婁騰雪，呂素蓮，李銀心

1中國科學(xué)院植物研究所 植物分子生理學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100093

2中國科學(xué)院大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，北京 100049

我國一方面人口眾多，耕地不足，淡水資源極度貧乏，另一方面鹽堿荒漠面積巨大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界鹽堿地的面積為9.54億hm2，其中我國約為1億 hm2，主要分布在沿海灘涂和內(nèi)陸盆地。這些鹽堿地是重要的后備土地資源。利用鹽堿地種植藜麥、鹽角草等鹽生經(jīng)濟(jì)作物可為人類的糧食供應(yīng)提供新的保障；同時(shí)鹽堿地是巨大的碳庫，在碳循環(huán)中扮演著重要的角色，在生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成中具有不可替代的作用。

然而，隨著礦產(chǎn)開采和工業(yè)廢水的排放，重金屬鎘 (Cd)、鉛 (Pb) 等污染物通過水網(wǎng)輸入，造成嚴(yán)重的土壤污染，其中包括一部分鹽漬化后備土地。Cd、Pb在土壤中滯留時(shí)間長，易在表土積累，可被植物吸收，是中國土壤-植物生態(tài)系統(tǒng)中主要的重金屬污染[1]。而且，有研究表明，鹽土中重金屬具有更大的生物有效性，鹽分提高了重金屬的潛在風(fēng)險(xiǎn)[2]。除了重金屬污染外，近年來鋰工業(yè)發(fā)展迅猛，大量工業(yè)廢水及廢棄鋰電池和鋰鹵化物被排放到土壤中，造成了土壤鋰污染[3-4]。而且，隨著人們對電子產(chǎn)品、汽車等鋰能源產(chǎn)品需求量的不斷增長，未來鋰污染將更加嚴(yán)重。在自然環(huán)境下，與堿土及普通土壤相比，鹽土中的總鋰量和有效鋰含量均更高[5]。鋰是最輕的堿金屬，不是植物生長的必需元素，但低濃度鋰能促進(jìn)植物生長，而高濃度鋰對植物會(huì)產(chǎn)生毒害作用[6]，主要表現(xiàn)為生物量降低、葉綠素含量減少、細(xì)胞膜完整性破壞以及生理生化過程改變等[7]。目前關(guān)于植物對鋰的吸收利用機(jī)制鮮有報(bào)道。鹽分和這些金屬污染物的雙重影響，嚴(yán)重威脅著鹽堿地的開發(fā)利用與生產(chǎn)安全。

利用植物修復(fù)污染土地是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)有效的策略。而目前已報(bào)道的400多種重金屬超累積植物大多為甜土植物，并不適用于鹽土重金屬污染的修復(fù)。近年來，利用鹽生植物修復(fù)鹽土重金屬污染的研究逐漸引起人們的關(guān)注。除了耐鹽外，相對于甜土植物，一些鹽生植物在提取修復(fù)土壤重金屬污染方面也具有一定的優(yōu)勢。比如，海馬齒對Cd、Pb的提取修復(fù)能力遠(yuǎn)高于芥菜和煙草[8-9]。

鹽角草Salicornia europaea為藜科鹽角草屬的一年生真鹽生植物，被認(rèn)為是世界上最耐鹽的陸生植物之一[10]。在實(shí)驗(yàn)室條件下，200-400 mmol/L NaCl可以促進(jìn)鹽角草的生長[11]。研究表明鹽角草對 Cd、Pb脅迫具有較強(qiáng)的耐受性，具有修復(fù)重金屬污染土壤的潛力[12-13]。但關(guān)于鹽角草對Cd、Pb脅迫的生理響應(yīng)及耐受機(jī)制還不清楚。關(guān)于鹽角草對 Li脅迫的耐受性和吸收累積特性的研究還未見報(bào)道。本研究采用土培盆栽試驗(yàn)比較了鹽漬環(huán)境下鹽角草對Cd、Pb、Li脅迫的耐受性及對這3種離子的吸收特性，并通過研究3種離子脅迫對抗氧化物酶 (超氧化物歧化酶 (SOD)、過氧化物酶 (POD)、過氧化氫酶 (CAT)、抗壞血酸過氧化物酶 (APX)、谷胱甘肽過氧化物酶 (GPX))系統(tǒng)的影響，探討鹽角草的耐受機(jī)理，以期為利用鹽角草進(jìn)行污染鹽土的修復(fù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與處理

