（生态学专业论文）细绿萍azolla+filiculoides对含铅培养液的净化与适应.pdf

摘要 细绿萍 ( a z o l l a f i l i c u l o i d e s l a m k )是繁殖速度快、光合固氮能力强的水 生厥类植物，广泛地用于饲 ( 肥)料及污水净化。本文对其生长规律、净化铅的 特点以及光照条件对细绿萍除铅的影响进行了探讨。 根据细绿萍在不同浓度的 h o a g l a n d稀释液中的生长状况，考虑到细绿萍生 长的 营养 供给及一些阴 离子如( s o x一 易与铅离子 产生沉淀物两方面的因 素， 选择 以h o a g l a n d稀释液配制不同 浓度铅溶液。在本实验条件下，细绿萍在 h o a g l a n d 稀释液中的生物量和个体数量符合指数增长。随铅浓度的升高细绿萍体内铅的富 集量明显增加，其富集铅可分为生理富集期、平台期、受害富集期;与此同时， 细绿萍自身也受到一些影响;随铅浓度增加及培养时间的延长，其叶绿素含量减 少 ， 过 氧 化 物 酶 活 性 增 加， 且 二 者 呈 负 相 关( r 为 一9 7 ) ; 一 定 浓 度 的 铅 使 细 绿 萍的 细胞分裂受到抑制，固 氮能力下降，细胞膜的 破坏先于外部受害症状的出 现， 受害程度加深，抑制新根的萌发，但对不定根的脱落影响不大。细绿萍在不同光 照强度、 铅 浓度为一定的 条 件下实 验， 结果表明， 遮光 有利于细绿萍对 铅的 富 集， 适宜的光照强度有利于叶绿素的合成。 关键词:细绿萍; 生 物 董 ; 个 体 致 量 ; 性;过氧化物酶( p o d ) 活性;核酸; 富 集 ; 光 照 强 度 ; 叶 绿 素 ; 细 燕透 总氮 p u r i f i c a t i o n a n d a d a p t a t i o n o f a z o l l a f i l i c u l o i d e s t o l e a d - c o n t a m i n a t e d c u l t u r e s o l u t i o n a b s t r a c t a z o l l a f i l i c u l o i d e s l a m k i s a k i n d o f a q u a t i c f e r n w i t h f a s t r e p r o d u c t i o n a n d h i g h a b i l i t y o f n - f i x a t i o n . i t h a s b e e n w i d e l y u s e d a s f o d d e r , f e r t i l i z e r a n d i n p u r i f y i n g p o l l u t e d w a t e r . t h i s p a p e r s t u d i e d i t s g r o w t h c h a r a c t e r i s t i c s , t h e a b i l i t y i n p u r i f y i n g l e a d , a n d i t s t o l e r a n c e t o t h e h e a v y m e t a l . f u r t h e r m o r e , w e a l s o i n v e s t i g a t e d a z o l l a s p u r i f y i n g a b i l i t y a f f e c t e d b y d i f f e r e n t l i g h t i n t e n s i t i e s . a c c o r d i n g t o a z o l l a s g r o w t h p o t e n t i a l i n d i f f e r e n t h o a g l a n d c o n c e n t r a t i o n s a n d s o m e a n i o n s p r e c i p i t a t i n g p b , w e c h o s e d i l u t e d h o a g l a n d t o c o m p o s e d i f f e r e n t l e a d c o n c e n t r a t i o n s . u n d e r t h i s e x p e r i m e n t a l c o n d i t i o n , a z o l l a s b i o m a s s a n d i t s i n d i v i d u a l n u m b e r s w e r e i n k e e p i n g w i t h e x p o n e n t i a l e q u a t i o n . w i t h t h e i n c r e a s e o f l e a d c o n c e n t r a t i o n , t