随着矿产资源开发规模的不断扩大，土壤重金属污染问题日益严重。铅是最常见的对人体和植物危害最大的重金属之一，它可以通过植物根、茎或叶进入植物体并在其体内积累，当达到一定数量时，就会对其生长、生理生化造成不利影响(陈英旭，2008 ; 杨刚等，2005 ; 黄化刚等，2009 ; Parys et al.，1998)。铅的积累直接影响细胞的代谢作用，破坏活性氧代谢酶系统及各种酶的活性(何冰等，2009 ;袁红艳等，2010 ; 单长卷等，2012)。由于重金属的危害性和广泛性，矿业开发后废弃地的植被生长和重金属含量变化及其相互影响是环境科学研究的重要领域，具有重要的理论价值和现实意义。到目前为止，国内外对铅胁迫与生态系统组分之间的关系进行大量研究，重点探讨铅在作物，草本及林木体内的吸收、积累、转化和生态效应，以及铅与其他重金属复合胁迫对植物的影响等，但是对植物在水分与铅交互作用下的响应机制研究的很少。

在西北地区，95 % 以上的面积属于干旱和半干旱地域，水分是植物生长的决定性条件(李佩成等，2007)。侧柏(Platycladus orientalis)是我国西部生态环境脆弱区植被重建和矿业废弃地生态环境修复的主要造林树种，它不仅耐寒、耐旱、抗盐碱，而且对铅有一定的抗性(吉增宝等，2009 ; 王连芳等，2009 ; 王进鑫等，2005)。本文选用侧柏为材料，研究其在干旱和铅单一和交互作用下的生长及抗氧化酶活性的变化，旨在阐明侧柏幼苗对逆境的抗性和适应能力，为其在旱区矿业废弃地植被重建和生态环境修复中的应用提供理论依据。

试验选取1年生的侧柏实生苗，平均苗高20.0 cm，平均地径3.00 mm。供试土壤为杨凌当地垆土，其基本理化性质为: 田间持水量22.3 %，有机质含量13.70 g·kg^-1，全氮含量0.73g·kg^-1，速效磷含量35.91 mg·kg^-1，速效钾含量96.52 mg·kg^-1，铅浓度背景值18.4 mg·kg^-1。

试验设置干旱胁迫和铅胁迫2个因素。其中，干旱胁迫设4个水平，即土壤相对含水量(土壤水分占田间持水量的百分比，soil relative water content，SRW)分别为100 %，80 %(轻微水分胁迫)，60 %(轻度水分胁迫)和40 %(重度水分胁迫)(Hisao et al.，1973 ; 余新晓等，1996 ; 中华人民共和国水利部，2009); 铅胁迫设5个水平，即土壤外源铅浓度分别为0，300，500，1 000，2 000 mg·kg^-1。以充分供水(土壤相对含水率为100 %)、土壤外源铅浓度0为对照。采用2因素随机区组设计，共20个处理(表 1)，每处理重复3次。

表 1 干旱和铅交互作用试验方案 Tab.1 Experiment scheme for drought and lead interaction

表 1 干旱和铅交互作用试验方案 Tab.1 Experiment scheme for drought and lead interaction 外源铅浓度 Leadcontent/ (Mg·kg-1) 土壤相对含水率 Soil relative water content CK(100%) T1(80%) T2(60%) T3(40%) CK CK T1 T2 T3 A(300) A AT1 AT2 AT3 B(500) B BT1 BT2 BT3 C(1 000) C CT1 CT2 CT3 D(2 000) D DT1 DT2 DT3

