公 勤，車 勇，王 玲，李兆華,3

(1.新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆昌吉 831100；2.湖北大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，武漢 430062；3.湖北省農(nóng)村安全飲水工程技術(shù)研究中心，武漢 430062)

0 引 言

【研究意義】銅(Cu)是天然存在于土壤中的一種微量元素，參與植物光合作用的電子傳遞、細(xì)胞氧化還原反應(yīng)等生理活動(dòng)[1-2]。但是，Cu過量也會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生很強(qiáng)的毒性，如增加細(xì)胞膜的通透性、改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)、影響蛋白質(zhì)合成、降低酶活性、抑制光合作用、減少礦質(zhì)元素吸收等[3]。全國土壤中銅的點(diǎn)位超標(biāo)率為2.1%(與《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB15618-1995》相比)，在所有污染物中Cu的點(diǎn)位超標(biāo)率位居第四[4]，農(nóng)用地Cu的風(fēng)險(xiǎn)篩選值在150～200 mg/kg[5]。農(nóng)田土壤Cu超標(biāo)也已經(jīng)影響到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全[6-7]。離子交換法、化學(xué)沉淀法、活性炭吸附法、反滲透和過來法等[8-9]，這些方法所使用的材料價(jià)格昂貴、工藝復(fù)雜，并不能完全清除重金屬。植物修復(fù)被認(rèn)為是一種經(jīng)濟(jì)有效修復(fù)污染土壤的方法[10-11]。研究植物耐Cu機(jī)理、篩選強(qiáng)耐Cu性植物，已成為修復(fù)Cu污染土壤的研究重點(diǎn)?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】菠菜 (SpinaciaoleraceaL.)是石竹目藜科的一種草本植物，也是人類餐桌上一種不可缺少的綠葉類蔬菜。有報(bào)道顯示，菠菜對(duì)重金屬具有較強(qiáng)的富集能力[12]，尤其是菠菜生長中期對(duì)Cu的吸收量大于收獲期[13]，用小于0.3 mmol/L(相當(dāng)于48 mg/L)的硫酸銅處理菠菜幼苗時(shí)能促進(jìn)該植物的生長[14]；用Cu含量為7.93 mg/L的污水灌溉菠菜時(shí)，也會(huì)使其生長量和產(chǎn)量顯著提高[15]，用100 mg/L CuSO4處理菠菜幼苗時(shí)，其生物量也會(huì)增加[16]，菠菜具有一定的耐 Cu 性?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】菠菜對(duì)重金屬的強(qiáng)富集能力特性對(duì)植物的生物量、氧化應(yīng)激反應(yīng)、礦質(zhì)元素吸收等生長生理機(jī)理，是否能夠具有抵御土壤高濃度Cu脅迫的能力，成為修復(fù)Cu污染土壤的備選植物，研究尚未見報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以菠菜幼苗為研究對(duì)象，設(shè)置較高Cu脅迫濃度，觀測菠菜幼苗生物量、抗氧化酶、礦質(zhì)元素吸收等指標(biāo)的變化，從生長生理角度分析菠菜的耐Cu機(jī)理，為研究其耐Cu性及篩選耐Cu性植物提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材 料

挑選顆粒飽滿的日本大葉菠菜種子，用0.1% NaClO消毒10 min，再用去離子水沖洗干凈后，均勻置于內(nèi)有濾紙的培養(yǎng)皿(直徑9 cm)中，放入25℃培養(yǎng)箱中避光催芽48 h。選取露白的種子播于泥炭土中，待幼苗長至15 cm左右時(shí)，挑選生長一致的幼苗移栽至長53 cm、寬23 cm、高18 cm的塑料盆內(nèi)，每盆10株，盆下用托盤襯底，盆內(nèi)基質(zhì)為泥炭土、珍珠巖(7∶3)混合而成，每盆基質(zhì)總重量為5.5 kg，培養(yǎng)20 d，待長出旺盛根系后進(jìn)行試驗(yàn)處理，培養(yǎng)期間視土壤濕度澆灌完全 Hoagland 營養(yǎng)液。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置6個(gè)Cu處理濃度，即0(CK)、50、100、400、700、1 000 mg/kg，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，Cu2+含量以CuSO4(分析純)的形式提供。0(CK) mg/kg為對(duì)照濃度，只添加Hoagland營養(yǎng)液，不添加Cu處理。以0.1 mmol/L NaOH或HCl調(diào)節(jié)Hoagland營養(yǎng)液pH值至(6.5±0.3)，用營養(yǎng)液配置各處理濃度的CuSO4溶液，Hoagland營養(yǎng)液中含有19.2 mg/kg的Cu2+，已從實(shí)際澆灌的Cu處理濃度中減去，以確保Cu處理濃度的準(zhǔn)確。每盆澆400 mL，溢到托盤中的溶液再次澆入盆內(nèi)。蒸發(fā)損失水分以去離子水補(bǔ)充至(6.1±0.03)kg。培養(yǎng)條件為溫度22/15℃(白天/夜晚)，相對(duì)濕度70%～75%，光照14 h、黑暗10 h，光照強(qiáng)度為8 000 Lx。處理8 d后采集植物樣品測定指標(biāo)。

