3種植物對(duì)cu的耐性和蓄積能力

3種植物對(duì)cu的耐性和蓄積能力

0植物cu的吸收cu是有毒環(huán)境污染物之一。隨著礦產(chǎn)資源的廣泛開發(fā)和工業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，以及各種化學(xué)品的廣泛使用，大量cu進(jìn)入環(huán)境，造成了嚴(yán)重污染。控制和減少ciu對(duì)環(huán)境的污染和損害已成為環(huán)境問題之一。關(guān)于植物對(duì)Cu的吸收方面的研究國內(nèi)外不乏報(bào)道。Tang等認(rèn)為,絕大多數(shù)Cu積累和超積累植物產(chǎn)于唇形科、石竹科、禾本科、馬齒莧科、豆科、漆樹科、馬鞭草科。蓼科中也有部分耐Cu植物產(chǎn)出,但有關(guān)蓼科植物大量蓄Cu的報(bào)道卻不多,它們耐Cu機(jī)制尚不清楚。筆者以已報(bào)道過的三種蓼科植物:酸模(R.acetosa)、小頭蓼(P.microcephalum)和戟葉酸模(R.hastatus)為供試植物,通過種子萌發(fā)、砂培和土培試驗(yàn)方法,研究不同Cu水平對(duì)上述三種蓼科植物種子發(fā)芽,植株生長及其蓄Cu能力的影響,為進(jìn)一步探討它們的耐性機(jī)制及其對(duì)Cu污染土壤的修復(fù)潛力提供理論基礎(chǔ)。1材料和方法1.1材料及其來源酸模、小頭蓼和戟葉酸模,前者購于B&T世界種子公司,后二者采自云南大美廠銅礦區(qū)。1.2方法1.2.1u3000酸、堿分別處理不同濃度的un3酸模、小頭蓼和戟葉酸模種子,用1%NaClO消毒10min,依次用自來水、蒸餾水沖洗三次后,然后置于培養(yǎng)皿中,再加入2ml濃度分別為0mg·L-1、50mg·L-1、100mg·L-1、500mg·L-1、1000mg·L-1、5000mg·L-1的Cu(N03)2溶液進(jìn)行處理,每個(gè)處理設(shè)4次重復(fù),每個(gè)培養(yǎng)皿放置20粒飽滿的種子,置于人工培養(yǎng)箱內(nèi),于20～28℃、光強(qiáng)不小于2000lx、相對(duì)濕度60%～75%的條件下培養(yǎng)至種子不再發(fā)芽為止(20d),測(cè)定發(fā)芽率、根長。1.2.2幼苗處理和根系基質(zhì)的移植消毒后的種子播種于裝有珍珠巖和蛭石混合物(體積比1:1)的育苗盤中。采用人工氣候箱砂培盆栽試驗(yàn),試驗(yàn)用高12cm、直徑10cm的塑料盆缽,砂子用2NHCl溶液浸泡兩天,然后用蒸餾水洗干凈,按每盆500g裝盆。待幼苗長出1～2片真葉,挑選長勢(shì)均勻的幼苗,用蒸餾水洗凈根系基質(zhì),移植于盆砂中,用40ml0.1Hoagland營養(yǎng)液澆灌至砂基表面濕潤,每日澆灌兩次。待植物長出5～6片真葉后染Cu,設(shè)0、1、3、7mg·L-14個(gè)處理濃度,每個(gè)處理重復(fù)4次,培養(yǎng)15d后收獲,將各株植物小心地從砂基中分離出,洗凈,按根、莖葉分別用吸水紙吸干水分,裝入紙袋后置烘箱中110℃殺青30min,然后80℃烘干至恒重后測(cè)定生物量和Cu含量。1.2.3苗苗處理2.試驗(yàn)用高18cm、直徑15cm的塑料盆缽,每盆裝土1.0kg。在供試土壤中加入基礎(chǔ)肥料:100mgN·kg-1土[Ca(N03)2·H2O],400mgP·kg-1土[CaHPO4],252mgK·kg-1土[KH2PO4],1mgB·kg-1土[H3BO3],將土壤和基礎(chǔ)肥料混和均勻,加水至最大田間持水量,平衡2周后再加入50mg·kg-1Cu[Cu(N03)2],土壤與Cu(N03)2混勻后再次加水到最大田間持水量,繼續(xù)平衡8周備用。采用玻璃溫室盆栽試驗(yàn)。消毒后的酸模和戟葉酸模種子播種于裝有珍珠巖和蛭石混合物(體積比1:1)的育苗盤中進(jìn)行育苗。待幼苗長出1～2片真葉,挑選長勢(shì)均勻的幼苗,用蒸餾水洗凈根系基質(zhì),移植于盆土中,每盆種植3株,設(shè)一個(gè)處理一個(gè)對(duì)照,每個(gè)處理4次重復(fù)。移栽后70d收獲,測(cè)定生物量和Cu含量。