1 引言(Introduction)

铁锰氧化胶膜常见于水生或湿地植物根表，例如：紫菀、羊胡子草、半边莲、水稻、芦苇、香蒲等(Batty et al，2000)，X-射线荧光显微断层图谱显示植物根表铁锰氧化胶膜的主要组成是铁锰氧化物及其水合物.由于锰膜形成需要的氧化还原电位比铁膜高，所以植物根表铁锰氧化胶膜中铁膜的沉积量一般显著高于锰膜(刘文菊，2005).虽然锰膜在数量上不占优势，但与铁膜相比，锰膜具有更大的表面活性和更强的催化能力，对根系吸附和富集重金属作用强于后者(Ye et al，2001；St Cyr et al，1990).植物根表铁锰氧化胶膜具有特殊的电化学性质，对环境中的重金属有极强的富集能力，而且可以发生离子的吸附和解吸反应，因而对重金属离子进入植物体内可产生重大影响.主要表现为：铁锰氧化胶膜在根表充当物理屏障层，阻止重金属离子向植物体内迁移；铁锰氧化胶膜吸附重金属离子，起到临时储库的作用；铁锰氧化胶膜的厚度影响植物对重金属离子的吸收和迁移(促进或抑制).Zhou等发现随着水稻根表胶膜厚度的增加，胶膜上富集的Se含量也相应增加，但Se往植株的地上部和地下部迁移量却减少了(Zhou et al.，2007).Ye等发现有铁锰氧化胶膜的宽叶香蒲根表Cu含量高于无胶膜植株，并且胶膜有助于植株对Ni的吸收迁移(Ye et al.，2001).刘文菊等通过溶液培养实验发现，水稻根表铁膜在一定厚度范围内促进Cd的吸收，过高则起抑制作用(刘文菊等，1999).目前关于铁锰氧化胶膜是促进或阻碍植物对重金属吸收和迁移尚未定论，有待于进一步探讨.

美洲商陆(Phytolacca americana)为锰超累积植物，对Cd也有较强的富集作用(豆长明等，2010)，在一定的培养条件下，其根表也可形成铁锰氧化胶膜(贾小渊，2012).美洲商陆属于商陆科多年生草本植物，生物量大、生长快、地理分布面广、适应性强，常见于我国的大部分地区，是一种极有应用前景的重金属污染环境修复植物.近年来有关铁锰氧化胶膜对重金属富集的研究主要集中于单一重金属污染胁迫方面(Rudra et al，2014)，而环境中重金属污染常常是2种或2种以上元素形成的复合污染，具有伴生性和综合性.本文以美洲商陆为实验材料，采用水培的方法，通过在培养液中添加高浓度铁锰离子和接种铁锰氧化菌的手段，诱导其根表形成不同厚度的铁锰氧化胶膜，并使胶膜中锰膜含量高于铁膜含量，研究根表铁锰氧化胶膜厚度及其组成对镉铅复合胁迫下美洲商陆生长、胁迫响应生理指标及其吸收和转运Cd的影响.

2 材料与方法(Materials and methods) 2.1 材料来源及培养 2.1.1 美洲商陆幼苗培养

采集福建省南平市当年生美洲商陆种子为实验材料.将种子用浓硫酸浸泡10 min，使种皮变薄，再用蒸馏水洗净种子表面的浓硫酸.然后将种子置于(25±2)℃培养室内避光发芽，待萌发后将其均匀洒在细沙盆中，直至长出2~3片真叶，再移到Hoagland完全营养液中进行预培养，每隔4 d更换1次培养液，15 d后，即可获得美洲商陆幼苗(林小青，2013).挑选长势一致的幼苗用于重金属胁迫实验.

2.1.2 铁锰氧化菌

铁锰氧化菌为节杆菌(Arthrobacter erchigonensis)MN1405，GenBank序列号为GU326383，由本课题组分离自锰矿样品.

