本研究由Matheus Casarini Siqueira、Shoey Kanashiro、Marisa Domingos、Mirian Cilene Spasiani Rinaldi和Armando Reis Tavares等人完成。第一作者和Shoey Kanashiro来自巴西圣保罗植物研究所（Instituto de Botânica）观赏植物研究中心；Marisa Domingos和Mirian Cilene Spasiani Rinaldi来自同一研究所的生态学研究中心；Armando Reis Tavares来自位于巴西容迪亚伊的农艺研究所（Instituto Agronômico）水果农业企业先进技术研究中心。该论文于2021年4月14日在线发表于Plant and Soil期刊，卷号为464，页码149–163，论文标题为《Physiological and biochemical changes in tree seedlings growing in urban forest soil contaminated with copper in São Paulo, Brazil》。
该研究属于植物生态生理学和重金属污染修复领域。铜是一种既作为植物必需微量营养元素又作为污染物的重金属。城市森林残片因靠近人为排放源而容易积累过量重金属。铜在土壤中的过量输入可导致植物生长抑制、生理功能损伤和活性氧增加。巴西大西洋森林原生树种被认为具有用于重金属污染土壤植物修复的潜力，但对不同演替阶段树种在铜胁迫下的响应差异仍缺乏系统认识。该研究假设高浓度铜对非先锋树种的生理生化影响大于先锋树种，并以大西洋森林先锋树种Schinus terebinthifolia Raddi（巴西胡椒木）和非先锋树种Eugenia uniflora L.（巴西番樱桃）为对象，评估它们在铜污染城市森林土壤中的生理生化响应。
研究采用温室控制实验，实验地点位于巴西圣保罗PEFI（Parque Estadual Fonte dos Ipiranga）内的温室。实验共使用两种大西洋森林原生树种各100株，总计200株幼苗。实验前将植物移植到装有2.6升天然土壤的花盆中驯化1个月。土壤采自PEFI内大西洋森林残片，深度约40厘米，呈酸性（pH 5.1），有机质含量42 g dm⁻³，为高肥力土壤。铜处理采用改良Hoagland和Arnon 1号营养液，设置0、60、120、180和240 mg Cu kg⁻¹土壤干重五个浓度梯度，铜源为CuSO₄·5H₂O。为保证各处理间除铜外其他宏量和微量营养元素浓度一致，作者设计了离子平衡营养液，通过调整(NH₄)₂SO₄和NH₄NO₃的比例来保持NH₄⁺、NO₃⁻和SO₄²⁻的浓度恒定。溶液pH用0.1 N NaOH调至5.8，并分四次每周施用，每次施用75 mL总量的四分之一。实验持续120天，期间温室平均光合有效辐射为640 μmol m⁻² s⁻¹，平均温度26°C，相对湿度56%。
测定的生长指标包括株高、茎直径、老叶/新叶/茎/根的干重。铜含量采用火焰原子吸收光谱法测定，土壤中有效铜用DTPA溶液提取，植物组织经硝-高氯酸消解。计算了转运系数（TI=地上部铜含量/根部铜含量）和生物富集系数（BF=根部铜含量/土壤铜含量）。叶绿素相对含量用SPAD-502叶绿素计测定，叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量用二甲基甲酰胺浸提后分光光度法测定。气体交换参数（净CO₂同化速率A、蒸腾速率E、气孔导度gs、胞间CO₂浓度Ci）用便携式红外气体分析仪测定，测定前分别通过光响应曲线确定两种植物的最适光合有效辐射。叶绿素荧光参数（F₀、Fm、Fv、Fv/Fm）用调制脉冲荧光仪OS5p在暗适应30分钟后测定。抗氧化系统评估包括非酶抗氧化物质抗坏血酸和谷胱甘肽的还原态、氧化态和总含量，以及超氧化物歧化酶（SOD）活性。抗坏血酸用高效液相色谱法在245 nm波长下测定，谷胱甘肽用分光光度法在412 nm波长下测定，SOD活性基于氮蓝四唑还原抑制法在560 nm波长下测定。
