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随着工业生产的迅速发展，“三废”排放量大幅增加，同时农药、化肥等的不合理施用及污水灌溉，均导致土壤重金属污染日益严重[1]. 2014年发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示[2]，干线公路两侧的点位超标率达到20.3%，铅(Lead，Pb)是其中的主要污染物.不同于有机污染，重金属一般难以被降解，铅会随雨水淋溶进入土壤下层富集，污染地下水；同时在植物中长期存在并积累，影响植物生长，若通过食物链进入并富集在人体内，则会严重危害人体健康[3-5].治理铅污染的方法很多，与传统的物理、化学和工程方面的治理技术相比，植物修复成本低，无二次污染，并且适用于大范围的污染防治[6].近年来，有关铅污染的植物修复研究大多是利用草本植物进行，虽然能富集高浓度的重金属离子，但草本生物量小、生长缓慢、主根系不发达[7]；因此，筛选生物量大，根系发达，耐性强的木本植物进行铅污染治理具有较大实践价值.
木芙蓉(Hibiscus mutabilis Linn.)为西南地区常见园林绿化树种，适应性强，耐瘠薄，分布范围广，具有较强的观赏性[8].本研究以木芙蓉为研究对象，采用盆栽试验方式，研究木芙蓉对铅污染的耐受性和对铅离子的转移富集状况，为选择具有较大潜力的铅污染修复树种提供科学依据.
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试验材料为木芙蓉1年生扦插幼苗，于2018年3月进行扦插生根培育，供试土壤为重庆紫色土，于西南大学3号温室后试验田中采集.土壤pH值6.48，全氮0.832 g/kg，有效氮69.7 mg/kg，有效钾230.9 mg/kg，有效磷67.1 mg/kg，有机质1.55 g/kg，总铅16.2 mg/kg.
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待扦插苗均出苗完全展叶后，选取生长状况相近幼苗在西南大学3号温室后试验田进行盆栽试验.根据土壤环境质量标准(GB15618—1995)中铅二级标准的1~3倍、3~5倍和>5倍，分别设置轻度污染(铅质量分数为300 mg/kg)、中度污染(铅质量分数为800 mg/kg)和重度污染(铅质量分数为1 300 mg/kg)3个梯度的醋酸铅溶液.以蒸馏水作对照，分别对盆栽木芙蓉扦插苗进行一次性浇灌处理，保证盆土浇透，至盆底托盘有处理液渗出.每个浓度处理5盆，3次重复，共15盆.
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处理前1 d与处理后30 d，60 d和90 d分别用卷尺测定木芙蓉株高，计算株高净生长量.处理90 d后，拔出幼苗测量根长、根粗、植株鲜质量，于烘箱内105 ℃杀青30 min，80 ℃烘干至恒质量后称植株干质量.
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处理30 d时采取幼苗相同部位完全展开功能叶测定叶片各项生理指标，丙酮乙醇混合液提取法测定叶绿素质量分数，考马斯亮蓝法测定可溶性蛋白，氮蓝四唑(NBT)法测定超氧化物歧化酶(SOD)活性，硫代巴比妥酸比色法测定丙二醛(MDA)质量分数[9].
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将测定干质量后的植株用植物粉碎机粉碎，过1 mm筛，经HNO3-HClO4混合消化后，采用原子吸收分光光度计测定植株根、茎和叶中铅的质量分数.
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采用SPSS 19.0和Microsoft Excel 2010进行数据分析与作图.
1.1. 试验材料
1.2. 试验设计
1.3. 测定指标与方法
1.3.1. 生长指标
1.3.2. 生理指标
1.3.3. 植株中铅的测定
1.4. 数据处理
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试验结果看出，在铅污染下，木芙蓉幼苗株高净生长量均低于对照.处理30 d时，中度铅污染下的株高净生长量最小，比对照降低23.69%；处理60 d时，轻、中、重度铅污染下株高净生长量分别比对照降低15.61%，19.66%，17.48%，差异均具有统计学意义；处理90 d时，重度铅污染下株高净生长量比对照降低10.05%，比轻、中度铅污染下分别增加了7.11%，7.21%；随着铅污染质量分数的增加，木芙蓉根长和根粗呈逐渐降低趋势，铅污染为重度时木芙蓉根长与根粗均降至最低，分别比对照减少了30.84%和21.16%(表 1).