菌液的制备：①种子液培养：从MN1405斜面上挑取2环菌体，接种到铁锰氧化菌培养基中，于25 ℃，120 r·min^-1培养48 h，得到种子液.②扩大培养：将MN1405种子液接种于铁锰氧化菌培养基中，接种量为5%，于25 ℃，120 r·min^-1振荡培养48 h，获得实验所需的铁锰氧化菌菌液(林小青，2013).

2.2 实验方法 2.2.1 不同厚度根表铁锰氧化胶膜美洲商陆的培育

参照汤克丽(2014)的方法培育具有不同厚度根表铁锰氧化胶膜的美洲商陆.根表铁锰氧化胶膜厚度分为3类，分别为高厚度、中厚度和低厚度.其形成条件为：

①高厚度的铁锰氧化胶膜(简称高膜美洲商陆)：Hoagland完全营养液+500 mg·L^-1Mn²⁺+10 mg·L^-1 Fe²⁺+10%MN1405菌液，调节pH为6.将美洲商陆幼苗移至此培养液中，培养15 d.

②中厚度的铁锰氧化胶膜(简称中膜美洲商陆)：Hoagland完全营养液+500 mg·L^-1Mn²⁺+10 mg·L^-1 Fe²⁺调节pH为6.将美洲商陆幼苗移至此培养液中，培养15 d.

③低厚度的铁锰氧化胶膜(简称低膜美洲商陆)：以Hoagland完全营养液为培养液，调节pH为6.将美洲商陆幼苗移至此培养液中，培养15 d.

以上各实验的培养条件均为2200 Lx，(25±2)℃.

2.2.2 重金属镉铅复合胁迫处理

将低膜、中膜和高膜美洲商陆分别培养在含有镉(CdCl₂·2.5H₂O)和铅(Pb(NO₃)₂)的Hoagland营养液中，进行重金属胁迫处理，7 d后测定各项指标.以上各处理均做3个平行.Cd和Pb的浓度组合如表 1所示.

2.3 分析方法 2.3.1 美洲商陆的形态观察和生物量测定

①形态特征.观察并拍照记录美洲商陆经不同组合镉铅复合胁迫处理7 d后地上部和地下部形态.

② 干重与鲜重 鲜重测定：用去离子水将重金属胁迫处理7 d后的美洲商陆冲洗干净，吸干水分，分离地上部(茎、叶)和地下部(根)，称重.干重测定：将地上部于105 ℃杀青30 min后，放在80 ℃烘干至恒重，称重即为地上部干重.将地下部先用DCB溶液浸提除去根表胶膜，然后用去离子水润洗，吸干水分，于105 ℃杀青30 min后，在80 ℃烘干至恒重，称重即为地下部干重.

2.3.2 美洲商陆富集的重金属Cd的提取和测定

①根表铁锰氧化胶膜中的重金属Cd.根表铁锰氧化胶膜中重金属Cd的提取采用DCB法(Taylor et al.，1983).将美洲商陆从含重金属的Hoagland培养液中取出，剪取根部，用去离子水将其清洗3遍，吸干根表面水分，将其置于100 mL的三角瓶中，用DCB溶液浸提3 h，浸提液用0.22 μm的微孔滤膜过滤至容量瓶中，加入硝酸消化并用超纯水定容到100 mL.以DCB溶液作为空白对照.浸提液中的Cd含量用原子吸收光谱仪测定.测得的Cd含量除以根干重即为美洲商陆根表铁锰氧化胶膜中的Cd单位含量(mg·kg^-1).

②地上部与地下部的重金属Cd.将地上部与地下部(DCB浸提后)杀青烘干至恒重后，置于三角瓶中，加入15 mL的HNO₃-HClO₄(V/V=3∶1)消解液和5 mL H₂O₂，消解至消解液呈无色透明或淡黄色，用超纯水将消解液定容至100 mL，再用直径0.22 μm的微孔滤膜过滤，滤液即为待测的样液.用原子吸收光谱仪测定Cd含量，测得的Cd含量分别除以地上部与地下部的干重，即为地上部与地下部的Cd单位含量(mg·kg^-1).

