（渔业资源专业论文）美人蕉和菖蒲对水体中三唑磷去除作用的初步研究.pdf

摘要 本文研究了在水培条件下美人蕉( c a n n ai n d i c a ) 和菖蒲( a c o r u sc a l a m u s ) 去 除水体中有机磷农药三唑磷的作用。检测了不同浓度三唑磷处理下两种植物根部蛋 白质含量、过氧化物酶活性、丙二醛含量和磷酸酶活性的变化，分析了三唑磷对两 种植物的生理生化影响；监测了不同处理系统不同起始浓度三唑磷随时问的变化， 计算了两种植物作用下三唑磷的降解速率常数( k ) ，并通过比较无植物处理、微生 物处理和植物处理下三唑磷的k 值，分析了降解过程中植物和微生物所起的作用； 通过比较不同处理组和种植水中水体p h 、水体磷酸酶活性和植物磷酸酶活性的随时 间变化的趋势，初步分析了植物修复水体中三唑磷的作用机制。本研究结果为运用 植物修复技术处理有机磷污水提供了技术参数。主要研究结果如下： 1 、三唑磷会对美人蕉和菖蒲的生理指标如蛋白质含量、过氧化物酶活性、丙二 醛含量和磷酸酶活性等产生一定影响，较低浓度时可刺激美人蕉和菖蒲的生理 活性，但较高浓度时( 分别为5 m g l 和3 r a g l ) 则对植物产生明显的伤害。 2 、在美人蕉试验系统中，l m g l 三唑磷k 值为0 0 2 2 9 d ；菖蒲试验系统中，1 m g 几 三唑磷k 值为0 0 1 4 3 d 。在相同生物量基础上，菖蒲对三唑磷的去除效果要好 于美人蕉。 3 、在美人蕉试验系统中，对t a p 降解的贡献，自然水解、微生物和植物分别 占8 7 、2 5 8 和6 5 5 ；菖蒲的试验系统，三者分别占1 3 9 、4 1 3 和4 4 8 。 4 、在缺磷条件下，美人蕉试验系统中三唑磷的降解会加快，植物磷酸酶活性也 会增强，三唑磷浓度和植物磷酸酶活性呈显著正相关关系；菖蒲试验系统中三 唑磷降解速率没有明显变化，但植物磷酸酶活性，水体磷酸酶活性与三唑磷浓 度有极显著的正相关关系。 关键词：有机磷农药；三唑磷：植物修复；降解速率常数；美人蕉；菖蒲 i l i a b s t r a c t t h ea b i l i t i e so fc a n n ai n d i c aa n da c o r u sc a l a m u si nr e m o v i n go r g a n o p h o s p h a t e p e s t i c i d e st r i a z o p h o s ( t a p ) f r o mw a t e r w e r es t u d i e di nh y d r o p o n i c s t h ep r o t e i nc o n t e n t s ， p e r o x i d a s ea c t i v i t i e s ，m a l o n d i a d e h y d ec o n t e n t sa n dp h o s p h a t a s e a c t i v i t i e so fp l a n t s r o o t s u n d e rd i f f e r e n tt a pc o n c e n t r a t i o n sw e r ee x z a m i n e d ，t h ea f f e o r i o no ft a po nt w op l a n t s p h y s i o l o g i c a la n db i o c h e m i c a li n d e xw a sa n a l y s e d t h ec h a n g e so ft a p c o n c e n t r a t i o ni n d i f f e r e n tt r e a t m e n t sa n da td i f f e r e n t i n i t i a lc o n c e n t r a t i o n sw e r em o n i t o r e d t h e d i s a p p e a r a n c er a t ec o n s t a n t s ( 1 0o ft a pi n t h ep l a n t e ds y s t e m sw e r ec a l c u l a t e d , t h e e f f e c t so fp l a n t sa n dm i c r o o g a n i s mw e r ea n a l y s e dt h r o u g ht h ec o m p a r i s o no fd i f f e r e n tk s a m o n gu n p l a n t e ds y s t e m s ，m i c r o o g a n i s ms y s t e m s a n d p l a n t e ds y s t e m s t h e p h y t o r e m e d i a t i o nw a y so fp l a n t si nr e m o v i n gt a pf r o mw a t e rw e