十字花科芸薹属5 种植物对Pb 的吸收和富集.pdf

文章编号 1000 2375 2004 03 0236 03 十字花科芸薹属 5 种植物对 Pb 的吸收和富集 柯文山 陈建军 黄邦全 戴灵鹏 王万贤 湖北大学 生命科学学院 湖北 武汉 430062 摘 要 为了筛选对重金属铅具有耐性与富集作用的植物 在温室砂培盆栽条件下对十字花科芸薹属 5 种植物芥菜 芥兰 鲁白 15 竹芥 甘蓝进行铅吸收和耐性的研究 结果显示 5 种植物中 芥兰和甘蓝低浓度 100mg L 的吸收量高于高浓度 500mg L 而鲁白 芥菜 竹芥则随浓度的增加而增加 鲁白 芥菜的地上部 分铅富集量超过 1000Lg g 干重 尤其是鲁白 不仅85 以上的能转移到地上部分 且迁移总量大 根系的耐 性指数高 是具有潜在的修复铅污染的植物 关键词 十字花科 铅 富集 植物修复 中图分类号 Q945 文献标志码 A 收稿日期 2004 03 19 基金项目 湖北省自然科学基金资助项目 湖北大学自然科学重点基金资助项目 作者简介 柯文山 1965 男 硕士 副教授 铅是最常见的重金属污染 1 2 人类活动如采矿 冶炼 化石燃料燃烧以及近代大量电子垃圾的丢 弃 导致环境铅污染越来越严重 铅是生物代谢非必须元素 且是易沉积在生物体内的有毒元素之一 来 自污染源的铅通过各种途径进入环境的重金属 由于其具有相对稳定性和难降解性 对土壤和水源会造 成一定程度的污染 这些重金属经过食物链最终可能会进入人体 并在人体内积累 造成对人类健康的 危害 治理重金属污染是一件相对困难和代价高昂的工作 传统的物理化学方法费用高 难度大 且化学 方法又可导致二次污染 植物修复在此背景下产生 因植物修复费用低 简便易行 且对环境友好 故受 到广泛关注并成为目前重金属污染修复的热点 3 4 自 Brook 1977 年 5 提出超积累植物的概念后植物修 复利用的是具有超富集植物去除重金属污染的技术 迄今国外已发现 400 多种这类植物 目前发现的自 然生长的超富集植物因生长慢生物量小 其应用受到一定的限制 因此 分布广 生物量大 生长快的具 有 超富集趋势0的作物如玉米 向日葵 油菜 印度芥菜等被用来去除土壤和水源重金属污染 其中利用 种苗过滤法去除水污染重金属的方法 因其有良好的效果而受到重视和关注 2 国外已发现十字花科有 许多植物对铅具有很强的富集能力 4 6 7 然而 植物的生长具有地域性 因此利用我国丰富的植物资 源 筛选具有很强的富集能力或超富集能力 且生物量大 生长快的本土植物对解决铅污染问题具有重 要意义 本文选用十字花科芸薹属 5 种生长较快 生物量大的植物 研究其吸收 富集铅的能力 以筛选 对铅更具耐性与富集的植物 作为铅对环境污染的修复材料 1 材料和方法 竹芥 芥菜 芥兰 甘蓝 鲁白种子购于武汉种子公司 种子用 0 5 NaClO 消毒 20min 后 于光照培 养箱内 白天 黑夜 16h 8h 28 e 25 e 萌发 选择萌发一致的幼苗进行砂培 称洗干净的细砂500g 于 塑料碗中 每碗种苗 10 株 4 周后疏苗 留大小一致健壮苗 6 株 加铅溶液 浓度为 0 100mg L 500 mg L 以 Pb NO3 2形式加入 每处理 3 个重复 为避免铅沉淀 营养液改用 KCl 叶喷施 KH2PO4 15 d 后收 获 根用 5mmol L Na EDTA 清洗以去除根表面吸附的铅 材料分根和地上部分 于 105 e 杀青 65 e 下烘干 称干重 研碎 分别称 0 5g 用硝酸和高氯酸消 化 0 1mol L 硝酸溶液定容 用 ICP AES 元素测定仪测铅含量 根耐受指数采用 Wilkins 1978 8 方法 Pb迁移总量采用刘秀梅 9 方法 迁移率 地上迁移总量 总 第 26 卷第 3期 2004 年9 月 湖北大学学报 自然科学版 Journal of HubeiUniversity Natural Science Edition Vol 26 No 3 Sep 2004 吸收量 2 结果分析 2 1 植物体中铅的含量和分布 不同植物对重金属的富集能力不同 从表 1 中可看出 十字花科芸薹 属5 种植物中 芥菜 鲁白 15 表现出较强的富集能力 地上部分铅的含量 1000L g g 干重 是具有超富集 趋势的植物 竹芥在高浓度下也表现出很强的富集能力 这 3 种植物在高浓度的吸收量高于低浓度 而 芥兰和甘蓝则表现出低浓度 100mg L 的吸收量高于高浓度 500mg L 的量 可能是高浓度铅抑制了植 物的生长和代谢的缘故 