2.3.3 美洲商陆根表铁膜氧化胶膜的提取和测定

根表铁膜氧化胶膜的提取方法与根表铁锰氧化胶膜中重金属Cd的提取方法相同，也是采用DCB法(Taylor et al.，1983).将DCB浸提液用火焰原子吸收光谱仪测定Fe、Mn的含量，测得的Fe、Mn含量分别除以根干重即为美洲商陆根表铁锰氧化胶膜中铁膜和锰膜的单位含量(mg·kg^-1)，以铁膜、锰膜单位含量表示根表铁锰氧化胶膜的厚度(刘敏超等，2000).

2.3.4 美洲商陆根系分泌可溶性糖含量的测定

将培养液用0.22 μm的微孔滤膜抽滤于干燥试管中备用.然后取2 mL抽滤液加入5%苯酚1.0 mL，混匀.迅速滴加浓硫酸5 mL，摇匀，于室温显色20 min.以空白校正零点，在490 nm处测定吸光值，此实验做3个平行.以葡萄糖为标准液制备标准曲线(张志良等，2003).

2.3.5 美洲商陆可溶性蛋白含量的测定

样液的制备：称取美洲商陆新鲜叶片(或根)1.0 g，加入10 mL预冷的pH为7.0的0.05 mol·L^-1磷酸缓冲液，冰浴研磨成匀浆，将匀浆液转入离心管中，10000 r·min^-1离心5 min，取上清液作为样液.可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝G-250染色法(张志良等，2003).

2.4 数据处理

用Origin 8.5对数据进行统计与作图，并用IBM SPSS Statistics 22 软件对数据进行分析与比较.图中大写字母(或**)表示有极显著差异(p＜0.01)，小写字母(或*)表示有显著差异(0.01＜p＜0.05).

3 结果(Results) 3.1 不同培养条件下美洲商陆根表铁锰氧化胶膜的厚度

本课题组前期研究发现，在Hoagland完全营养液中添加高浓度铁锰离子和接种铁锰氧化细菌可以诱导商陆根表形成较厚的铁锰氧化胶膜(汤克丽，2014).为了探讨根表铁锰氧化胶膜厚度对美洲商陆富集Cd的影响，本实验通过设置不同的培养条件以获得具有不同厚度根表铁膜氧化胶膜的美洲商陆，结果见图 1.

图 1显示，高浓度铁锰离子和铁锰氧化菌不仅显著提高了根表铁锰氧化胶膜的厚度，而且改变了胶膜中铁锰膜的比例.在中膜和高膜中，锰膜分别占总胶膜的78.53%与77.47%，而在低膜中锰膜仅占26.47%.

3.2 美洲商陆在不同组合重金属复合胁迫下的形态特征

不同膜厚度的美洲商陆对Cd和Pb的耐受性不尽相同，其叶片生长、根系发育也产生差异.结果见图 2.

由图 2a可知，低膜美洲商陆叶片较为鲜绿，仅有个别叶片皱缩，在低Cd条件下生长较为茂盛，而在高Cd条件下生长较稀疏.Pb浓度变化对叶片生长影响不显著.低膜美洲商陆的根系较为细长，无明显侧根.

由图 2b可知，中膜美洲商陆有较多的叶片出现枯萎和皱缩.在低Cd高Pb条件下地上部的长势最好.将4种不同金属组合处理的根系进行比较，可见在低Cd条件下的美洲商陆的根系发达，侧根生长旺盛，白色新生根较多.而在高Cd条件下，侧根发育也较发达，但是白色的新生根明显减少.

由图 2c可知，高膜美洲商陆叶片失绿明显，这可能与加入的铁锰氧化菌有关，铁锰氧化菌会迅速氧化培养液中的铁离子，使美洲商陆因缺乏铁而影响其体内叶绿素的合成，进而使其产生失绿现象.高Cd低Pb条件下，美洲商陆长势最差.其它3个处理组地上部都生长旺盛，无明显差别，根系也生长发达，侧根茂密，新生根则随着Cd浓度升高而减少.