试验在陕西杨凌西北农林科技大学南校区进行，采用旱棚人工控水的方法进行布设。2011年1月初，土壤风干过筛，并将99 % 的分析纯Pb(CH₃COO)₂·3H₂O固体粉末充分混于土中，待土壤钝化1个月后装入塑料桶(内径27 cm、高30 cm)，每桶装风干土约11.5 kg。3月12日进行苗木移栽，每盆2株，定植前，冲洗苗木根系，用吸水纸吸去苗木表面水分，将幼苗栽入桶中，在土壤表面铺盖2 kg 石砾以减少土体表面水分蒸发。定植后到缓苗期间，充分灌水以保证苗木成活，其中缓苗期时间为1个月; 苗木生长正常后，按照试验设计的水分胁迫水平，采用称质量法进行水分胁迫处理。在整个试验过程中，大棚内采用自然光照，栽培基质保持自然肥力。到9月15日，将侧柏(共6株)进行收获，测定各项指标。

在侧柏苗收获前一天测定株高，地径。株高采用钢卷尺测量; 地径采用数显游标卡尺测量。

分别采集每个处理的6株侧柏幼苗叶片，具体采集的部位是每株幼苗自上而下数的第5，6 2个小分枝，再将采集的叶片混匀再随机取样。然后将所取叶片用水洗净，吸干水后放在冰浴研钵中研磨成匀浆，离心取上清液测定叶片中的抗氧化酶活性及丙二醛含量(高俊风等，2000)。超氧化物歧化酶(SOD)活性采用 NBT 法测定，SOD 活性以抑制 NBT光氧化还原50 % 的酶量为1个活性单位，用 U·g^-1为单位表示; 过氧化物酶(POD)活性采用愈创木酚法测定，用ΔA₄₇₀表示 POD 活性; 丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸比色法测定。

收获后，将侧柏植株根、茎、叶分开，洗净后在105 ℃杀青30 min，70 ℃恒温烘至恒质量后称质量，得到各部分的生物量。

采用双因素方差分析(Two-wayANOVA)方法分析土壤相对含水量、铅对每个变量的主效应及其交互效应，在方差分析基础上，用最小显著差异法(LSD 法)对主效应及交互效应做多重比较。所有的统计分析均采用SPSS 11.0软件完成。

地径、株高及生物量均是反映植物生长状况的重要指标。对干旱和铅胁迫下侧柏幼苗的生长指标进行方差分析，结果见表 2，3 。干旱胁迫对侧柏的地径没有显著影响。随着铅浓度的增加，侧柏地径基本呈先增大后减小的趋势，且在铅浓度为1 000mg·kg^-1时，地径达到最大值，为对照的144.36 %，与对照差异极显著(P<0.01)。除了铅浓度为300 mg·kg^-1，其他各铅浓度下，土壤相对含水量为80 %时，地径均大于不加铅处理，但仅在铅浓度为500和1 000 mg·kg^-1时差异显著(P<0.05)。土壤相对含水量为60 %和40 % 时，各个铅处理的地径差异均不显著。在铅浓度为1 000 mg·kg^-1时，各个土壤相对含水量条件下(T₁，T₂，T₃)的地径值均要高于其他铅浓度和同等土壤相对含水量交互作用下的值。

表 2 干旱和铅对侧柏生长和生物量影响的方差分析 ^① Tab.2 Results of two-way ANOVA with water and lead on each trait of P ．orientalis

表 2 干旱和铅对侧柏生长和生物量影响的方差分析 ① Tab.2 Results of two-way ANOVA with water and lead on each trait of P ．orientalis 参数 Parameter 水分 Water 铅 Pb 水分×铅 Water×Pb ① ns:P > 0.05 ; * P<0.05 ;** P<0.01 。 地径 Ground diameter 5.772 ns 13.307** 13.388** 株高Height 14.795** 13.296* 57.086* 总生物量Total biomass 78.556** 61.491** 49.817** 根生物量Root biomass 20.141** 48.324** 64.319** 茎生物量Stem biomass 16.150** 20.365** 58.650** 叶生物量Leaf biomass 110.260** 78.307font>** 227.346**

表 3 干旱和铅处理对侧柏生长及生物量的影响 Tab.3 The effects of drought and lead on growth and biomass of P． orientalis

