十字花科蕓薹屬5種植物對(duì)Pb的吸收和富集

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1、第3期 柯文山等：十字花科蕓薑屬5種植物對(duì)Pb的吸收和富集 237 文章編號(hào):1000- 2375(2004)03- 0236- 03 十字花科蕓薹屬5種植物對(duì)Pb的吸收和富集 柯文山，陳建軍，黃邦全,戴靈鵬，王萬賢 (湖北大學(xué) 生命科學(xué)學(xué) 院,湖北 武漢,430062) 摘 要：為了篩選對(duì)重金屬鉛具有耐性與富 集作用的植物,在溫室砂培盆栽條件下對(duì)十字花科蕓薑屬5 種植物芥菜、芥蘭、魯白15、竹芥、甘藍(lán)進(jìn)行鉛 吸收和耐性的研究.結(jié)果顯示：5種植物中，芥蘭和甘藍(lán)低濃度 (100mg/L)的吸收量高于高濃度(500mg/L),而魯白、芥菜、竹芥則隨濃度的增加而增加；魯白、芥菜的地上部

2、 分鉛富集量超過1000Lg/g干重，尤其是魯白，不僅85 %以上的能轉(zhuǎn)移到地上部分,且遷移總量大、根系的耐 性指數(shù)高，是具有潛在的修復(fù)鉛污染的植物. 關(guān)鍵詞：十字花科；鉛;富集；植物修復(fù) 中圖分類號(hào)：Q945 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 鉛是最常見的重金屬污染[1, 2].人類活動(dòng)如采礦、冶煉、化石燃料燃燒以及近代大量電子垃圾的丟 棄,導(dǎo)致環(huán)境鉛污染越來越嚴(yán)重 .鉛是生物代謝非必須元素，且是易沉積在生物體內(nèi)的有毒元素之一 .來 自污染源的鉛通過各種途徑進(jìn)入環(huán)境的重金屬 ，由于其具有相對(duì)穩(wěn)定性和難降解性，對(duì)土壤和水源會(huì)造 成一定程度的污染.這些重金屬經(jīng)過食物鏈最終可能會(huì)進(jìn)入人體 ，并在人體內(nèi)積累

3、，造成對(duì)人類健康的 危害.治理重金屬污染是一件相對(duì)困難和代價(jià)高昂的工作 ，傳統(tǒng)的物理化學(xué)方法費(fèi)用高、 難度大,且化學(xué) 方法又可導(dǎo)致二次污染，植物修復(fù)在此背景下產(chǎn)生?因植物修復(fù)費(fèi)用低、簡(jiǎn)便易行，且對(duì)環(huán)境友好，故受 到廣泛關(guān)注并成為目前重金屬污染修復(fù)的熱點(diǎn) [3,4].自Brook 1977年[5]提出超積累植物的概念后植物修 復(fù)利用的是具有超富集植物去除重金屬污染的技術(shù) ?迄今國(guó)外已發(fā)現(xiàn)400多種這類植物.目前發(fā)現(xiàn)的自 然生長(zhǎng)的超富集植物因生長(zhǎng)慢生物量小 ，其應(yīng)用受到一定的限制?因此，分布廣、生物量大、生長(zhǎng)快的具 有/超富集趨勢(shì)0的作物如玉米、向日葵、油菜、印度芥菜等被用來去除土壤和水

4、源重金屬污染 ，其中利用 種苗過濾法去除水污染重金屬的方法 ，因其有良好的效果而受到重視和關(guān)注 [2].國(guó)外已發(fā)現(xiàn)十字花科有 許多植物對(duì)鉛具有很強(qiáng)的富集能力 [4, 6,7],然而，植物的生長(zhǎng)具有地域性，因此利用我國(guó)豐富的植物資 源,篩選具有很強(qiáng)的富集能力或超富集能力 ，且生物量大、生長(zhǎng)快的本土植物對(duì)解決鉛污染問題具有重 要意義.本文選用十字花科蕓薑屬 5種生長(zhǎng)較快、生物量大的植物，研究其吸收、富集鉛的能力，以篩選 對(duì)鉛更具耐性與富集的植物，作為鉛對(duì)環(huán)境污染的修復(fù)材料 . 1材料和方法 竹芥、芥菜、芥蘭、甘藍(lán)、魯白種子購(gòu)于武漢種子公司 .種子用0.5% NaCl0消毒20 min

