2种常见园林灌木对Zn的富集及耐性机制研究

大叶黄杨和黄杨是城市绿地2种常见园林灌木,对锌(Zn)污染土壤有一定修复潜力。为探究这2种灌木对Zn的富集特征和耐性机制,文章通过盆栽污染模拟实验,研究不同浓度Zn处理(0、500、1000、1500、2000 mg/kg)对2种灌木叶、枝、根生物量与Zn富集含量和转移特征的影响,分析Zn在2种灌木根系中的化学形态和亚细胞分布特征,对根系细胞超微结构变化及根细胞壁的Zn吸附固定特性进行研究。结果表明,Zn处理下,大叶黄杨和黄杨的叶、枝生物量无明显变化,但根系生物量明显下降。各器官中Zn含量随着Zn处理浓度升高呈增长趋势,整株Zn含量的最大值为1046.9 mg/kg(大叶黄杨)、2632.78 mg/kg(黄杨),黄杨对Zn的富集能力大于大叶黄杨。Zn含量均为根系最高,根系中Zn主要以NaCl提取态和HAc提取态存在,占比分别为19%~54%、13%~27%,主要分布于根系的细胞碎屑组分,占比41%~70%,其次是金属富集颗粒和热稳定蛋白组分,占比分别为11%~29%、4%~28%。高浓度Zn处理下,2种灌木根系细胞中均出现黑色颗粒物质,大叶黄杨根系细胞受损程度相对较小,说明大叶黄杨根系对Zn的耐受能力强于黄杨。大叶黄杨根系细胞壁上主要是羟基、氨基与Zn结合。黄杨根系细胞壁上主要是脂类物质转化成的游离羧基参与Zn的吸附。因此,将Zn以低活性的形态赋存、固持在细胞壁,以及用细胞壁上的羟基、氨基、羧基为Zn提供结合位点,可能是2种灌木应对Zn胁迫重要耐性机制。

锌在3种乔木中的积累及其亚细胞分布和化学形态

为了探索园林木本植物对重金属锌(Zn)的积累和耐性机制,本研究以栾树(Koelreuteria paniculata)、臭椿(Ailanthus altissima)和银杏(Ginkgo biloba)3种北京常见乔木为试验树种,通过盆栽污染模拟试验,研究不同浓度Zn处理(0、250、500、1000、2000 mg·kg^(-1))对3种乔木的叶、枝、根生物量及叶片超微结构的影响,分析各器官中Zn积累含量及Zn在叶、根中的亚细胞分布和化学形态。结果表明:各浓度Zn处理下3种乔木均能存活,但叶、枝、根的生物量较对照均有所下降。过量的Zn会导致栾树、臭椿的叶片细胞变形、细胞壁破裂、细胞器解体,而银杏叶片细胞尚能保持正常形态,说明银杏对Zn的耐受能力强于栾树和臭椿。随着Zn处理浓度的增加,3种乔木各器官的Zn含量呈上升趋势,栾树和臭椿体内的Zn含量显著高于银杏,说明栾树和臭椿对Zn的积累能力强于银杏。3种乔木叶和根中的Zn主要分布在细胞壁,分别占26.9%~71.8%和28.1%~82.6%,最高浓度Zn处理(2000 mg·kg^(-1))下,Zn在可溶性组分(液泡为主)的占比可超过细胞壁。3种乔木叶片中的Zn主要以NaCl、HAc、HCl提取态存在,占57.4%~82.7%,根系中的Zn主要以NaCl、HAc提取态存在,占42.8%~67.2%,均是活性较低的形态。这说明细胞壁固持、液泡区隔化和将Zn以低活性的形态赋存可能是3种乔木积累和耐受Zn的重要机制。