1.2.4微量元素的測(cè)定將烘干樣稱重后磨碎,取0.3～0.5g分樣于試管中,加入8mL混酸(HC104:HNO3=1:1)溶解消化,消化液定容至50mL,用原子吸收法(VarianAAS220)測(cè)定銅含量,同時(shí)設(shè)3～5個(gè)空白對(duì)照。2結(jié)果與分析2.1cu對(duì)酸模種子發(fā)芽率的影響圖1表明,Cu處理對(duì)上述三種蓼科植物發(fā)芽率和根長有一定影響。染Cu對(duì)它們種子發(fā)芽影響的總趨勢(shì)是隨著營養(yǎng)液中Cu濃度升高,發(fā)芽率降低。但不同蓼科植物對(duì)Cu污染的敏感性存在一定差異。低濃度下(50～100mg·L-1)酸模種子發(fā)芽率與對(duì)照相比略有下降,但變化不大,而Cu濃度高于100mg·L-1時(shí),酸模種子發(fā)芽率表現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì),其發(fā)芽率與對(duì)照間的差異顯著(P<0.05);小頭蓼在Cu濃度為50mg·L-1時(shí)其種子發(fā)芽率明顯高于對(duì)照,當(dāng)Cu濃度高于50mg·L-1時(shí),小頭蓼種子發(fā)芽率開始呈現(xiàn)下降趨勢(shì),Cu濃度達(dá)到5000mg·L-1時(shí),小頭蓼種子發(fā)芽率與對(duì)照相比顯著降低(P<0.05)。戟葉酸模種子發(fā)芽對(duì)Cu的敏感性最小,只有在Cu濃度達(dá)到5000mg·L-1時(shí)其發(fā)芽率才略有下降。在種子萌發(fā)期間,雖然染Cu對(duì)不同植物發(fā)芽率的影響不盡一致,但酸模、小頭蓼和戟葉酸模根長變化趨勢(shì)基本相同:Cu處理后,三種蓼科植物的根長明顯降低,而且Cu濃度越大,根長越小(圖2)。2.2cu對(duì)三種詩草生物量的影響對(duì)照條件下三種蓼科植物間生物量差異非常明顯(表1)。三種蓼科植物的根干重順序?yàn)樗崮?gt;戟葉酸模>小頭蓼,而莖葉干重為酸模>小頭蓼>戟葉酸模。三種植物生物量之間的差異均達(dá)到了顯著水平。染Cu處理對(duì)上述三種蓼科植物的生物量具有顯著性影響。方差分析表明,1mg·L-1Cu處理可顯著降低三種蓼科植物的根和莖葉干重(P<0.05）但Cu處理對(duì)三種蓼科植物生物量的影響存在較大差異。表1顯示,Cu處理對(duì)戟葉酸模生物量的影響最大,1mg·L-1Cu處理就能顯著降低戟葉酸模的根和莖葉干重;Cu處理對(duì)酸模生物量的影響也比較大,7mg·L-1和3mg·-1Cu處理時(shí),酸模根和莖葉干重與對(duì)照相比顯著降低;不同Cu水平下小頭蓼的根干重與對(duì)照之間的差異都不明顯,但3mg·L-1Cu處理也能顯著降低小頭蓼莖葉干重。2.3不同cu處理對(duì)小頭充、小頭投生長和莖葉部cu含量的影響染Cu處理對(duì)酸模、小頭蓼和戟葉酸模體內(nèi)Cu含量影響顯著(P<0.05)。由表2知,營養(yǎng)液中加入1mg·L-1Cu時(shí),上述三種蓼科植物體內(nèi)的Cu含量較對(duì)照顯著增加,而隨著營養(yǎng)液中Cu濃度的增加,植物體內(nèi)Cu含量都呈現(xiàn)出上升趨勢(shì),各處理組之間的差異都達(dá)到了顯著水平(P<0.05)。營養(yǎng)液中Cu濃度為7mg·L-1時(shí)它們的蓄Cu量均達(dá)到最大,根部Cu含量分別達(dá)到(1749.23±154.98)mg·kg-1、(4765.06±484.28)mg·kg-1和(890.26±57.21)mg·kg-1;莖葉部Cu含量分別達(dá)到(27.59±5.32)mg·kg-1、(214.04±16.31)mg·kg-1和(34.59±4.94)mg·kg-1(表2)。不同Cu處理對(duì)酸模、小頭蓼和戟葉酸模蓄Cu量的影響也不完全一致。小頭蓼蓄Cu量受到影響最大,1mg·L-1Cu處理時(shí),小頭蓼根部Cu含量較對(duì)照極顯著上升,而莖葉部Cu含量與對(duì)照間的差異也達(dá)到了顯著水平;1mg·L-1Cu處理也能顯著增加戟葉酸模莖葉部和根部的蓄Cu量;對(duì)酸模來說,3mg·L-1Cu處理能顯著增加其根部Cu含量,但只有在營養(yǎng)液中Cu濃度達(dá)到7mg·L-1時(shí),其莖葉部Cu含量與對(duì)照之間的差異才達(dá)到顯著水平(表2)。