从图 2可以看出，当Cd浓度从2升至50 mg·L^-1时，对低膜、中膜和高膜美洲商陆的根系及地上部生长发育都有抑制作用，而当Pb浓度从2升至50 mg·L^-1时，对美洲商陆的根系及地上部生长发育影响较小.说明Cd对美洲商陆的毒性大于Pb.

3.3 不同组合重金属复合胁迫下美洲商陆的干重

如表 2所示，在低Pb或是高Pb条件下，随着Cd离子浓度的升高，美洲商陆地上部和地下部干重减少，说明Cd离子对叶片及根系发育起抑制作用.但是Pb浓度变化对美洲商陆地上部和地下部干重影响较小.从根表胶膜厚度对美洲商陆地下部干重的影响来看，除高Cd低Pb处理外，在相同的金属组合处理下，低膜美洲商陆的地下部干重都显著低于中膜和高膜.

3.4 不同组合重金属复合胁迫下美洲商陆各部位Cd的含量 3.4.1 在低Cd条件下美洲商陆各部位Cd的富集量

分别用低Cd低Pb(2 mg·L^-1Cd+2 mg·L^-1Pb)和低Cd高Pb(2 mg·L^-1Cd+50 mg·L^-1Pb)2种组合胁迫处理美洲商陆，7 d后，测定根表铁锰氧化胶膜中、地下部和地上部富集的Cd含量，结果见图 3.

图 3a显示，Cd总富集量依次为低膜美洲商陆＞高膜美洲商陆＞中膜美洲商陆.从各个部位上的富集量可知，低膜美洲商陆地上部和地下部Cd富集量均极显著高于中膜和高膜美洲商陆.而根表铁锰氧化胶膜上Cd富集量3者之间无显著性差异.

图 3b显示，Cd总富集量依次为低膜美洲商陆＞高膜美洲商陆＞中膜美洲商陆，3者之间存在显著性差异.从各个部位的富集量可知，低膜美洲商陆地上部、地下部及其铁锰氧化胶膜上Cd富集量均显著高于中膜、高膜美洲商陆.比较图 3a和图 3b可知，低膜美洲商陆随着Pb浓度的增加，铁锰氧化胶膜上Cd的富集量显著增加，地上部与地下部Cd的富集量也有所增加.而且低膜美洲商陆各部位Cd的富集量都高于中膜和高膜美洲商陆.说明当根表铁锰氧化胶膜较薄时，有利于美洲商陆根系从培养液中吸收Cd，并经蒸腾作用将Cd转运至根部和叶片.而当根表铁锰氧化胶膜较厚时，由于胶膜对Cd有很强的吸附作用，使Cd富集在胶膜表面，胶膜成为一层保护膜，阻止重金属Cd往根部及地上部迁移.

中膜与高膜美洲商陆随着Pb浓度的增加，总富集Cd量显著减少，主要表现在铁锰氧化胶膜上的Cd富集量显著减少.中膜美洲商陆由1284.84下降为746.35 mg·kg^-1，高膜美洲商陆胶膜中的Cd含量由1381.66下降到932.26 mg·kg^-1.从植物抗胁迫反应的重要生理指标可以看出，在低Cd条件下，中膜美洲商陆根系分泌的可溶性糖含量，高膜美洲商陆根系合成的可溶性蛋白随着Pb浓度的增加而增加(表 3和表 5).因此，初步推测，在低Cd高Pb条件下，由于重金属毒性增加，美洲商陆可能通过应急机制合成较多的可溶性多糖、可溶性蛋白等生理物质与Cd络合，减少植株Cd富集量，以降低重金属的毒性，维持自身正常的生理代谢.

