随着全球经济的发展，城市的环境污染问题日益凸显。环境污染主要来自于工业生产，工业生产中大量的污水和废弃物等被排放到附近水域和郊区土地，城市土壤的重金属污染日益严重。土壤重金属污染对人们的生活用水、农作物及园林景观植物的生长产生了很大的影响^[1]。镉(Cd)因其在土壤中的高度移动性和对植物的高度毒害性，被视为重金属中最具有危害性的污染元素之一^[2-3]。Cd影响植物细胞分裂、光合作用、细胞结构及酶活性。铜(Cu)也是土壤重金属污染的重要元素之一，研究表明，Cu影响植物的生长发育和代谢，导致植物代谢紊乱，生长发育缓慢，甚至死亡^[4]。因此，重金属污染已严重威胁到城市的生态环境、食品卫生安全及人类的身心健康。土壤重金属污染修复问题已迫在眉睫，目前，为避免二次污染及土壤板结等问题，以植物为主的环境修复技术因其低成本，且利于城市景观绿化等优点得到广泛应用。

无柄小叶榕(Ficus concinna var. subsessilis Corner)是小叶榕[Ficus concinna (Miq.) Miq]的一个变种，是热带、亚热带地区特有的景观和生态树种^[5]。因其独特的园林景观和耐低温、耐盐碱的特征成为浙江、福建、广东、广西等省(自治区)生态环境建设和沿海泥质海岸防护林营造的重要树种之一^[6]。目前，我国Cd污染土壤的面积已达2×10⁵ km²，占总耕地面积的1/6，涉及11个省市的25个地区^[7]。2005—2013年，环境保护部会同国土资源部开展的首次全国土壤污染状况调查也显示，在无机污染物中，Cu的点位超标率达2. 1%，华南地区Cu含量高于华北地区，特别是矿脉地区^[8]。由于无柄小叶榕耐盐碱的特性，其在盐碱地的绿化方面应用较为广泛，学者们研究浙南盐碱地适生树种时发现，无柄小叶榕在pH值为8. 01，含盐量0. 37%的重度盐碱条件下，成活率达100%^[9], 无柄小叶榕对Cd、Cu具有一定的吸附能力^[10]，因此无柄小叶榕对重金属土壤的修复力引起科研工作者的广泛关注。如果能够在重金属污染土壤上种植该景观植物，既可缓解我国工业发展所面临的生态环境污染压力，又可为治理和合理利用重金属污染土壤开辟一条新的途径，还可以改善生态环境。因此，通过盆栽试验，对不同浓度Cd和Cu处理下无柄小叶榕生理特性进行研究，旨在探索重金属胁迫下无柄小叶榕的生理生态响应及耐性机理，探索土壤重金属污染治理的科学途径，也为污染区的进一步治理提供科学指导。

试验材料为生长状况良好且长势一致的2年生无柄小叶榕，苗高(120±0.5) cm，地径(9.5±0.1) mm，2016年5—9月，在浙江省亚热带作物研究所温室内采用土培盆栽的方法进行试验，用规格相同的硬质营养钵(盆口直径23. 5 cm，高25 cm，盆底4个透水孔)，盆底放置白色塑料托盘，保证每盆含土(3.50±0.2) kg，土壤pH值6. 8、成分为黄泥土(含2.92 g · kg^-1有机质)。试验开始处理之前做好日常的苗木养护，保证土壤水分充足，昼夜温度自然过渡。

2016年5月中旬，以清水为对照，在无柄小叶榕盆栽土壤中施加不同浓度Cd²⁺与Cu²⁺溶液，同时在土壤中添加表面活性剂鼠李糖脂。挑选生长健壮且外形较一致的无柄小叶榕，根据参考文献[11]设置不同浓度重金属胁迫处理。Cd²⁺、Cu²⁺分别以CdCl₂ · 2. 5H₂O和CuSO₄ · 5H₂O (分析纯)分别配成一定浓度的母液，以干土质量计算纯Cd²⁺、Cu²⁺含量，以盐溶液加入各盆，然后对照(CK)处理加不含Cd²⁺、Cu²⁺的等量去离子水。试验中完全随机摆放各盆，共设置16个处理(每个处理3次重复，每个重复5株幼苗)，土壤重金属含量如表 1所示。