铅污染下的木芙蓉鲜质量均低于对照，其中重度污染下的鲜质量与干质量最低值分别为31.85 g和10.34 g，分别低于对照38.16%和44.14%，且与对照相比，差异均具有统计学意义；轻、中度污染下鲜质量与干质量高于重度污染(铅含量1 300 mg/kg)处理，但差异不具有统计学意义.
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试验结果看出，木芙蓉幼苗在铅污染下，叶绿素a+b值随着处理质量分数的升高而大体降低，其中铅污染浓度为重度时叶绿素a+b含量最低，分别较对照和800 mg/kg处理减少36.53%，26.99%，均具有统计学意义；叶绿素a、b值也在重度铅污染下分别降至最低，分别低于对照36.29%和37.18%.
在不同质量分数铅污染下，木芙蓉幼苗可溶性蛋白均大于对照，呈先增后降趋势，在中度铅污染时达到最大值，是对照的2.34倍；MDA质量分数也随铅污染质量分数增加呈先升后降趋势，中度铅污染时MDA值最大，是对照的1.52倍，轻、中、重度铅污染下MDA质量分数分别比对照增加了9.11%，52.30%，6.80%，差异均具有统计学意义；中度铅污染下，SOD活性是对照的1.10倍，而在中度和重度污染下，SOD活性分别比对照减少了29.00%，35.14%(表 2).
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试验结果看出，不同浓度铅污染下，木芙蓉幼苗根、叶对铅离子的吸收差异有统计学意义，不同器官中根系铅离子质量分数均为最高.同一污染度不同器官中铅离子质量分数表现为：轻度(300 mg/kg)铅污染下，从大到小依次为根、茎、叶；中、重度(800 mg/kg，1 300 mg/kg)铅污染下，从大到小依次为根、叶、茎.幼苗根、叶中铅离子含量随着铅质量分数增加呈上升趋势，但上升幅度不同，根、叶中铅离子质量分数均在重度铅污染下分别达到最大值，分别为1 610.106 mg/kg，41.402 mg/kg，是对照的108.87倍和118.34倍；茎中铅离子质量分数随铅污染程度增加而先增加后降低，在中度铅(800 mg/kg)污染时达到最大值，为36.598 mg/kg，是对照的27.31倍(表 3).
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试验结果看出，轻、中、重度铅污染下，植株地上、地下部铅离子转移率均低于对照，分别为0.034，0.093，0.047，比对照减少了70.18%，18.42%，58.77%；对照组根茎转移率显著高于其他处理，重度污染下的根茎铅离子转移率最低为0.021，比中度污染减少了54.35%；3种铅污染程度下茎叶铅离子转移率、地下部生物富集系数均随着污染质量分数的升高，转移率、富集系数逐渐增大，在重度铅污染下茎叶转移率、地下部生物富集系数分别达到最大值，分别为1.226，1.239，比对照增加了372.10%，48.03%；轻度铅污染下植株地上部生物富集系数最低，为0.024，与对照相比分别降低了74.74%，中、重度下植株地上部生物富集系数分别比对照降低了3.16%和38.95%(表 4).
2.1. 不同程度铅污染对木芙蓉幼苗生长性状的影响
2.2. 不同程度铅污染对木芙蓉叶片生理指标的影响
2.3. 不同程度铅污染下木芙蓉幼苗各器官的铅离子质量分数
2.4. 不同程度铅污染下木芙蓉幼苗的铅离子转移率及吸收富集能力
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重金属污染程度一旦超过植株对其的耐受范围，便会对植株的形态结构、生理代谢产生毒害.本试验中，在轻、中和重度(300 mg/kg，800 mg/kg和1 300 mg/kg)铅污染下，对木芙蓉幼苗株高、根长生长产生明显抑制作用的临界浓度为800 mg/kg；轻、中度污染对植株鲜质量和干质量的影响不显著，说明轻、中度铅污染没有对木芙蓉生物量合成产生负效应；重度(1 300 mg/kg)铅污染会严重抑制木芙蓉幼苗生物量增长以及地下部伸长生长和径向生长.分析其原因，可能是随着土壤中铅污染质量分数的增加，植株体内富集的重金属逐渐增多，影响了幼苗的生长、细胞分裂及多种代谢活动[10].