3.4.2 在高Cd条件下美洲商陆各部位Cd的富集量

分别用高Cd低Pb(50 mg·L^-1Cd+2 mg·L^-1Pb)和高Cd高Pb(50 mg·L^-1Cd+50 mg·L^-1Pb)2种组合胁迫处理美洲商陆，7 d后，测定根表铁锰氧化胶膜中、地下部和地上部富集的Cd含量，结果见图 4.

在高Cd低Pb条件下，Cd总富集量、地下部Cd富集量及胶膜上Cd富集量均为高膜美洲商陆＞中膜美洲商陆＞低膜美洲商陆，3者之间存在极显著性差异(图 4a).地上部Cd富集量以低膜美洲商陆为最高，极显著高于中膜和高膜美洲商陆，但中膜与高膜美洲商陆地上部Cd富集量差异不显著.

图 4b显示，在高Cd高Pb条件下，Cd总富集量、地下部Cd富集量依次为高膜美洲商陆＞中膜美洲商陆＞低膜美洲商陆，3者之间存在极显著性差异，此规律基本与高Cd低Pb处理一致.说明在高Cd条件下，根表胶膜起到Cd临时储库的作用，增加根表胶膜厚度可提高美洲商陆对Cd的富集.在地上部，低膜美洲商陆Cd富集量极显著高于中膜和高膜美洲商陆，而中膜与高膜美洲商陆地上部Cd富集量没有显著性差异.在铁锰氧化胶膜上，高膜美洲商陆Cd富集量极显著性高于中膜和低膜美洲商陆.

比较图 4a和图 4b可知，在高Cd条件下，当Pb浓度由2升至50 mg·L^-1时，低膜和高膜美洲商陆Cd总富集量显著增加，但中膜美洲商陆Cd总富集量显著减少.而且Pb浓度变化，对不同膜厚度的美洲商陆Cd迁移规律的影响也不尽相同，当Pb浓度增加时，低膜美洲商陆地下部Cd富集量显著减少，胶膜中Cd富集量反而增加；中膜美洲商陆胶膜上Cd富集量显著减少，地下部Cd富集量增加；高膜美洲商陆地下部和胶膜中Cd富集量显著增加，而地上部Cd富集量有所减少.推测其原因可能是与膜厚度及膜组成有关.

3.5 美洲商陆在不同组合重金属复合胁迫下根系分泌的可溶性还原糖含量

根系分泌的可溶性还原糖对重金属有络合能力，能与重金属结合起到解毒作用，也可以提高植物对养分的吸收和利用效率.本实验分析比较了4种不同重金属组合处理对不同膜厚度美洲商陆分泌可溶性还原糖含量的影响，结果见表 3.

由表 3可知，在组内进行比较可以发现，中膜与高膜美洲商陆根系分泌的可溶性糖含量均极显著高于低膜美洲商陆.分析3种不同胶膜厚度的对照组，中膜与高膜美洲商陆根系分泌的可溶性糖分别达到了112.89和150.00 μg·mL^-1，而低膜美洲商陆仅为37.40 μg·mL^-1，说明根表胶膜会使根系分泌的可溶性糖增多.组间比较结果显示：相同胶膜厚度的美洲商陆在不同组合重金属胁迫下，根系分泌的可溶性糖含量的变化不一致.随着胶膜厚度的增加重金属胁迫处理组与对照组可溶性糖含量的差异性也显现出来，但这个规律还牵涉到胁迫处理时的Pb浓度、Cd浓度、植物富集的重金属含量、铁锰氧化胶膜含量、铁锰氧化菌的作用等等复杂因素，其详细机制还有待于进一步探讨.

3.6 美洲商陆在不同组合重金属复合胁迫下合成的可溶性蛋白含量

可溶性蛋白含量是植物生长的重要生理指标，其变化与外界环境的变化密切相关.本实验通过考马斯亮蓝G-250染色法研究不同处理条件下的美洲商陆叶片与根系的可溶性蛋白含量，结果见表 4和表 5.

