重金屬離子吸附植物
——金邊吊蘭的環境脅迫誘導研究*

周曾艷，李泓峣，姚元勇，徐 路，蔡忠樺，盧俊霖，顧 云

(銅仁學院材料與化學工程學院，貴州 銅仁 554300)

我國作為農業大國之一，人口總數量位于全球第一，對糧食產量的需求十分關注。因此，糧食與土地的緊密關系成為我國研究土壤性質及生物特征的熱點之一。改革開放期間，隨著我國工業化和城鎮化推進進程加快，采礦、冶煉、化工、工業“三廢”、城市生活垃圾和污水排放逐漸加重[1-2]。另外，人們大批量的使用農膜、肥料、農藥等，使得我國土壤中的重金屬含量超標，其中Hg、Mn、Zn、Cd等重金屬的污染十分嚴重[3-4]，已經嚴重危及到我國合格糧食產量。根據2014年環保部發布的土壤污染調查公報顯示，全國土壤總的超標率為16.1%，其中輕度、輕度、中度和重度污染點位比例分別為11.2%、2.3%、1.5%和1.1%[5-8]。汞污染是全國土壤中重金屬污染最嚴重事件之一。在土壤中汞主要以甲基汞的形式存在，可通過食品、農作物、水等方式進入人類和動物身體中，嚴重危害人們的身體健康。我國土壤中汞的幾何平均值為0.04 mg/kg，含量范圍90.001～45.9 mg/kg[9]，然而，我國西部貴州銅仁萬山區，因歷史原因，土壤中汞含量最高達790 mg/kg是我國土壤環境質量二級標準的526倍[10]，Hg最高超標倍數達135倍[11]。因此，如何解決土壤中重金屬污染問題成了世界性的難題。

近幾十年來，眾多研究者們研究了多種方法對土壤進行修復。常用方法有客土法、固汞法、水洗法、熱解析法、生物修復法[12-13]，其中生物修復主要包含三種修復類型，它們分別是植物修復、菌根根際修復和微生物修復[4]。相對目前而言，植物修復技術是一種很有效并且廉價處理污染的新方法[12]，同時也是比較符合土壤的實際情況。目前發現的能夠吸附重金屬汞的植物有紙皮樺、加拿大楊、小葉黃楊、紅樹、苧麻、蜈蚣草、乳漿大戟、節節草、酸模、白茅、吊蘭等植物[14]。近年來，課題組對貴州銅仁萬山汞礦開采區舊址進行實地調研，發現某區域生長著較為茂盛的草本性植物，其中乳漿大戟、吊蘭生長突出。因此，課題組對具有潛在汞吸附植物——金邊吊蘭進行人工環境脅迫誘導，并試圖通過環境誘導，增強其吸附能力，獲得總金屬離子超吸附植物人工馴化提供研究思路。

1 實 驗

1.1 藥品及試劑

硝酸汞、氯化汞、氯化亞錫，均為分析級；水為二次蒸餾水(自制)。

1.2 儀 器

FA220HN電子天平，常州市衡正電子儀器有限公司；LGJ-30S真空冷凍干燥機，北京松源華興科技發展有限公司；RA-915S測汞儀，加拿大劉梅克斯。

1.3 實驗選材

金邊吊蘭(Chlorophytum comosum f.variegata)，購買于市場。

2 實驗過程

2.1 土壤中重金屬汞污染模擬過程

選擇9盆沒有受到汞污染且長勢相同的金邊吊蘭進行盆栽實驗，將其中的7盆金邊吊蘭編號為1～7號實驗組，剩余為1～2號空白組。選擇沒有受到汞污染且長勢相同的6株乳漿大戟進行帶土移栽進行盆栽實驗，移植后對乳漿大戟用營養液進行培養一周直至長出新芽，將5株乳漿大戟編號為1～5號實驗組，剩余1株為空白組。分別配制50 mg/L、100 mg/L、200 mg/L、1000 mg/L的硝酸汞溶液依次澆灌，每次澆灌20 mL，將藥品從根部澆灌使其滲入土壤中，當植物葉片開始出現枯黃時，則停止澆灌硝酸汞溶液。三天記錄一次植物的生長情況直到其死亡。