表 3 干旱和铅处理对侧柏生长及生物量的影响 Tab.3 The effects of drought and lead on growth and biomass of P． orientalis 处理 Treatment 地径Ground diameter/mm 株高 Height/cm 生物量Biomass/g 根 Root 茎 Stem 叶 Leaf 总生物量 Total biomass CK 4.88 ±0.17bc 56.5 ±4.9bc 1.45 ±0.01f 2.58 ±0.02d 3.83 ±0.02e 7.86 ±0.52 f T1 4.46 ±0.29c 48.0 ±4.2c 1.58 ±0.01ef 2.21 ±0.01f 2.72 ±0.04fg 6.50 ±0.01h T2 4.71 ±0.12cd 31.0 ±1.4e 1.13 ±0.05g 1.18 ±0.05j 1.31 ±0.04hi 3.62 ±0.06jk T3 4.18 ±0.54bc 30.5 ±3.5ef 1.13 ±0.03g 0.98 ±0.04l 0.88 ±0.02i 2.98 ±0.05l A 6.78 ±0.18a 56.0 ±5.7b 2.85 ±0.02a 4.18 ±0.01a 4.91 ±0.03d 11.94 ±0.04c AT1 4.30 ±0.26cd 36.0 ±1.4de 1.49 ±0.02f 2.13 ±0.07g 2.67 ±0.01fg 6.29 ±0.90h AT2 3.57 ±0.31d 33.0 ±1.4e 1.05 ±0.04g 1.09 ±0.02k 1.39 ±0.02h 3.52 ±0.14k AT3 3.81 ±0.47cd 31.0 ±0.0e 0.67 ±0.03h 0.78 ±0.03m 0.53 ±0.01ij 1.97 ±0.06n B 5.67 ±0.18b 58.0 ±8.5b 2.39 ±0.01c 3.77 ±0.02c 5.57 ±0.01c 11.73 ±3.02c BT1 5.96 ±2.38ab 58.0 ±7.1b 2.08 ±0.03d 2.54 ±0.06d 4.28 ±0.01e 8.89 ±0.82e BT2 4.90 ±0.53bc 43.5 ±3.5cd 1.94 ±0.01de 1.94 ±0.03h 3.01 ±0.04f 6.90±0.62g BT3 3.06 ±1.24d 23.0 ±7.1f 0.56 ±0.01h 0.49 ±0.02n 0.33 ±0.04j 1.37 ±0.01o C 7.05 ±0.01a 66.0 ± 1.4a 2.36 ±0.05c 3.77 ±0.04c 5.11 ±0.00cd 11.24 ±2.87d CT1 6.43 ±0.11ab 63.0 ±2.8a 2.86 ±0.04a 3.98 ±0.00b 7.51 ±0.02a 14.35 ±2.46a CT2 5.36 ±0.05bc 49.5 ±0.7c 1.77 ±0.00e 2.45 ±0.06e 4.86 ±0.02d 9.08 ±1.19e CT3 3.84 ±1.01cd 26.0 ±9.9f 0.99 ±0.01g 0.79 ±0.04m 0.70 ±0.00ij 2.48 ±0.02m D 5.50 ±0.14bc 62.0 ±4.2ab 2.53 ±0.02b 3.95 ±0.01b 6.56 ±0.01b 13.03 ±1.04b DT1 4.85 ±0.22bc 51.5 ±0.7bc 1.04 ±0.02g 1.11 ±0.04k 2.39 ±0.01g 4.54 +0.81i DT2 4.05 ±0.45cd 39.0 ±0.0d 1.38 ±0.04fg 1.65 ±0.02i 1.30 ±0.04hi 4.33 +0.15i DT3 3.77 ±0.53cd 33.5 ±2.1e 1.40 ±0.01f 1.13 ±0.01jk 1.29 ±0.03hi 3.82 +0.32j