由表 4可知，从组内比较看，发现中膜和高膜美洲商陆叶片的可溶性蛋白都极显著高于低膜美洲商陆.组间进行比较结果显示，中膜与高膜美洲商陆经4种不同金属组合处理，叶片可溶蛋白含量都比对照组有显著提高，而且高Cd处理叶片可溶蛋白含量也显著高于低Cd处理.低膜美洲商陆叶片可溶性蛋白含量与对照组相比在低Cd低Pb、低Cd高Pb、高Cd高Pb有显著性差异，而高Cd低Pb处理则无显著性差异.中膜与高膜美洲商陆叶片可溶性蛋白在低Pb或高Pb条件下均随着添加的Cd离子浓度增加而增加，经SPSS分析，这个增加量存在极显著差异.

由表 5可知，组内比较结果显示各处理组的根部可溶性蛋白含量呈现中膜美洲商陆＞高膜美洲商陆＞低膜美洲商陆的趋势，相互之间存在极显著差异.组间比较显示，中膜与高膜美洲商陆在4个不同金属组合胁迫下根部可溶性蛋白均比对照组有显著提高，低膜美洲商陆与对照组无显著性差异.

4 讨论(Discussion)

培养条件对美洲商陆根表铁锰氧化胶膜的形成有较大影响，在完全Hoagland营养液中培养，美洲商陆根表的铁锰氧化胶膜很薄，仅为34.54 g·kg^-1，胶膜中以铁膜为主，铁膜占胶膜总量的26.47%；如果在Hoagland营养液中加入高浓度的铁锰离子可诱导根表形成较厚的胶膜(135.85 g·kg^-1)，并提高胶膜中锰膜的比例，使锰膜占胶膜总量的77.47%；如果在Hoagland营养液中加入高浓度的铁锰离子，同时接种铁锰氧化菌MN1405，可进一步提高根表胶膜的厚度，达到263.07 g·kg^-1，锰膜占胶膜总量的78.53%.这3种不同培养条件下美洲商陆根表形成的胶膜厚度存在极显著差异.利用具有不同厚度根表胶膜的美洲商陆进行镉铅双金属复合胁迫处理，结果显示低膜、中膜和高膜美洲商陆在镉铅不同浓度组合的胁迫下，其地上部随着膜厚度的增加出现了失绿的现象，中膜美洲商陆叶片皱缩比高膜美洲商陆严重，说明铁锰氧化菌的加入不仅能够提高膜厚度，还起到了解毒作用，提高商陆对高浓度铁锰离子耐受性(贾小渊，2012).中膜与高膜美洲商陆在诱导膜形成时，由于添加高浓度的铁锰离子和铁锰氧化菌使得其根系受到刺激，导致根系发育愈加发达，侧根的生命力旺盛，有大量新根生成.高Cd处理对中膜和高膜美洲商陆根系的侧根与新生根发育有严重的抑制作用，减少侧根和新生根的生成.在高膜美洲商陆中，低Cd处理时，Pb浓度变化对其根系发育影响较小；而高Cd处理时，Pb浓度变化植物发育影响较大，高Cd高Pb处理组生长状况反而比高Cd低Pb处理组的根系发达.由表 3可知，高膜美洲商陆在高Cd高Pb中根系分泌的可溶性还原糖达到277.04 μg·mL^-1，可减轻其根系受重金属的毒害.图 4显示高Cd低Pb胁迫下高膜美洲商陆地上部Cd富集量达到2448.53 mg· kg^-1，比高Cd高Pb条件下地上部Cd富集量(1020.78 mg· kg^-1)高得多，张杰等认为叶片Cd富集量增大对其光合作用具有抑制效应(张杰等，2005).刘大林等在研究镉铅复合胁迫下，高粱地上部对镉铅的富集作用时发现，在高Cd条件下随着Pb浓度的增加，高粱叶片内Pb富集量也相应增加，但Cd富集量却反而减少(刘大林等，2014)，与本文的研究结果一致.由于Pb对植物叶片的毒性比Cd小(唐探等，2015)，因此，表现为高Cd高Pb胁迫下美洲商陆的生长优于高Cd低Pb.