r ed i s c u s s e d t h em a i n r e s u l t sw e r es h o w na sf o l l o w 1 t a pw i l la f f e c tt h ep h y s i o l o g i c a li n d i c e ss u c ha sp r o t e i nc o n t e n t s ，p e r o x i d a s e a c t i v i t i e s ，m a l o n d i a d e h y d ec o n t e n t sa n dp h o s p h a t a s ea c t i v i t i e so fc i n d i c aa n d a c a l a m u s l o w e rt a pc o n c e n t r a t i o nw i l ls t i m u l a t ep l a n t s p h y s i o l o g i c a l a c t i v i t i e s ，w h i l eh i g l l e rt a pc o n c e n t r a t i o nw i l li n j u r et h ep l a n t s 2 t h ekv a l u e so fl m g lt a pt r e a t m e n tw e r e0 0 2 2 9 di nt h eci n d i c as y s t e m s ，a n d o 0 1 4 3 di nt h ea c a l a m u ss y s t e m s ，r e s p e c t i v e l y b a s e do np e ru n i tb i o m a s s ，t h e r e m o v a le f f e c to f a c a l a m u sw a sb e t t e rt h a nci n d i c a 3 t h ec o n t r i b u t i o n so fh y d r o l y s i s ，m i c r o b i o na n dci n d i c ao nt h ed e g r a d a t i o no f t a pw e r e8 7 ，2 5 8 a n d6 5 5 ，r e s p e c t i v e l y t h o s eo fh y d r o l y s i s ，m i c r o b i o n a n d ac a l a m u sw e r e1 3 9 ，4 1 3 a n d4 4 8 ，r e s p e c t i v e l y 4 i nt h eci n d i c as y s t e m s t h ed e g r a d a t i o no ft a pw a sf a s t e ra n dt h ep h o s p h a t a s e a c t i v i t i e so fp l a n t s r o o t sw e r eh i g h e ri nt h et r e a t m e n t sw i t h o u t - t h a nw i t h t h e a d d i t i o no f i n o r g a n i cp h o s p h o r u s a n d t h e r ew e r e s i g n i f i c a n tp o s i t i v e c o r r e l a t i o n s h i p sb e t w e e n t h ec h a n g e so ft a pc o n c e n t r a t i o n sa n dt h ep h o s p h a t a s e a c t i v i t i e so fp l a n t s r o o t s i nt h ea c a l a m u ss y s t e m s ，t h ed i f f e r e n c eo ft a p d e g r a d a t i o nb e t w e e nt r e a t m e n t sw i t h o u t a n d w i t h t h ea d d i t i o no fi n o r g a n i c p h o s p h o r u s w a ss m a l l b u tr e l a t i o n s h i p sb e t w e e nt h ec h a n g e so ft a p c o n c e n t r a t i o n sa n dt h ep h o s p h a t a s ea c t i v i t i e so fp l a n t s r o o t sa n di nt h ew a t e r w e r ev e r ys i g n i f i c a n ta n dp o s i t i v e k e yw o r d s ：o r g a n o