采用分光光度计(UV-2550型，日本)测定叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的含量^[12]；采用便携式光合测定仪(Li-6400 XT型，美国)测定净光合速率(net photosynthetic rate，P_n)、气孔导度(stomatal conductance，G_s)、胞间CO₂浓度(intercellular CO₂ concentration，C_i) ^[13]和蒸腾系数(transpiration coefficient, T_r) 4个光合参数；氮蓝四唑(nitroblue tetrazolium，NBT)法测定超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性；紫外吸收法测定过氧化氢酶(catalase，CAT)活性；愈创木酚法测定过氧化物酶(peroxidase，POD)活性^[14]。采用参考文献[15]的方法测定相对电导率(relative electrical conductivity，R_EC)；硫代巴比妥酸(thiobarbital，TBA)法测定丙二醛(malonaldehyde，MDA)含量^[16]；紫外吸收法分别测定超氧阴离子(O^2.-)产生速率和过氧化氢(H₂O₂)含量^[17]。

采用SPSS 11. 5软件进行方差分析，用Duncan新复极差法进行方差分析检验差异显著性(n=5)。

不同重金属含量对无柄小叶榕叶片叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量的影响如图 1所示。土壤中Cd、Cu的浓度显著影响了无柄小叶榕叶片叶绿素与类胡萝卜素含量，与对照组相比，随着Cd²⁺浓度升高，叶绿素a、叶绿素b与类胡萝卜素含量逐渐降低，土壤中Cd²⁺浓度最高的A5组中叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量分别是对照组的35. 2%、40. 2%和53. 5%。随着土壤中Cu²⁺浓度升高，叶绿素a、叶绿素b与类胡萝卜素含量先增加后减少，在土壤中Cu²⁺浓度最高的B5组中叶绿素a、叶绿素b与类胡萝卜素的含量分别是对照组的29. 9%、88. 1%和60. 6%。而随着土壤中Cd²⁺-Cu²⁺含量的增加，叶绿素a、叶绿素b与类胡萝卜素的含量出现了显著降低的现象。

	注：不同小写字母表示根据Duncan检验，在0. 05水平上的差异显著性，相同字母表示差异不显著。 Note: the different lowercase letters indicate the significant difference at the 0. 05 level according to the Duncan test. The same letter indicates that the difference is not significant. 图 1 无柄小叶榕叶绿素和类胡萝卜素含量的变化 Fig. 1 Variation in chlorophyll and carotenoid content of F. concinna var. subsessilis
图选项

不同重金属含量对无柄小叶榕P_n、G_s、T_r和C_i的影响如表 2所示。土壤中Cd、Cu的浓度显著地影响了无柄小叶榕的光合作用。相比对照组，随着Cd²⁺浓度升高，无柄小叶榕P_n、G_s和T_r逐渐降低，土壤中Cd²⁺浓度最高的A5组中P_n、G_s和T_r分别是对照组的50. 3%、45. 9%和48. 9%。C_i随着Cd²⁺浓度升高先降低后升高。随着Cu²⁺浓度升高，无柄小叶榕G_s和T_r逐渐降低，P_n先升高后降低，Cu²⁺浓度最低的B1组中P_n是对照组的107%，Cu²⁺浓度最高的B5组净光合速率为对照组的60. 1%。而随着土壤中Cd²⁺-Cu²⁺含量的增加，P_n、G_s、T_r显著降低，其中Cd²⁺-Cu²⁺含量最高的C5组，P_n为对照组的49. 4%。

