Cd污染不仅会导致土壤正常的功能失调、质量下降，而且会对植物体产生毒害，引起代谢紊乱、抑制生长发育(Moyaetal．，1992)。目前国内外有关Cd对植物影响方面的研究多集中在对粮食、蔬菜、果树等的影响(程旺大等，2005;杨金凤等，2009)，关于Cd对园林植物的影响研究较少。植物修复方面的研究集中于超富集植物的发现和筛选(牛之欣等，2010)，但是已经发现的超富集植物一般生物量小、生长缓慢、Cd迁移总量相对不高且园林观赏价值一般，难以在城市地区大量应用。城市工业和交通的迅速发展使越来越多的Cd沉降到土壤中大量积累，成为城市土壤污染的重要方面(卢瑛等，2004;李章平等，2006)。因此，园林植物很多情况下可能会受到土壤中积累Cd的影响，生长发育不正常，观赏价值降低。萱草(Hemerocallisspp.)为我国的传统名花，是优良的地被绿化及庭院观赏植物，素有“中国母亲花”之称(沈鹏，2010)。大花萱草(Hemerocallisful-va)为百合科萱草属的多年生宿根草本花卉，是在萱草的基础上经过处理的多倍体矮生品种，其形态优美，花色艳丽，适应性强，管理粗放，是当前城市节约型绿化的重要地被植物材料，适合各种形式的园林应用(黎海利和董丽，2009)。随着生态节约型绿化理念的推广，宿根花卉在园林绿化中应用将越来越广泛。目前对大花萱草的研究主要集中在分类育种(黎海利，2008)、繁育(Adelbergetal．，2005;兰丽婷等，2011)等方面，关于Cd胁迫方面的研究鲜有报道。本试验以大花萱草“金娃娃”为材料，通过盆栽培养探讨了大花萱草对土壤不同浓度Cd的耐性和积累规律，阐明生理指标的变化与大花萱草受Cd影响的相关性，为大花萱草在城市中特别是在Cd污染地区的园林应用和生态恢复提供参考，并探索大花萱草在Cd污染土壤修复中应用的可行性。 1材料与方法 1.1供试材料 供试大花萱草由泰安恒源大地景观工程有限公司提供。供试土壤取自泰安周边地区，褐土，pH值7.0，有机质10.5g•kg－1，全氮0.65g•kg－1，速效钾0.032g•kg－1，速效磷0.032g•kg－1，Cd0.0083mg•kg－1。Cd添加形式为CdCl2•2.5H2O，分析纯。 1.2试验设计 室外盆栽试验于2010年7月—2011年7月在山东农业大学试验基地进行。试验以不施用Cd处理作为对照，Cd所设浓度梯度为:0.5、1、5、10和20mg•kg－1(以Cd2+计)，每个处理3次重复。供试土壤风干后过1cm筛，拌入5%质量草炭作基肥，充分混合后装入下口直径16.5cm、上口直径21cm、高22cm的盆中，每盆装土5.5kg。按预先设置的浓度于每盆中添加CdCl2•2.5H2O，喷施清水平衡一周后从苗床上小心移取长势大小均一致的大花萱草幼苗，用蒸馏水洗净根系泥土，去除地上部分后每盆一株移植于盆中，进行正常养护管理，控制土壤含水量为其田间持水量的70%左右。 1.3测定方法 2010年7月18日移栽后每隔10d用尺子直接量取每株大花萱草的株高，直至所有处理的植株株高不再随时间增长，株高为大花萱草最顶端到地面的垂直高度;试验期间观测每个处理大花萱草的花期和绿期长短，以花序完全舒展开为开花期、花序枯黄为落花期，以叶片完全枯黄为枯黄期、春季长出新叶为返青期。2010年8月24日测定每个处理大花萱草倒3片功能叶叶面积(采用美国LI-COR公司产LI-3000A型便携式叶面积测定仪测定)，取大花萱草成熟叶片用烘干称重法测定含水量，含水量(WC)按照下式计算:WC=(FW－DW)/FW×100%(Kimetal．，2005)，式中，FW为叶片鲜重，DW为叶片干重。2010年9月2日在天晴、无风的条件下使用CB1102型光合蒸腾仪不离体测定每株大花萱草同一部位成熟叶片的净光合速率和蒸腾速率，8:00—18:00每隔2h测定一次，每个样叶测定3次。2010年9月7日取每个处理大花萱草倒3片功能叶测定生理指标，生理指标的测定参照邹琦(2000)的方法:细胞膜透性使用电导法测量;叶绿素含量使用丙酮提取，721型分光光度计测定;游离脯氨酸含量使用磺基水杨酸提取法测定;可溶性糖含量使用蒽酮比色法测定。取大花萱草根系用TTC法测定根系活力(邹琦，2000)。 2011年7月28日试验结束后将每盆大花萱草分为地上、地下(根系)两组收获，用蒸馏水冲洗干净，测定分蘖数后沥去水分，105℃杀青30min。