h e a c c u m u l a t i o n o f l e a d i n a z o l l a o b v i o u s l y i n c r e a s e d . t h e a c c u m u l a t e d p r o c e s s m a y b e d i v i d e d i n t o p h y s i o l o g i c a l a c c u m u l a t i o n p h a s e , l e v e l p h a s e a n d p o i s o n e d a c c u m u l a t i o n p h a s e . a t t h e s a m e t i m e , a z o l l a i t s e l f w a s a l s o a f f e c t e d . i t s c h l o r o p h y l l c o n t e n t d e c r e a s e d w h i l e t h e a c t i v i t y o f p o d i n c r e a s e d , a n d t h e y b o t h w e r e n e g a t i v e l y c o r r e l a t e d ( r = - 0 . 9 7 ) .a t c e r t a i n l e a d c o n c e n t r a t i o n , a z o l l a s c e l l d i v i s i o n w a s i n h i b i t e d , i t s a b i l i t y o f n i t r o g e n - f i x a t i o n d e c r e a s e d a n d i t s c e l l m e m b r a n e s w e r e d e s t r o y e d b e f o r e i t s s u p e r f i c i a l s y m p t o m s a p p e a r e d . a c e r t a i n l e a d c o n c e n t r a t i o n l e a d c o n c e n t r a t i o n r e s t r a i n e d n e w r o o t s f r o m s p r o u t i n g b u t h a d l e s s e f f e c t o n a d v e n t i t i o u s r o o t s f a l l . t h e e x p e r i m e n t a l s o s h o w e d t h a t s h a d e b e n e f i t e d l e a d a c c u m u l a t i o n i n a z o l l a , a n d p r o p e r l i g h t i n t e n s i t y w a s f a v o r a b l e t o t h e f o r m a t i o n o f c h l o r o p h y l l . k e y w o r d s : a z o l l a f i l i c u l o i d e s l a m k b i o m a s s i n d i v i d u a l q u a n t i t y l e a d a c c u m u l a t i o n l i g h t i n t e n s i t y c h l o r o p h y l l e l e c t r i c c o n d u c t i v i t y o f c e l l p o d a c t i v i t y n u c l e i c a c i d n i t r o g e n c o n t e n t 月 u舀 细绿萍份z o l l a f i l i c a l o i d e s l a m k ) 又名细满江红或蔽状满江红，原以野生 状态分布于美国的北部阿拉斯加以及南部各州，在南美洲的智利、巴西等地也有 分布，1 9 7 7 年中国科学院植物研究所从国外引入我国 ( 任安芝等。1 9 9 6 ) 。细 绿萍属槐叶萍目、 满江红科， 该科只有满江红一属， 共6 种， 我国只有满江红伽z o l l a i m b r i c a t a n a k a i ) 一种，又名绿萍或红萍，因此细绿萍与满江红是同属异种的浮 水蔗类植物。也有一些学者将满江红属统称为绿萍或红萍。 细绿萍形态多变，生长在不同季节、不同环境以及不同密度的条件下，形态 各有差异，这就是常说的形态 “ 信号” ，萍体形态的变化是对环境条件的反应。 细绿萍具有四种生态型:( 1 )平面浮生型，在勤分萍、勤施肥，或在室内及越夏 条件下个体细小、色泽嫩绿、平浮水面。