1.2.2 測定指標(biāo)

1.2.2.1 生物量

將各處理組幼苗從盆中小心取出，先用自來水沖洗，再用去離子水反復(fù)沖洗3次，吸水紙吸干后，將葉、莖、根分開，迅速稱鮮重( FW) ，105℃殺青10 min，80℃烘箱中烘至恒重，稱干重(DW)。

1.2.2.2 根系參數(shù)

各處理組選擇3個(gè)平均長勢(shì)的幼苗根系對(duì)其掃描記錄各根系形態(tài)，用Epson Expression 10000 XL 圖像掃描系統(tǒng)結(jié)合Win RHIZO根系圖像軟件分析總根長、根總表面積、總分叉數(shù)和總根尖數(shù)等參數(shù)[17]。

1.2.2.3 丙二醛、脯氨酸含量

采用硫代巴比妥酸法測定丙二醛含量(malondialdehude，MDA)[17]。取葉部鮮樣加入磷酸緩沖液研磨至勻漿，離心、取上清液，加入TCA、TBA，混合搖勻加熱，迅速冷卻離心，測定532 nm，600 nm波長下的吸光度值。

用酸性茚三酮顯色法測定脯氨酸含量[18]。稱取葉部鮮樣，加入磺基水楊酸，沸水中提取冷卻后，吸取上清液，加入冰醋酸、酸性茚三酮沸水浴，冷卻至室溫后，加入甲苯，充分振蕩，靜置分層后取上層溶液，測定520 nm波長下的吸光度值。

1.2.2.4 抗氧化物酶活性

取0.2 g植物葉部鮮樣，置于預(yù)冷的研缽中，加5 mL預(yù)冷的0.05 mmol/L磷酸緩沖液( pH= 7.8) ，在冰浴上研磨成漿，在4℃，10 000 r/min下離心20 min，分離上清液，4℃下保存?zhèn)溆茫撋锨逡簽槊柑崛∫?。超氧化物歧化?SOD)活性測定按Beauchamp和Fridovich方法測定[19]；過氧化物酶(POD)活性測定采用愈創(chuàng)木酚方法[20]；過氧化氫酶(CAT)活性測定采用紫外線吸收法[21]；抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性參照NaKano和Asada的方法[22]。

1.2.2.5 礦質(zhì)元素含量

將各處理盆內(nèi)的菠菜幼苗取出，剪下根，在20 mmol/L的Na2-EDTA溶液中浸泡3 h除去表面吸附Cu2+，用去離子水反復(fù)沖洗干凈吸水紙吸干后分別裝入烘干袋中，再將菠菜葉片用去離子水反復(fù)沖洗干凈吸水紙吸干后裝入烘干袋中，將葉片、根樣品放入烘箱中105℃殺青后，80℃烘干至恒量，研磨粉碎后過80目篩。采用硫酸-雙氧水消解，半微量凱式定氮法測定植物N含量[23]；采用鉬藍(lán)法測定P含量，采用原子吸收分光光度法測定K含量[24]，采用硝酸-雙氧水消解，ICP-MS測定植物中的Cu、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、B、Mo、Ni、Si含量[25]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

