灌木幼苗对镉毒害的敏感性差异

doi:10.13304/j.nykjdb.2021.0070

中国农业科技导报 ›› 2022, Vol. 24 ›› Issue (4): 173-184.DOI: 10.13304/j.nykjdb.2021.0070

灌木幼苗对镉毒害的敏感性差异

张晓晴¹^,²(), 李壮壮¹, 陈世宝³(), 孟昱¹, 任大军¹^,², 张淑琴¹^,²

^1.武汉科技大学资源与环境工程学院，武汉 430081
^2.武汉科技大学冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验，武汉 430081
^3.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 100081

收稿日期:2021-01-20 接受日期:2021-04-14 出版日期:2022-04-15 发布日期:2022-04-19
通讯作者: 陈世宝
作者简介:张晓晴 E-mail：zhangxiaoqing@wust.edu.cn；
基金资助:
湖北省大学生创新创业训练计划项目(20181048807);国家自然科学基金项目(41501537)

Sensitivity Differences of Shrub Seedlings to Cadmium Toxicity

Xiaoqing ZHANG¹^,²(), Zhuangzhuang LI¹, Shibao CHEN³(), Yu MENG¹, Dajun REN¹^,², Shuqing ZHANG¹^,²

^1.College of Resource and Environmental Engineering, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, China
^2.High?efficiency Utilization of Metallurgical and Mineral Resources and Augmentation of Key Experiments in Hubei Province, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, China
^3.Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China

Received:2021-01-20 Accepted:2021-04-14 Online:2022-04-15 Published:2022-04-19
Contact: Shibao CHEN

摘要/Abstract

摘要：

为探究灌木幼苗及不同测试终点对镉（Cd）毒害的抗性和敏感性差异，选取了12种常见的灌木植物，通过Cd对灌木幼苗毒害的水培试验，测定不同含量Cd处理［0（对照）、0.5、1.0、2.0、4.0、8.0、16.0、32.0 mg·L^-1］下植物的生长状况（表观毒害症状、株高、地上部鲜重和干重、根系生长状态），比较不同测试终点稳定性，并运用Burr-Ⅲ模型制作物种敏感性分布图（species sensitivity distributions，SSD），分析不同灌木幼苗对Cd的敏感性。结果表明，供试植物在Cd含量为1.0~4.0 mg·L^-1时开始出现表观毒害症状；Cd对不同的植物地上部和根系毒害阈值差异较大，地上部干重减少10%（EC₁₀）和50%（EC₅₀）对应的毒性阈值变化范围分别为0.11（海桐）~1.30 mg·L^-1（八角金盘）和2.58（金森女贞）~10.90 mg·L^-1（八角金盘），差异分别达到了11.8和4.2倍；根分支数对应的EC₁₀和EC₅₀变化范围分别为0.08（金森女贞）~1.27 mg·L^-1（八角金盘）和2.40（金森女贞）~10.30 mg·L^-1（八角金盘），差异分别达到了15.8和4.3倍；不同测试终点的敏感性从大到小依次为根分枝数>总根长>总根表面积>总根尖数>地上部分干重>株高>地上部分鲜重，说明根系指标对Cd毒性更为敏感；基于地上部干重和根分支数的EC₅₀数据得到的SSD表明，大部分植物的敏感性分布趋于一致，其中金森女贞和海桐对Cd毒害最为敏感，八角金盘为Cd毒害的抗性品种；同时，根据SSD得出保护95%林木品质不受Cd毒害的生态风险阈值HC₅。

关键词: 灌木幼苗, 镉毒害, 抗性, 敏感性, 生态风险

Abstract:

In order to explore the sensitivity differences of shrub seedlings and different test endpoints to cadmium （Cd） poisoning， 12 common shrubs were selected for hydroponic experiment of Cd toxicity to shrub seedlings， and the seedlings growth parameters （apparent toxicity symptoms， plant height， fresh and dry weight of shoots， root growth state） under different concentrations of Cd treatments ［0（CK）， 0.5， 1.0， 2.0， 4.0， 8.0， 16.0， 32.0 mg·L^-1］ were determined to compare the stability of different test endpoints. Meanwhile， the species sensitivity distributions （SSD） were made using the Burr-Ⅲ model to analyze the sensitivity of different shrub seedlings to Cd. All the studied plant seedlings showed toxicity symptoms in Cd concentrations ranges of 1.0~4.0 mg·L^-1. The discrapency of Cd toxicity thresholds on different toxic endpoint of plant shoots and roots growth was large. Toxicity thresholds corresponding to 10% （EC₁₀） and 50% （EC₅₀） inhibition of shoot dry weight values ranged from 0.11 （Pittosporum tobira） to 1.30 mg·L^-1 （Fatsia japonica） and 2.58 （Ligustrum japonicum ‘Howardii’） to 10.90 mg·L^-1 （Fatsia japonica）， and the difference multiple reached 11.8 and 4.2 times， respectively. The EC₁₀ and EC₅₀ values of root branch number ranged from 0.08 （Ligustrum japonicum ‘Howardii’） to 1.27 mg·L^-1 （Fatsia japonica） and 2.40 （Ligustrum japonicum ‘Howardii’） to 10.30 mg·L^-1 （Fatsia japonica）， and the difference multiple reached 15.8 and 4.3 times， respectively. The toxicity sensitivity for different test endpoints were as following： root branch number> total root length> total root surface area> total root tip number> shoot dry weight> plant height> shoot fresh weight. It indicated that the root elongation indexes are more sensitive to Cd toxicity than other endpoints. The SSD based on EC₅₀ of shoot dry weight and root branch number showed almost consistant sensitivity distribution for most plants，among them， Ligustrum japonicum ‘Howardii’ and Pittosporum tobira were sensitive plants to cadmium toxicity and Fatsia japonica were proved to be tolerant plant to cadmium toxicity. At the same time， the thresholds HC₅ of ecological risk to protect 95% plant quality without cadmium toxicity were derived according to SSD.

Key words: shrub seeding, cadmium toxicity, resistance, sensitivity, ecological risk

中图分类号:

X173

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图/表 7

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植物种类Plant species	株高 Plant height		地上部分鲜重 Aboveground fresh weight		地上部分干重 Aboveground dry weight
植物种类Plant species	EC₁₀	EC₅₀	EC₁₀	EC₅₀	EC₁₀	EC₅₀
法国冬青Viburnum odoratissimum Ker-Gawl	1.63（0.9，2.3）	4.56（2.8，6.4）	1.04（0.6，1.5）	4.42（3.0，5.9）	0.35（0.2，0.7）	5.19（3.9，6.9）
杜鹃 Rhododendron simsii	0.37（0.2，0.7）	4.46（3.5，5.7）	0.17（0.0，0.6）	7.17（4.4，11.8）	0.14（0.0，0.6）	4.45（2.6，7.7）
十大功劳 Mahonia fortune	2.28（0.6，4.0）	10.60（2.2，19.0）	0.30（0.1，1.1）	5.08（2.9，8.9）	0.21（0.0，1.0）	5.69（3.0，10.8）
洒金珊瑚Aucuba japonica cv. variegata	0.39（0.1，1.0）	5.77（3.8，8.8）	0.20（0.1，1.0）	10.70（5.6，20.3）	0.20（0.1，0.3）	5.55（4.6，6.8）
八角金盘 Fatsia japonica	0.59（0.2，2.3）	8.90（5.0，15.7）	1.41（0.5，2.3）	11.50（1.8，21.2）	1.30（0.8，1.7）	10.90（2.1，19.7）
红叶石楠 Photinia × fraseri Dress	0.26（0.1，0.8）	5.43（3.5，8.4）	0.18（0.0，0.7）	6.14（3.5，10.7）	0.16（0.1，0.4）	7.31（5.0，10.6）
红花继木Loropetalum chinense var. rubrum	1.31（0.9，1.7）	14.8（7.8，21.8）	0.33（0.1，1.0）	14.10（9.6，20.8）	0.22（0.0，1.0）	9.28（5.3，16.2）
南天竹 Nandina domestica	0.42（0.1，1.7）	4.76（2.5，9.2）	0.19（0.1，0.5）	4.02（2.7，6.1）	0.15（0.0，0.6）	5.16（2.9，9.1）
金森女贞Ligustrum japonicum‘Howardii’	0.25（0.1，0.5）	4.40（3.3，5.9）	0.08（0.0，0.3）	3.26（1.9，5.6）	0.13（0.0，0.3）	2.58（1.7，3.9）
金边黄杨 Buxus megistophylla	0.16（0.0，1.6）	5.16（2.1，13.0）	0.10（0.0，0.5）	6.10（3.2，11.6）	0.19（0.1，0.5）	6.70（4.5，10.0）
海桐 Pittosporum tobira	0.16（0.1，0.3）	3.23（2.4，4.4）	0.08（0.0，0.4）	3.28（1.8，6.0）	0.11（0.0，0.4）	3.50（2.1，5.7）
茶梅 Camellia sasanqua	0.32（0.1，1.0）	4.55（2.8，7.4）	0.16（0.1，0.5）	5.38（3.4，8.5）	0.25（0.1，0.8）	8.40（5.4，13.1）
平均值 Average	0.68	6.39	0.35	6.76	0.28	6.22
几何平均值 Geometric mean	0.48	5.83	0.23	6.10	0.22	5.82