( 2 )斜立浮生型，在春秋季节萍体迅速 生长，萍群密度渐渐增大，在萍群中出现一些个体主干与水面成 4 5度的斜角生 长，个体斜立于水面，形似兰花，故有 “ 兰花萍”之称。( 3 )直立浮生型，是萍 群高密度的产物，萍体以 9 0度直立浮生水面，是细绿萍高产的形态，不是优质 萍 种的形 态。( 4 ) 湿生重 叠型， 在繁 殖季节，田 水可以 放干， 采 用喷灌 和湿 润灌 溉，进行湿生养殖，萍体的根系可以着泥生长，萍群多层重叠 ( 浙江省农业厅粮 食生产处，1 9 8 1 ) . 细绿萍的生活史中有抱子世代和配子世代的世代交替 ( 见图 1 ) 0 细绿萍的无性繁殖有两种方式，一种是侧枝不断的断离，另一种是母萍主干 基部次生侧枝，二者都是通过分生组织的细胞分裂和分化来实现的。细绿萍以无 性繁殖为主，春秋可进行有性繁殖。 细绿萍的繁殖率非常高，在浙江温州地区全年的繁殖系数均值为 0 . 1 2 3 3 , 最高0 . 3 2 0 ，约2 . 5 -3 天增殖一倍。因此细绿萍具有繁殖快、产量高、生产周期 短等多种优势。 细绿萍的主要特点是绿色背裂片中有一个特化的共生腔，内含一种具有异形 胞的固氮蓝藻一满江红鱼腥藻( a n a b a e n a a z o l l a 动作共生者。这些共生体能进行 光合作用，共生藻的固氮作用可为共生体提供氮源。光合作用摄取的光能为固氮 酶提供了 a t p和还原剂，而固氮酶还能催化质子还原成 h . 把非生理底物乙炔 ( c , h z )还原成乙烯 ( c z h , )( 施定基等，1 9 8 1 ) 。因此它集光合、固氮、放氧、放 氢于一体 ( 孙敬三等，1 9 8 4 ) 。关于共生体固氮的机理研究越来越深入 ( 戴玲芬 等 ， 1 9 9 4 ; k e n t e m i c h , t , e t a 1 . , 1 9 8 8 ) 。 固 氮 酶 既 有 固 氮 作 用， 又 能 催 化 放h : 作 用，因此固氮酶活性均采用乙炔还原法测定 ( 温永煌等，1 9 7 8 ;白克智等，1 9 了 9 ) , 很多报道都证明了影响满江红固氮活性的主要环境因素是温度和光照强度 ( 施定 基等，1 9 8 1 ;利卓众等，1 9 8 4 ) ，陈立明等 ( 1 9 8 9 )研究表明耐寒性较强的细绿 萍，低温对固氮能力的影响较小，高温影响较大，但重金属铅对其固氮能力的影 响尚未见报道。 |雄配子 大抱子果一- 10大抱子母细胞 1j一 一 一大袍子 小抱子果一 - 一 卜 小抱子母细胞一一一一 一 ， 小抱子 雌配子体1|颈卵器 有性世代 生侧芽 枝断离 袍子体 ( 萍体) 无性世代 子器 精 子 专一习 合子 卵 子 图1 细绿萍有性世代与无性世代交替图解 细绿萍自引入我国后现在我国南、北方均有分布， 在热带和亚热带地区的水 田生态系统中，稻一 萍结合的结构早已被广泛采用，并取得了很好的经济、生态 和社会效益 ( 刘中柱，1 9 8 9 ;陈国立，1 9 9 0 ;苏凤岩等，1 9 9 6 ;水茂兴等，1 9 9 6 ) . 实 践 证 明 ， 细 绿 萍 是 一 种 高 产 的 优 质 绿 肥 和 饲 料 兼 用 的 植 物 (m o o r , a . w . ， 1 9 6 9 ; l u m k i n , t . a . a n d p l u c k n e t t , d . l， 1 9 8 0 ; t a l l e y , s . n . a n d d . w . r a i n s , 1 9 8 0 ) ，它不但营养丰富、 适口 性好. 而且大小适中、 捞洗方便。 随着世界人口迅猛增长及现代工业不断发展，水资源日益紧张。因此对工业 废水的处理和生活污水的 重复使用，已 经提到了议事月程。国内 外在这方面开展 了大量的研究工作。利用水生植物吸收、积累、降解水中的污染物。最后通过把 水生植物从水中捞出而使水体得以净化的方法。是一项投资少、见效快、实用性 强的措施。 周泽江等 ( 1 9 8 4 )报道，能有效地用来改善水质的水生植物，必须满足三个 基本条件:( i )能大量吸收水中的养分、重金属或其它污染物质，且这些物质在 植物体内的含量可以比较高 ( 2 )产量高 ( 3 )可以作为生物资源而加以利用。 水生植物的生态型可分为挺水植物、漂浮植物、浮叶植物和沉水植物四种。 为了更好达到净化目的，胡肄慧等 ( 1 9 8 0 )对不同生态型水生植物对不同污染物 吸收率方面进行了研究，结果表明不同生活型植物对毒物抗性不同，一般规律为 挺水植物漂浮植物、浮叶植物沉水植物，不同生活型对污染物的吸收、积累 量为沉水植物漂浮植物、浮叶植物挺水植物，同时表明植物对毒物的吸收积 累多和容易受害是一致的。但曹萃禾 ( 工 9 9 0 )对四种生态类型的水生维管束植物 净化能力的研究表明，漂浮植物如凤眼莲 (e i c h h o r n i a c r a s s i p 。 二s o l m s ) 、芜 萍 ( jy o l i f f i a a r r h i z a w i m m )的净化能力更强。 