對(duì)各指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，非正態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后達(dá)到正態(tài)分布。各處理間的差異顯著性采用單向方差分析(One Way ANOVE, LSD檢驗(yàn))，各指標(biāo)間的相關(guān)性分析采用Pearson’s相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)分析均采用SPSS17.0統(tǒng)計(jì)軟件分析。圖形制作采用Origin Pro9.0軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 銅處理對(duì)菠菜幼苗生物量的影響

研究表明，50 mg/kg Cu濃度處理時(shí)，菠菜幼苗的總鮮重、總干重均高于對(duì)照處理，與對(duì)照相比，其總鮮重、總干重分別增加了13.2%和13.4%。隨Cu處理濃度繼續(xù)增加，菠菜幼苗的總鮮重、總干重均為逐漸降低趨勢(shì)，1 000 mg/kg Cu處理濃度時(shí)降至最低值，其總鮮重和總干重分別比對(duì)照降低了43.8%和52.3%。圖1

圖1 不同銅處理濃度下菠菜幼苗鮮重(a)、干重(b)變化

2.2 銅處理對(duì)菠菜幼苗根系參數(shù)的影響

研究表明，50 mg/kg Cu處理濃度時(shí)，菠菜幼苗的根長、總根分叉數(shù)、總根尖數(shù)與對(duì)照呈顯著性差異(P>0.05)，分別高于對(duì)照的33.4%、9.2%和8.7%，繼續(xù)增加Cu處理濃度時(shí)，幼苗根長、根表面積、平均直徑、總根分叉數(shù)、總根尖數(shù)呈下降趨勢(shì)，1 000 mg/kg Cu處理濃度時(shí)，各個(gè)根系參數(shù)均降至最小值。50 mg/kg Cu處理濃度時(shí)，幼苗根系主根粗壯、須根數(shù)量明顯增多，隨Cu處理濃度增加，幼苗根系數(shù)量、分叉數(shù)、根系長度等逐漸減少，但是在最高Cu濃度(1 000 mg/kg)時(shí)，幼苗根系基本結(jié)構(gòu)仍然存在，并處于活體狀態(tài)。表1，圖2

表1 不同銅處理濃度下菠菜幼苗根系參數(shù)

Ⅰ: 0 mg/kg (CK); Ⅱ: 50 mg/kg; Ⅲ: 100 mg/kg; Ⅳ: 400 mg/kg; Ⅴ: 700 mg/kg; Ⅵ: 1 000 mg/kg

2.3 銅濃度對(duì)菠菜幼苗體內(nèi)丙二醛、脯氨酸含量的影響

研究表明，菠菜幼苗葉部丙二醛含量僅在50 mg/kg Cu濃度時(shí)，較對(duì)照相比降低了11.4%，其他各處理中的MDA含量均逐漸升高，以最高Cu濃度(1 000 mg/kg)時(shí)的增幅最大，較對(duì)照相比增加了85.4%。而各處理中的脯氨酸含量與對(duì)照相比表現(xiàn)為先增后降的變化趨勢(shì)，其中，400 mg/kg Cu濃度時(shí)，脯氨酸含量增幅最大，為對(duì)照的60.7%，高濃度Cu處理時(shí)(1 000 mg/kg)，脯氨酸含量降至最低，較對(duì)照相比下降了5.3%。圖3

圖3 不同銅處理濃度下菠菜幼苗MDA(a)、脯氨酸(b)含量變化

2.4 銅濃度對(duì)菠菜幼苗體內(nèi)抗氧化物酶活性的影響

研究表明，隨Cu處理濃度增加，菠菜幼苗體內(nèi)SOD活性呈逐漸增加趨勢(shì)，其中，50 mg/kg Cu濃度時(shí)，增幅僅為對(duì)照的51.1%，而在1 000 mg/kg Cu濃度時(shí)，SOD活性增至對(duì)照的1.36倍。菠菜葉部POD和CAT活性的變化規(guī)律則是在50 mg/kg Cu濃度時(shí)，與對(duì)照相比無顯著性差異(P>0.05)，700 mg/kg Cu濃度時(shí)，兩者活性顯著高于對(duì)照(P<0.05)，分別增加了57.1%和51.0%，而在1 000 mg/kg Cu濃度時(shí)，POD和CAT活性較對(duì)照相比僅增加了28.6%和39.4%。APX活性隨Cu處理濃度的增加呈先增后降的變化趨勢(shì)，在400 mg/kg Cu濃度時(shí)，APX活性增至最大值，為對(duì)照的1.78倍，1 000 mg/kg Cu濃度時(shí)APX活性雖降至最低，但是與對(duì)照相比仍增加了0.89倍。圖4