之后在70℃下烘干至衡重，地上部分和地下部分分别测定生物量。磨碎，过60目筛，测定Cd含量并计算富集系数、转运系数、积累量。Cd含量采用火焰原子分光光度法测定(章家恩，2007)。富集系数(accumulatorfactor)=植物地上或地下部分Cd积累浓度/土壤中Cd浓度(Chamberlain，1983)转运系数(translocationfactor)=地上部分的Cd积累浓度/根中的Cd积累浓度(Bakeretal．，1994)积累量(accumulation)=植物地上或地下部分Cd积累浓度×植物地上或地下部分生物量 1.4数据分析 所有测定均设置3次重复，使用MicrosoftExcel软件计算重复测定结果的平均值;用SAS数据分析软件进行标准差运算和差异显著性检验(α=0.05)。 2结果与分析 2.1Cd对大花萱草生长的影响 Cd浓度为0.5和1mg•kg－1时，随着胁迫时间的延长大花萱草株高相近，但50d时的株高高于对照(图1)。Cd浓度为5mg•kg－1时，大花萱草20d内株高与对照相近，20～40d株高增长慢于对照，40～50d株高增长快于对照，50d株高与对照相近;Cd浓度大于5mg•kg－1时，不同处理间随着Cd浓度的增大，大花萱草50d时的株高逐渐降低，Cd浓度为20mg•kg－1时，不同生长天数的大花萱草株高均明显低于其他处理。Cd对大花萱草生长状况的影响呈现明显的浓度效应:Cd浓度为0.5mg•kg－1时刺激大花萱草的生长;大于5mg•kg－1时明显抑制大花萱草生长(表1)。Cd浓度为0.5mg•kg－1时大花萱草叶面积高于对照但差异不显著，大于1mg•kg－1时显著低于对照且不同处理间差异不显著。Cd浓度为0.5mg•kg－1时大花萱草分蘖数显著高于对照，Cd浓度大于1mg•kg－1时随着Cd浓度的升高，大花萱草分蘖数呈先迅速下降后略有升高再下降的趋势。Cd浓度小于1mg•kg－1时大花萱草生物量与对照相近，大于1mg•kg－1时随着Cd浓度的增大生物量先迅速下降后略有升高再下降，Cd浓度大于5mg•kg－1时不同处理间差异不显著。Cd浓度小于5mg•kg－1时延长大花萱草的绿期和花期，Cd浓度为0.5mg•kg－1时绿期最长，Cd浓度为5mg•kg－1时花期最长，分别较对照延长11和4.3d。#p#分页标题#e# 2.2Cd对大花萱净光合速率和蒸腾速率的影响 Cd对大花萱草18:00的瞬时净光合速率影响不大，但降低了大花萱草8:00—18:00间的净光合速率(图2)。Cd浓度为0.5mg•kg－1时净光合速率随时间的变化与对照相近，但16:00时的最大净光合速率低于对照;Cd浓度大于1mg•kg－1时，大花萱草全天的净光合速率均低于对照，随着Cd浓度的增大净光合速率降低。Cd对大花萱草18:00的瞬时蒸腾速率影响不大，但降低了大花萱草8:00—18:00之间的蒸腾速率。随着Cd浓度的增大大花萱草蒸腾速率降低。Cd浓度小于1mg•kg－1时，大花萱草12:00前的蒸腾速率变化曲线与对照相近，12:00—16:00的蒸腾速率低于对照。Cd浓度大于10mg•kg－1时，大花萱草的蒸腾速率变化曲线相近但低于其他处理。 2.3Cd对大花萱草生理指标的影响 Cd处理下大花萱草叶片叶绿素含量和根系活力均低于对照，叶绿素a/b高于对照但差异不显著，叶片细胞膜透性大于对照(表2)。不同浓度Cd处理间随着浓度的增大，大花萱草叶绿素a/b缓慢升高、叶绿素含量先缓慢下降后迅速下降、根系活力变化规律不明显，叶片细胞膜透性呈逐渐增大的趋势，Cd浓度为20mg•kg－1时大花萱草叶片细胞膜透性最大，为对照的140.5%。Cd处理下大花萱草叶片游离脯氨酸含量明显高于对照，含水量与对照差异不显著，Cd浓度较低时可溶性糖含量高于对照，浓度较高时低于对照。随着Cd浓度的增大，游离脯氨酸和可溶性糖含量先升高后降低，Cd浓度为5mg•kg－1时游离脯氨酸含量最高，为对照的177.6%;Cd浓度为10mg•kg－1时可溶性糖含量最高，为对照的264.4%。Cd浓度为5mg•kg－1时含水量略高于对照，其他处理含水量低于对照;Cd浓度为20mg•kg－1时可溶性糖含量略低于对照，其他处理可溶性糖含量均高于对照。 2.4大花萱草对Cd的积累规律 大花萱草地上部分和根系的Cd积累浓度和积累量随着Cd浓度的增大逐渐升高，Cd浓度相同时根系积累浓度和积累量高于地上部分(表3)。