选用水生植物净化含重金属污水研究较深入的是凤眼莲 ( 戴树桂等，1 9 8 7 ; 张志杰等，1 9 8 9 ;戴全裕等，1 9 9 2 ; h e a t o n , c . e t a 1 . , 1 9 8 7 ) ，它对铅的净化能力 大于其它重金属。另外重金属主要积累于根部，与任安芝等 ( 1 9 9 6 )对细绿萍的 研究结论一致， 其它水生植物也有同样的规律 ( 叶志鸿等， 1 9 9 2 ) 0 戴全裕 ( 1 9 8 3 ) 对太湖水生植物的调查研究和分析，证明漂浮植物对湖水中重金属的浓缩富集在 茎叶部分有几千倍，而根部可达几万倍。h e n n i n g k a b l e ( 1 9 9 3 ) 提出铅、铜等重金 属能在植物死去的根里大量聚集，以达到外排重金属的目的。 凤眼莲无性繁殖能力强，净化污水潜力大，但它是喜温好湿植物，只能耐 5 左右的低温，抗寒性较差。而本文选用的细绿萍则克服了这些缺点。 各种重金属在植物体内都有一定的自然含量，当植物体内积累的重金属超过 了它所能忍耐的最大剂量时，重金属就会对植物的生长发育和生理机能造成危 害。吴玉树等 ( 1 9 8 3 )对水生植物净化铅污染水进行了研究，结果发现，同一浓 度的铅对不同植物造成的伤害也各有差异，根据植物对铅的抗性大小及富集量的 多少，他们将受试植物分为三种类型:( 1 )植物的叶和根富集铅的能力 都强， 同时抗性也较强;( 2 )植物根富集铅的能力强，而叶内含铅量低，同时抗性也较 强;( 3 )植物具有一定的吸收富集能力，但抗性很弱。 细绿萍作为水生植物净化污水的材料开展了一些研究工作， 齐恩山等 ( 1 9 8 4 ) 对凤眼莲及其它一些水生植物对灌溉污水净化作用于进行了初步研究，结果发现 细绿萍在达到农 田水质灌溉标准的重金属污水中 锚 ( c d ) 0 . 0 0 5 m g / l 、砷 ( a s ) 0 . 0 5 m g / l 、锌( z n ) 3 m g / l 、而铅略有超标 的生长与清水对照相比， 长势无 差异。试验表明，细绿萍对排污河中的锅、铅、砷和锌都有明显的吸收积累作用。 细绿萍在含有 8 1 5 p p m 不同重金属的营养介质中生长3 -7 天，重金属的含量c d 为 1 0 0 0 0 p p m ,铬( c r ) 为 1 9 9 0 p p m ,铜( c u ) 为 9 0 0 0 p p m ,镍( n i )为 9 0 0 0 p p m和 z n 为6 5 0 0 0 p p m ， 在根中重金属的含量比叶中高2 -5 倍 ( m o r d e c h a i s e l a , 1 9 8 9 ) . l p d d e w e t , e t a 1 . ( 1 9 9 0 ) 在研究被污水、矿山及工业污染的湿地生态系统中，湿地 的细绿萍不需要水环境对重金属 f e , c u , n i , p b , z n ,锰 ( m n )和 c r仍有富集 作用。任安芝等 ( 1 9 9 6 )对细绿萍在铅、汞蒸馏水溶液中净化铅、汞的对比研究 表明，细绿萍对铅的净化能力大于汞。 选择细绿萍作为实验对象的实际意义在于生产应用价值，因我国南北方均将 其作为饲料或肥料 ( 繁殖快、固氮) ，但其生长发育规律尚未见报道。目前我国 农业的污水灌溉面积在扩大，污水中含有多种重金属及有机污染物，而铅又是最 常见的重金属，主要的污染源是某些矿山 ( 如铅锌矿等) 、有色金属冶炼厂、铅 制品加工厂等的废水和废气以及汽车尾气等，因此，探讨铅污水对其固氮能力的 影响对其生产应用具有指导意义。由于我国南北方的气候条件相差很大，在温度、 光照强度及日照长短方面差异尤为明显，探讨光照条件对细绿萍净化铅能力及特 点是很有意义的。 材料和方法 材料 细绿萍 ( a a o l l a f i l i c u l o i d e s l a m k )引入我国后最初在生产上作为饲料 和肥料而大面积在稻田中养殖。水生植物作为净化污水研究对象以来，对细绿萍 的研究较少。细绿萍常常可在水面上覆盖厚厚的一层，其繁殖力和生命力极强。 考虑到细绿萍的生物学特性和生产应用价值故选用细绿萍作为实验对象。 1 .种萍来源:供实验的细绿萍取自南开大学院内化学楼前的人工河中。 种 萍取回后用自来水暂养 2 天，其后置 1 : 2 0稀释的h o a g l a n d培养液 ( 0 . l . 盖博格 等，1 9 8 0 )中培养待用。 2 .受试细绿萍的选择:挑选长势好的植株，人工断裂为大小相近的萍体， 用蒸馏水冲洗，反复吸千水分，称取一定重量或相同数量的样品进行实验。 3 .实验环境:于内径为3 6 c m ,高 1 5 c m的塑料盆中盛 1 : 2 0 稀释的h o a g l a n d 培养液 6 1 , ，全部实验在玻璃温室中完成，室温自然光照，实验进行期间对气温、 相对湿度等环境因子进行了测定，结果见表 t o 实验设计及方法 为了深入地探讨细绿萍生长的规律及其对重金属铅净化的特点和生态条件对 细绿萍除铅的影响，本文设计了三个实验， 采用不同的设计方案及分析测定方法。 