植物激素—螯合劑復合處理對紅莧菜富集能力的影響

郭夢露

摘要 [目的]探尋一種高效的土壤污染植物修復技術。[方法]采用植物激素（IAA、GA3、SA）和螯合劑（EDTA）復合處理分別進行葉面噴施和土壤澆灌，研究其對紅莧菜修復效率的影響。[結果]復合處理可增加紅莧菜在133Cs、88Sr、Cd脅迫下的生物量，對于133Cs、88Sr、Cd的吸收量、轉移系數和富集系數，土壤澆灌相比于葉面噴施顯著提高了133Cs、88Sr、Cd 在紅莧菜植株內的富集；3種激素和螯合劑的復合處理效果從好到差依次為100 mg/L SA+1.5 mg/kg EDTA、500 mg/L GA3+1.5 mg/kg EDTA、100 mg/L IAA+1.5 mg/kg EDTA。[結論]土壤澆灌100 mg/L SA+1.5 mg/kg EDTA 為最適宜處理，使單株紅莧菜對133Cs、88Sr、Cd的富集總量達到最大。

關鍵詞 133Cs；88Sr；Cd；植物激素；螯合劑；植物修復

中圖分類號 S181 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）01-0079-04

The Effect of Combined Treatments of Phytohormones and Chelating Agents on the Accumulation Capacity in Amaranth

GUO Menglu

（Department of Life Sciences， Heze University， Heze， Shandong 274015）

Abstract [Objective] To discuss a high efficient phytoremediation technology for soil pollution. [Method] By using combined treatments of phytohormones（IAA， GA3， SA） and chelating agents（EDTA）， foliage application and root irrigation were carried out to study the influence on amaranth repair efficiency. [Result] The combined treatment increased biomass of amaranth under 133Cs， 88Sr， Cd stress. The 133Cs， 88Sr， Cd enrichment in amaranth by root irrigation were obviously higher than that by foliage application；The phytoextraction efficiency of phytohormones and chelating agents from best to poor was as following： 100 mg/L SA+1.5 mg/kg EDTA， 500 mg/L GA3+1.5 mg/kg EDTA， 100 mg/LIAA+ 1.5 mg/kg EDTA. [Conclusion] Under the treatment of 100 mg/L SA and 1.5 mg/kg EDTA by soil irrigation， the total absorption dose of 133Cs，88Sr，Cd per plant can achieve the maximum value.

Key words 133Cs；88Sr；Cd；Phytohormones；Chelating agent；Phytoremediation

生物修復、物理修復、化學修復及其聯合修復是污染土壤的主要修復技術，植物修復技術是篩選和培育對目標污染物具有超常富集能力的植物，將其種植在被污染的土壤上，伴隨植物體自身吸收水分和養分的過程將污染物吸收富集在體內，以期達到清除污染物的目的[1]，是一項高效、經濟處理重金屬及放射性污染物的新方法。目前，提高植物修復效率的方式主要有加強施肥、添加螯合劑、改善栽培條件、利用根際微生物等。近年來，國內外學者開始研究植物激素和螯合劑共同作用來提高植物的修復效率，眾多研究結果表明，植物激素能緩解重金屬–螯合劑的植物毒性，提高植物生物量，促進植物的生長發育，螯合劑能協同促進植物對重金屬的吸收、轉運和積累，顯著提高植物的提取效率[2]。Israr等[3]以生長在富含鉛土壤中的田箐為試驗材料，向植株分別噴灑萘乙酸（NAA）、生長素（IAA）后與乙二胺四乙酸（EDTA）分別進行復合處理，結果表明，芽的含鉛量分別為對照的13.52、13.49倍。López等[4]研究表明，生長素的添加能顯著提高植物修復效率，IAA能提高植物葉片中的鉛濃度，生長素與EDTA復合處理葉片中鉛濃度是CK的28.00倍，是EDTA單一處理的6.00倍。目前，植物激素已廣泛應用于農業生產中，其通過調節作用改變植物對外界營養物質和水分的需求；螯合劑能夠提高土壤中重金屬的溶解度，將有機物從金屬離子中解吸出來，從而促進重金屬、核素從根系向其他部位的轉運。周建民等[5]以玉米為試材，研究了螯合劑和吲哚乙酸聯合對緩解重金屬脅迫的作用，結果表明，聯合處理能明顯提高玉米地上部Cd、Cu、Zn、Pb的累積量。

紅莧菜（Amaranthus mangostanus L.）又稱青香莧、野刺莧、荇菜等，是莧科莧屬一年生草本植物，分布于我國和印度，其根系發達，適應力強，為富鉀植物。研究表明，紅莧菜的生物量較大，富集核素能力強，適應魯西南地區生長，是133Cs、88Sr超富集植物。筆者采用植物激素與螯合劑復合處理超富集植物紅莧菜，研究污染土壤的植物修復效率，旨在為土壤重金屬污染治理提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地點為菏澤學院。氣候屬于暖溫帶季風大陸性氣候，年平均降水量690 mm，平均氣溫14.7 ℃。