Cd浓度为20mg•kg－1时大花萱草体内Cd积累量最大，为1.489mg•株－1。大花萱草对Cd的富集系数根系和地上部分均大于1.0，随着Cd浓度的增大，大花萱草根系和地上部分对Cd的富集系数均逐渐降低，转运系数逐渐降低。 3讨论 Cd作为一种重金属污染物，易被植物吸收，进而对植物体产生毒害作用(王云等，2008)。本试验Cd浓度大于5mg•kg－1时抑制大花萱草生长，随着Cd浓度的增大抑制逐渐加剧。Cd浓度小于1mg•kg－1时大花萱草的株高和生物量与对照相近，可见大花萱草对低浓度Cd有较强的耐性。植物不同部位对Cd胁迫的敏感性不同，Cd浓度为20mg•kg－1时大花萱草地上部分生物量为对照的41.2%，地下生物量为对照的45.4%，可见高浓度Cd对大花萱草地上部分生长的抑制较根系强。Cd浓度小于5mg•kg－1时延长了大花萱草的花期，原因可能是Cd使大花萱草激素调节紊乱，提前进入生殖生长阶段(黄运湘等，2006);逆境胁迫保护性物质的积累和Cd胁迫下细胞活性的降低增强了大花萱草的抗寒性，导致Cd浓度小于5mg•kg－1时大花萱草绿期延长。 本试验Cd胁迫下大花萱草净光合速率和蒸腾速率均下降，随着Cd浓度的增大，对光合和蒸腾的抑制逐渐加剧，与李汝佳和李雪梅(2007)对小麦幼苗的研究结果一致。原因是Cd胁迫下大花萱草叶片失水使保卫细胞膨压降低(蔡海霞等，2011)，引起气孔关闭。净光合速率的降低导致吸碳、释氧量降低，蒸腾速率的降低导致降温、增湿的生态效益降低。净光合速率的降低也是大花萱草生物量降低的原因之一。 Cd进入植物体后会参与植物的一系列生理生化反应，引起植物体代谢紊乱。叶绿素含量的变化，既可反映植物叶片光合作用的强弱，也可用以表征植物组织、器官的衰老状况(Huff，1982)，本试验Cd胁迫下大花萱草叶绿素含量下降的主要原因是叶绿体片层中捕光Chla/b-Pro复合体合成受到抑制，同时Cd可能与叶绿素合成相关酶(原叶绿素脂还原酶、δ-氨基乙酰丙酸合成酶和胆色素原脱氨酶)的肽链中富含SH的部分结合，抑制了酶活性从而阻碍叶绿素的合成(Stobartetal．，1985)。根系活力直接决定了植物的营养吸收，本试验Cd与琥珀酸脱氢酶结合降低了根系呼吸作用(Bernal＆Grath，1994)，导致大花萱草根系活力降低，与刘建新(2005)对玉米的研究结果一致。细胞膜可以为植物体的生理生化反应提供稳定的内环境，本试验Cd破坏了大花萱草内环境的稳定性，原因是Cd胁迫下植物体内活性氧大量积累(李慧等，2010)，导致膜脂过氧化和脱脂化作用从而破坏细胞膜结构。本试验逆境保护性物质的积累是大花萱草对低浓度Cd耐性较强的原因。游离脯氨酸和可溶性糖都是植物体内重要的逆境保护性物质，游离脯氨酸可以减小膜脂过氧化程度(Smimoff，1993);可溶性糖是一种渗透调节物质，可以提高细胞内溶质浓度，以减少植物细胞失水(Chen，1990)。本试验Cd胁迫下细胞膜透性增大导致细胞失水使大花萱草叶片含水量降低;同时逆境胁迫物质的积累也会导致大花萱草叶片含水量降低。 Cd累积能力的大小是修复物种选择的一个重要指标。本试验Cd浓度为20mg•kg－1时大花萱草地上部分对Cd的积累浓度最大，为36.42mg•kg－1，但未达到超富集植物的标准(Baker＆Brooks，1989)。随着Cd浓度的增大，大花萱草对Cd的富集系数逐渐降低，原因可能是大花萱草根系活力降低，抑制对Cd的吸收。大花萱草体内Cd分布格局为根＞地上部分，将有害离子积累于根部是植物阻止其对光合作用及新陈代谢毒害的一种策略(Zurayketal．，2001)。随着Cd浓度的增大，大花萱草对Cd的转运系数逐渐降低，Cd在植物体内的运输是借ATPases(adenosinetriphosphateenzyme，ATP酶)等的主动运输方式，随着Cd浓度的增大，ATPases活性降低抑制了Cd由根系向地上部分的转移(燕傲蕾等，2010)。 由以上分析可知，Cd胁迫会抑制大花萱草的生长、光合作用和蒸腾作用，破坏内环境的稳定性;大花萱草对低浓度Cd有较强的耐性，甚至低浓度Cd可以增强大花萱草的抗寒性，延长大花萱草的花期。大花萱草对Cd的积累能力表现为地下部大于地上部分，随着Cd浓度的增大大花萱草对Cd的富集系数和转运系数逐渐降低。大花萱草适用于Cd浓度小于1mg•kg－1污染土壤的栽培或生态修复。#p#分页标题#e#