p h o s p h a t ep e s t i c i d e ；t r i a z o p h o s ；p h y t o r e m e n d i a t i o n ； d i s a p p e a r a n c er a t ec o n s t a n t ；c a n n ai n d i c a ；a c o r u sc a l a m u 缩略语表 d w e c d e d t a f w g c h c h h p l c k k o c k o w m d a h r r b e 0 p p s p o d s p e 1 a p t c e t r i s 缩略语表 d r yw e i g h t e l e c m ) c h e m i c a ld e t e c t i o n e t h y l e n ed i a m i n et e t r aa c e t i ca c i d f r e s h w e i g h t g a s c h r o m a t o g r a p h y h e x a c h l o r o - c y c l o h e x a n e 班g h p e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y d i s a p p e a r a n c er a t ec o n s t a n t s e d i m e n t w a t e rd i s t r i b u t i o nc o e f f i c i e n t n o c t a n o l w a t e rd i s t r i b u t i o nc o e 伍c i e n t m a l o n d i a d e h y d e m e t h y lt e r t i a r yb m y le t h e r o r g a n o p h o s p h a t ep e s t i c i d e s p e r o x i d a s e s o l i d p h a s e - e x t r a c t i o n t f i a z o p h o s t r i c h l o r o e t h y l e n e 颢s ( h y d r o x y m e t h y l ) a n i o m e t h a n e v 干重 电化学检测器 乙二胺四乙酸 鲜重 气相色谱 六六六 高效液相色谱 降解速率常数 沉积物水分配系数 正辛醇水分配系数 丙二醛 甲基叔丁基醚 有机磷农药 过氧化物酶 固相萃取 三唑磷 三氯乙烯 三羟甲基氨基甲烷 华中农业大学学位论文独创性声明及使用授权书 学何论文 是否保密 否 如需保密，解密时问年jjli 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我仓人在导师指导下进行的研究工作及取得的研充成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华中农业大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料，指导教师对此进行了审定与我一同2 r _ 作的同志对本研究所儆的任 何贡献均已在论文中做了明确的说明，并表示了谢意 研究生签名：j 乒 时间：2 6 年6 月1 2 - 日 学位论文使用授权书 本人完全了解“华中农业大学关于保存，使用学位论文的规定”。即学生必须按 照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存提交论文的印刷皈和宅 子版，并提供目录检索和阔览服务，可以采用影印，缩印或扫描等复制手段缳存、j ： 缟学位论文本人同言华中农业大学可以用不同方式在不同镬体上甓表峰够世t 了哆 交的全部或部分内客 _ ：主：保罾学位论文在解密后适用于本授权书 芋伍论文作者鲐弱玉铈姥砌删 i 妾名e 期：) 叩占车丘阢 筌名镳名三多i 从三 1 j 主：；孑j ；车表直接装订亍伊沦文的搴五丰i 旧录之间 肖瑾： 美人莓和莒蒲对水体中兰唑磷去除作用的初步研究 1 前言 随着现代农业的发展，农业生产逐步走向扩大化。为了提高产量、节约成本、 降低由病虫害造成的损失，农药在农业中的使用率越来越高，使用量也越来越大。 但在农药喷施过程中，一般只有使用量1 0 2 0 的农药附着在植物体上，其余部分 约有4 0 6 0 降落于地面，5 - 3 0 飘浮于空中，通过降雨、沉降和径流的冲刷绝大 部分农药会进入地下水、河流、湖泊和海洋，造成水体污染( 陆维国，2 0 0 4 ) 。水 体中的农药又可通过食物链途径逐级浓缩，从而导致对水生态系统的危害，最终危 害人类健康( 屠豫钦，2 0 0 1 ) 。 1 1 有机磷农药 自有机氯农药被禁用以来，有机磷农药( o r g a n o p h o s p h a t ep e s t i c i d e s ，o p p s ) 成 为农业生产中最常使用的农药种类；在渔业生产中，也常用o p p s 直接作用于水体， 来杀灭鱼体外寄生虫等敌害生物( 周辉明等，2 0 0 5 ) 。