比較發(fā)現(xiàn),上述三種蓼科植物蓄Cu量差異較大,根部和莖葉部的蓄Cu量以小頭蓼顯著高于酸模和戟葉酸模(P<0.01);酸模和戟葉酸模蓄Cu量也存在較大差異,酸模根部蓄Cu量明顯高于戟葉酸模,相反,戟葉酸模莖葉部蓄Cu量顯著高于酸模。2.4cu對(duì)刺槐生長的影響土培條件下,Cu處理對(duì)酸模和戟葉酸模生物量的影響比較明顯(表3)。50mg·kg-1Cu處理后,酸模根和莖葉干重與對(duì)照相比幾乎少了一半;Cu處理對(duì)戟葉酸模生物量的影響更為明顯,染Cu后戟葉酸模莖葉干重只有對(duì)照的36%,而根干重也只有對(duì)照的53%。土培染Cu處理后酸模和戟葉酸模蓄Cu量相對(duì)對(duì)照都有所增加。由表3知,50mg·kg-1Cu處理后,酸模根部Cu含量是對(duì)照的4.9倍,而戟葉酸模根部Cu含量是對(duì)照的9.3倍,分別為(101.16±10.26)mg·kg-1、(132.13±73.46)mg·kg-1。染Cu處理后,兩種植物莖葉部的含Cu量與對(duì)照相比也有一定程度上升。3種詩詩合成劑對(duì)cu污染土壤的保護(hù)作用高濃度的Cu處理對(duì)植物種子發(fā)芽和根伸長都有較大的抑制作用。Tang等報(bào)道,Cu濃度超過1000mg·L-1時(shí),海州香薷種子發(fā)芽和根伸長受到嚴(yán)重抑制。本研究也表明,三種蓼科植物的種子發(fā)芽均受到Cu處理的影響,但其影響程度存在較大差異。低濃度的Cu處理對(duì)酸模、小頭蓼和戟葉酸模種子發(fā)芽率的影響不大,Cu濃度高于100mg·L-1時(shí),酸模種子發(fā)芽率表現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì);在Cu濃度達(dá)到5000mg·L-1時(shí),小頭蓼種子發(fā)芽率也顯著降低。整個(gè)試驗(yàn)過程中,戟葉酸模種子發(fā)芽率受Cu處理的影響不大。本試驗(yàn)結(jié)果可能說明這三種蓼科植物對(duì)Cu都具有一定的耐性。Cu處理對(duì)酸模、小頭蓼和戟葉酸模的根長也產(chǎn)生了較大影響,Cu濃度越高,影響越大。據(jù)Tang等報(bào)道,酸模、小頭蓼和戟葉酸模均能很好地生長于Cu污染土壤上,但它們的生物學(xué)特性存在較大差異。小頭蓼呈地毯式匍匐生長,生物量較小,而酸模和戟葉酸模呈垂直生長,生物量較大。本試驗(yàn)結(jié)果表明,三種蓼科植物都能在Cu嚴(yán)重污染的環(huán)境中生長,表現(xiàn)出了較強(qiáng)的耐Cu特性,雖然高Cu濃度對(duì)三種蓼科植物的生物量都有一定影響,但在砂培和土培條件下,上述三種蓼科植物都能保持良好的生長狀態(tài),表明它們對(duì)Cu污染土壤具有一定修復(fù)潛力。在我國已有報(bào)道的其它銅耐性植物中,除了鴨趾草(葉片平均Cu含量達(dá)到547mng·g-1)等少數(shù)植物能蓄積較多的銅外,大部分耐銅植物銅含量都不高?？挛纳降鹊难芯勘砻?湖北銅綠山的海州香薷、茵陳、天目苜蓿、藎草都只能蓄積部分銅,地上部分平均銅含量分別為(336.72±87.42)mg·kg-1、(118.42±66.14)mg·kg-1、(45.35±5.83)mg·kg-1、(76.24±36.35)mg·kg-1。本試驗(yàn)所采用的三種蓼科植物也具有一定的蓄Cu量。Tang等報(bào)道生長在長江中下游銅礦區(qū)的酸模葉片和根部平均Cu含量分別達(dá)到了601mg·kg-1、122mg·kg-1。Tang等研究表明,云南高海拔銅礦區(qū)的小頭蓼和戟葉酸模葉片平均Cu含量分別為133mg·kg-1、45mg·kg-1,根部Cu含量分別為491mg·kg-1、33mg·kg-1。本試驗(yàn)中,砂培條件下營養(yǎng)液中加入7mg·L-1的Cu處理時(shí),酸模、小頭蓼和戟葉酸模根部Cu含量分別達(dá)到(1749.23±154.98)mg·kg-1、(4765.06±484.28)mg·kg-1和(890.26±57.21)mg·kg-1;莖葉部Cu含量分別達(dá)到(27.59±5.32)mg.kg-1、(214.04+16.31)mg·kg-1和(34.59±4.94)mg·kg-1。土培條件下,酸模和戟葉酸模也能夠積累部分Cu。比較三種蓼科植物可