鹽角草種子采自山東省東營市中國科學(xué)院高耐鹽經(jīng)濟(jì)植物繁殖基地。將種子播種于7 cm×7 cm的花盆中，待種子萌發(fā)后進(jìn)行200 mmol/L NaCl澆灌。生長 30 d后，選擇長勢一致的植株進(jìn)行Cd、Pb、Li脅迫處理。用分別含有不同濃度CdCl2·2.5H2O、Pb(NO3)2和 LiCl 的 200 mmol/L NaCl溶液對植株進(jìn)行澆灌處理。Cd處理設(shè)置6個(gè)濃度，分別為0、1、5、10、20、50 mmol/L CdCl2·2.5H2O；Pb處理設(shè)置5個(gè)濃度，分別為0、5、10、20、50 mmol/L Pb(NO3)2；Li處理設(shè)置6個(gè)濃度，分別為 0、20、50、100、200、400 mmol/L LiCl。以澆灌200 mmol/L NaCl溶液的植株為對照。每個(gè)處理重復(fù)5次?；ㄅ桦S機(jī)排列并定期調(diào)換位置以減少光照等差別帶來的影響。處理后第30天，采集根部和地上部樣品測定各項(xiàng)生長生理指標(biāo)和離子含量。

1.2 測定方法

1.2.1株高和生物量的測定

以盆為單位，每處理選取3盆，每盆選取相同高度、成熟度一致且生長狀況相近的5株植株進(jìn)行株高和生物量的測定。株高采用直尺法測定；鮮重和干重采用烘干稱重法，分別取鹽角草根和地上部分，置于烘箱中105 ℃殺青30 min，75 ℃烘至恒重，稱重后用不銹鋼植物粉碎機(jī)磨碎，備測。

1.2.2抗氧化物酶相關(guān)基因表達(dá)量的測定

分別收取不同處理下的鹽角草地上部分，用液氮研磨成粉末。采用Trizol法提取RNA，參照TransScript One-Step gDNA Removal and cDNA Synthesis SuperMix (購自全式金公司) 試劑盒說明書進(jìn)行RNA樣品的反轉(zhuǎn)錄。從鹽角草轉(zhuǎn)錄組[14]中搜索編碼抗氧化物酶的unigenes，并在 NCBI網(wǎng)站 (https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi) 上進(jìn)行Blast確認(rèn)。相關(guān)基因的引物信息見表1。采用qRT-PCR方法檢測抗氧化物酶基因的表達(dá)量。所用儀器為Stratagene Mx3000P (購自Agilent公司)，所用試劑為THUNDERBIRD SYBR?qPCR mix (購自 TOYOBO公司)。設(shè)定反應(yīng)程序?yàn)椋?5 ℃預(yù)變性1 min；95 ℃變性15 s，55 ℃退火20 s，72 ℃延伸30 s，40個(gè)循環(huán)；融解曲線分析：95 ℃，15 s；55 ℃，30 s；95 ℃，30 s。以Setubulin基因?yàn)閮?nèi)參，采用 2–ΔΔCt法[15]計(jì)算基因的相對表達(dá)量。

1.2.3丙二醛含量和抗氧化物酶活性的測定

取地上部分0.1 g鮮樣，加入1 mL試劑盒提供的提取液，進(jìn)行冰浴勻漿；8 000×g、4 ℃離心10 min；取上清液，按照試劑盒說明書用比色法測定相關(guān)指標(biāo)。試劑盒購自北京索萊寶科技有限公司。MDA含量采用硫代巴比妥酸法測定，SOD采用氮藍(lán)四唑光還原法測定，POD采用愈創(chuàng)木酚法測定，CAT采用紫外吸收法測定，APX采用過氧化氫紫外分光光度法測定，GPX采用DTNB比色法測定。每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。