近1 0 年来我国沿岸水域受 到o p p s 的污染，o p p s 废水已开始成为人们普遍关注的污染物之一。 2 0 世纪3 0 年代，德国的s c h r a d e r 首先发现有机磷杀虫剂，到现在o p p s 已经历了 近7 0 年的发展历史( 张一宾和孙晶，1 9 9 9 ) 。早期发现的o p p s 大部分是高效、高毒 品种，3 妇1 9 4 1 年英国的s a u n d e r s 等研究的氖磷酸酯和氨基氟磷酸酯类化合物( 张宗 炳，1 9 9 3 ) 、1 9 4 4 年s c h r a d e r 合成的对硫磷( 对硝基酚二乙基硫代磷酸酯) ( 汤亚飞 等，2 0 0 4 ) 、1 9 7 1 年德国拜耳公司开发的甲胺磷( 肖华胜和王银善，1 9 9 5 ) 等。尔 后，世界各国又逐步开发了许多高效、低毒、低残留品种，如1 9 5 1 年德国拜耳公司 合成的具有内吸杀虫活性的内吸磷、1 9 5 2 年美国氰胺公司发现的对哺乳动物低毒的 杀虫剂马拉硫磷( 张宗炳，1 9 9 3 ) 、1 9 5 2 年德国拜耳公司合成的敌百虫( 郑斐能， 1 9 9 3 ) 等。 相对持久性有机污染物有机氯农药而言，o p p s 具有药效较高、使用方便、 易在自然条件下降解等特点，不少产品还具内吸作用，这使得o p p s 在品种与产量上 均为各类农药及杀虫剂之首。目前，全世界约有1 4 0 种有机磷化合物( 周辉明等， 2 0 0 5 ) ，几乎遍及了农药所有领域，特别在杀虫剂方面，有机磷类成为三大支柱之 一，且多年来鳌居首位；在杀菌剂、除草剂、植物生长调节剂等其他农药领域中也 涌现了不少产品。我国约有3 0 多种o p p s 已经产业化生产并用于害虫防治。 o p p s 的品种繁多，但从结构上看，绝大多数属于磷酸酯类、硫代磷酸酯类以及 二硫代磷酸酯类，少数属于膦酸酯。此外，还有少数属于磷酸胺酪和硫代磷酰胺酯 类( 张宗炳，1 9 9 3 ) 。其毒性机理主要是使乙酰胆碱酯酶磷酸化，丧失水解乙酰胆 碱的能力，导致乙酰胆碱在胆碱能神经突触中蓄积，引起毒蕈碱样、烟碱样和中枢 华中农业大学2 0 0 6 届硕士学位论文 神经系统症状( g a r c i a e t a l ，2 0 0 3 ) 。实际上，除了抑制乙酰胆碱酯酶活性外，o p p s 还有抑制乙酰胆碱受体的功能( w o ne l a l 。2 0 0 1 ) ：l j u 等( 2 0 0 2 ) 用毒死蜱所做的 试验表明，o p p s 不仅可以抑制脑突触体的蕈毒碱型乙酰胆碱受体，还可以抑制烟碱 型乙酰胆碱受体；y a n g 等( 2 0 0 1 ) 发现有机磷杀虫剂乐果能通过结合到非竞争性位 点改变该受体的构型，或是直接阻断烟碱型乙酰胆碱受体通道而抑制其功能，导致 神经肌肉接头突触后传导阻滞。 虽然o p p s 大多都是易降解、低残留的农药，但不少研究也表明o p p s 在自然水体 中的含量并不如想象的乐观。1 9 9 3 年夏，s e r g e y 和c h e m y a k ( 1 9 9 6 ) 在白令海峡和 楚克其海域中，发现毒死蜱和痕量的硫丹。毒死蜱在浮冰中含量高达1 7 0 2 9 l ，海水 中达到1 9 0 6 7 o m , l 。张祖麟等( 2 0 0 2 ) 利用固相萃取( s o l i d p h a s e e x t r a c t i o n ，s p e ) 技术富集水体中的有机污染物，并用气相色谱( g a sc h r o m a t o g r a p h y , g c ) 火焰光度 检测器测定了九龙江口水体中1 7 种o p p s 的浓度，总o p p s 的含量范围在1 3 5 3 5 5 n g l ， 平均2 2 7 n g l 。5 种o p p s ( 甲胺磷、敌敌畏、马拉硫磷、氧乐果、乐果) 在各监测站 点均占主要部分，其分布受复杂的来源输入及河口的水动力影响。李永玉等( 2 0 0 5 ) 利用s p e g c - 火焰光度检测器对厦门附近海域的微表层、表层、底层海水及九龙江 入海口高、低潮水中o p p s 进行了分析。结果表明，o p p s 的含量范围为：低于检测限 7 2 6 n g l ，平均值为1 3 6 n g l 。九龙江入海口高潮水中农药的浓度明显低于低潮水中 浓度，说明海域中多数农药污染来源于九龙江流域输入。这些数据均表明在施用过 程中，大部分的o p p s 并没有作用到靶生物，而是在各种自然因素作用下进入水体并 造成水体污染。 1 2 三唑磷 扩卜n n s 。h c i 鼍；- o b 三赘 a p 乏n 矗。 n v y 图1 1 三唑磷结构式 f i g 1 1t h em o l e c u l a rs t r u c t u r eo ft a p 三唑磷( t r i a z o p h o s ，t a p ) ，化学名称为o ，o - 二乙基o1 苯基1 ，2 ，3 - 三 唑基- 3 硫代磷酸酯，是一种广谱性硫逐式硫代磷酸酯类o p p s ，具有触杀，胃毒作 用的广谱、高效、中等毒性的杀虫杀螨剂，1 9 7 1 年由联邦德国赫司特公司首先开发， 1 9 9 5 年在中国获得临时注册登记。