圖4 不同銅處理濃度下菠菜幼苗SOD(a)、POD(b)、CAT(c)、APX(d)含量變化

2.5 不同銅濃度處理對(duì)菠菜幼苗葉部、根部Cu含量的影響

研究表明，隨Cu濃度增加，菠菜幼苗葉部、根部Cu含量呈持續(xù)增加的趨勢(shì)，且葉部Cu含量顯著高于根部。其中，50 mg/kg Cu濃度時(shí)，葉部、根部Cu含量較對(duì)照相比分別增加了8.85和0.83倍，而在1 000 mg/kg Cu濃度時(shí)，葉部和根部的Cu含量已達(dá)到對(duì)照的182.11和27.96倍。表2

表2 不同銅處理濃度下菠菜幼苗葉部、根部Cu含量變化

2.6 銅濃度對(duì)菠菜幼苗體內(nèi)大量元素吸收影響

研究表明，Cu濃度為50 mg/kg時(shí)，葉部K、Ca、Mg含量均達(dá)到最大值，并顯著高于對(duì)照(P<0.05)，較對(duì)照相比分別增加了22.7%、19.4%和8.2%，繼續(xù)增加Cu濃度時(shí)，各處理中的K、Ca、Mg含量下降，在1 000 mg/kg Cu濃度時(shí)，3種元素的降幅最大，與對(duì)照相比分別減少了19.3%、18.8%和65.1%。而葉部N、P含量在50 mg/kg Cu濃度時(shí)稍有下降，在100和400 mg/kg Cu濃度時(shí)兩者的增幅最大，分別為對(duì)照處理的16.3%和2.7%，但是隨Cu處理濃度繼續(xù)增加，1 000 mg/kg Cu濃度時(shí)，葉部N、P含量也降至最低。

根部N、P、K、Ca、Mg含量在50 mg/kg Cu處理濃度時(shí)也達(dá)到峰值，較對(duì)照相比分別增加了69.5%、12.6%、9.5%、285.8%和13.9%，隨后Cu濃度增加，P、K、Mg含量持續(xù)下降，在1 000 mg/kg Cu濃度時(shí)，其含量降至最低，降幅分別為對(duì)照的48.8%、33.4%和33.9%。根部N、Ca含量雖然也隨Cu濃度的增加而減少，但是在1 000 mg/kg Cu濃度時(shí)，其含量仍然高于對(duì)照，較對(duì)照相比分別增加了6.6%和110.4%。表3

表3 不同銅處理濃度下菠菜幼苗葉部、根部大量元素吸收變化

2.7 銅濃度對(duì)菠菜幼苗體內(nèi)微量元素吸收影響

研究表明，50 mg/kg Cu處理濃度時(shí)，葉部Fe、Mn、Ni元素含量顯著高于對(duì)照(P<0.05)，增幅分別為對(duì)照的17.7%、28.1%和8.3%，但是高濃度Cu處理對(duì)這3種礦質(zhì)元素的吸收抑制作用較為明顯，1 000 mg/kg Cu處理濃度時(shí)，其含量降至最低。葉部Mo元素含量隨Cu處理濃度的增加而呈下降趨勢(shì)，在最高Cu處理濃度下(1 000 mg/kg)降至最小值。而Zn、B、Si 3種元素的含量則是隨Cu處理濃度的增加而呈上升趨勢(shì)，1 000 mg/kg Cu處理濃度時(shí)升至最高值，較對(duì)照相比增加了31.4%、32.3%和564.1%。

根部Fe、Mn、Zn、Mo、Ni元素的變化較為規(guī)律，均為先增后降的變化趨勢(shì)，在50 mg/kg Cu濃度時(shí)增幅最大，分別為對(duì)照的16.0%、16.9%、16.9%、213.4%、42.1%，在1 000 mg/kg Cu濃度時(shí)降至最小值。而B和Si這2種元素則是隨Cu處理濃度的增加而上升，在最高Cu處理濃度時(shí)沒有降低，反而增至最大值，增幅為對(duì)照的52.0%和470.8%。表4