一不同浓度h o a g l a n d 培养液的选择 配制不同浓度的h o a g l a n d 稀释液，其稀释倍数分别为h o a g l a n d 原液与稀释 后榕液体积比为原液;1 : 2 0 ; 1 : 4 0 ; 1 : 6 0 ; 1 : 8 0 ，放入鲜重 5克的细绿萍分别 培养 1 0 天 ( 1 9 9 7 年 3 月 1 0日一1 9日) ， 培养期间最低水温 9 . 5 0c , 最高水温 2 5 0c, 平均水温 1 5 . 6 0c，其生物量结果见表 2 0 表2 细绿萍在不同浓度h o a g l a n d 培养液中培养 1 0 天的生物量 处理浓度1: 0 细绿萍鲜重 ( g ) 1 5 . 41_ :2014 .4升1 :4 014 .0 吕:6 03 . 4 一 _ 1 :8 01 3 . 1 考虑到培养液中阴离子如 s 0 2 一 等与铅离子易生成沉淀，细绿萍生长所需营养 等方面因素，本论文实验均选用 1 : 2 0 h o a g l a n d稀释液为对照 ( c k ) ，铅处理液 也由其配制。 表 1 不同实验、时间温室中的温度和相对湿度 t a b l e l t h e t e m p e r a t u r e a n d r e l a t i v e h u m i d i t y i n g r e e n - h o u s e a t d i f f e r e n t e x p e r i m e n t a n d t i m e 细绿件对不同浓度铅的富集能力( 测细绿碑及盆水铅浓度) 时间 1 9 9 7 年 4 月 7日1 7日 8 / 49 / 41 0 / 41 1 / 41 2 / 41 3 / 4一 1 1 4 / 4 1 5 / 4 1 6 / 41 7 / 4 温度 ( ) 最高 t2 31 2 93 23 2. 81 3 4 . 51 3 1 2 7 . 5 3 22 83 0 最低 t4. 82.日5， 26. 85. 86. 85. 1 4 ， 7一 4 . 9 3. 0 相对湿 度 ( % ) c kr h 5 55 66 85 66 26 58 3. 56 0 . 57 9. 58 1 a rie .h 1 41 51 81 71 62 53 02 34 03 0 不同光照条件细绿萍净化铅 时间 1 9 9 7 年 4月 2 3日一5月 3日 2 4 / 42 5 / 42 6 / 42 7 / 42 8 / 42 9 / 43 0 / 4 1 / 5 2 / 53 / 5 温度 ( 七 ) 最高 t 3 0 3 3 . 5 3 4 . 5 3 3 1 3 9 3 73 4 3 4 11 3 3 3 4 . 4 最低 t 6 . 。 7 . 5 1 0 1 1 一 5 g7 1 1 i 1 3 i一 日 相对湿 度 ( % ) * i%r h 5 7. 55 8 5 68 37 34 55 9 6 67 06 5. 5 * mr h 2 82 53 12 41 71 51 52 02 03 1 . 5 不间浓度铅溶液细绿萍的叶绿素、细胞膜透性的测定 时间 1 9 9 7 年 1 0月 1 7日2 7日 1 8 / 1 01 9 / 1 02 0 / 1 02 1 / 1 02 2 / 1 02 3 / 1 0 2 4 / 1 02 5 / 1 0 2 6 / 1 02 7 / 1 0 温度 ( ) 最高 t2 4. 52 3. 5 2 32 2 . 52 2工 9 。 51 92 1 . 52 11 8 最低 t 6 了 . 5 6 5 . 5 5 . 5l 7 9 5 7 8 相对湿 度 ( % )a ar h 7 76 94 7 . 55 55 96 06 1627 0. 57 6 r ffeh 3 31 72 12 52 93 54 23 64 15 0 不同浓度铅溶液细绮卜 萍p o d 活性、核酸、含氮盘的测定 时 间 1 9 9 8 年 4月 1 3日-2 3日 1 4 / 4 1 5 / 41 6 / 41 7 / 41 8 / 4 1 9 / 42 0 / 4 2 1 / 4 2 2 / 42 3 / 4 温度 ( 最高 t 3 23 22. 52 9 2 9 . 53 13 3. 5 13 5 2 2 2 4 2 最低 t1 3. 51 51 51 31 51 91 92 11 91 6 相对湿 度 ( % ) jr ar h 6 96 1 . 56 47 97 28 28 3 . 57 91 0 09 6 s mr h 2 93 1 . 25 24 14 74 35 23 97 277 二，细绿萍于h o a g l o a d 稀释液中种群生物量及种群数量变化的观测 ( 一)种群生物量 在 1 2 个白 磁缸( 内径为 1 4 c m , 高2 2 c m ) 放入 1 : 2 0 h o a g l o a d 稀释液2 . 5 1 , , 分别放入一株 ( 大小相近)细绿萍，与此同时取 2株于烘箱中烘 1 2 h ( 6 6 0c ) , 用分析天平称其干重，取平均值为起始重量。其后每周取两缸内的细绿萍，分别 烘干、称重。 ( 二)种群数量 在研究细绿萍生物量的同时，对其种群数量的变化进行了探讨。每两周更换 一次培养液，随细绿萍个体数量的增加，第 3周时将细绿萍由白磁缸转入白色塑 料盆中 ( 内径3 5 c m，高 l l c m )放培养液4 l ，以保证细绿萍生长所需的营养及生 长空间。每周定时计数，无论个体大小，只要断裂为一个萍体即计数。 ( 三)数据处理 采用生物统计学方法将细绿萍的生物量及个体数量进行处理 1 . 描绘实测值作散点图，根据图形形状，试以指数方程n , = n o e r 拟合曲线; 2 . 等式两边取对数:1 n n t = l n n o + r t 令y = 1 n n t , a = 1 巩 ，得到直线方程 y = a十r t ; 3 . 根据实测数据，求出a及 r值，即得拟合的直线方程 y = a+r t ( a , r 为已知值) 4 .求出曲线方程 n t = n o e t ( n . , r 为已知值) 根据此方程绘出理论曲线; 5 .进行显著性测验。 三.细绿萍对铅的吸收、富集及其抗逆反应 在对盆水中及细绿萍体内铅含量分析测定的同时对细绿萍的一些生理、生化 指标进行测定，目的是为了在探讨细绿萍对铅净化能力的基础上了解铅对细绿萍 自身的影响。 ( 一)铅浓度梯度的设置 准确称取分析纯硝酸铅白 色晶体，用蒸馏水配成3 0 0 0 0 p p m 铅溶液。在以下 各组实验中处理液均以此铅液为母液。将 1 2 盆分为6 个处理 ( 每个处理设2 个 重复) :分别为对照 ( c k ) 、处理 1 ( t 1 ) 、处理2 ( t 2 ) 、处理 ( t 3 ) 、处理 ( t 4 ) . 处理5 ( t 5 ) 。在每处理盆中盛 1 : 2 0 h o a g l a n d 稀释液6 l ，再分别加入铅母液2 m 1 ; 4 m l ; 6 m l ; 8 m l ; 1 0 m 1 。在放入细绿萍之前，用玻璃棒充分搅匀，静置 l h ， 分别取 水样，实测铅浓度取均值，铅浓度的实测梯度见下表。 表 3不同处理的起始铅浓度 处理c k i t l i t 2 t 3 t 4 t 5 铅浓度 ( p p m ) i o 7 . 2 71 6 . 8 3 2 7 . 9 3 3 7 . 6 0 1 4 6 . 1 0 ( 二) 水溶液和细绿萍体内铅含量的测定 ( 1 )处理液中铅含量的测定:吸取一定体积培养液直接测定。 仪器:日 立 1 8 0 -8 0 偏振塞曼原子吸收分光光度计 ( 2 )植物体铅含量的测定:从不同处理液中取出细绿萍，用蒸馏水冲洗数 遍，自然千燥后放入 6 4 c温箱中千燥过夜， 干燥后分别磨碎，称取一定量粉末， 加入分析纯硝酸，高氯酸 ( h n 0 3 : h c 1 0 4 = 9 : 1 )， 在电热板上加热消化，再用无离 子水定容至 l o m l 待测。 计算公式: p b ( %) =全x y - x 1 0 式中:c s 一样品溶液浓度 v 一样品溶液体积 切 - 一 样品重量 仪器:同上。 ( 三)细绿萍富集量和富集系数的计算 富集量找时间植物体内 铅浓度一 起始铅浓度 富集系数 植物体内铅浓度 处理液中铅浓度 ( 四)生理、生化指标的测定 i .细绿萍叶绿素含量的测定:称取 0 . 1克鲜重细绿萍 ( 去根，用滤纸吸干 水分) ，剪碎置研钵中，加蒸馏水 5 -6 m l ,碳酸钙少许，研成匀浆， 用蒸馏水定 容到 l a m l 。用移液管吸取 2 . 5 m 1 置于大试管中，加入丙酮 l o m l ， 摇动试管，使 叶绿素溶于丙酮中，过滤，滤液用 7 2 2型光栅分光光度计测定， 用 8 0 %丙酮注 入光径为 1 c 。的比色杯，作为空白对照，叶绿素丙酮溶液注入同样的比色杯中， 于6 6 3 n 二 和6 4 5 n m 波长下读 取光密度d 6 6 3 d 6 4 5 ， 再按下式计算: 叶绿素含 量 ( 毫克/ 克t 鲜重)= 0 . 5 x ( 2 0 . 2 d 6 , 5 + 8 . 0 2 d 6 6 3 ) 2 . 细胞膜透性的测定: 在不同铅处理液中分别取些细绿萍，用蒸馏水洗净， 再经去离子水冲洗、吸干、称取 2 克细绿萍，剪成同样大小，分别置于称量瓶中， 加入 2 0 m 1 去离子水，置 3 0 1c 厦温下保持 1 2小时，用 d s - 1 1 a型电导仪测定其浸 出液的电导率 ( 直接读数，单位为“。 一 ) 。 3 . 过氧化物酶活性的测定:样品处理同3，称取 0 . 3克，剪碎、置研钵中， 加7 - 8 毫升0 . 0 2 m k h z p o 研成匀浆，并以4 0 0 0 r / m i n 离心 1 5 分钟，倾出上清液， 用0 . 0 2 m 的k h , p 仇溶液定容至 l o m l ,摇匀。取光径 l c 。 比色杯2 只，于 1 只中加 入反应混合液3 m 1 , 0 . 0 2 m的k h z p o , 溶液 l m l ，作为校零对照，另一只中加入反应 混合液体3 衅， 上述酶液l m l 。 在4 7 0 n m 波长下测得反 应1 分 钟的光 密度值， 以每分钟光密度变化值(o d / 分 9 鲜重) 表示过氧化物酶活性的大小。 