植物种类Plant species	株高 Plant height		地上部分鲜重 Aboveground fresh weight		地上部分干重 Aboveground dry weight
植物种类Plant species	EC₁₀	EC₅₀	EC₁₀	EC₅₀	EC₁₀	EC₅₀
法国冬青Viburnum odoratissimum Ker-Gawl	1.63（0.9，2.3）	4.56（2.8，6.4）	1.04（0.6，1.5）	4.42（3.0，5.9）	0.35（0.2，0.7）	5.19（3.9，6.9）
杜鹃 Rhododendron simsii	0.37（0.2，0.7）	4.46（3.5，5.7）	0.17（0.0，0.6）	7.17（4.4，11.8）	0.14（0.0，0.6）	4.45（2.6，7.7）
十大功劳 Mahonia fortune	2.28（0.6，4.0）	10.60（2.2，19.0）	0.30（0.1，1.1）	5.08（2.9，8.9）	0.21（0.0，1.0）	5.69（3.0，10.8）
洒金珊瑚Aucuba japonica cv. variegata	0.39（0.1，1.0）	5.77（3.8，8.8）	0.20（0.1，1.0）	10.70（5.6，20.3）	0.20（0.1，0.3）	5.55（4.6，6.8）
八角金盘 Fatsia japonica	0.59（0.2，2.3）	8.90（5.0，15.7）	1.41（0.5，2.3）	11.50（1.8，21.2）	1.30（0.8，1.7）	10.90（2.1，19.7）
红叶石楠 Photinia × fraseri Dress	0.26（0.1，0.8）	5.43（3.5，8.4）	0.18（0.0，0.7）	6.14（3.5，10.7）	0.16（0.1，0.4）	7.31（5.0，10.6）
红花继木Loropetalum chinense var. rubrum	1.31（0.9，1.7）	14.8（7.8，21.8）	0.33（0.1，1.0）	14.10（9.6，20.8）	0.22（0.0，1.0）	9.28（5.3，16.2）
南天竹 Nandina domestica	0.42（0.1，1.7）	4.76（2.5，9.2）	0.19（0.1，0.5）	4.02（2.7，6.1）	0.15（0.0，0.6）	5.16（2.9，9.1）
金森女贞Ligustrum japonicum‘Howardii’	0.25（0.1，0.5）	4.40（3.3，5.9）	0.08（0.0，0.3）	3.26（1.9，5.6）	0.13（0.0，0.3）	2.58（1.7，3.9）
金边黄杨 Buxus megistophylla	0.16（0.0，1.6）	5.16（2.1，13.0）	0.10（0.0，0.5）	6.10（3.2，11.6）	0.19（0.1，0.5）	6.70（4.5，10.0）
海桐 Pittosporum tobira	0.16（0.1，0.3）	3.23（2.4，4.4）	0.08（0.0，0.4）	3.28（1.8，6.0）	0.11（0.0，0.4）	3.50（2.1，5.7）
茶梅 Camellia sasanqua	0.32（0.1，1.0）	4.55（2.8，7.4）	0.16（0.1，0.5）	5.38（3.4，8.5）	0.25（0.1，0.8）	8.40（5.4，13.1）
平均值 Average	0.68	6.39	0.35	6.76	0.28	6.22
几何平均值 Geometric mean	0.48	5.83	0.23	6.10	0.22	5.82