从镉铅浓度变化对美洲商陆富集Cd的影响来看，当Cd浓度从2升至50 mg·L^-1时，除了低膜美洲商陆地下部Cd富集量下降外，其他各处理组美洲商陆Cd富集量都有显著提高.胶膜上Cd富集量增多，将促使Cd进一步向根部和地上部转运，此结果与叶欣怡研究水稻根表铁膜对其富集Cd的影响结果相一致(叶欣怡等，2016).在低Cd条件下，Pb浓度变化对美洲商陆Cd富集量影响较小，因此对其生长影响也较小；在高Cd条件下，Pb浓度变化对美洲商陆Cd富集量影响较大，因此对其生长影响也较大(图 2，表 2).

在4种不同重金属组合复合胁迫下，不同膜厚度的美洲商陆对Cd富集具有一定规律性.在低Cd条件下，Cd总富集量依次为低膜美洲商陆＞高膜美洲商陆＞中膜美洲商陆；在高Cd条件下，Cd总富集量依次为高膜美洲商陆＞中膜美洲商陆＞低膜美洲商陆.说明不同厚度根表胶膜在低Cd和高Cd条件下，对美洲商陆富集Cd呈现出不同的效应，当环境中的Cd浓度较低时(2 mg·L^-1)，对于植物的毒性较小，低膜美洲商陆通过蒸腾、运输作用富集Cd，而由于锰膜比铁膜的吸附重金属作用强(李方等，2010)，中膜与高膜美洲商陆根表胶膜含量比低膜美洲商陆多，从而阻止Cd向根部和地上部迁移.当环境中的Cd浓度较高时(50 mg·L^-1)，中膜和高膜美洲商陆的根表铁锰氧化胶膜可提供大量的重金属吸附位点，快速将Cd固定在胶膜上，胶膜成为Cd的临时储存库，并通过扩散作用促使Cd由膜向根系转运.Pb对胶膜富集Cd有竞争作用，当Pb浓度由2升至50 mg·L^-1时，使中膜美洲商陆胶膜上的Cd富集量显著下降，但是高膜美洲商陆胶膜上Cd富集量反而上升，分析原因可能是：①高膜美洲商陆含有铁锰氧化菌，该菌增强了美洲商陆对Cd与Pb的耐受性；②高Cd高Pb条件下根部分泌的可溶性糖含量显著高于高Cd低Pb条件，有利于植物积累Cd.中膜美洲商陆在高Cd高Pb条件下，由于大量的Cd从根表胶膜迁移至根部，使根系受Cd毒害，导致根的活力下降，根系分泌的可溶性糖减少(85.85 μg·mL^-1)，从而降低了Cd总富集量.

李雪莲以Cd超累积植物东南景天为材料研究Cd胁迫下其根系分泌可溶性糖的含量，结果显示最高时可达3.4 μg·mL^-1，(李雪莲，2011)，而且东南景天根系分泌的可溶性糖的含量与Cd浓度变化没有相关性.美洲商陆是Cd超累积植物，能将大部分Cd离子区隔到液泡中(傅小萍，2011)缓解Cd毒害.本研究结果显示在4种不同组合的金属胁迫下，中膜与高膜美洲商陆根系分泌的可溶性糖含量高达85.85~277.04 μg·mL^-1(表 3)，说明根表丰富的铁锰氧化胶膜促进了美洲商陆根系分泌大量的可溶性糖以抵抗环境中重金属的胁迫，起到解毒作用.