干旱胁迫下，侧柏株高逐渐降低，在土壤相对含水量为40 % 时，株高仅为对照的54.9 %，与对照达到极显著性差异(P<0.01); 单一铅胁迫下，除铅浓度300 mg·kg^-1外，其他铅浓度下侧柏的株高与对照相比均有增加，但仅在铅浓度为1 000 mg·kg^-1时对其造成显著影响(P<0.05)，达到最大值66.0 cm，比对照增加16.8 % 。干旱与一定的铅浓度交互作用下，铅能有效减轻干旱对侧柏的株高影响。土壤相对含水量为80 % 时，铅浓度在300~2 000 mg·kg^-1内均对侧柏的株高生长有促进作用，且在铅浓度为1 000mg·kg^-1时，促进作用最明显，株高为对照的111.5 %，明显高于对照(P<0.05)。土壤相对含水量为60 %，铅浓度为1 000 mg·kg^-1时，侧柏株高为单一干旱胁迫时的103.1 % 。土壤相对含水量为40 % 时，铅与干旱交互作用对侧柏的株高起抑制作用，在铅浓度为500 mg·kg^-1时使株高达到最小值，仅为对照的75.4 % 。

侧柏的生物量在单一干旱胁迫时，呈降低趋势，且各处理间差异性极显著(P<0.01)，当土壤相对含水量为40 % 时，侧柏总的生物量降为2.98 g，仅为对照的37.9 % 。单一铅胁迫时，能促进侧柏生长，使生物量增加，且差异性极显著(P<0.01)，当铅浓度为2 000 mg·kg^-1时，生物量为13.03 g，达到对照的165.8 % 。土壤相对含水量为80 %和60 %时，铅浓度在500~1 000 mg·kg^-1范围内，对侧柏的生物量生长有促进作用，且在铅浓度为1 000mg·kg^-1，土壤相对含水量为80 % 时，侧柏生物量达到所有处理的最大值14.35 g，为对照的182.6 % 。土壤相对含水量为40 % 时，铅同干旱表现为协同作用，会加剧侧柏生物量的减少，在铅浓度为500mg·kg^-1时，生物量达到最小值1.37 g，仅为对照的17.4 %(表 3)。对地径、株高和生物量3个指标的综合分析表明，铅浓度在2 000 mg·kg^-1范围内，能减轻轻微、轻度干旱胁迫对侧柏的伤害，且在铅浓度为1 000 mg·kg^-1，土壤相对含水量为80 % 时能显著促进侧柏的生长，重度干旱胁迫下，铅的加入则会加剧对侧柏的伤害。

干旱和铅处理对侧柏的生物量分配产生显著影响(P<0.05)(表 3)。随着干旱胁迫程度的增加，根茎叶各部分的生物量均减少，但分配到根的比例相对增加，分配到叶的比例减少。当土壤相对含水量为40 % 时，分配到叶的生物量从49 % 减少到29 %，分配到根的生物量从18 % 增加到38 %，说明在干旱胁迫下，侧柏通过增加根的比例来抵御干旱胁迫所带来的伤害。与对照相比，铅处理下侧柏根生物量占总生物量的比例均有所增加，而叶所占比例有所降低。各铅浓度之间，生物量的分配比例均是叶 > 茎 >根。干旱与铅交互作用时，在正常供水、土壤相对含水量为80%和60% 时，生物量的分配是叶 > 茎 > 根，在土壤相对含水量为40% 则是根 > 茎 > 叶。

由图 1可知:随着干旱胁迫程度或铅浓度的增加，侧柏叶片内的 SOD 活性呈先升高后降低的趋势，SOD 活性最大值出现在土壤相对含水量为60 % 的轻度干旱胁迫或铅浓度为1 000 mg·kg^-1时，分别为对照的109.1 % 或114.1 %，均与对照差异显著(P<0.05)。在干旱和铅交互作用下，SOD 活性变化趋势因干旱胁迫程度不同而异。土壤相对含水量为80 % 时，随着铅浓度的增加，SOD 活性呈先升高后降低的趋势，在铅浓度为500 mg·kg^-1时达到最大值，且与对照差异显著(P<0.05); 土壤相对含水量为60 % 时，随着铅浓度的增加，SOD 活性呈先降低后升高再降低的趋势; 土壤相对含水量为40 % 时，随着铅浓度的增加，SOD 活性呈先升高后降低再升高再降低的 M 型趋势。交互作用下，侧柏幼苗叶片 SOD 活性基本上都要高于对照，可能是由于交互作用对 SOD 活性有激活作用。