表1 RT-qPCR引物列表Table 1 The primers used in RT-qPCR

1.2.4離子含量的測定及轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)計(jì)算

分別稱取0.1 g根和地上部分樣品，放入消煮管中，加入1 mL HNO3和0.5 mL 30% H2O2，蓋上小漏斗，浸泡過夜。220 ℃消煮4 h至溶液變?yōu)榘咨该?，冷卻定容至50 mL容量瓶中。采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀 (ICP) 測定Na、K、Cd含量，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀 (ICP-MS)測定Pb和Li含量。每處理3個(gè)重復(fù)。

根據(jù)以下公式計(jì)算鹽角草Cd、Pb和Li的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù) (Translocation factor，TF)：

TF=植物地上部分的離子含量/植物根部離子含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Graph Pad Prism 5進(jìn)行作圖，采用SPSS 20軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 Cd、Pb、Li處理對鹽角草生長的影響

如圖1A所示，分別用50 mmol/L Cd、50 mmol/L Pb和400 mmol/L Li處理30 d后，鹽角草植株均全部死亡。在Cd脅迫下，低濃度Cd (1和5 mmol/L)時(shí)，鹽角草的生長情況與對照相比無顯著差異；Cd濃度為10 mmol/L時(shí)，鹽角草株高與對照無顯著差異，而植株鮮重和干重均顯著降低，說明植株生長開始受到抑制；Cd濃度為20 mmol/L時(shí)，株高、鮮重和干重與對照相比均顯著下降，分別降低23.64%、39.31%和43.22% (圖1B)。

在Pb脅迫下，較低濃度Pb (≤10 mmol/L)對鹽角草生長發(fā)育影響不大。而20 mmol/L Pb處理下，植株生長開始受到抑制，鹽角草的株高、鮮重和干重均顯著下降，分別降低25.34%、76.90%和 43.75% (圖 1B)。

與Cd和Pb脅迫不同，20 mmol/L Li促進(jìn)了鹽角草生長，與對照相比，株高、鮮重和干重分別提高11.94%、59.35%和107.96%。之后，隨著Li濃度的升高，鹽角草的株高和鮮重分別在100 mmol/L Li和50 mmol/L Li時(shí)，與對照相比開始顯著下降。在Li濃度為200 mmol/L時(shí)，株高、鮮重分別降低了 16.25%和 55.60%，顯著低于對照；而干重和對照相比無明顯差異 (圖1B)。

由此可以看出，鹽角草對Cd、Pb、Li的耐受范圍分別為< 10 mmol/L Cd (約2 284 mg/kg)、<20 mmol/L Pb (約 6 625 mg/kg) 和< 50 mmol/L Li (約2 120 mg/kg)。因此，鹽角草對Cd、Pb、Li的耐受性順序?yàn)長i>Pb>Cd。

2.2 Cd、Pb、Li脅迫對鹽角草 MDA含量的影響

MDA是植物細(xì)胞膜脂過氧化產(chǎn)物之一，能與細(xì)胞內(nèi)各種成分發(fā)生反應(yīng)，引起各種酶和膜的嚴(yán)重?fù)p傷，其含量高低可以反映膜脂過氧化作用強(qiáng)弱及質(zhì)膜損壞程度[16]。由圖2可知，在Cd、Pb、Li處理下，鹽角草的MDA含量隨著處理濃度的升高而升高，說明植株膜脂過氧化程度逐漸增強(qiáng)。在Cd 20 mmol/L、Pb 20 mmol/L和Li 50 mmol/L脅迫處理下，MDA含量達(dá)到最大值，分別為對照的3.47、17.50和7.32倍。

圖1 不同濃度Cd、Pb、Li對鹽角草生長的影響Fig. 1 Effects of different concentrations of Cd, Pb and Li on the growth of S. europaea. Seedlings of Salicornia europaea were treated with different concentrations of Cd, Pb and Li for 30 days, and phenotypes (A), plant height,shoot fresh weight and shoot dry weight (B) were shown. Scale bar=1 cm. Different lowercase letters in the same polygonal chart indicated that there were significant differences among different treatments under the same stress(P<0.05).