不同重金属含量对无柄小叶榕丙二醛(MDA)含量及相对电导率(R_EC)的影响如图 2所示。土壤中Cd、Cu的浓度显著地影响了无柄小叶榕的MDA含量与R_EC。相比对照组，随着Cd²⁺浓度升高，无柄小叶榕MDA含量与R_EC逐渐升高，Cd²⁺浓度最高的A5组中MDA含量和R_EC是对照组的1. 93和2. 96倍。Cu²⁺浓度升高也引起了无柄小叶榕MDA含量和R_EC的逐渐升高，但MDA含量升高趋势较为缓慢，Cu²⁺浓度最高的B5组中MDA含量和R_EC是对照组的1. 93和2. 96倍。而随着Cd²⁺-Cu²⁺含量增加，MDA含量和R_EC显著升高，Cd²⁺-Cu²⁺含量最高的TC5组，MDA含量和R_EC显著高于其他处理组，分别是对照组的5. 27和3. 96倍。

	注：不同小写字母表示根据Duncan检验，在0. 05水平上的差异显著性，相同字母表示差异不显著。 Note: the different lowercase letters indicate the significant difference at the 0. 05 level according to the Duncan test. The same letter indicates that the difference is not significant. 图 2 镉与铜对无柄小叶榕丙二醛含量及相对电导率的影响 Fig. 2 Effects of Cd and Cu on the MDA content and REC in F. concinna var. subsessilis corner
图选项

不同重金属含量对无柄小叶榕O^2.-产生速率与H₂O₂含量的影响如图 3所示。土壤中Cd、Cu浓度显著地影响了无柄小叶榕O^2.-产生速率和H₂O₂含量。相比对照组，随着Cd²⁺浓度升高，无柄小叶榕O^2.-产生速率和H₂O₂含量逐渐升高，Cd²⁺浓度最高的A5组中O^2.-产生速率和H₂O₂含量分别是对照组的2. 89和2. 18倍。Cu²⁺浓度升高也引起了无柄小叶榕O^2.-产生速率和H₂O₂含量的升高，趋势与Cd²⁺引起的变化相似。而Cd²⁺-Cu²⁺含量的同时增加，导致O^2.-产生速率和H₂O₂含量显著升高，其中Cd²⁺-Cu²⁺含量最高的C5组，O^2.-产生速率和H₂O₂含量分别是对照组的5. 07和3. 62倍。

	注：不同小写字母表示根据Duncan检验，在0. 05水平上的差异显著性，相同字母表示差异不显著。 Note: the different lowercase letters indicate the significant difference at the 0. 05 level according to the Duncan test. The same letter indicates that the difference is not significant. 图 3 镉与铜对无柄小叶榕O2.-产生速率和H2O2的影响 Fig. 3 Effects of Cd and Cu on O2.- production rate and H2O2 content in F. concinna var. subsessilis corner
图选项

无柄小叶榕叶片中保护酶活性随着Cd、Cu浓度变化结果如图 4所示。随着Cd²⁺与Cu²⁺浓度升高，无柄小叶榕叶片中SOD、POD和CAT活性逐渐升高，且在Cd²⁺-Cu²⁺浓度最高的C5组达到最高值，分别是对照组的1. 49、2. 52和6. 31倍。Cd²⁺浓度升高引起了无柄小叶榕叶片POD和CAT活性的缓慢升高，而与CK相比，Cu²⁺的浓度升高则使SOD与POD活性先降低后升高。Cd²⁺-Cu²⁺含量的增加，引起无柄小叶榕POD和CAT活性显著高于其他处理组。

	注：不同小写字母表示根据Duncan检验，在0. 05水平上的差异显著性，相同字母表示差异不显著。 Note: the different lowercase letters indicate the significant difference at the 0. 05 level according to the Duncan test. The same letter indicates that the difference is not significant. 图 4 镉与铜对无柄小叶榕保护酶活性的影响 Fig. 4 Effects of Cd and Cu on the protective enzyme activity in F. concinna var. subsessilis corner
图选项