	图 1 干旱和铅交互作用对侧柏叶片 SOD 活性的影响 Fig. 1 Effects ofdrought and lead interaction onSOD activityin the leaves of P． orientalis

POD 通过催化其他底物与过氧化氢反应，以消耗过氧化氢(王荣华等，2003 ; 王海波等，2009)。 POD 在逆境胁迫中被激活的程度大，且持续时间最长，在逆境胁迫中起关键作用。

由图 2可知:在单一干旱胁迫下，随着胁迫程度的增加，侧柏叶片内的 POD 活性呈先下降后升高的趋势，在土壤相对含水量为40 % 时 POD 活性与对照差异显著(P<0.05)。单一铅胁迫下，随着铅浓度的增加，侧柏叶片内的 POD 活性呈先升高后降低的趋势，在铅浓度为2 000 mg·kg^-1时低于对照，但差异不显著。除土壤相对含水量为100 % 时，POD 活性随着铅浓度的增加呈先增加后降低的趋势外，其他3个土壤相对含水量和铅交互作用下，POD 活性均随着铅浓度的增加呈先增加后降低再增加的趋势，且在铅浓度为2 000 mg·kg^-1土壤相对含水量为40 % 时达到最大值，为对照350.1 % 。所有处理中，除铅浓度为1 000 mg·kg^-1，土壤相对含水量为40 % 时的 POD 活性低于对照外，其余各处理 POD 活性均高于对照值。且在交互作用下，侧柏体内 POD 活性基本上都是大于单一干旱胁迫和铅胁迫下的 POD 活性值。

	图 2 干旱和铅交互作用对侧柏叶片 POD 活性的影响 Fig. 2 Effects ofdrought andlead interactionon POD activity in theleaves ofP． orientalis

MDA 是反映植物细胞膜过氧化作用强弱和质膜破坏程度的重要指标(李荣春等，2000 ; 徐飞等，2010 ; Weckx et al.，1996)。试验结果表明，随着干旱胁迫程度的增加，侧柏叶片 MDA 含量呈上升趋势，且差异显著(P<0.05)，在土壤相对含水量为40 % 时，MDA 含量为比对照增加49 % ; 随铅浓度的增加，侧柏的 MDA 含量先升高后降低，在1 000mg·kg^-1时达到最小值后又上升，在2 000 mg·kg^-1时达到最大值。从图 3可知，铅浓度为1 000 mg·kg^-1时，干旱和铅交互作用下，侧柏叶片 MDA 含量均显著低于对照(P<0.05)。说明在此浓度下与干旱交互作用对侧柏的生长促进表现为协同作用，使得其受到的膜脂过氧化作用最小。其他铅浓度下，干旱和铅交互作用均使侧柏叶片 MDA 含量显著高于对照(P<0.05)。

	图 3 干旱和铅交互作用对侧柏叶片 MDA 含量的影响 Fig. 3 Effects of drought andlead interactionon MDA content inthe leaves ofP． orientalis