而且 这两种植物的富集能力较低 表 1 不同植物 Pb 的含量和分布 Lg g ck100500 芥菜S39 15 3 241335 81 87 421652 5 73 03 R62 65 8 144785 86 157 325425 04 163 21 S R0 620 280 31 芥兰S15 50 2 14555 01 46 32216 5 18 46 R69 30 7 433105 4 126 272515 02 131 22 S R0 220 180 09 鲁白 15S92 91 21 031685 02 126 522205 01 195 24 R98 91 19 863234 40 142 613053 50 201 23 S R0 940 520 72 竹芥S26 30 2 61450 04 28 411407 50 96 26 R93 02 10 231693 75 89 341757 50 78 65 S R0 280 270 80 甘蓝S29 10 5 62749 20 16 83406 65 14 21 R61 29 8 215230 02 250 123577 50 201 34 S R0 470 140 11 地上 地下的比值反 映重金属在各植物体内的 运输能 力 10 从表 1 可 知 不同植物吸收和运输 分配重金属铅的情况不 同 甘蓝和芥兰主要富集 在根部 S R 小于 0 5 运 输分配到地上茎叶的较 少 芥菜和竹芥虽然地上 吸 收 的 量 超 过 了 1 000L g g 但 S R 仍 很 小 绝大部分滞留在根部 而鲁白 S R 的比值大于 0 5 说明鲁白体内有很好 的运输Pb 的机制 2 2 植物对 Pb 的耐受性 植物能否用作植物修复 的材料 中毒浓度下植物 的耐性是衡量的一个重要 指标 植物与重金属作用 时 首先接触的是根系 敏感植物在中毒浓度下 都会有不 同程度的损伤 抑制根系的生长 而耐性植物则没有影响或 影响较小 因此 植物的耐性指数能很好反映植物对重金属 的耐性 9 从图 1 可看出 竹芥 鲁白在本实验高浓度 500 mg L 铅下耐性指数大于1 其次是芥菜为 0 947 而铅对芥 兰和甘蓝有较大的抑制作用 2 3 植物 Pb 的转化率 迁移总量 由表 2 可知 在 100 mg L 浓度下 每 100株植物迁移铅的总量大小 5 种植物表 现鲁白 芥菜 甘蓝 芥兰 竹芥 500mg L 浓度下 表现 为鲁白 竹芥 芥菜 甘蓝 芥兰 因此 鲁白的迁移总量 在两种浓度下都最大 其次是芥菜 竹芥在高浓度下表现出较高的迁移量 而且鲁白的迁移地上的迁移 率最高 达到 85 以上 迁移量和迁移率是反映植物修复能力的一个重要指标 因此 鲁白对铅具有较 大的修复潜力 3 讨 论 植物对重金属的吸收对策主要有两种 一种是植物排斥对策 另一种是富集耐受对策 在富集耐受 237 第 3期柯文山等 十字花科芸薹属 5 种植物对 Pb 的吸收和富集 对策中 一种为限制吸收运输对策 即根部富集截留而限制重金属向地上部分运输 另一种为富集或超 富集对策 即能将大部分重金属运送地上部分 在本实验中 芥兰和甘蓝属于限制吸收运输对策 而鲁 白和芥菜属于后一种对策 铅为 粘性0金属 植物吸收后不易向地上运输 因铅易以磷酸盐和碳酸盐的 形式沉积在根部 而鲁白和芥菜 能将大部分铅运送到地上 尤其是鲁白 地上可富集铅高达 2205 L g g 干重 且 S R 大于 0 5 说明鲁白有很好的富集运输铅的机制 表 2 植物 Pb迁移总量和转化率 芥菜芥兰鲁白竹芥甘蓝 Pb mg L 1ck100500ck100500ck100500 SB g15 98 17 54 15 02 32 10 33 02 30 18 28 62 30 65 32 11 RB g2 292 372 032 342 011 792 022 352 01 TT mg0 626 23 43 24 820 5018 336 532 6651 65 70 80 TE 81 40 70 00 69 27 75 45 74 60 59 58 93 01 87 17 92 02 ck100500ck100500 23 34 23 65 21 87 26 34 29 71 23 88 2 312 482 492 642 201 87 0 6110 64 30 78 0 766 22 269 71 74 01 71 70 87 55 81 66 65 92 59 21 TT 为每 100 株的迁移量 