1.2 試驗材料

供試植物為紅莧菜。試驗試劑：133Cs的施加形式為CsCl，88Sr的施加形式為Sr（NO3）2，Cd的施加形式為Cd（NO3）2·4H2O；EDTA、IAA、赤霉素（GA3）、水楊酸（SA），均為化學分析純試劑。

1.3 試驗設計

試驗采用盆栽方式，2015年3月18日播種紅莧菜，大田育苗，4月19日待紅莧菜長出4～6片子葉后移苗，每盆3株。將紅莧菜苗分別定植于20 mg/kg 133Cs、20 mg/kg 88Sr、20 mg/kg Cd處理的土壤中，繼續培育30 d。5月19日進行植物激素與螯合劑的復合處理。復合處理的施用方式分為葉面噴施和根系澆灌2種，3種激素IAA、GA3、SA的添加濃度分別為100、500、100 mg/L，與1.5 mg/kg EDTA分別配成7種不同濃度的水溶液。其中，以施用清水為對照處理（表1）。每處理重復3次，共設21組。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 紅莧菜生長指標的測定。6月11日收獲紅莧菜，用去離子水洗凈，瀝干水分，將根、莖、葉分開，于105 ℃殺青30 min，70 ℃下烘至恒重（約48 h），分別稱量干重。 紅莧菜的根、莖、葉部生物量利用天平直接稱取，株高和主根長、根莖粗利用卷尺和游標卡尺測量。

1.4.2

133Cs、88Sr、Cd含量的測定。將烘干的植物樣品研磨后，準確稱取0.2 g樣品置于三角瓶中，加入10 mL混合酸（硝酸 ∶高氯酸體積比3 ∶1），加蓋過夜。樣品液倒入凱式燒瓶中，在電爐上消解，直至冒白煙，消化液呈無色透明。用0.5 mol/L硝酸定容至100 mL。采用火焰原子吸收光譜法測定植物樣品中88Sr和133Cs含量，測試儀器為美國PE公司AA700火焰原子吸收光譜儀。

1.5 數據統計

采用Microsoft Excel 2003軟件進行數據處理，采用DPSv 7.05軟件進行單因素方差分析（Oneway ANOVA）及在0.05水平下進行Duncan多重比較。

2 結果與分析

2.1 復合處理對紅莧菜生長的影響

2.1.1 對紅莧菜生物量的影響。

由表2可知，復合處理可增加紅莧菜根、莖、葉地上部及單株的生物量；根系澆灌方式下紅莧菜各部分生物量大于葉面噴施方式。葉部的生物量高于莖部、根部。JSA處理根部生物量為CK的4.48倍；JGA處理莖、葉部的生物量達到最大，分別高于CK 28906%、315.28%。JGA處理下，地上部、單株生物量達到最高值，高于CK 304.83%、306.85%。可見，根系澆灌下，500 mg/L GA3+1.5 mg/kg EDTA處理紅莧菜植株的生物量最大。

2.1.2 對紅莧菜農藝性狀的影響。

由表3可知，復合處理紅莧菜的株高、莖粗、主根長與CK差異極顯著。各處理中，以JIAA處理的主根長最大，為CK的4.95倍；最大株高、莖粗均出現在JGA處理，分別高于CK 65.17%、82.55%。復合處理中，PGA

處理的主根長最小；PIAA、JIAA處理的株高、莖粗最小，分別僅為CK的1.43、1.51倍和1.45、1.58倍。各復

合處理對主根長處理的影響從大到小依次為100 mg/L IAA+1.5 mg/kg EDTA、100 mg/L SA+1.5 mg/kg EDTA、500 mg/L GA3+1.5 mg/kg EDTA，對株高、莖粗的影響從大到小依次為500 mg/L GA3+1.5 mg/kg EDTA、100 mg/L SA+1.5 mg/kg EDTA、100 mg/L IAA+1.5 mg/kg EDTA。

2.2 復合處理對紅莧菜富集133Cs、88Sr、Cd的影響

2.2.1 對積累133Cs、88Sr、Cd的影響。

從圖1可以看出，各處理根、莖、葉部Cd含量從大到小依次為500 mg/L GA3+15 mg/kg EDTA、100 mg/L SA+1.5 mg/kg EDTA、100 mg/L IAA+1.5 mg/kg EDTA、CK，葉面噴施方式的修復效率小于根系澆灌方式，葉部的Cd含量顯著高于根、莖部（P<0.05）。IAA+1.5 mg/kg EDTA處理根、莖、葉部Cd含量最小，分別為CK的1.39、1.85、1.18倍。500 mg/L GA+1.5 mg/kg EDTA處理下，根、莖、葉部的Cd含量最大，分別高于CK 8513%、184.62%、23.37%。