2.3 鹽角草抗氧化物酶系統(tǒng)對Cd、Pb、Li脅迫的響應(yīng)

植物體內(nèi)酶促保護(hù)系統(tǒng)中的 SOD、POD、CAT、APX、GPX對清除植物體內(nèi)產(chǎn)生的活性氧具有至關(guān)重要的作用。我們首先在轉(zhuǎn)錄水平研究了不同 Cd、Pb、Li脅迫處理下，鹽角草中 5個(gè)SOD基因 (Cu/ZnSOD1、Cu/ZnSOD2、Cu/ZnSOD3、FeSOD和MnSOD)、4個(gè)POD基因 (POD16、POD20、POD57和POD64)、1個(gè)CAT基因、2個(gè)APX(APX3和APX6) 和2個(gè)GPX基因 (GPX1和GPX2) 的表達(dá)對不同濃度 Cd、Pb、Li脅迫的響應(yīng)。如圖3A所示，Cd脅迫下，除了APX3和APX6外，其他基因均在一個(gè)或多個(gè)處理濃度下呈現(xiàn)上調(diào)表達(dá)。其中POD20和POD57的表達(dá)隨著處理濃度的增加逐漸增強(qiáng)，多數(shù) SOD基因表達(dá)呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，GPX1、GPX2和CAT在20 mmol/L時(shí)表達(dá)增強(qiáng)。在Pb脅迫下，除了MnSOD和POD64在20 mmol/L下表達(dá)下調(diào)外，其余基因在各處理濃度下均表現(xiàn)不同程度的上調(diào)表達(dá) (圖 3B)。Li脅迫處理下，所有基因在所有處理濃度下均表現(xiàn)顯著上調(diào)表達(dá) (圖3C)。

為了進(jìn)一步研究抗氧化物酶活性對Cd、Pb、Li脅迫的響應(yīng)，我們對5個(gè)抗氧化物酶酶活分別進(jìn)行測定。Cd脅迫下，與基因表達(dá)檢測結(jié)果基本一致，SOD、POD、GPX酶活在不同濃度下均有不同程度的提高，APX酶活沒有顯著變化，而CAT酶活在高濃度Cd處理下顯著降低 (圖4A)。Pb脅迫下，CAT、POD、GPX酶活在一個(gè)或多個(gè)濃度處理下升高，APX沒有顯著變化，而SOD在高濃度下顯著降低 (圖 4B)。Li脅迫下，POD酶活隨著處理濃度的升高而逐漸升高，CAT和GPX酶活也有所提高，SOD無顯著變化，而APX酶活顯著降低 (圖4C)。這些結(jié)果表明不同的抗氧化物酶對不同離子脅迫具有不同的響應(yīng)機(jī)制。

圖2 不同濃度Cd、Pb、Li處理下鹽角草MDA含量Fig. 2 MDA contents of S. europaea under different concentrations of Cd, Pb and Li. Different lowercase letters in the same polygonal chart indicated that there were significant differences among different treatments under the same stress (P<0.05).

圖3 不同濃度Cd(A)、Pb(B)、Li(C) 處理下鹽角草抗氧化物酶基因表達(dá)變化Fig. 3 Gene expressions of antioxidant enzymes in response to different concentrations of Cd(A), Pb(B) and Li(C)treatments in S. europaea.

圖4 不同濃度Cd、Pb、Li處理下鹽角草抗氧化物酶活性變化Fig. 4 Antioxidant enzyme activities of S. europaea under different concentrations of Cd, Pb and Li. Different lowercase letters in the same polygonal chart indicated that there were significant differences among different treatments under the same stress (P<0.05).

2.4 Cd、Pb、Li含量及轉(zhuǎn)運(yùn)特性

分別對不同濃度Cd、Pb、Li處理下鹽角草根和地上部中Cd、Pb、Li含量進(jìn)行測定。結(jié)果顯示，鹽角草根和地上部的Cd、Pb、Li含量均隨處理濃度的增加而增加。20 mmol/L Cd、Pb、Li處理下，鹽角草根中 Cd、Pb、Li含量分別達(dá)到 1 801、18 782和185 mg/kg，地上部分Cd、Pb、Li含量分別為626、838和1 218 mg/kg。200 mmol/L Li處理下，鹽角草根和地上部分的Li含量分別達(dá)到1 828和5 733 mg/kg (圖 5)。