可溶性蛋白也是植物重要生理活性物质，其含量变化与外界环境的变化密切相关，可溶性蛋白的升高，是植物逆境下的一种防御机制.李亚敏等研究2种藓类植物Cd-Cu胁迫下发现，尖叶小羽藓等可溶性蛋白随着Cd浓度增加而增加(李亚敏等，2011).据研究报道，在植物合成的螯合肽(PC)会与Cd离子形成复合物，减少了细胞中游离Cd离子的浓度，同时低分子量 PC-Cd 复合物可进入液泡，与液泡中的硫化物形成高分子状态的 PC-Cd 复合物(Clemens，2001).但是韦江玲研究发现Cd胁迫下的茳芏可溶性蛋白随着Cd浓度增加呈现“低促后抑”现象，当Cd离子浓度高于10 mg· L^-1时，会抑制可溶性蛋白的合成(韦江玲，2011).本研究结果表明，镉铅复合胁迫处理，使中膜和高膜美洲商陆叶片可溶性蛋白含量比对照组有显著提高.但是不同膜厚度美洲商陆叶片可溶性蛋白含量与金属胁迫的关系不同，中膜与高膜美洲商陆叶片可溶性蛋白含量与Cd浓度成正相关，因为高Cd处理时叶片富集的Cd较多，所以刺激美洲商陆产生较多的可溶性蛋白含量.而低膜美洲商陆叶片可溶性蛋白含量与Cd浓度无相关性(表 4).美洲商陆富集的Cd约有80%集中在根部及根表胶膜中，不同膜厚度美洲商陆根部可溶性蛋白含量受镉铅复合胁迫的影响也不同，膜厚度的增加使得美洲商陆对重金属Cd胁迫变得敏感，在重金属复合胁迫下高膜美洲商陆根部可溶性蛋白显著高于对照组，但可溶性蛋白含量随着Cd离子浓度的增加而减少.中膜与低膜美洲商陆在高Cd条件下根部可溶性蛋白与低Cd条件下无显著性差异(表 5).这主要是因为高膜美洲商陆在高Cd低Pb和高Cd高Pb条件下，根部Cd富集量分别达到8557.04和10088.26 mg· kg^-1(图 4)，从而抑制根部可溶性蛋白合成，这与韦江玲的研究结果一致(韦江玲，2011).

5 结论(Conclusions)

1)不同培养条件可以诱导美洲商陆形成不同厚度的根表铁膜氧化胶膜，高浓度铁锰离子或高浓度铁锰离子结合接种铁锰氧化菌可显著提高胶膜的厚度，使根表胶膜厚度分别达到135.85和206.60 g·kg^-1，锰膜分别占总胶膜的78.53%和77.47%.

2) 高浓度Cd对美洲商陆根系发育以及地上部生长的抑制作用比高浓度Pb强.

3) 在低Cd条件下，低膜美洲商陆总Cd富集量显著高于中膜和高膜的美洲商陆，较厚的胶膜阻止Cd向根部和地上部迁移；在高Cd条件下，高膜美洲商陆总Cd富集量高达89765.69 mg· kg^-1(以干重计)，显著高于中膜美洲商陆和低膜美洲商陆，胶膜成为Cd的临时储存库，并通过扩散作用促使Cd由根表胶膜向根系转运.

4) 在低Cd条件下，随着Pb浓度的增加，低膜美洲商陆根表胶膜和地上部Cd富集量均有增加；中膜和高膜美洲商陆根表胶膜上富集的Cd显著减少，地上部和地下部Cd富集量则有增加.在高Cd条件下，Pb浓度提高使中膜美洲商陆根表胶膜Cd富集量显著减少，但对低膜和高膜美洲商陆Cd富集量作用相反.

5) 中膜与高膜美洲商陆根系分泌的可溶性糖含量、叶片合成的可溶性蛋白含量都极显著高于低膜美洲商陆.根部可溶性蛋白含量依次为中膜美洲商陆＞高膜美洲商陆＞低膜美洲商陆.

6) 中膜与高膜美洲商陆的叶片与根部可溶性蛋白含量与对照组存在极显著性差异，说明膜厚度增大后，美洲商陆对Cd胁迫变得敏感.中膜与高膜美洲商陆的叶片可溶性蛋白随着Cd浓度增加而增加，而高膜美洲商陆根系可溶性蛋白受高Cd浓度的抑制.