5、后，于光照培 養(yǎng)箱內(nèi)(白天/黑夜：16h/8h,28e/25e)萌發(fā).選擇萌發(fā)一致的幼苗進(jìn)行砂培 .稱洗干凈的細(xì)砂500g于 塑料碗中，每碗種苗10株,4周后疏苗，留大小一致健壯苗 6株，加鉛溶液，濃度為：0,100 mg/L, 500 mg/ L,以Pb(NQ)2形式加入.每處理3個(gè)重復(fù).為避免鉛沉淀，營(yíng)養(yǎng)液改用KCl,葉噴施KH2PQ. 15 d后收 獲,根用5 mmol/L Na- EDTA清洗以去除根表面吸附的鉛 . 材料分根和地上部分，于105 e殺青,65 e下烘干，稱干重，研碎，分別稱0. 5g用硝酸和高氯酸消 化,0. 1 mol/L硝酸溶液定容,用ICP- AES元素測(cè)定儀

6、測(cè)鉛含量. 根耐受指數(shù)采用 Wilkins( 1978)[8]方法，Pb遷移總量采用劉秀梅[9]方法，遷移率=地上遷移總量/總 收稿日期:2004- 03- 19 基金項(xiàng)目：湖北省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目 ；湖北大學(xué)自然科學(xué)重點(diǎn)基金資助項(xiàng)目 作者簡(jiǎn)介：柯文山(1965-),男，碩士，副教授 19^4-2012 Chuia Academic Journal Klcctranic Publishing House. All righLs reserved, hllp:仏vwxvjcmlci.n赳吸收量. 2結(jié)果分析 2.1植物體中鉛的含量和分布 不同植物對(duì)重金屬的富集能力不同 ?從表

7、1中可看出，十字花科蕓薑 屬5種植物中，芥菜、魯白15表現(xiàn)出較強(qiáng)的富集能力,地上部分鉛的含量1 OOOLg/g干重,是具有超富集 趨勢(shì)的植物?竹芥在高濃度下也表現(xiàn)出很強(qiáng)的富集能力 ?這3種植物在高濃度的吸收量高于低濃度 ，而 芥蘭和甘藍(lán)則表現(xiàn)出低濃度（100mg/ L）的吸收量高于高濃度（500mg/L）的量，可能是高濃度鉛抑制了植 物的生長(zhǎng)和代謝的緣故?而且,這兩種植物的富集能力較低. 地上/地下的比值反 映重金屬在各植物體內(nèi)的 運(yùn)輸能力[10].從表1可 知,不同植物吸收和運(yùn)輸 分配重金屬鉛的情況不 同,甘藍(lán)和芥蘭主要富集 在根部，S/ R小于0. 5,運(yùn) 輸分配到地上莖葉的較 少；

8、芥菜和竹芥雖然地上 吸收的量超過了 1 OOOLg/g，但 S/R 仍很 小,絕大部分滯留在根部， 而魯白S/R的比值大于 0. 5,說明魯白體內(nèi)有很好 的運(yùn)輸Pb的機(jī)制. 2. 2植物對(duì)Pb的耐受性 植物能否用作植物修復(fù) 的材料,中毒濃度下植物 的耐性是衡量的一個(gè)重要 指標(biāo).植物與重金屬作用 表1不同植物 Pb的含量和分布 (Lg/g) ck 100 500 芥菜 S 39.15? 3. 24 1 335.81? 87.42 1 652.5? 73.03 R 62.65? 8. 14 4 785.86? 157.32 5425.04? 1

9、63.21 S/R 0. 62 0.28 0.31 芥蘭 S 15.50? 2. 14 555.01? 46.32 216.5? 18.46 R 69.30? 7.43 3 105.4? 126.27 2515.02? 131.22 S/R 0. 22 0.18 0.09 魯白15 S 92.91? 21.03 1685.02? 126.52 2205.01? 195.24 R 98.91? 19.86 3 234.40? 142.61 3053.50? 201.23 S/R 0. 94 0.52 0.72 竹芥