表4 不同銅處理濃度下菠菜幼苗葉部、根部微量元素吸收變化

3 討 論

3.1 不同濃度Cu處理對(duì)菠菜幼苗生物量和Cu吸收量的影響

Cu是植物生長發(fā)育中的必需營養(yǎng)元素，但是Cu過量會(huì)抑制植物生長、影響光合作用、擾亂礦質(zhì)元素吸收、阻礙蛋白質(zhì)合成[26]。不同植物對(duì)Cu的吸收能力和耐受性存在差異。研究表明，銅礦指示性植物海州香薷(Elsholtziahaichowensis)在土壤Cu含量為65.3 mg/kg的土壤中能正常生長，其葉部、根部Cu含量分別可達(dá)到234和140 mg/kg[27]，強(qiáng)耐Cu性植物野花生(Arachispintoi)在Cu含量為142 mg/kg的土壤中能完成其生命周期，其根部Cu含量為475 mg/kg[28]。研究表明，50 mg/kg Cu濃度時(shí)，菠菜幼苗生物量增加，葉部和根部Cu含量分別達(dá)到了194.3和14.6 mg/kg，其含量雖不及上述2種強(qiáng)耐Cu性植物中的含量多，但是與一般植物相比，菠菜能夠表現(xiàn)出一定的耐Cu性。如用5 μmol/L的Cu濃度處理(相當(dāng)于0.32 mg/kg Cu2+濃度)卷心菜10 d，其生物量顯著下降[29]，用10 μg/g(相當(dāng)于10 mg/kg Cu2+濃度)的Cu濃度處理黃瓜5 d，其光合作用顯著降低，生長受到影響[30]。此外，試驗(yàn)結(jié)果還顯示，最高Cu濃度(1 000 mg/kg)時(shí)，菠菜幼苗葉部、根部Cu含量為對(duì)照的182.11和27.96倍，生物量減少約為對(duì)照的50%，表明高濃度Cu脅迫時(shí)，幼苗體內(nèi)聚集了大量的Cu2+，嚴(yán)重抑制了植物生長，但是植物還未終止生命活動(dòng)，由此可見，菠菜幼苗具有較強(qiáng)的耐Cu能力。

3.2 不同濃度Cu處理對(duì)菠菜幼苗氧化應(yīng)激反應(yīng)、抗氧化物酶活性的影響

過量的Cu會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生毒性，促進(jìn)活性氧(ROS)的形成，造成細(xì)胞氧化損傷，增加細(xì)胞膜的通透性[31]。MDA是膜質(zhì)過氧化的重要產(chǎn)物，它可以與植物體內(nèi)的氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸等物質(zhì)形成脂褐質(zhì)，引起細(xì)胞內(nèi)代謝紊亂[32]。試驗(yàn)結(jié)果顯示，50 mg/kg Cu處理濃度時(shí)，菠菜幼苗體內(nèi)的MDA含量最低，表明此時(shí)的膜質(zhì)過氧化傷害最小，但繼續(xù)增加Cu濃度，幼苗體內(nèi)的膜質(zhì)過氧化傷害加劇，MDA含量增加。脯氨酸是一種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，其含量增加也能提高植物抗氧化能力[33]。試驗(yàn)結(jié)果中，50、100、400、700 mg/kg Cu濃度時(shí)，脯氨酸含量較對(duì)照相比分別增加了22.3%、29.4%、60.7%和55.5%，但是1 000 mg/kg Cu濃度時(shí)，其含量低于對(duì)照，表明Cu處理時(shí)，菠菜幼苗體內(nèi)能夠主動(dòng)合成脯氨酸，增加脯氨酸含量，抵御不斷升高的Cu脅迫傷害，維持生命活動(dòng)[33]。