叶绿素是植物光合作用的物质基础，叶绿素a、b质量分数的高低决定着光合作用的强弱[11].本试验中，3个处理木芙蓉叶绿素质量分数均低于对照，但中度(800 mg/kg)铅污染下叶绿素质量分数大于轻、重度，重度(1 300 mg/kg)污染下叶绿素总量及叶绿素a、b值均最低，与对照差异显著，说明重度铅污染下植物的光合系统受到严重破坏.可能是叶绿体酶活性在重度铅污染下比例失调，结构和功能遭到严重破坏，导致叶绿素质量分数显著降低[12].
可溶性蛋白是植物体内重要的渗透调节物质，有助于维持细胞正常的生理代谢，提高其抗逆性[12].本试验中，不同质量分数铅污染下，木芙蓉体内为适应铅污染而加速诱导蛋白质的合成，因此表现出蛋白质质量分数的升高.可溶性蛋白在中度(800 mg/kg)铅污染时达最大值29.06 mg/g，之后明显下降，说明此时木芙蓉体内的代谢活动和生理反应较旺盛[13]，而在重度(1 300 mg/kg)铅污染下的细胞结构可能已经被破坏，导致蛋白质的合成受阻，可溶性蛋白质量分数降低；植物体内活性氧平衡遭到破坏后，植物细胞便会发生膜脂过氧化反应，细胞膜受到损害，稳定性降低，MDA是膜脂过氧化反应的最终产物，其质量分数的大小能反应膜脂过氧化作用强度和膜损伤的程度[14].本试验中，轻、中、重度铅污染下木芙蓉MDA质量分数均显著高于对照，表明铅污染引起了木芙蓉产生氧化胁迫，在中度(800 mg/kg)铅污染下MDA达到最大值，为34.568 μmol/L，说明膜脂过氧化程度增大，导致细胞膜透性变大，细胞毒害作用增加；之后MDA质量分数降低，可能是植物为了抵御重度铅污染的毒害，启动自身的保卫系统降低MDA浓度[13]；SOD能清除植物体内多余的超氧阴离子，减少对膜系统的伤害，其活性大小能反映植物抗逆性强弱[14].本试验中，SOD在轻度(300 mg/kg)铅污染时达最大值，之后活性明显降低，可能是因为中高质量分数的铅污染使植物细胞内产生过多的H2O2衍生物，对植物的伤害超过了SOD的清除阈值，SOD活性受到限制[15].
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植物通过对重金属离子的各种跨膜抑制机制，将大量重金属离子固定在根部，限制其往地上部位转移，降低体内重金属质量分数，进而起到减轻重金属危害的作用[16].分析木芙蓉各器官间铅离子质量分数及转移、富集情况，发现根系和地上部分铅离子质量分数随着污染浓度的升高呈上升趋势，但增加幅度不同，根系铅离子质量分数增加幅度比地上部分大，表明不同程度铅污染对木芙蓉体内铅离子质量分数影响很大.重度(1 300 mg/kg)铅污染下根系铅离子质量分数最大，而茎铅离子质量分数却不是最大值，说明重铅污染对木芙蓉根系和茎的铅离子富集存在差异.茎叶铅离子转移率与地下部铅离子富集系数逐渐升高，地上与地下部转移率、根茎转移率、地上部富集系数先升高后降低，均在中度铅污染下达到最大值.可见，铅质量分数为800 mg/kg时是木芙蓉幼苗的一个关键阈值，当铅质量分数大于该值时，铅离子在组织中的储存、转移发生了改变，向叶的铅离子转移量增多，可能是因为重度铅污染下，木芙蓉的生长、生理代谢活动遭到破坏，影响了铅离子在其体内的转移与富集[17].
3.1. 不同程度铅污染对木芙蓉幼苗生长、生理特性的影响
3.2. 不同程度铅污染对木芙蓉幼苗铅离子转移富集能力的影响
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1) 轻、中度(300 mg/kg，800 mg/kg)铅污染下木芙蓉幼苗株高和根长生长虽然低于对照，但均能保持正常生长状态，而重度(1 300 mg/kg)铅污染对光合系统、抗氧化系统等造成伤害，明显限制了木芙蓉幼苗地下部分和生物量的增长.
2) 转移率与富集系数表明，木芙蓉幼苗根系具有较强铅富集能力，向地上部转移少，茎与叶的铅离子聚集能力相当，可将木芙蓉应用于轻、中度(300 mg/kg，800 mg/kg)铅污染土壤的修复.