10、 S 26.30? 2. 61 450.04? 28.41 1 407.50? 96.26 R 93.02? 10.23 1 693. 75? 89.34 1 757.50? 78.65 S/R 0. 28 0.27 0.80 甘藍(lán) S 29.10? 5. 62 749.20? 16.83 406. 65? 14.21 R 61.29? 8. 21 5 230.02? 250.12 3577.50? 201.34 S/R 0. 47 0.14 0.11 第3期 柯文山等：十字花科蕓薑屬5種植物對(duì)Pb的吸收和富集 237

11、 國(guó)丨5種植物的耐受挎數(shù) (I 1一芥菜，—芥蘭魯/ 4—竹卓―廿藍(lán) 時(shí)，首先接觸的是根系.敏感植物在中毒濃度下 ，都會(huì)有不|? 同程度的損傷，抑制根系的生長(zhǎng)，而耐性植物則沒有影響或 影響較小.因此，植物的耐性指數(shù)能很好反映植物對(duì)重金屬 151 的耐性[9].從圖1可看出，竹芥、魯白在本實(shí)驗(yàn)高濃度 （500『逼 mg/L）鉛下耐性指數(shù)大于1,其次是芥菜為0. 947,而鉛對(duì)芥 蘭和甘藍(lán)有較大的抑制作用. 2. 3 植物Pb的轉(zhuǎn)化率、遷移總量 由表2可知，在100 mg/L濃度下，每100株植物遷移鉛的總量大小，5種植物表 現(xiàn)魯白 > 芥菜> 甘藍(lán) > 芥蘭 > 竹芥,

12、500mg/L濃度下，表現(xiàn) 為魯白 > 竹芥> 芥菜 > 甘藍(lán)> 芥蘭.因此,魯白的遷移總量 在兩種濃度下都最大，其次是芥菜，竹芥在高濃度下表現(xiàn)出較高的遷移量 ，而且魯白的遷移地上的遷移 率最高，達(dá)到85%以上.遷移量和遷移率是反映植物修復(fù)能力的一個(gè)重要指標(biāo) ，因此，魯白對(duì)鉛具有較 大的修復(fù)潛力? 3討論 植物對(duì)重金屬的吸收對(duì)策主要有兩種 ：一種是植物排斥對(duì)策，另一種是富集耐受對(duì)策.在富集耐受 238 湖北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) 第26卷 對(duì)策中，一種為限制吸收運(yùn)輸對(duì)策，即根部富集截留而限制重金屬向地上部分運(yùn)輸 ，另一種為富集或超 富集對(duì)策，即能將大部分重金屬運(yùn)送地上部分

13、?在本實(shí)驗(yàn)中，芥蘭和甘藍(lán)屬于限制吸收運(yùn)輸對(duì)策 ，而魯 白和芥菜屬于后一種對(duì)策?鉛為/粘性0金屬，植物吸收后不易向地上運(yùn)輸 ，因鉛易以磷酸鹽和碳酸鹽的 形式沉積在根部，而魯白和芥菜，能將大部分鉛運(yùn)送到地上，尤其是魯白，地上可富集鉛高達(dá) 2 205 Lg/g 干重，且S/R大于0. 5,說明魯白有很好的富集運(yùn)輸鉛的機(jī)制 ? 表2植物Pb遷移總量和轉(zhuǎn)化率 芥菜 芥蘭 魯白 竹芥 甘藍(lán) -1 Pb/m 倂L 1 ck 100 500 ck 100 500 ck 100 500 ck 100 500 ck 10

14、0 500 SB/g 15.98 17.54 15.02 32.10 33.02 30.18 28. 62 30.65 32. 11 23.34 23. 65 21.87 26.34 29.71 23. 88 RB/g 2.29 2.37 2.03 2.34 2.01 1.79 2.02 2. 35 2. 01 2. 31 2. 48 2.49 2. 64 2. 20 1.87 TT/mg 0. 626 23.43 24.82 0.50 18.33 6.53 2.66 51.65 70.80 0. 61

