Pb脅迫對水生植物鳳眼蓮生長和Pb富集能力影響

陽見　張茜茜　白院生

摘要：以雨久花科、鳳眼藍屬植物鳳眼蓮（Eichhomia crassipes）為材料，研究不同比例Pb尾礦滲出液對鳳眼蓮幼苗的生長和Pb富集能力的影響。實驗表明，隨著Pb尾礦滲出液濃度不斷升高，鳳眼蓮的生長指標有所下降，尤其是在Pb尾礦滲出液體積分數(shù)為60%時。在Pb尾礦滲出液體濃度為100%時，葉綠素a、b和類胡蘿卜素質(zhì)量分數(shù)較對照相比分別下降了28%、46%和11 %。而地上和地下部的超氧化物歧化酶（SOD）活性都隨Pb尾礦滲出液濃度的升高而增加；在100%Pb尾礦滲出液脅迫下，地上和地下部過氧化物酶（POD）活性上升最顯著，分別是對照的3.2倍和2.8倍。鳳眼蓮地上和地下部分的丙二醛（MDA）質(zhì)量分數(shù)隨Pb液體濃度的提高而增高。試驗結果表明，鳳眼蓮對Pb尾礦滲出液脅迫有所抗性，因此，鳳眼蓮對Pb尾礦滲出液污染有有一定的修復作用。

關鍵詞：鳳眼蓮；Pb富集；Pb脅迫；修復

水體重金屬污染是指含有重金屬離子的污染物進入水體對水體造成的污染。其中最嚴重的是由礦冶、化工、機械制造等工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含有鉻、鎘、銅、汞、鎳、鋅、鉛等重金屬離子的水體污染。水體重金屬的污染來源主要包括自然源和人為源兩大部分。自然源是指重金屬通過地質(zhì)侵蝕或巖石風化等自然途徑進入水體，但此種途徑并不會對水體造成污染；人為源主要包括礦山開采、金屬冶煉、化工生產(chǎn)廢水、使用農(nóng)藥化肥以及生活垃圾等方面，是水體重金屬污染的主要來源[1]。目前，水體重金屬污染是中國水環(huán)境中最為突出的問題之一。

文獻表明，鳳眼蓮對重金屬的富集與凈化能力很強，濃縮倍數(shù)由幾十至上百倍，隨金屬離子的不同而異，凈化能力表現(xiàn)為Pb>Cr>Cd，且植株幼體的吸收富集能力大于成體，而且鳳眼蓮對重金屬的去除主要是依靠根部，其吸收值是莖葉部的幾十至幾百倍。蔡成翔等通過實驗指出鳳眼蓮在快速高效去除低濃度含鉛廢水、治理含鎘廢水和作為銅污染廢水的指示性植物等方面有良好的應用前景[2]。

江西德興鉛礦每年排出大量的尾礦滲出液，其主要成分為Pb，對環(huán)境造成很大的污染。

本研究以鳳眼蓮為研究對象，通過室內(nèi)盆栽試驗分析其對Pb的吸收、積累情況，以及在重金屬Pb脅迫下植物的根系耐性指數(shù)等，為鳳眼蓮對Pb污染水體修復提供理論依據(jù)。

1.試驗材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所需植物鳳眼蓮幼苗取于江西省贛州市興國縣，Pb 尾礦滲出液來源于江西省德興鉛礦尾礦壩。

1.2 試驗方法

試驗前將試驗所需幼苗用自來水清洗干凈，并選用植株大小均勻的4株分別栽植于每個容器（1L）中，采用約5mm厚的聚乙烯塑料跑木板固定幼苗，每個容器中加入800ml的1/4Hoagland營養(yǎng)液，預培養(yǎng)5天后進行處理，處理分為4個，對照（CK）為1/4Hoagland營養(yǎng)液，處理為純尾礦滲出液（Pb—TL）；每個處理設3個重復。處理過程中所消耗的液體用自來水進行補充。

處理30天后取樣，把植株分為地上和地下兩個部分，植株樣品用自來水和蒸餾水進行沖洗，并用吸水紙吸干植物材料表面的水分，放入冰箱以備測定相關生長指標、耐性指數(shù)和Pb含量測定。

1.3測定方法

用尺子測量植株的地上、地下部的長度；用千分之一電子秤稱量植株樣品的鮮重；用105℃殺青植物材料2h，然后在80℃烘干至恒量后所得；五種植物地上部和地下部材料采取HNO3-HClO4濕法消化法，用火焰原子分光光度計（型號：AAS990）測定植物材料中Pb離子的含量[3]。

植物耐性指數(shù)的計算采用Jiang等人的方法[4]；運轉系數(shù)采用Sund等人的方法。

耐性指數(shù)Tolerance index（TI%）=Pb尾礦滲出液處理植株根長/對照植株根長×100%。

運轉系數(shù)T燃燒location Factor（TF）=地上部分重金屬含量/地下部分重金屬含量×100%。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel統(tǒng)計和SPSS 13.0軟件進行方差分析（ANOVA）和LSd檢驗；差異性在0.05一下為顯著性（p<0.05）。