水分是植物生长必不可少的环境因子，在缺水情况下，植物会出现生长缓慢，植株矮小，生物量下降等现象。大量研究表明: 一定浓度范围内的铅能刺激一些植物的生长，当铅浓度超过一定值时就会对植物造成伤害，如生长衰退等，且浓度越高，抑制作用越明显(杜连彩等，2008 ; 谢传俊等，2008 ; 夏建国等，2010)。植物的生物量、株高和地径与其生长发育、营养物质的形成密切相关。由表 3可知:干旱胁迫会抑制侧柏的地径与株高生长，在土壤相对含水量为40 % 时，受到的抵制作用最明显。生物量随着干旱胁迫程度的增加逐渐降低，且生物量的分配也发生变化，根所占比例在土壤相对含水量为40 % 时达到最大，说明在干旱胁迫下侧柏通过提高根冠比等来抵御干旱，这与徐飞等(2010)研究水分胁迫对刺槐(Robinia pseudoacacia)影响的试验结果一致。原海燕等(2011)研究结果表明，铅浓度低于500 mg·kg^-1时增加了马蔺(Zris lactea)的株高，在铅浓度为800 mg·kg^-1时马蔺的生物量出现轻微下降，这种对铅的耐性不同可能与试验所选植物有关。胡仲义等(2008)的研究表明，100 mg·L － 1的铅处理对全缘冬青(Ilex integra)幼苗鲜质量和干质量均表现出了促进作用，并推论低浓度的铅对植物生长的促进可能是对最初伤害的一种保护。本研究结果表明，铅浓度在2 000 mg·kg^-1范围内对侧柏的生长都具有促进作用，其中以1 000 mg·kg^-1时的促进作用最大。铅浓度为1 000 mg·kg^-1时，侧柏的地径、株高达到最大值。侧柏的生物量随着铅浓度的增加而增加，但铅处理对侧柏生物量的分配影响不显著。铅与干旱交互作用下，铅能减轻轻微、轻度干旱胁迫对侧柏的伤害，且在铅浓度为1 000 mg·kg^-1，土壤相对含水量为80 % 时能显著促进侧柏的生长，重度干旱胁迫下，铅的加入则会加剧对侧柏的伤害。

在逆境胁迫下，植物细胞中活性氧的积累是造成细胞伤害乃至死亡的主要原因，氧自由基的清除剂可分为酶促和非酶促2大类，其中酶促系统主要有 SOD，POD和CAT等。SOD 是植物体内清除活性氧的第一道防线，对防止活性氧自由基的毒害至关重要(王玉刚等，2006); POD 能有效地阻止H₂O₂在植物体内积累，使细胞内活性氧维持在低水平，对植物体起到保护作用(Mishra et al.，1993)。本试验结果表明，干旱胁迫下侧柏体内 SOD 呈先增加后减少的趋势，但均高于对照，POD 活性呈持续升高的趋势。铅浓度在2 000 mg·kg^-1范围内，侧柏体内SOD，POD 酶活性均呈先增加后减少的趋势。这可能与 SOD，POD 酶活性的提高是一种急性解毒效应有关，但其调节能力是有限的，如果超过一定的限度，细胞内酶受到损伤而使活性下降。除土壤相对含水量为60 % 外，其他各土壤相对含水量与铅交互作用，侧柏的 SOD，POD 酶活性值基本都高于单一干旱胁迫下的值。铅浓度为1 000 mg·kg^-1与土壤相对含水量为80 % 时，侧柏的抗氧化酶活性均高于对照，说明在此交互作用下，干旱与铅胁迫对侧柏的生长表现出协同作用，能促进侧柏的生长。这可能是因为土壤含水量减少时，植物吸收的铅减少的缘故。说明铅能减轻侧柏在单一干旱胁迫下受到的伤害，这与王艳等(2011)的结果一致。

逆境伤害时膜脂过氧化导致 MDA 积累，使蛋白质和核酸变性，导致膜流动性降低，膜透性增强，因此 MDA 是植物逆境伤害的常用指标。随着土壤相对含水量的减少，侧柏体内MDA 含量逐渐增加，这与宋海鹏等(2010)的研究结果一致; 侧柏的 MDA 含量随铅浓度的增加而先升高后降低，后又在2 000 mg·kg^-1时增加达到最大值。干旱和铅交互作用下，除了铅浓度为1 000 mg·kg^-1与干旱交互作用下 MDA 含量均显著低于对照外，其他各铅浓度下，干旱和铅交互作用均使侧柏叶片 MDA 含量显著高于对照，这与钟楠等(2010)的研究水分和镉交互胁迫对刺槐幼苗 MDA 含量的影响结果一致。