目前，我国的土壤环境质量标准的制定主要是基于其对人类健康的影响，而关于土壤中Cd和Cu对植物的危害还未有明确的生态环境质量阈值^[18]。无论是Cu还是Cd，当其浓度在植物体内的累积超过一定界限时，就会对植物产生毒害作用^[19]。重金属产生的毒害可以抑制植物体内某些细胞器参与生理生化进程，导致其代谢紊乱，生长发育缓慢，严重时导致植株死亡^[20]。然而，植物在重金属毒害条件下也可引发一系列应激保护反应，绝大部分植物都具备稳定的细胞渗透调节机制来调节细胞内的重金属离子浓度，从而最大限度减轻甚至避免重金属可能导致的生理生化损伤。随着Cu²⁺浓度逐渐升高，无柄小叶榕叶片内的叶绿素含量呈先增加后下降的趋势；而随着Cd²⁺浓度的升高，叶绿素含量逐渐降低。这表明Cu作为植物生长必需元素之一，低浓度Cu²⁺可以促进无柄小叶榕叶绿素合成，Cu²⁺浓度为100 mg · kg^-1时叶绿素含量达到最高值，而Cu²⁺浓度继续升高，过多Cu²⁺代替叶绿素中的Mg²⁺，阻碍了叶绿素的合成。Cd²⁺可通过抑制叶肉细胞内原叶绿素酸酯还原酶和氨基-7-酮戊酸的合成来阻碍叶绿素的合成，因此当遭受Cd²⁺胁迫后，无柄小叶榕叶片内叶绿素a与叶绿素b含量下降^[21]。研究表明，类胡萝卜素是保护植物器官的重要植物色素之一，其中β-类胡萝卜素是一种并不具有抗氧化功能的细胞色素，但它在保护植物的光合作用方面具有十分重要的意义^[22]。因此在低浓度的Cu、Cd胁迫下，无柄小叶榕会通过增加类胡萝卜素的含量来保护自身。在低浓度Cu²⁺与Cd²⁺-Cu²⁺条件下，无柄小叶榕的类胡萝卜素含量增加。光合作用对重金属离子的响应较为敏感，低浓度Cu²⁺条件下，无柄小叶榕P_n增加；Cd²⁺胁迫、高浓度Cu²⁺及Cd²⁺-Cu²⁺共同胁迫时P_n、G_s和T_r显著受到抑制。导致这种现象的重要原因之一是叶绿素合成受阻，还可能是由于Cu²⁺与Cd²⁺的毒害对无柄小叶榕叶绿体结构产生了破坏，导致基粒垛迭减少，分布不均匀，从而影响类囊体膜的组成，破坏两个光合系统的协调功能，导致光系统Ⅰ (PSⅠ)受损，最终抑制光合作用^[23]。彭鸣等^[24]以玉米(Zea mays L.)为研究材料也证明了这一点。

重金属胁迫还可使植物离子吸收、运输、渗透调节等发生功能障碍。研究发现，Cu²⁺与Cd²⁺胁迫条件下均促使无柄小叶榕叶片中MDA含量、R_EC、O^2.-产生速率与H₂O₂含量增加。这与文晓慧等^[25-26]的研究一致，油菜(Brassica campestris L.)、水稻(Oryza sativa L.)在不同重金属胁迫下，MDA含量增加，随着重金属浓度升高，MDA含量逐渐上升，表明Cd、Cu胁迫使无柄小叶榕细胞膜结构遭到破坏，造成质膜的选择透性降低，功能丧失，细胞内外的物质交换和信息传递受阻。同时Cd、Cu胁迫也促使O^2.-产生速率与H₂O₂含量增加，这些活性氧攻击细胞膜上的不饱和脂肪酸，进一步破坏细胞膜结构。研究发现，高浓度的Cd²⁺与Cu²⁺促进了无柄小叶榕SOD、CAT、POD活性增强，这表明无柄小叶榕体内的抗氧化系统通过增强SOD、POD和CAT的活性清除重金属诱导产生的自由基，保护细胞免受伤害^[27-28]。

综上，Cd、Cu胁迫显著影响无柄小叶榕的生理生化进程，低浓度Cu²⁺促进无柄小叶榕的光合作用及生理响应，而高浓度Cu²⁺可导致叶绿素合成、光合作用降低；而Cd²⁺以及Cd²⁺-Cu²⁺的相互作用均显著地抑制无柄小叶榕叶绿素合成及光合作用，同时产生大量的MDA及O^2.-、H₂O₂，抑制无柄小叶榕的生长发育。