2.結果與分析

2.1 Pb尾礦滲出液脅迫對五種水生植物株高和根長的影響

由表1可見，鳳眼蓮的各項生理指標與對照相比，都有幾乎呈下降趨勢，其中在100%Pb尾礦滲出液脅迫下，株高和根長顯著下降，分別是對照的98%和89%。與對照相比，60%Pb尾礦滲出液的地上部分和地下部分的干質(zhì)量呈下降趨勢，分別是對照的86%和13%。在100%Pb尾礦滲出液脅迫下，鳳眼蓮的地上部干質(zhì)量是對照的63%，隨著Pb尾礦滲出液的濃度的增高，鳳眼蓮的耐性指數(shù)也在隨之降低，其中在100%Pb尾礦滲出液處理下的耐性指數(shù)是對照的8194%，這就說明在100%Pb尾礦滲出液處理下，植物受到了較大的迫害。

2.2 Pb尾礦滲出液脅迫對鳳眼蓮植物生理指標的影響

（1）對葉綠素含量和細胞膜透性的影響 由表2可知，隨著Pb尾礦滲出濃度的提高，鳳眼蓮中葉綠素a、b和類胡蘿卜素含量隨之下降，尤其是在Pb尾礦含量濃度為100% 時，葉綠素a、b和類胡蘿卜素分別是對照的28%、46%和11 %。

不同濃度處理下的鳳眼蓮地上部細胞的相對電導率均比高于對照，尤其是在100% 尾礦滲出液處理下；同時，不同濃度處理下鳳眼蓮地下部細胞的相對電導率均比對照有所升高，但差異不顯著。

（2）對POD、SOD 酶活性的影響 由表3可知，鳳眼蓮地上部和地下部的 POD活性較對照高，其中Pb尾礦滲出液濃度為100%處理下POD 活性達到最高，地上和地下部POD值分別是對照的3.2倍和2.8倍。鳳眼蓮地上部分各處理SOD活性隨Pb尾礦滲出液濃度的升高而增加，100%尾礦滲出液處理條件下，鳳眼蓮地上部分SOD活性是對照的1.2倍，差異顯著；而地下部分的SOD活性變化不顯著。而且，Pb尾礦滲出液濃度為 40%—60%時，對鳳眼蓮幼苗地上和地下部分中的 POD和 SOD活性均有較強的誘導能力。

（3）對脯氨酸和丙二醛質(zhì)量分數(shù)的影響 表4中地上和地下部分得最高點為100%Pb滲出液，分別是對照的13倍和12倍，差異顯著。說明重金屬Pb對鳳眼蓮的傷害隨著濃度的升高而加重，而Pb在鳳眼蓮對重金屬的抗性能力提高方面起到積極的作用。

表4中數(shù)據(jù)顯示，隨Pb脅迫濃度增加，鳳眼蓮中丙二酵含量先增后降，并均比對照CK高。這說明Pb脅迫時，達到一定濃度會使鳳眼蓮的不飽和脂肪酸合成，或者可能因為抗氧化酶加強了對O-2的清除，而導致MDA的積累量減小。

3.討論

本研究結果表明，鳳眼蓮地上部分生長指標隨著Pb尾礦滲出液濃度的增加先上升后下降，地上部分先下降后上升。葉綠素是植物進行光合作用的主要色素，葉綠素質(zhì)量分數(shù)高低決定植物光合作用水平[5]。本試驗中，鳳眼蓮在不同濃度的Pb尾礦滲出液處理下，與對照相比，葉綠素 a、b及類胡蘿卜素質(zhì)量分數(shù)呈下降趨勢，這就說明重鳳眼蓮體內(nèi)葉綠體結構受到了重金屬Pb的嚴重迫害。

過氧化物酶是在植物呼吸代謝過程中起重要作用的抗氧化酶之一。此次試驗表明，在Pb液的不同濃度處理下，鳳眼蓮地上和地下部分POD的活性都有所上升。超氧化物歧化酶活性是也是反映植物抗逆性強弱的重要指標之一[6]。在本試驗中，地上部分的SOD活性低于地下部分，表明鳳眼蓮根部受到脅迫較大。

脯氨酸是逆境下植物細胞質(zhì)中調(diào)節(jié)滲透壓的相容性溶質(zhì)，主要參與細胞水平上的滲透調(diào)節(jié)。逆境下，脯氨酸在植物體內(nèi)大量積累能夠降低細胞的水勢，避免細胞脫水，提高植物高滲溶液中獲得水分，維持新陳代謝正常的進行[7]。逆境脅迫下植物體內(nèi)積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)維持細胞膨壓、促進光合作用、參與植株體內(nèi)活性氧自由基的清除等功能，同時防止原生質(zhì)脫水，而且還起到了平衡細胞質(zhì)與液泡間的滲透勢等多種作用，減低質(zhì)膜受傷害的程度，從而提高抗逆能力[8]。

因此，鳳眼蓮可以通過自身的生理方面的調(diào)節(jié)，對重金屬Pb脅迫有很好的抵抗能力，Pb尾礦滲出液利用SOD和POD酶活性的作用，來減輕細胞膜受迫害程度，游離脯氨酸在鳳眼蓮體內(nèi)的積累也增加了細胞的滲透調(diào)節(jié)作用，使鳳眼蓮對重金屬Pb的抗性有所提高。此研究表明，鳳眼蓮是優(yōu)良的Pb污染水體環(huán)境修復的植物材料。

參考文獻：

[1]王海東，方鳳滿，謝宏芳.中國水體重金屬污染源現(xiàn)狀及展望.廣東微量元素科學，2010，17-1.

[2]蔡成翔，王華敏，張宗明.鳳眼蓮對銅、鉛、鎘、鋅、鐵等離子的短期凈化機制研究[J].樂山師范學院學報，2004，19（5）：69-74.

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