植物在長期的進(jìn)化中已形成了一套自身防御系統(tǒng)，主要由植物代謝產(chǎn)物和活性氧清除酶組成，其中活性氧清除酶主要包括超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)、抗壞血酸過氧化物酶(APX)等[31]。SOD是對(duì)抗活性氧自由基(ROS)的第一道防線，對(duì)外界傷害的反應(yīng)最明顯[34]，APX是緩解葉綠體氧化損傷的關(guān)鍵酶[35]。試驗(yàn)中，50 mg/kg Cu處理濃度時(shí)，SOD、APX活性顯著升高(P<0.05)，POD、CAT活性與對(duì)照相比無顯著性差異(P>0.05)，表明低濃度Cu處理時(shí)，植物僅需增加SOD、APX 2種酶活性就能降低Cu脅迫傷害，維持其生命活動(dòng)，而當(dāng)Cu濃度增至1 000 mg/kg時(shí)，SOD、CAT活性增幅顯著(P<0.05)，APX活性稍有下降，其原因可能是高濃度Cu脅迫時(shí)，植物仍能夠主動(dòng)提升SOD、CAT活性，抵御Cu脅迫傷害，可以看出菠菜幼苗具有較強(qiáng)的耐Cu性，但是，APX對(duì)高濃度Cu脅迫較為敏感，此時(shí)的Cu濃度已超過了其調(diào)節(jié)能力范圍，導(dǎo)致其活性降低[36-37]。

3.3 不同濃度Cu處理對(duì)菠菜幼苗大量元素吸收的影響

重金屬脅迫會(huì)明顯改變植物對(duì)礦質(zhì)元素的吸收和積累[38]，N、P、K、Ca、Mg是影響植物生長、發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)的重要礦質(zhì)元素，參與植物體內(nèi)重要的生命活動(dòng)[39]。試驗(yàn)結(jié)果顯示，低濃度Cu處理時(shí)(50 mg/kg Cu濃度)，葉部K、Ca、Mg含量顯著增加，N含量與對(duì)照相比差異不大，P含量下降，而根部N、P、K、Ca、Mg含量均達(dá)到最大值，其原因可能是逆境條件下，植物對(duì)礦質(zhì)元素選擇吸收的一種表現(xiàn)[40]，也可能是低濃度Cu處理促進(jìn)了菠菜幼苗根部對(duì)N、P、K、Ca、Mg元素，以及葉部對(duì)K、Ca、Mg元素的吸收和積累，而抑制了葉部對(duì)P元素吸收。類似試驗(yàn)結(jié)果在同類研究中也有報(bào)道，如400 mg/L CuSO4處理菠菜幼苗時(shí)，其葉部K含量增加[40]；銅處理時(shí)，玉米幼苗體內(nèi)P含量降低[41]；5 μmol/L Cu濃度下，擬南芥根部Ca、Mg含量增加[42]；80～100 mmol/L Cu濃度處理小麥時(shí)，其體內(nèi)Ca、Mg含量也呈增加趨勢(shì)[43]。此外，隨Cu處理濃度增加，菠菜幼苗體內(nèi)這5種營養(yǎng)元素均為下降趨勢(shì)，其中在高濃度Cu脅迫時(shí)(1 000 mg/kg Cu濃度)，葉部N、P、K、Ca、Mg含量，以及根部P、K、Mg含量均降至最低，其原因可能包括以下2個(gè)方面，一是由于植物體內(nèi)必需營養(yǎng)元素的吸收通常是由專用的運(yùn)輸載體來完成，而在重金屬脅迫下，重金屬離子會(huì)與必需元素競爭載體上的位點(diǎn)結(jié)合，從而降低了必需元素的吸收；二是重金屬脅迫對(duì)植物體產(chǎn)生毒害，影響了正常的生理功能，從而導(dǎo)致植物對(duì)礦質(zhì)營養(yǎng)元素的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)能力下降[38]。 另外，還值得注意的是，1 000 mg/kg Cu濃度時(shí)，幼苗根部N、Ca含量雖然較低濃度Cu濃度處理(50 mg/kg Cu濃度)相比有所降低，但是與對(duì)照相比，這2個(gè)元素含量有所增加，其原因可能是由于N是植物生長的核心元素，Ca具有調(diào)節(jié)植物體內(nèi)水分，降低植物蒸騰速率和調(diào)控生理生化酶活性的作用[44]，因此，即使在如此高濃度Cu脅迫時(shí)，菠菜幼苗仍能夠增加對(duì)這2種元素的吸收和積累，以維持其生命活動(dòng)，也是其耐Cu性的表現(xiàn)之一。