主要以乳油兑水喷雾，用于果树、蔬菜、棉花， 禾谷类作物，防治蚜虫，叶蝉、蓟马、鳞翅目幼虫、叶螨，以及防治土壤害虫，并 兼治侵染叶韶的线虫。t a p 不仅对水稻的三化螟、二化螟具有较强的触杀活力，而 且对稻株的渗透性强，有较高的胃毒活性及杀卵能力( 李秀杰和姜敏恰，1 9 9 7 ；周 肖瑾：荚人和菖蒲对水体中三唑磷去除作用的初步研究 常义等，2 0 0 3 ) 。方继朝等( 2 0 0 0 ) 系统分析了t a p 对水稻三化螟、二化螟和褐 飞虱的敏杀活性、对稻株的渗透性、胃毒作用和杀卵活性、持效期以及田问效果， 发现2 0 t a p 乳油2 2 5 i h m 2 对二化螟和三化螟的枯心防效均在9 0 o 以上， 3 7 5 i _ h m 2 对三化螟自穗的防效也在9 1 0 以上。早期使用的t a p 主要是乳油制剂， 使用量相对较大；随着生产工艺的发展，t a p 也被加工成微乳制剂，微乳剂比传统 乳油更能发挥有效成分的作用，可以减少原药的用量。金文灶等( 2 0 0 2 ) 用1 5 t a p 微乳剂共3 个处理杀灭水稻第1 代二化螟，发现三种处理都有极显著的杀虫效果： 4d 后虫口死亡率为9 4 6 一9 8 3 ，并建议1 5 t a p 微乳和1 0 0 m 1 6 6 7 m 2 为最佳用 量。 由于t a p 具有较高的杀虫活性、低残留等特点，现在已经取代甲胺磷、对硫 磷、甲基对硫磷等一些高毒农药，成为我国使用较多的新型农药品种，在浙江、福 建沿海较常使用。虽然对于哺乳类而言，t a p 属于低毒农药，但根据文献报道，t a p 对于多数水生生物仍是属于高毒性物质( 见表1 1 ) 。1 9 9 6 年以来，t a p 污染死虾、 死贝、死鱼的事件在我国沿海时有发生( 丁跃平等，2 0 0 2 ) 。如何有效地防止t a p 农药废水进入自然水体已是亟待解决的环境问题。 表1 it a p 对水生动物的急性毒性 t a b l e1 1a c u t et o x i c i t yt e s tr e s u l t so ft a pt oa q u a t i ca n i m a l s 1 3 植物修复技术 植物修复技术( p h y t o r e m e d i a t i o n ) 是指利用绿色植物及其根际微生物共同作用， 以清除环境污染物的一种新型原位治理技术，其机理主要是利用植物及其根际土著 微生物的代谢活动来吸收、积累或降解、转化环境中的污染物( 旷远文和温达志， 2 0 0 4 ) 。与物理、化学方法相比，植物修复具有操作简单、投资少，不易造成二次 污染等特点；与微生物法相比，植物修复可以适用于处理多种复合型污染物，尤其 适合于大面积低浓度的污染物处理( 夏会龙和吴良欢，2 0 0 3 ) 。 3 毕中农业大学2 0 0 6 届硕士学位论文 1 3 1 植物修复有机污染物的方式 根据污染物的不同形态、特性和存在方式，植物修复有机污染物的方式可能包 括有植物吸附和吸收、根区降解、植物降解、植物转化和值物挥发。 1 3 1 1 植物吸附和积累 植物吸附和积累( p h y t o e x a c t i o n p h y t o a c c u m u l a t i o n ) 是当植物根部吸收水分和 营养物质的时候，水环境中的物质因为植物的吸收作用，富集到植物根系表面，或 者连同水分一起被植物吸收到体内。这些物质或集聚在根表保持稳定的物理吸附平 衡，或进入植物体内被储存在植物组织中。 植物根系纤维表面粗糙并且还有一些空隙，植物根系因此具有较大的比表面 ( 刘建武等，2 0 0 3 ) ，这也使得植物根系具有较强的吸附能力。同时，在植物的生 长过程中，根系也会向生长介质中分泌大量的有机物其中包含有较多的有机酸和氨 基酸( 刘素萍和杨为之，1 9 9 8 ) ；根系表皮细胞也会由于新陈代谢，死亡后在微生 物的作用下分解为腐殖质( 胡敏酸、富里酸和胡敏素等) ，这些分泌物和腐殖质有 一些极性功能团如羟基、羧基、酚羟基、烯醇羟基以及芳环结构等，它们对各种基 团的化合物均有极强的吸附能力( 王郁等，1 9 9 7 ) 。刘建武等( 2 0 0 2 ，2 0 0 3 ) 和张 啸等( 2 0 0 3 ) 分别研究了水葫芦根系对苯、萘和硝基苯的吸附过程，发现其对这三 种有机物都有一定的吸附作用，且都为单分子层吸附，它们的吸附过程都可以用 f l e u n d l i c h 和l a n g m u i r 吸附等温式进行描述。 吸附到根系表面的亲水性物质，可以通过植物吸收水分的过程进入到植物体 内。y i n g 等( 2 0 0 2 ) 将杨树种入受1 。4 二氧杂环乙烷污染的砂土。在试验的第7 d ， 砂土中的1 ，4 二氧杂环乙烷3 0 o 被移出，在树干、叶子和根中的分布量分别为 6 0 0 ，2 8 0 和1 2 o 。当试验周期结束时，叶子里积累量最高为2 6 0 0 v g c m 3 ，根 中最少为3 5 0 “g c m 3 。