仪器:7 2 2 型光栅分光光度计 4 .核酸的测定:材料处理同 3 ，称取 0 . 1克，加 5 % 过氯酸 4 m l ，用冷冻的 研钵于冰箱的冷冻室中研磨成匀浆，3 0 0 0 r / m i n离心 1 0分钟，弃去上清液，如此 同样方法，用 5 % 过氯酸再抽提两次，以完全除去酸蛋白;残渣用乙醉一乙醚一氯 仿 ( 2 : 2: 1 )混合液，于室温下提取 4次，每次提取 1 5分钟，以除去磷醋，经 离心后弃去上清液;核酸残渣于真空干燥器中千燥之;干燥残渣加 4 m 1 5 % 三氯乙 酸，放在9 0 恒温水浴中水解 3 0 分钟;三氯乙酸水解液再次离心，取出上清液 于紫外分光光度计2 6 8 . 5 n 二 波长下测定吸光度，以在同样条件下 ( 9 0 c , 3 0 分钟) 处理过的5 % 三氯乙酸作为空白对照，石英比色杯的光径为 l c m a 计算公式: c 一 3 0 .9 8 x 势.5 ( g / l ) ，石乃u 仪器:u v -9 1 0 。 型紫外分光光度计 5 .总氮的测定: ( 1 )样品的准备取 1 . 5 -2 . 0克鲜重的细绿萍迅速洗净，先在 1 0 0 -1 5 0 下烘烤 0 . 5 h ，以停止酶的活动，然后在 6 0 0c 烘干 1 2 h ,磨细。 ( 2 )样品的消化在分析天平上准确称取细绿萍千粉 0 . 1 克;取 5 0 m l 克 氏烧瓶，将称好的样品送入烧瓶底部，用滴管加入几滴蒸馏水以润湿样品，另取 一只烧瓶不加样品作为空白对照，以测定试剂中的微量含氮化合物。于各个烧瓶 中加入催化剂 ( 硫酸酮和硫酸钾按 3 : 1 混合，研细)0 . 3 克，浓硫酸 5 m l ，在烧 瓶口处放上漏斗，置通风橱中，用电炉加热，使液体保持微沸状，直至溶液呈透 明蓝绿色为止，消化完毕，冷却;取下烧瓶后，待冷至室温，在烧瓶 “ 下口唇” 上涂少量凡士林，将消化液转移到盛有 2 0 m 1 蒸馏水的 5 0 m 1 容量瓶中，用少量的 蒸馏水洗烧瓶三次，将洗涤液并入容量瓶，并定容。 ( 3 )扩散定氮法取 5 m 1消煮液放入扩散器外室，内室加入 2 m 1 2 % 硼酸指 示剂混合液， 将扩散器外圈涂上碱性甘油，留一狭缝， 用注射器注入2 m 1 4 0 % n a o h 溶液于外室中，摇匀，用橡皮筋固定，随后在 3 0 的温箱中放置 2 4 h ，用酸式滴 定管以。 a i n 标准h 2 s o c 溶液滴定内 室的h , b 0 3 吸收的n h , ，终点 为由 蓝绿色变为 紫红色，记下用的标准酸量 ( v ) ( 4 )计算结果 样品所含的总氮量( 0/ 0 ) = w ( v 一 v ) x 0 .0 1 4 x 取 用 量倍数 w x 1 0 0 % n 为标准酸的当量浓度 v 为样品分析 所用去的标准酸 m l数 v o 为空白 试验所用去的标准酸 m l数 0 . 0 1 4 为每毫克当量n的重量 ( 克) w - - 烘千样品的重量 ( 克) 取用量倍数 消煮液总量 蒸馏所用消煮量 四，光照对细绿萍挣化铅能力的影响 ( 一)光照梯度的设置:选用 5 种处理，各 2 个重复，处理 1 ( t 1 )为全光 照;处理 2 ( t 2 )盆上放 2 层黑绿铁纱网;处理 3 ( t 3 )为 2 层黑绿铁纱网加 1 层黑色塑料纱网;处理 4 ( t 4 )为 2 层黑绿铁纱网加 2 层黑色塑料纱网;处理5 ( t 5 )为黑纸全部遮光。 使用一个空盆放上相应层数的纱网，在处理盆的位置上采用d f y 4 - 1 全辐射 表实测光照强度，以全光照的光强度为 1 0 0 %， 上述遮光条件得到的光照梯度为 1 0 0 %, 8 3 . 1 3 % , 3 5 . 6 1 %, 2 1 . 4 6 % , 0 %0 ( 二)溶液中铅浓度的设置:于5 个处理中盛6 l 的h o a g l a n d 稀释液，均加 入8 m l 3 0 0 0 0 p p 二 铅母液，搅匀、静置、取样，实测起始铅处理浓度 ( 两组取平 均值) ，与光照梯度相对应的铅浓度见下表。 表4不同光照强度对应的起始铅浓度 处理tit 2t 3 t 4t 5 光照强度 ( % ) 1 0 08 3 . 1 33 5 . 61 2 1 . 4 60 铅浓度 ( p p m ) 3 8 . 7 03 9 . 3 33 8 . 8 3 3 8 . 6 53 8 . 9 2 ( 三)细绿萍净化率的计算 * (t $ (% )一 a m 嘿 - a m e m l x 100%e iysig m a 结果与分析 一细绿萍于h o a g l a n d 稀释液中种群生物量及种群数量的变化 ( 一) 种群数量的变化 由 于定期更换培养液， 及时将细绿萍由白 磁缸转入塑料盆中， 保证细绿萍有 足够的养分供用和生长空间，客观上不使其生长受到限制，共培养6 周，测定结 果见表 5 。 