植物种类 Plant species	总根长 Total root length		总根表面积 Total root surface area		总根尖数 Total root tip		根分支数 Root branches
植物种类 Plant species	EC₁₀）	EC₅₀	EC₁₀	EC₅₀	EC₁₀	EC₅₀	EC₁₀	EC₅₀
法国冬青Viburnum odoratissimum Ker-Gawl	0.16（0.0，1.2）	5.82（2.5，13.5）	0.15（0.0，1.3）	5.83（2.4，14.0）	0.17（0.0，1.5）	4.78（1.9，12.0）	0.21（0.0，1.2）	4.58（2.1，9.8）
杜鹃 Rhododendron simsii	—	—	—	—	—	—	—	—
十大功劳 Mahonia fortune	0.22（0.0，1.1）	5.75（3.0，11.1）	0.18（0.0，0.7）	5.50（3.0，9.9）	0.20（0.1，0.8）	5.60（3.2，9.7）	0.29（0.1，0.6）	5.33（3.8，7.4）
洒金珊瑚 Aucuba japonica cv. variegata	0.15（0.0，0.8）	6.45（3.5，12.0）	0.15（0.1，0.4）	5.95（4.0，8.8）	0.15（0.0，0.7）	8.16（4.6，14.5）	0.20（0.0，1.0）	9.08（4.9，16.7）
八角金盘 Fatsia japonica	1.52（1.0，2.0）	10.10（6.7，13.5）	1.23（1.0，1.5）	11.20（6.4，21.8）	1.56（1.0，2.1）	10.20（6.6，13.8）	1.27（1.1，1.5）	10.30（4.7，16.0）
红叶石楠 Photinia × fraseri Dress	0.12（0.0，0.5）	6.61（3.8，11.5）	0.10（0.0，0.6）	5.59（2.8，11.1）	0.11（0.0，0.5）	6.04（3.3，11.1）	0.08（0.0，0.6）	5.54（2.5，12.1）
红花继木 Loropetalum chinense var. rubrum	—	—	—	—	—	—	—	—
南天竹 Nandina domestica	0.18（0.1，0.5）	4.14（2.7，6.3）	0.24（0.1，0.5）	3.78（2.6，5.4）	0.21（0.1，0.5）	3.84（2.7，5.4）	0.15（0.1，0.4）	4.34（3.0，6.2）
金森女贞 Ligustrum japonicum‘Howardii’	0.15（0.1，0.4）	2.18（1.4，3.3）	0.13（0.1，0.2）	2.46（1.9，3.2）	0.08（0.0，0.4）	2.59（1.4，4.9）	0.09（0.0，0.3）	2.40（1.6，3.6）
金边黄杨 Buxus megistophylla	0.13（0.0，0.8）	6.78（3.4，13.3）	0.12（0.0，0.3）	7.26（4.9，10.7）	0.11（0.0，0.5）	6.43（3.5，11.7）	0.14（0.0，0.6）	5.70（3.1，10.3）
海桐 Pittosporum tobira	0.10（0.0，0.2）	3.4（2.4，4.8）	0.14（0.0，0.5）	3.65（2.1，6.4）	0.10（0.0，0.5）	4.64（2.4，8.8）	0.13（0.1，0.3）	3.44（2.3，5.1）
茶梅 Camellia sasanqua	0.24（0.1，0.7）	5.6（3.6，8.7）	0.19（0.1，0.6）	6.35（4.0，10.1）	0.15（0.0，0.7）	7.19（4.0，13.1）	0.14（0.0，0.7）	5.57（2.8，10.9）
平均值 Average	0.30	5.68	0.26	5.76	0.28	5.95	0.27	5.63
几何平均值 Geometric mean	0.20	5.31	0.19	5.38	0.18	5.60	0.19	5.24