统计分析采用完全随机区组设计，共5个区组，每处理20株。数据经双因素方差分析和Tukey检验（p≤0.05）比较处理间和物种间差异，气体交换参数另作回归分析。
土壤铜浓度随施加量增加而上升，在所有处理中两个物种的土壤铜浓度无显著差异。铜在植物组织中的分布显示，两个物种的铜均主要积累在根部。在120、180和240 mg Cu kg⁻¹处理下，两物种根中铜含量均显著高于对照。S. terebinthifolia根中铜含量在60至240 mg Cu kg⁻¹所有处理下均显著高于E. uniflora。新叶、老叶和茎的铜含量在物种间和处理间均无显著差异。两种植物的转运系数均随铜处理浓度增加而降低，但S. terebinthifolia的TI在所有处理下均显著低于E. uniflora（低铜处理下为0.17–0.14，高铜处理下为0.13–0.14，而E. uniflora为0.95–1.71）。S. terebinthifolia的BF在所有处理下均显著高于E. uniflora（2.87–4.79 vs 1.22–2.02）。叶绿素a、b、总叶绿素、类胡萝卜素和SPAD值在所有处理间均无显著差异。气体交换方面，S. terebinthifolia和E. uniflora的净CO₂同化速率分别在60和120 mg Cu kg⁻¹时达到峰值，随后下降；S. terebinthifolia的蒸腾速率随铜浓度增加呈线性下降，而E. uniflora呈线性上升；S. terebinthifolia的气孔导度在120 mg Cu kg⁻¹后大幅下降，而E. uniflora线性上升。胞间CO₂浓度在S. terebinthifolia中线性上升，在E. uniflora中先降后升。Fv/Fm在所有处理中无显著变化。生长方面，S. terebinthifolia仅在240 mg Cu kg⁻¹时叶干重低于60 mg Cu kg⁻¹处理，其他生长指标无显著变化；E. uniflora在60和180 mg Cu kg⁻¹时高度降低，但茎直径和各部分干重无显著变化。抗坏血酸和谷胱甘肽含量及氧化还原比值在各处理间均无显著差异，但S. terebinthifolia在所有处理下还原态抗坏血酸和总抗坏血酸含量均显著高于E. uniflora，且在部分处理下还原态谷胱甘肽、总谷胱甘肽和抗坏血酸氧化还原能力也显著更高。两物种的SOD活性在处理间和物种间均无显著差异。
研究结果表明，两种植物均表现出根部铜积累和低向地上部转运的特征，但积累量存在物种差异。S. terebinthifolia在所有铜处理下均表现出BF远大于1且TI小于1的特征，表明其能有效将铜固定于根部，符合植物稳定化（phytostabilization）物种的关键标准。E. uniflora虽TI和BF在多数处理中高于1，但因其地上部铜浓度不高，不适宜作为植物提取或植物修复物种。根部铜限制被确认为防护铜毒性的主要机制：由于铜未大量进入叶片，叶绿素含量和光系统II光化学效率未受损害。气体交换的下降与胞间CO₂浓度升高同时出现，表明净光合速率的降低并非由气孔因素引起，而可能与铜在根部引起的营养稳态紊乱和卡尔文循环酶活性下降有关。抗氧化系统无显著变化与铜未在叶中过量积累一致，说明氧化应激未达到触发保护反应的程度。S. terebinthifolia较高的抗坏血酸含量和氧化还原能力表明其具有更强的基础抗氧化防御潜力。
该研究的结论是：先锋树种S. terebinthifolia具有较强的铜根部固定能力，可作为铜污染土壤的植物稳定化物种；非先锋树种E. uniflora虽不符合植物修复标准，但对铜污染具有耐受性，可用于铜污染退化地区的生态恢复。根部铜限制是两种植物最重要的保护机制，有效防止了铜对光合色素、光化学效率和抗氧化系统的负面效应。物种间生理生化响应存在差异，但并未支持最初关于非先锋树种对铜更敏感的假设。
该研究的亮点在于：首次系统比较了巴西大西洋森林先锋和非先锋树种在铜污染土壤中的完整生理生化响应谱；采用离子平衡营养液设计确保各铜处理下其他营养元素浓度一致，避免了营养失衡对铜毒性评估的干扰；证实了根部滞留作为主要铜耐受机制对叶片生理过程的保护作用；为热带城市森林铜污染修复提供了具有应用价值的本土树种筛选依据。