表 5 细绿萍的个体数量随时间的变化 培养时间 ( 周)t 01234 56 个体数 量 ( n l ) 173 1 1 0 23 7 961 11 1 3 7 以培养时间 ( 周)为横坐标，以个体数量为纵坐标制图2 e ocuonijocuo八n粉门八 00806040200080604020 卜衬叫尸u心吕1心召丫书已1 姻翻耸令 0 1 2 3 时间 4 5 6 7 8 t i m e ( w e e k ) 图 2 细绿萍的个体数量随时间的变化 f i g . 2 t h e c h a n g e o f i n d i v i d u a l q u a n t i t y o f a . f i l i c u l o i d e s i n t i m e course 由图2 中的 散点( ) 可见其符合函数n t = n q e 将等式两边取对数 1 n n ， 二1 n 当萍体铅含量达到一定浓度， 细胞正常状态下铅的富集量接近极限，铅离子通过细胞膜的速度明显下降，在一 定时间内，细绿萍对铅的富集速度降低，表现为萍体内含铅量增加速度减慢，造 成平台期的出现。此后，由于进入细绿萍体内的铅大量与细胞内金属结合蛋白结 合，影响了细胞的各种正常生理功能，细胞抗逆能力降低，使铅大量通过受害的 细胞膜进入细胞内形成平台期后的铅富集高峰。因此，将平台期前的富集称为生 理性富集，而将平台期后的富集称为受害性富集。 titzt3t4ts n尸乃n甘台nu工乞n材口乃ol乃n 协44八j八jzo1. 。乃口。洲门衬口。uo。qd 侧嵘零 0 1 2 3 4 5 6 时间 t i m e ( d a y ) 7 8 9 1 0 图6 处理液中铅含量随时间的变化 f i g . 6 t h e c h a n g e o f p h c o n c e n t r a t i o n s o f t r e a t m e n t s o l u t i o n i n t i m e co urs e 由图 6可看到溶液中含铅里变化同样出现一个平台期，但此平台期比植物体 含铅量变化的平台期持续的时间长 ( 1 - 4天) 。这可能是当细绿萍富集的平台期 结束时，细胞己受害，根毛吸附能力下降，细胞分泌物减少，引起处理液中铅含 量减少速度缓慢，从而使图 6中的平台期时间延长。另外，到第六天时起始铅浓 度为 7 . 2 7 p p m的盆水中，铅含量已降至0 . 5 p p m ， 仪器己测不出来。其净化率可 视为 1 0 0 % . 耐j“ 份 口 表8培养8 天后不同浓度铅溶液中细绿萍铅富集量与富集系数 t a b l e 8 a c c u m u l a t i o n a n d a c c u m u l a t i o n c o e f f i c i e n t s o f p b i n a . f i l i c a l o i d e s a t d i f f e r e n t c o n c e n t r a t i o n s o f p b s o l u t i o n a f t e r t r e a t e d f o r e i g h t d a y s 铅浓度 ( p p m ) 富集量 ( p p m ) 二2 2 0. 6 816 .8 3 2 7 .9 31.0 6 2 . 3 2 3 7 . 6 0 5， 86 4 6 . 1 6 8 . 3 3 富 集 系 数1 9 3 1 . 2 2 1 6 2 8 . 0 5 8 3 1 . 7 2 1 5 5 9 . 5 81 8 0 5 . 0 3 由表 8可知，随着溶液中铅浓度的增加，细绿萍对铅的富集量与富集系数明 显增加。 因此，图 5 、图 6及表 8都可说明，细绿萍能够大量富集铅而达到净化污水 的 目的。 ( 二)水环境中铅对细绿萍的影响 1 . 细绿萍受铅污染后的伤害症状 细绿萍在铅含量高达 4 6 . 1 6 p p m的培养液中，从第 4天起才表现出叶片发黄 等受害症状，这与前面关于平台期的分析是相吻合的，以后随时间推移，铅浓度 从 2 7 . 9 3 p p 二始都出现死亡症状并随铅浓度增大逐渐加深，萍体从黄到褐色，叶 片薄、根系纤弱，将受害萍体移到自来水中培养后不能恢复正常。 值得注意的是即使到实验最后结束时，各处理的细绿萍也并没有全部死亡， 铅浓度为 4 6 p p 。的 t 5中也有几个绿色小叶 ( 极小) 存活，这些小叶被其余死亡 的叶片托离水面，可能是挺出水面的小叶受铅伤害较轻。 2 . 铅对细绿萍叶绿素含量的影响 不同铅浓度处理中细绿萍体内叶绿素含量结果见表宁 。 表9 不同铅浓度溶液中细绿萍叶绿素含量的变化 df-41 9(mg, /fkl(s- (x)叹 071 7 2 83 84 6 5 4 . 9 24 . 1 23 . 7 0 3 . 1 23 . 0 22 . 3 8 84 . 9 13 . 3 4 3 . 1 02 . 2 6 1 . 8 71 . 6 3 由表9 制图7 0 讨论 我们发现细绿萍处于自来水或蒸馏水中一段时间，即使不加入重金属对其胁 迫，自身也会因缺少营养的供给使正常的生长受到影响，所以本实验选择使用 i s 2 0 h o a g l a n d 培 养 液 为 对照( c k ) , 其 余 的 铅处