s k a a t e s 等( 2 0 0 5 ) 将杨树的幼苗种在含1 0 叻g l 狄氏剂的水 中，7 d 后发现树苗根部吸收的狄氏剂量占总量的6 6 o 。b a r r i c a d a o p e r e i r a 等( 2 0 0 5 ) 用s p e g c 电化学检测器( e l e c t r o c h e m i c a ld e t e c t i o n , e c d ) 的方法测定长期被有机 氯农药污染土壤上的5 种植物体内农药积累量，同时检测了其异构体和代谢中间体。 发现，六六六( h e x a c h l o r o c y c l o h e x a n e 。h c h ) 及其异构体在其中都有存在，主要 是b h c h 和a h c h ，而d - h c h 和7 - h c h 含量最小。m i g l i o r a n z a 等( 2 0 0 4 ) 用 g c e c d 方法测定了s c h o e n o p l e c t u sc a l i f o r n i c u s 组织中积累性有机氯农药量，发现 植物根部累积浓度达到3 0 2 4 5 7 n g g d w ( d r yw e i g h t ) 。由于植物只能转移溶解性 有机物，影响植物积累的主要因素是有机化合物疏水性，当化合物的正辛醇水分配 系数( n o c t a n o l w a t e rp a r t i t i o nc o e f f i c i e n t k o w ) 的对数值在0 5 3 0 范围内，植物 积累的效果最好( b r i g g ee ta 1 ，1 9 8 2 ；b u r k e na n ds c h n o o r , 1 9 9 8 ) 。积累的效率同时 还取决于环境p h 、吸跗反应的平衡常数、土壤水分、有机物含量和植物生理等。 4 肖瑾：荚人和菖蒲对水体中三唑磷去除作用的初步研究 1 3 1 2 根区降解 根区降解( r h i z o d e g r a d a t i o n ) 是植物通过促进根区微生物的转化作用，从而将 污染物分解代谢( e a p e ne t a ，2 0 0 3 ) 。有机污染物经由根区降解，转化为生物活性 物质，或是低毒性物质，被植物和微生物吸收、储存，合成自身组分，或者直接被 代谢为无机物。 微生物是生态系统中的主要分解者，环境中的高分子有机物经过微生物的分解 作用转变为无机物，重新回到物质循环中。s u n 等( 2 0 0 4 ) 通过比较无菌、有菌和 有植物的3 个试验组中涕灭成的半衰期，植物降解和吸收量，以及土壤中微生物数 量，认为涕灭威的去除主要是微生物降解作用，而植物则是促进根区降解。s i c i l i a n o 和g e r m i d a ( 1 9 9 9 ) 发现，在无菌条件下青紫披碱草( e l y m u sd a h u r i c u s ) 不能分解 2 氯苯甲酸酯；而将其与两种微生物( 铜绿假单胞菌r 7 5 ，假单胞细菌c b 3 5 ) 一起 培养，则能将2 氯苯甲酸酯的浓度从6 1 m g k g 降低到2 9 m g k g 。k e l l e y 等( 2 0 0 1 ) 研究发现，将特异的降解菌加入士壤中，能提高l ，4 一二氧杂环乙烷的降解率；而灭 菌或没有该菌的试验组中，1 , 4 二氧杂环乙烷在相同试验条件下浓度没有变化。k i r k 等( 2 0 0 5 ) 利用黑麦草和紫花苜蓿研究植物对根区微生物降解有机物的刺激作用， 发现在受石油碳氢混合物( 3 1 m g g ) 污染的土壤中，种植两种植物能增加根区微生 物数量，同时也增强了石油降解菌的数量。用变性梯度凝胶电泳分析根区微生物菌 群的变化，也发现种植植物能显著改变土壤微生物群落，这种改变能够促进石油污 染物的降解。 一些研究认为，植物促进微生物的降解作用主要是根系分泌物为微生物提供了 必要的营养源。由于有机污染物的生物可币用性一般较低，在受污染的土壤中微生 物往往不能得到充足的营养物质。而植物根系的存在，不仅为土壤中的微生物提供 了低分子有机碳源，而且还使其对有机污染物的降解作用得到了加强( c a r r e i r a ， 1 9 9 5 ) 。y o s h i t o m i 和s h a n n ( 2 0 0 1 ) 将玉米根系分泌物加入土壤中，c “标记的芘的矿 化作用明显增强；而普通的土壤提取物加入污染土壤中则没有观测到矿化增加现象。 这证明一些植物分泌物能被土壤微生物利用，并能提高对异生物的降解率。其次， 植物根系能和一些真菌形成共生关系，利用真菌独有的代谢途径对有机物进行降解。 此外，植物为微生物提供了生存场所，并转移氧气到根区，使根区的好氧转化作用 能够正常进行。植物根系的存在也使土壤变得疏松，根系的输水性能也为微生物生 长提供更为适宜的湿度环境。微生物在植物根系的帮助下活性得到提高，更利于它 们对有机污染物质( 如油类、溶剂等) 进行降解。 根区降解不用添加外源营养物质，微生物能良好生长，并随着植物根部生长深 入受污染的土壤深处。大量研究表明，在修复土壤有机污染物的过程中，根区降解 是主要的植物修复作用机制，并且能将污染物比较完全的从环境中除去。 