利用植物修复技术治理环境重金属污染是一项新的绿色修复技术 目前有关研究和应用受到广泛 关注和重视 植物修复能否成功 依赖以下几个因素 首先 植物生长快 生物量高且富集高浓度的金属 第二 富集植物能反复种植且能转运到地上便于收割 第三 对重金属有很高的耐受性等 铅的生物可利 用性较差 移动性也差 许多植物吸收的铅保留在根部 只有很少部分转移到收割部分 11 12 而目前发 现的自然生长重金属超富集植物有 400 多种 而铅超积累植物很少 且多生长慢 植株矮小 限制了这项 技术的应用 7 同时由于植物的地域性也受到限制 因此 增强铅的生物可利用性或寻找能较好地将铅 转移到地上收割部分的植物很重要 故有人提出并研究利用生长快 生物量大的具有超富集或具有超富 集趋势的作物作为修复材料 6 12 鲁白 芥菜不仅生长快 生物量高 且其地上铅的含量超过 1000Lg g 迁移总量和迁移率都很高 是 一种很好的潜在修复铅污染的材料 参考文献 1 王金达 刘景双 于君宝 等 关于我国城市铅污染与儿童铅中毒研究现状 问题及建议 J 科技导报 2002 12 60 61 2 渠荣遴 李德森 杜荣骞 等 水体重金属污染的植物修复研究 种苗过滤去除水中重金属铅 J 农业环境保护 2002 21 6 599 601 3 桑伟莲 孔繁翔 植物修复研究进展 J 环境科学进展 1999 7 3 40 44 4 沈振国 刘友良 重金属超量积累植物研究进展 J 植物生理学通讯 1998 34 2 133 139 5 Brooks R R Lee J Reeves R D et al Detection of nickeliferous rocks by analysis of gerbarium speciments of indicator plants J Geochem Explor 1977 7 49 57 6 Salt D E Blaylock M Kumar P BA N et al Phytoremediation a novel strategy for the removal of toxic metals from the environ ment using plants J Biotechnology 1995 13 468 475 7 Chaney R L Malik M Li Y M et al Phtoremediantion of soil metals J Current Opinions in Biotechnology 1997 8 279 284 8 Wilkins D A The measurement of tolerance to edaphic factors by means of root growth J New Phytologist 1978 80 623 633 9 刘秀梅 聂俊华 王庆仁 6 种植物对 Pb 的吸收与耐性研究 J 植物生态学报 2002 56 5 533 537 10 Reeves R D Baker A J M Metal accumulating plants A Raskin I Ensley B D Phytoremediation of toxic metals using plants to clean up the environment C New York John Wiley indicators system comprehensive evaluation Wuhan city 责任编辑 严家利 上接第 238 页 Uptake and accumulation of lead by five plants from colewort of Cruciferae KE Wen shan CHEN Jian jun HUANG Bang quan DAI Ling peng WANG Wan xian School of Life Science Hubei University Wuhan 430062 China Abstract To select the plant which can accumulate Pb the uptake accumulation and tolerance of 5 plants Chinese mustard Brassica oleraceae var albogiabra B peking 15 Chinese mustard Bamboo B oleracea from colewort of Cruci