中表现出较好的耐受性，在高浓度（C500）铬土壤中表现出对Cr较强的富集能力，油桐幼苗根部积累的铬含量达1966.10mg·kg-1。
但是，研究并未对其富集系数及转移系数做具体测定，后续研究中，有必要进一步开展油桐幼苗根系及地上部分对重金属铬的富集能力，及根部固定铬的方式及原理的研究，为降低土壤铬浓度和修复铬污染土壤提供理论依据。
结论
土壤铬浓度小于或等于100mg·kg-1的处理组中油桐幼苗耐受性较好，受到铬的毒害现象不明显，土壤铬浓度大于等于200mg·kg-1的处理组受到明显的毒害，细胞膜结构受到破坏、光合作用明显减弱、生长量与物质积累量减少，且毒害现象随着铬浓度的升高而加剧。
油桐幼苗抵抗铬胁迫的方式是在根部积累大部分的铬，减少向上运输，降低对地上部分的伤害，油桐幼苗将金属铬富集在根部这一特性，对于油桐修复土壤铬污染提供了可行方案和技术支撑。