值得注意的是，鹽角草根中的 Cd、Pb含量顯著高于地上部分，而在Li處理下，地上部分的Li含量顯著高于根中。轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù) (TF) 是反映植物不同部位間離子運(yùn)移能力大小的指標(biāo)，用來評價(jià)植物將離子從地下向地上的運(yùn)輸和富集能力。轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)越大說明植物從地下部分向地上部分運(yùn)移離子的能力越強(qiáng)[17]。如圖5所示，Li的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)最高，為2.97-6.53，其中20 mmol/L時(shí)最高；其次 Cd的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)為 0.23-0.52，其中 Cd處理濃度為5 mmol/L時(shí)，TF最大；Pb的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)最低，為0.004-0.050。

2.5 Cd、Pb、Li處理對鹽角草 Na和 K含量的影響

前期研究發(fā)現(xiàn)200-400 mmol/L的NaCl可以促進(jìn)鹽角草的生長，Na是鹽角草生長必需的大量元素[10]。因此，我們進(jìn)一步測定了不同濃度Cd、Pb、Li處理下鹽角草根和地上部的Na和K含量。在對照和處理?xiàng)l件下，鹽角草地上部的 Na含量遠(yuǎn)高于根中，這與前期報(bào)道一致[18]。不同濃度Cd、Pb、Li處理下，根中的Na含量與對照相比沒有顯著變化，而地上部的Na含量均隨著處理濃度的升高而逐漸降低 (圖6)。對于K含量，除了Cd脅迫處理下根中的K含量和Pb脅迫處理下地上部中的K含量相對于對照沒有顯著變化外，其他處理下根和地上部中的 K含量均隨著脅迫濃度的升高呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。進(jìn)一步相關(guān)性分析表明，在地上部分，Cd、Li含量分別與Na含量呈顯著負(fù)相關(guān)；在根中，Pb、Li分別與K呈顯著負(fù)相關(guān) (表2)。這

圖5 鹽角草根和地上部Cd、Pb、Li含量及轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)Fig. 5 Cd, Pb, Li contents in roots and shoots and translocation factors of S. europaea. Different lowercase letters in the same polygonal chart indicated that there were significant differences among different treatments under the same stress (P<0.05).

圖6 不同濃度Cd、Pb、Li處理下鹽角草根和地上部中Na和K含量Fig. 6 Na and K contents in roots and shoots of S. europaea under different concentrations of Cd, Pb and Li. Different lowercase letters in the same polygonal chart indicated that there were significant differences among different treatments under the same stress (P<0.05).

表2 根和地上部金屬離子與Na、K含量的相關(guān)性分析Table 2 Correlation c oefficients b etween m etal elements and Na, K elements

3 討論

作物的生長對重金屬脅迫的響應(yīng)因重金屬的種類、脅迫濃度以及作用時(shí)間而各有差異[19-20]。本研究中，采用不同濃度Cd、Pb、Li處理鹽角草，結(jié)果表明，鹽角草對 Cd、Pb、Li的耐受順序?yàn)長i>Pb>Cd，鹽角草對 Cd最敏感。這與何潔等[21]的研究結(jié)果是一致的，其研究不同濃度 Zn(0-400 mg/kg) 和Cd (0-0.6 mg/kg) 對翅堿蓬幼苗生長的影響，結(jié)果表明，翅堿蓬對Zn的耐受閾值為10 mg/kg，而Cd濃度為0.1 mg/kg時(shí)，翅堿蓬的發(fā)芽率、苗高、苗重已經(jīng)受到影響。這說明Cd對植物生長有普遍毒性作用，且產(chǎn)生毒性的濃度較低，即毒性較強(qiáng)。另外，我們發(fā)現(xiàn)在高濃度Cd處理下，鹽角草對Cd的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)隨Cd濃度的增加不斷下降 (圖5)，這可能是相對于Pb、Li脅迫，鹽角草對Cd脅迫最敏感的重要原因。