i 华中农业大学2 。6 届硕十学位论文 l 1 3 i 3 植物降解 植物降解( p h y t o d e g r a d a t i o n ) 是植物在生长过程中，或受到外界刺激情况下， 向环境中分泌胞外酶，对有机物直接进行降解( m e d i n aa n dc u t c h e o n ，2 0 0 2 ) 的过程。 与根区降解有所不同，植物降解中起主要作用的是植物自身释放到环境中的胞 外酶。一些研究已经证实，植物可以释放胞外酶到环境中直接降解有机物( s t e r j i a d e s e t a l ，1 9 9 2 ；s i e g e l ，1 9 9 3 ；g r a m s se t a l ，1 9 9 9 ) 。这些酶类多数是水解酶类，还包括一 些氧化还原酶类，主要的有：硝酸盐还原酶和漆酶可降解军火废物如三硝基甲苯， 脱卤酶可降解含氯的溶剂如三氯乙酸，过氧化物酶( p e r o x i d a s e ，p o d ) 降解酚类， 腈水解酶降解腈类，磷酸酶降解有机磷类。m e h m a n n a v a z 等( 2 0 0 2 ) 通过研究植物 的体外培养物，表明多氯联苯能被无菌的植物组织代谢。d e c 和b o l l a g ( 1 9 9 6 ) 和 r o p e r 等( 1 9 9 6 ) 发现含有p o d 的植物如山葵、西红柿( s o l a n u m t u b e r o s u m ) 和白 萝p ( r a p h a n u ss a t i u s ) 能分解酚类物质。g o n z i l e z 等( 2 0 0 6 ) 将西红柿发根的体 外培养物作为酶源，来降解水体中的苯酚。当p h 在4 9 ，温度为2 0 6 0 时，向 培养体系中加入过氧化氢，苯酚能被迅速降解，在反应开始后5 r a i n 1 5 r a i n 内的去 除率占总去除率的9 5 0 。 1 3 1 4 植物转化 植物转化( p h y t o t r a n s f o r m a t i o n ) 是植物从环境中直接吸收有机物，通过体内代 谢将其转化为无毒的代谢中间体并储存在植物组织中( 桑伟莲和孔繁翔，1 9 9 9 ) 。 这是植物去除环境中中等亲水性有机污染物的一个重要机制。化合物被吸收到植物 体后，植物可将其分解，通过代谢或矿化作用使其转化成二氧化碳和水；或转化成 为无毒性作用的中间代谢物，如木质素，储存在植物细胞中，从而达到去除环境中 有机污染物的目的。 夏会龙等( 2 0 0 2 ) 的研究结果表明，1 0 0 9 1 1 o g 风眼莲可将2 5 0 m l 的1 0 0 m g , l 的乙硫磷、三氯杀螨醇和三氟氯氰菊酯降解速度分别提高2 8 3 3 3 、1 0 6 6 4 和 3 6 2 2 3 。凤眼莲吸收农药后在体内积累或进一步降解的贡献分别达6 9 2 8 、3 7 7 7 和6 3 0 6 。h u g h e s 等( 1 9 9 7 ) 发现狐尾藻在含1 0 0 m g l 三硝基甲苯的无菌水溶液 中培养7 d 后，三硝基甲苯在水溶液中的含量下降了3 3 o 左右，而对照溶液中无变 化。n e w m a n 等( 1 9 9 7 ) 报道了杂交杨树对“c - 三氯乙烯( t r i c h l o m e t h y l e n e ，t c e ) 吸收代谢，研究结果表明在5 0 0 m g l t c e 无菌水溶液中培养4 d 后，有1 0 0 2 0 0 的t c e 通过杂交杨树的吸收代谢后以1 4 c 0 2 释放。 1 3 1 5 植物挥发 植物挥发( p h y t o v o l a t i z a t i o n ) 是通过植物蒸翳作用，将土壤或水环境中的一些 污染物，或其代谢中间物和终产物，挥发到大气中。植物挥发主要有两种机制：一、 植物在吸收水分的同时，将挥发性物质一同摄入体内，然后通过自身蒸搿作用，将 6 肖瑾：美人甍和菖蒲对水体中三哗磷去除作用的初步研究 其排放到空气中；二、植物吸收污染物，在体内酶系作用下，将其转变为挥发态， 或者代谢为易挥发产物，最终将其从污染位点移除( 桑伟莲和孔繁翔，1 9 9 9 ) 。 m a 和b u r k e n ( 2 0 0 3 ) 发现植物的植段能够将t c e 传播至周围的大气中。s c h w a b 等( 1 9 9 8 ) 利用紫花苜蓿和牛毛草研究植物根系对萘的吸附降解情况，发现植物挥 发所占比例最大，达3 2 o 4 5 o 。r u b i n 和r a m a s w a m i ( 2 0 0 1 ) 研究了杨树苗 ( p o p u l u sd e l t o i d s x n i g r a ) 对水体中不同浓度( 3 0 0 m g l 和1 6 0 0 r a g l ) 甲基叔丁基 醚( m e t h y lt e r t i a r yb u t y le t h e r , m t b e ) 的去除效果。试验7 d 后，种有植物的试验系 统中，m 聘e 浓度都下降了2 0 o ，总量也都减少了3 0 o ，而对照组的减少量只 是有植物组的一半。