15、10. 64 30.78 0. 766 22.26 9.71 TE/ % 81.40 70.00 69.27 75.45 74.60 59.58 93. 01 87.17 92.02 74.01 71.70 87.55 81.66 65.92 59. 21 TT為每100株的遷移量 利用植物修復(fù)技術(shù)治理環(huán)境重金屬污染是一項(xiàng)新的綠色修復(fù)技術(shù) ，目前有關(guān)研究和應(yīng)用受到廣泛 關(guān)注和重視?植物修復(fù)能否成功，依賴以下幾個(gè)因素：首先，植物生長(zhǎng)快，生物量高且富集高濃度的金屬 ； 第二，富集植物能反復(fù)種植且能轉(zhuǎn)運(yùn)到地上便于收割 ；第三，對(duì)重金屬有很高的耐受性

16、等?鉛的生物可利 用性較差，移動(dòng)性也差，許多植物吸收的鉛保留在根部 ，只有很少部分轉(zhuǎn)移到收割部分 [11,12].而目前發(fā) 現(xiàn)的自然生長(zhǎng)重金屬超富集植物有 400多種，而鉛超積累植物很少，且多生長(zhǎng)慢、植株矮小，限制了這項(xiàng) 技術(shù)的應(yīng)用[7]，同時(shí)由于植物的地域性也受到限制 .因此，增強(qiáng)鉛的生物可利用性或?qū)ふ夷茌^好地將鉛 轉(zhuǎn)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長(zhǎng)快、生物量大的具有超富集或具有超富 集趨勢(shì)的作物作為修復(fù)材料[6,12]. 魯白、芥菜不僅生長(zhǎng)快、生物量高，且其地上鉛的含量超過 1 000 Lg/g，遷移總量和遷移率都很高，是 一種很好的潛在修復(fù)鉛污染的材料

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24、of Resourceand Environment, Hubei Universty, Wuhan430062,China) Abstract: On the undergroundsof urban sustainabledevelopmentstudy results on somecities in China, select 44 indicatorsthat reflect the complexsystemof Wuhan s economicssociety,populationand enviroment. According to the approachof princ

25、ipal factor analysiscombinedby analytical hierarchy processpomprehensivelyanalyzeande valuate the overall level, susta in abledegree and coord in ati on aldegree. So asto afford a theory approachfor Wuha n. s further development. Key words: urban sustainabledevelopment; indicatorssystem; comprehens

26、iveevaluationWuhan city (責(zé)任編輯嚴(yán)家利) (上接第238頁(yè)) Uptake and accumulation of lead by five plants from colewort of Cruciferae KE Wen sha n,CHEN Jianju n, HUANG Bang qua n,DAI Li ng pen g,WANG Wanxian (Schoolof Life Science, Hubei University, Wuhan430062, China) Abstract: To selectthe plant which can

27、accumulatePb, the uptake , accumulationand toleranceof 5 plants (Ch in esemustard, Brassicaoleraceaevar. albogiabra, B. pek in g 15, Ch in esemustard( Bamboo), B. oleracea from colewortof Cruciferaewere in vestigated.The resultswere asfollows: in the 5 pla nts, the uptake of lead by B. oleraceaand B

28、. oleraceavar. albogiabra in low leadsolution (100mg/L) is higher thanthat in high lead solution (500 mg/L) . The uptakeof lead by the threeplants- Chinesemustard, B. peking 15 andChinesemustard(Bam boo) is increasingwith the solution Iead content. The accumulationof lead by the overgroundof Chinese

29、mustard, B. pek ing 15 is higher tha n1 000 Lg/g( dry weight). Especially, B. pek ing 15 is the pla nt which can be late ntto clean up the environmentlead . Key words: Cruciferae;lead; accumulation;plantremediation (責(zé)任編輯游俊) 19^4-2012 Chuia Academic Journal Klcctranic Publishing House. All righLs reserved, hllp:仏vwxvjcmlci.n赳