植物种类 Plant species	总根长 Total root length		总根表面积 Total root surface area		总根尖数 Total root tip		根分支数 Root branches
植物种类 Plant species	EC₁₀）	EC₅₀	EC₁₀	EC₅₀	EC₁₀	EC₅₀	EC₁₀	EC₅₀
法国冬青Viburnum odoratissimum Ker-Gawl	0.16（0.0，1.2）	5.82（2.5，13.5）	0.15（0.0，1.3）	5.83（2.4，14.0）	0.17（0.0，1.5）	4.78（1.9，12.0）	0.21（0.0，1.2）	4.58（2.1，9.8）
杜鹃 Rhododendron simsii	—	—	—	—	—	—	—	—
十大功劳 Mahonia fortune	0.22（0.0，1.1）	5.75（3.0，11.1）	0.18（0.0，0.7）	5.50（3.0，9.9）	0.20（0.1，0.8）	5.60（3.2，9.7）	0.29（0.1，0.6）	5.33（3.8，7.4）
洒金珊瑚 Aucuba japonica cv. variegata	0.15（0.0，0.8）	6.45（3.5，12.0）	0.15（0.1，0.4）	5.95（4.0，8.8）	0.15（0.0，0.7）	8.16（4.6，14.5）	0.20（0.0，1.0）	9.08（4.9，16.7）
八角金盘 Fatsia japonica	1.52（1.0，2.0）	10.10（6.7，13.5）	1.23（1.0，1.5）	11.20（6.4，21.8）	1.56（1.0，2.1）	10.20（6.6，13.8）	1.27（1.1，1.5）	10.30（4.7，16.0）
红叶石楠 Photinia × fraseri Dress	0.12（0.0，0.5）	6.61（3.8，11.5）	0.10（0.0，0.6）	5.59（2.8，11.1）	0.11（0.0，0.5）	6.04（3.3，11.1）	0.08（0.0，0.6）	5.54（2.5，12.1）
红花继木 Loropetalum chinense var. rubrum	—	—	—	—	—	—	—	—
南天竹 Nandina domestica	0.18（0.1，0.5）	4.14（2.7，6.3）	0.24（0.1，0.5）	3.78（2.6，5.4）	0.21（0.1，0.5）	3.84（2.7，5.4）	0.15（0.1，0.4）	4.34（3.0，6.2）
金森女贞 Ligustrum japonicum‘Howardii’	0.15（0.1，0.4）	2.18（1.4，3.3）	0.13（0.1，0.2）	2.46（1.9，3.2）	0.08（0.0，0.4）	2.59（1.4，4.9）	0.09（0.0，0.3）	2.40（1.6，3.6）
金边黄杨 Buxus megistophylla	0.13（0.0，0.8）	6.78（3.4，13.3）	0.12（0.0，0.3）	7.26（4.9，10.7）	0.11（0.0，0.5）	6.43（3.5，11.7）	0.14（0.0，0.6）	5.70（3.1，10.3）
海桐 Pittosporum tobira	0.10（0.0，0.2）	3.4（2.4，4.8）	0.14（0.0，0.5）	3.65（2.1，6.4）	0.10（0.0，0.5）	4.64（2.4，8.8）	0.13（0.1，0.3）	3.44（2.3，5.1）
茶梅 Camellia sasanqua	0.24（0.1，0.7）	5.6（3.6，8.7）	0.19（0.1，0.6）	6.35（4.0，10.1）	0.15（0.0，0.7）	7.19（4.0，13.1）	0.14（0.0，0.7）	5.57（2.8，10.9）
平均值 Average	0.30	5.68	0.26	5.76	0.28	5.95	0.27	5.63
几何平均值 Geometric mean	0.20	5.31	0.19	5.38	0.18	5.60	0.19	5.24

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灌木幼苗对镉毒害的敏感性差异

Sensitivity Differences of Shrub Seedlings to Cadmium Toxicity

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图/表 7

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