植物体内m t b e 含量高达1 0 0 p g g ，说明m t b e 是通过植物转 移到空气中的。由于植物挥发只适用于挥发性污染物，同时转移到大气中的污染物 也极易造成二次污染，所以植物挥发应用范围较小。 在实际的污染物修复过程中，这些作用机制并不是单独存在，而是相互交叉、 相互协助，共同达到将污染物从环境中去除的目的。比如，在杨树将t c e 从污水 中去除的过程中，先需要通过植物吸收将t c e 转运到杨树内，再通过植物降解将 t c e 分解掉( d o t ye ta 1 2 0 0 3 ) 。在对多氯联苯的降解过程中，则包含了根区降解 和植物降解2 个方面( m e h m a n n a v a z e t a l ，2 0 0 2 ) 。 1 3 2 植物修复技术在水体残留农药方面的应用 自2 0 世纪3 0 年代以来，植物修复技术已经被广泛应用于治理水体污染，在防 止农业废水进入自然水体和去除自然水体中残留农药方面比较成熟、较多使用的技 术主要有人工湿地和植物缓冲带。 人工湿地是一种人为地将石、砂、土壤、煤渣等一种或几种介质按一定比例构 成基质，并在基质中有选择性地植入植物，利用植物降解吸收、基质吸附固定、微 生物和其他生物的共同作用，进行污水处理的复合生态系统( 丁疆华和舒强，2 0 0 0 ) 。 自2 0 世纪5 0 年代s e i d e l 在德国建立第一个人工湿地以来，人工湿地技术不断发展 完善，不但被应用于修复受污染的自然水体，还被用于处理轻度污染的生活废水和 工业废水。在去除水体残留农药方面，m o o r e 等( 2 0 0 0 ，2 0 0 1 ) 用水平流型人工湿 地处理分别含有农药阿特拉津和异丙甲草胺的农用废水，在不同试验浓度下，经过 3 0 0 m - 3 6 0 m 的湿地处理，阿特拉津总量降低了1 7 0 - 4 2 o ，而异丙甲草胺总量 降低了7 0 2 5 0 ，但去除效果随进水农药浓度增加而有所降低。s h e r r a r d 等( 2 0 0 4 ) 用人工湿地处理含有毒死蜱和百菌清的暴雨径流，并用网纹骚( c e r i o d a p h n i ad u b h z ) 和黑头软口鲦( p i m e p h a l e $ p r o m e l a s ) 这2 个敏感种来检测出水的毒性，发现两种 农药的毒性分别降低了9 8 和1 0 0 ，而一级降解速率常数分别为0 0 3 9 1 1 和0 2 9 5 h 。 植物缓冲带是水一陆交错的生态过渡带，具有丰富的物种多样性和生态功能， 也能拦截和过滤物质流，是控制点源污染的良好手段( 颜昌宙，2 0 0 5 ) 。s y v e r s e n 和b e c h m a n n ( 2 0 0 4 ) 、s y v e r s e n ( 2 0 0 5 ) 、s y v e r s e n 和b o r c h ( 2 0 0 5 ) 将含有草甘膦、 7 华中农业大学2 0 0 6 届硕士学位论文 丁苯吗啉、丙环唑三种农药和土壤悬浮颗粒物的人工污水加入试验用的植物缓冲带 中，研究了不同宽度、不同植物种类、不同污水类型和不同季节，植物缓冲带对三 种农药和颗粒物的去除效果。结果表明，三种农药去除率分别为3 9 0 、7 1 0 、 6 3 0 。 1 3 3 美人蕉和菖蒲 美人蕉( c a n n 4i n d i c a ) 原产美洲热带，喜温暖湿润，在全年气温高于1 6 的 地区，可全年生长开花；具一定的耐涝力。植株高l m - 2 m ，地下为肉质粗壮的根状 茎，地上茎由叶鞘互相抱合而成的假茎。假茎绿色或紫红色，有粘液。下部叶较大， 卵状长圆形，长4 0 c m 5 0 c m ，顶端尖，基部阔楔形。花通常鲜艳有深红、桔红、黄 等色。花美丽供观赏。蒴果近球形。有瘤状凸起；种子黑色而坚硬，花果期7 月1 0 月。 菖蒲( a c o r u sc a l a m u s ) 原产中国及日本，广布于世界温带和亚热带地区。为 多年生挺水型草本植物。喜水湿，常生于池塘、河流、湖泊岸边的浅水处。最适宜 温度为2 0 2 5 ，1 0 以下停止生长。具横走粗壮而稍扁的根状茎，径0 5 c m 2 c m ， 上生有多数须根。叶基生，叶片剑状线形，长5 0 c m 1 2 0 c m ，端渐尖，中部宽i c m - 3 c m ， 叶基部成鞘状，对折抱茎。中脉明显，两侧均隆起，平行脉每侧3 条5 条。花茎基 出，扁三棱形，长2 0 c m 5 0 c m 。佛焰苞长2 0 c m - 4 0 c m ，肉穗花序直立或斜生，圆柱 形，黄绿色，花期6 月9 月。 由于具有一定的耐湿性，在我国分布较为广泛，并且有一定的观赏性，美人蕉 和菖蒲在人工湿地中较常种植，在园林设计中也经常作为观赏植物种植在沿岸带。 关于它们的去污能力也有很多报道。邴旭文和陈家长( 2 0 0 1 ) 利用浮床栽培的美人 蕉控制养殖池塘的富营养化程度，当覆盖率达到3 0 时，t n 、t p 和叶绿素的去除 率分别为8 0 7 ，8 8 3 和7 4 6 。c h e n g 等( 2 0 0 2 ) 研究了重金属镉对美人蕉的 光合生理的影响，认为美人蕉是一种重金属修复的潜在植物种类，