從圖2、3可以看出，各處理紅莧菜各部位對133Cs、88Sr的吸收能力不同Cs、Sr從大到小依次為100 mg/L SA+1.5 mg/kg EDTA、500 mg/L GA3+1.5 mg/kg EDTA、100 mg/L IAA+1.5 mg/kg EDTA、CK，根系澆灌處理的修復效率大于葉面噴施方式。不同復合處理紅莧菜各部位133Cs、88Sr含量均顯著高于CK（P<0.05），各部位對133Cs的吸收量顯著高于88Sr（P<005）。100 mg/L IAA+1.5 mg/kg EDTA處理莧菜的根、莖、葉對133Cs、88Sr的吸收量最小，100 mg/L SA+1.5 mg/kg EDTA處理根、莖、葉對133Cs、88Sr的吸收量最大，各部位對133Cs的最大吸收量分別為0.761、0966、1.675 mg/g，分別為CK的1.87、1.65、1.69倍。

2.2.2 對轉運133Cs、88Sr、Cd的影響。

由表4可知，復合處理紅莧菜地上部133Cs、88Sr、 Cd的轉運系數大于CK，根系澆灌方式相比于葉面噴施方式可提高轉運水平。 JGA處理的Cd轉運系數和133Cs轉運系數最大。100 mg/L IAA+1.5 mg/kg EDTA處理下，地上部對Cd、133Cs、88Sr的轉運系數均為最小。JSA處理88Sr轉運系數最大，較CK高出64.21%。可見，100 mg/L IAA+1.5 mg/kg EDTA處理下，紅莧菜地上部轉運Cd、133Cs、88Sr的能力最低，500 mg/L GA3+1.5 mg/kg EDTA復合處理下，地上部對Cd的轉運系數最大，而100 mg/L SA+1.5 mg/kg EDTA復合處理地上部對88Sr的轉運系數達最大。

2.2.3 對富集133Cs、88Sr、Cd的影響。

由表5可知，復合處理133Cs、88Sr、Cd的富集系數均大于CK，根系澆灌方式相比于葉面噴施激素極顯著提高了各部分轉運133Cs、88Sr、Cd的能力。100 mg/L IAA+1.5 mg/kg EDTA復合處理下，地上部轉運Cd的能力最低，而500 mg/L GA3+1.5 mg/kg EDTA復合處理下，地上部富集系數最高，說明地上部對Cd轉運的能力最大。從133Cs、88Sr富集系數來看，3種復合處理從大到小依次為100 mg/L SA+1.5 mg/kg EDTA、500 mg/L GA3+1.5 mg/kg EDTA、100 mg/L IAA+1.5 mg/kg EDTA、CK；紅莧菜地上部對133Cs、88Sr的富集系數顯著高于根部，PIAA處理的富集系數最小，與CK差異極顯著，分別為CK的1.11、1.24倍，而JSA處理的富集系數最大。

3 結論與討論

（1）該研究表明，植物激素與螯合劑復合處理可增加紅莧菜根、莖、葉部的生物量，能提高紅莧菜的株高、主根長、莖粗，根系澆灌方式相比于葉面噴施方式更有利于紅莧菜的生長，復合處理對紅莧菜總生物量的促進作用從大到小依次為500 mg/L GA3+1.5 mg/kg EDTA、100 mg/L SA+1.5 mg/kg EDTA、100 mg/L IAA+1.5 mg/kg EDTA。

（2）激素與螯合劑復合處理對Cd的吸收能力從大到小依次為500 mg/L GA3+1.5 mg/kg EDTA、100 mg/L SA+1.5 mg/kg EDTA、100 mg/L IAA+1.5 mg/kg EDTA、CK。復合處理對紅莧菜各部分133Cs、88Sr含量從大到小依次為100 mg/L SA+1.5 mg/kg EDTA、500 mg/L GA3+1.5 mg/kg EDTA、100 mg/L IAA+1.5 mg/kg EDTA、CK。Shahandeh等[6]研究表明，添加外源檸檬酸和草酸處理向日葵和印度芥菜，其嫩枝鈾積累量增加了150倍 。Huang等[7]利用檸檬酸處理中國白菜和印度芥菜，結果表明，其地上部分對土壤中鈾的吸收量顯著增加，為對照鈾吸收量的1 000倍。Chang等[8]在鈾污染的土壤中施用檸檬酸研究植物的積累效應，結果表明，油菜根部積累鈾量高達3 500 mg/kg，印度芥菜葉部累積的鈾量達2 000 mg/kg，顯著高于對照。

（3）該研究得出，IAA、GA3、SA與EDTA的復合處理顯著增加了紅莧菜各部分的生物量，加快了植株的生長發育，增加了133Cs、88Sr、Cd在植株體內的積累量，加大了植株各部分對133Cs、88Sr、Cd的轉運和富集。這可能是由于添加螯合劑能夠活化土壤中的重金屬，提高重金屬的生物有效性，促進植物吸收，同時植物激素能緩解重金屬-螯合劑的植物毒性，促進植物根系伸長，增加植物生物量，協同螯合劑促進植物對重金屬的吸收、轉運和積累，從而顯著提高植物提取效率，但有關協同強化植物修復的機理仍有待進一步研究。

參考文獻

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