重金屬離子可以通過干擾植物營養(yǎng)物質(zhì)的正常吸收和體內(nèi)再分配，造成植物的生物量降低[22]。前期研究發(fā)現(xiàn)200-400 mmol/L的NaCl可以促進(jìn)鹽角草的生長，Na是鹽角草生長必需的大量元素[10]。本研究中我們發(fā)現(xiàn)，鹽角草地上部分Cd、Li含量分別與Na含量呈顯著負(fù)相關(guān)；而根中Pb、Li分別與K呈顯著負(fù)相關(guān) (表2)。因此，我們推斷Cd、Pb、Li脅迫可能降低了植株對Na和K的吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)，從而抑制了植株的生長。值得注意的是，低濃度的Li (≤20 mmol/L)對鹽角草有促進(jìn)生長的作用。這與Kalinowska等的研究報(bào)道是一致的。Kalinowska等[23]研究表明，2.5 mg/L低濃度Li可以使萵苣Lactuca sativa根和地上部分含有較高的相對含水量，并促進(jìn)植株生長。該研究認(rèn)為這可能是由于擬態(tài)效應(yīng)，即亞致死劑量的潛在毒性物質(zhì)[24]對植物生長有刺激作用，或是 Li離子對植物新陳代謝的一些其他未知效應(yīng)。另外，有研究表明，Li能夠替換Na、K以及Mg和Ca[7,25]。因此猜測，低濃度Li可以促進(jìn)鹽角草的生長，也可能是由于Li替換Na、K促進(jìn)了植株的生長。

逆境脅迫對植物的損傷常常是由于產(chǎn)生過多的體內(nèi)活性氧 (ROS)，從而導(dǎo)致質(zhì)膜受損，細(xì)胞功能喪失。鹽角草在3種離子脅迫下，MDA水平均隨著處理濃度的升高而升高 (圖 2)，說明細(xì)胞受高濃度離子毒害，膜脂過氧化程度增強(qiáng)?？寡趸锩赶到y(tǒng)在清除活性氧、調(diào)控細(xì)胞內(nèi)的氧化還原平衡、植物抵御逆境脅迫中發(fā)揮著重要作用。SOD可以將超氧化物歧化為基態(tài)氧和 H2O2，而H2O2的清除又可以在POD、CAT、APX、GPX等的協(xié)同作用下共同完成。本研究發(fā)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)錄水平上，鹽角草中編碼SOD、POD、CAT、APX、GPX的相關(guān)基因在Cd、Pb、Li脅迫時(shí)均呈現(xiàn)上調(diào)表達(dá)，其中在Pb、Li脅迫時(shí)這種響應(yīng)更明顯(圖3)。而在酶活層面，各抗氧化物酶對不同離子脅迫的響應(yīng)有所不同 (圖4)。鹽角草在抵御外界Cd、Pb、Li脅迫時(shí)，各種處理濃度下均會(huì)啟動(dòng)POD酶活抵抗逆境，而在較高濃度下 (Cd≥10 mmol/L，Pb≥10 mmol/L和Li≥20 mmol/L)均會(huì)啟動(dòng)GPX發(fā)揮酶活性。說明鹽角草中POD和GPX可能是多種逆境下普遍啟動(dòng)的抗氧化系統(tǒng)。此外，在Cd脅迫下 SOD也發(fā)揮一定作用，而在較低濃度Pb(5 mmol/L) 和Li (50 mmol/L) 脅迫下CAT酶活也發(fā)揮一定作用。張義賢和張麗萍[26]在研究不同濃度 Cd、Pb、Hg、Ni脅迫對大麥抗氧化物酶(SOD、POD和CAT) 的影響時(shí)，也發(fā)現(xiàn)不同重金屬脅迫下，抗氧化物酶的酶活響應(yīng)不一致。這說明植物在不同的脅迫處理下具有不同的抗氧化物酶響應(yīng)機(jī)制，協(xié)同抵制重金屬的氧化毒害。還有一些酶活在低濃度離子處理下，酶活與對照相比沒有明顯變化，而高濃度下酶活顯著降低。比如Cd脅迫下CAT酶活的變化和Li脅迫下APX酶活的變化。這可能是由于細(xì)胞長時(shí)間地維持在較高的 O2–·濃度下，細(xì)胞內(nèi)的活性物質(zhì)包括酶受到損傷，致使CAT或APX酶活性下降[27]。