3.4 不同濃度Cu處理對(duì)菠菜幼苗微量元素吸收的影響

微量元素雖然在植物體內(nèi)含量少，但也是植物生長代謝的重要組成部分，重金屬脅迫下，植物體內(nèi)的微量元素吸收和積累也會(huì)發(fā)生變化[45]。研究表明，低濃度Cd脅迫能促進(jìn)小麥根部對(duì)Mn元素的吸收和積累[46]，400 mg/L Cu處理時(shí)，菠菜幼苗葉部Fe含量與對(duì)照相比增加了1倍[13]。試驗(yàn)結(jié)果顯示，低濃度Cu處理(50 mg/kg Cu濃度)時(shí)，菠菜幼苗體內(nèi)除葉部Mo、Si含量下降外，其余葉部、根部的微量元素含量均呈增加趨勢(shì)，其中葉部的Fe、Mn、Ni含量，以及根部的Fe、Mn、Zn、Mo、Ni含量增至最大值，表明對(duì)于大多數(shù)微量元素來說，低濃度Cu處理并沒有抑制植物對(duì)其吸收，反而起到了促進(jìn)作用，其原因可能是低濃度Cu處理還未對(duì)菠菜幼苗的生長生理活動(dòng)構(gòu)成傷害，幼苗在生長發(fā)育中主動(dòng)吸收、積累微量元素，為其生命活動(dòng)提供營養(yǎng)，最終使植物生長量增加。在高濃度Cu處理(1 000 mg/kg Cu濃度)時(shí)，葉部Fe、Mn、Mo、Ni含量，以及根部的Fe、Mn、Zn、Mo、Ni含量均降至最低，其原因可能是高濃度Cu脅迫較大的損壞了植物的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)部營養(yǎng)元素外流，也可能是高濃度的Cu脅迫擾亂了植物對(duì)礦質(zhì)元素的吸收平衡、破壞了礦質(zhì)元素的運(yùn)輸載體，導(dǎo)致其含量顯著下降。但是，葉部的Zn、B、Si含量和根部的B和Si含量在1 000 mg/L Cu濃度時(shí)反而增至最大值，其原因可能是Zn[47]、Si[48]具有緩解重金屬對(duì)植物產(chǎn)生脅迫傷害的作用，雖然植物處于高濃度Cu脅迫環(huán)境，礦質(zhì)元素平衡受到嚴(yán)重干擾，但是植物仍能在體內(nèi)保留對(duì)降低脅迫傷害有幫助的礦質(zhì)元素，以維持其生命活動(dòng)[47-48]。此外，B元素對(duì)植物根系生長的促進(jìn)作用強(qiáng)于其他元素，在Cu脅迫條件下，植物為維持生長發(fā)育，首先必需確保根系的生長，因此，此時(shí)植物在根部主動(dòng)吸收和積累B元素，并將其運(yùn)輸至葉部，也是植物在逆境條件下對(duì)礦質(zhì)元素選擇吸收的一種表現(xiàn)[13]。

4 結(jié) 論

4.1菠菜幼苗葉部、莖部、根部生物量的變化趨勢(shì)與各處理下總生物量的趨勢(shì)一致，與對(duì)照相比，均呈先增后降的變化規(guī)律。根系吸收、運(yùn)輸養(yǎng)分的功能仍在發(fā)揮作用。盡管幼苗體內(nèi)聚集了如此高濃度的Cu含量，但是植物仍處于存活狀態(tài)，菠菜幼苗具有較強(qiáng)的耐Cu能力。

4.2低濃度Cu處理(50 mg/kg Cu濃度)顯著增加了菠菜體內(nèi)的Cu含量，但是植物能夠主動(dòng)調(diào)節(jié)抗氧化系統(tǒng)抵御脅迫傷害，促進(jìn)了礦質(zhì)元素吸收，增加了植物生物量。而高濃度Cu脅迫(1 000 mg/kg Cu濃度)導(dǎo)致菠菜體內(nèi)Cu含量平均增至對(duì)照的105倍，此時(shí)植物通過調(diào)節(jié)體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)已很難抵御高濃度Cu脅迫傷害，導(dǎo)致礦質(zhì)元素吸收顯著抑制，植物生物量降至最低。菠菜幼苗能夠表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐Cu性，可以作為修復(fù)Cu污染土壤的備選植物。