铅是有毒重金属污染物之一。土壤p H>6.5时,铅含量为500 mg kg-1可能会对植物的生长、生理和繁殖产生毒性。芦苇是多年生禾本科植物,发达的地下根茎系统使其具有较强的生存和克隆繁殖能力。它被广泛应用于湿地建设和恢复来处理重金属等有毒污染物。受气候影响,湿地及湿地物种常常经历极端水分变化,如洪水和干旱。同时,考虑到在更大重金属浓度范围内,才能更好的测定植物对重金属的耐性,我们在两年的实验中,采用盆栽实验模拟水层和干旱生境,设置(0,500,1500,3000 and 4500 mg kg-1)五个铅浓度,从芦苇的生长、生理和克隆繁殖几个方面,系统的研究了不同水分生境芦苇对铅污染的生长发育响应及其耐受机制。本研究首次探讨芦苇对重金属污染的克繁殖耐性,为芦苇应用于重金属污染的植物修复和湿地生态恢复提供科学依据。主要结果和结论如下:(1)随着胁迫的进行,母株生长衰退出现叶片枯萎和死亡现象,而子株生物量积累增加,至胁迫后期占地上总生物量的60~90%。因此,子株具有较强的铅适应性,保证了子株成为芦苇地上生产力的主要来源。在水层和干旱环境中,芦苇将更多的生物量分配给地上部分以获取更多的光资源,同时,更多的地下生物量分配在根茎以储存繁殖器官。然而,干旱和铅的协同交互作用显著减小母株、子株和地下生物量,导致干旱和铅污染环境中各构件生物量显著小于水层的。(2)在水层条件下子株的光合参数均大于母株的,解释了子株具有较高的生物量和铅耐性。同一铅处理水平上,水层处理的母株、子株生物量和光合参数均大于干旱的,说明水层环境的芦苇具有较强的铅耐性。在整个胁迫过程中,气孔限制是芦苇母株和子株光合作用减小从而导致生物量积累被抑制的原因之一,而非气孔限制则是胁迫后期水层环境中4500 mg kg-1及干旱环境中大于500 mg kg-1铅处理的母株和子株光合作降低导致生长衰退的主要原因。(3)胁迫中期,铅处理芦苇的CAT、SOD和POD酶活性均大于对照的,说明芦苇能够有效的抵抗和防御铅和水胁迫诱导的氧化损伤。同一铅处理水平上,水层和干旱处理芦苇的SOD和POD酶活性均大于对照,但干旱条件下的POD和SOD活性均小于水层的,说明SOD和POD在抵抗铅诱导的氧化胁迫中发挥重要作用,而水层芦苇具有较强的抵抗性。总之,抗氧化酶可以作为芦苇内在的防御机制来抵抗铅胁迫所诱导的氧化损伤。(4)芦苇的根茎节芽几乎不向上生长形成子株,主要进行水平生长产生次级根茎。水层条件下,铅处理芦苇的分蘖节子株数增加,形成了集群生长模式;胁迫后期,铅处理芦苇的根茎节芽、顶芽、根茎顶子株数和根茎伸长的增加比例均大于胁迫中期的,说明芽、子株和根茎生长出现了补偿现象。这两种策略(集群和补偿生长)维持了芦苇种群稳定。然而,干旱和铅的协同作用显著抑制芦苇克隆构件生长和繁殖,将不利于芦苇种群的繁衍和维持。水层条件下4500 mg kg-1和干旱条件下500 mg kg-1铅污染均显著减小了各类型芽和子株数以及根茎生长,因此这两个铅浓度可能分别达到或超过芦苇在水环境和干旱环境中克隆繁殖的耐受阈值。(5)各构件中的铅含量大小是根>母株>子株或根茎,绝大部分铅积累在根中,导致根生物量显著减小。被转运至地上部分的铅更多的分配在母株,而母株中的铅更多的分配在叶片,导致光合作用直接受到毒害致使母株生物量减小、叶片枯萎甚至死亡。干旱条件下子株地上部分的铅含量大小顺序是叶>茎,水层条件下则相反,减轻了铅对水层芦苇子株的伤害。因此,更少的铅分配至克隆构件根茎和子株,转运至地上部分的铅更多的分配在母株,这种铅分配策略有效的保护了生长在高浓度铅污染环境芦苇的克隆繁殖、子株生长和地上生产力。总之,铅分配策略、集群生长和补偿生长以及抗氧化酶,使水层芦苇具有较强的耐性和克隆繁殖能力来抵抗铅污染,从而维持种群稳定。相反,干旱和铅的协同作用显著抑制克隆构件生长和繁殖,可能导致芦苇种群衰退。