鹽土重金屬污染使得植物面臨著重金屬和鹽分的“雙重”脅迫，甜土植物在鹽土環(huán)境中難以正常生長，無法用于修復(fù)鹽土重金屬污染[28]。因此，對鹽土植物修復(fù)鹽土重金屬污染的研究逐漸引起人們的關(guān)注。相關(guān)研究表明，一些鹽生植物具有超富集重金屬的潛力[29]。轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù) (TF) 是評價(jià)植物吸收積累重金屬污染物的重要指標(biāo)。轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)大于 1是重金屬超富集植物區(qū)別于普通植物的重要特征之一[22]。鹽角草 Cd和 Pb的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均小于1，不符合超富集植物的特征。然而，本研究中，在200 mmol/L NaCl條件下，Cd、Pb處理濃度為20 mmol/L時(shí)，鹽角草地上部分Cd、Pb含量分別為626和838 mg/kg，達(dá)到了超富集植物地上部分 Cd含量>100 mg/kg的標(biāo)準(zhǔn)，略低于 Pb含量>1 000 mg/kg的標(biāo)準(zhǔn)。另外，鹽角草具有較大的生物量，我們在山東東營鹽堿地的多年種植記錄顯示，每年每hm2大約可收獲5 000 kg地上部干物質(zhì)。按本研究的結(jié)果推算，鹽角草地上部可分別提取 3 130 g Cd/(hm2?y)和 4 190 g Pb/(hm2?y)。Cd的提取量略低于超富集植物天藍(lán)遏藍(lán)菜Thlaspi caerulescens地上部的 Cd提取量(4 160-8 320 g/(hm2?y))[30]，而遠(yuǎn)高于芥菜Brassica juncea(60-80 g/hm2?y)[31]和煙草Nicotinana tabacum(500 g/hm2?y)[8]。Pb的提取量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鹽生植物互花米草Spartina alterniflora地上部的Pb提取量(364 g/hm2?y)[32]。此外，在 200 mmol/L NaCl條件下，鹽角草可以耐受10 mmol/L Cd和20 mmol/L Pb，該耐受濃度不僅遠(yuǎn)高于國家土壤環(huán)境質(zhì)量三級標(biāo)準(zhǔn) (GB15618-1995[33]，Cd 1 mg/kg，Pb 500 mg/kg)，而且也高于堿蓬Suaeda salsa[34]、濱藜Atriplex triangularis[35]和海馬齒Sesuvium portulacastrum[36]等鹽生植物。因此，鹽角草在Cd、Pb重度污染鹽土修復(fù)中具有較大的應(yīng)用潛力。

值得注意的是，本研究中我們首次發(fā)現(xiàn)鹽角草對Li的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)為2.97-6.53，地上部的Li積累量達(dá)1 218-5 733 mg/kg DW (圖5)，具有富Li特性。羅布麻是研究較多的富鋰植物，在400 mg/kg(約58 mmol/L) Li處理下，羅布麻的根莖葉干重均下降60%以上，莖葉Li含量2 500 mg/kg左右[37]。與羅布麻相比，鹽角草對Li的耐受濃度高得多，即使在200 mmol/L Li脅迫下，鹽角草的干重也未發(fā)生明顯下降 (圖1B)，且地上部分Li濃度達(dá)到5 733 mg/kg DW。在植物修復(fù)技術(shù)應(yīng)用中，一個(gè)受到關(guān)注的問題是富集重金屬的植物材料的后續(xù)處置和利用問題，這些植物材料如果處置不當(dāng)可導(dǎo)致二次污染。研究報(bào)道，在醫(yī)藥領(lǐng)域，鋰鹽可以用于精神治療[6]。因此，在利用鹽角草治理鋰污染土壤的同時(shí)，其富鋰的地上部分有可能化廢為寶，用作提供人體特殊營養(yǎng)的原料，避免對生物鏈或環(huán)境造成二次污染。鹽角草的這一特點(diǎn)進(jìn)一步提升了其在鋰污染修復(fù)中的應(yīng)用價(jià)值。