2.2 樣品處理

分別將采集得到的根、莖、葉置于自來水中沖洗至體表無雜物，再用去離子水反復漂洗。隨后，剪碎放置冰箱冷凍12小時，再真空冷凍干燥機干燥48 h，然后研磨，過篩(80目)，密封保持在干燥環境中待用。

2.3 汞含量的標準曲線

采用RA-915S測汞儀測量汞的含量。

圖1 汞含量的標準曲線

工作曲線：一次曲線；線性方程：If=631.100×m+195.8；相關系數：0.9999。

3 結果與討論

在環境因素誘導植物——金邊吊蘭方面，實驗模擬了人工誘導具有潛在重金屬離子吸附植物——金邊吊蘭，通過人工改變植物的生長環境，迫使發生植物生理變化，發揮具有對土壤中重金屬離子汞更高的吸附性能。

由表1可知，植物--金邊吊蘭在相同的環境條件下，對其進行不同濃度的汞離子溶液灌溉，并觀察期生長狀況。實驗組1～4，分別灌溉總汞離子量405 mg。15天后，分別對其植物的地上部分和地下部分進行總汞離子的測定。實驗結果表明：實驗組1，植物——金邊吊蘭在灌溉液濃度(50 mg/L)，灌溉15天，植物生長狀況影響不大，且有新葉長出，說明植物在該環境具有一定的適應性。然而，相比其他實驗組而言，植物--金邊吊蘭在高濃度灌溉液(100 mg/L、200 mg/L、1000 mg/L)的灌溉下，植物生長狀況均呈現出中毒現象，并可觀察到葉片部分開始枯黃。其灌溉液濃度越高，葉片部分枯黃越嚴重。

表1 金邊吊蘭澆藥總的含汞量

如表1和圖2所示可知，實驗選取了植物——金邊吊蘭在灌溉液濃度(50 mg/L)的條件下，與空白組在純水灌溉的條件下，進行植物生長長勢的比較。實驗結果表明：0～30天，實驗組金邊吊蘭生長高度為24.6 cm，空白組的金邊吊蘭生長高度為25.3 cm。隨著栽培時間的延長，實驗組的生長趨勢，相比空白組而言，要弱。然而，在150～170天期間，實驗組金邊吊蘭可觀察到葉片出現枯竭現象，170天，實驗組植物徹底凋亡，無法測量其生長趨勢，而，空白組生長狀況正常。另外，在觀察金邊吊蘭生長趨勢實驗過程中，實驗分別在0、30、60、90、120、150天期間，對實驗組植物的地上部分和地下部分進行采樣和總汞含量的測定分析。實驗結果表明：金邊吊蘭地上部分的汞含量在4.710～9.264 mg/kg之間，地下部分的汞含量在8.039～12.120 mg/kg之間，相比空白組(全植物)的含量在1.480～2.259 mg/kg，說明環境脅迫誘導后的金邊吊蘭對重金屬離子汞吸附能力和適應能力得到了一定程度的提高。

圖2 金邊吊蘭在模擬重金屬汞土壤中的生長情況

4 結 論

本研究通過對金邊吊蘭進行人工環境脅迫誘導，增強其對重金屬離子汞的吸附能力和適應能力。實驗結果表明：金邊吊蘭地上部分的汞含量在4.710～9.264 mg/kg之間，地下部分的汞含量在8.039～12.120 mg/kg之間，相比空白組(全植物)的含量在1.480～2.259 mg/kg，說明環境脅迫誘導后的金邊吊蘭對重金屬離子汞吸附能力和適應能力得到了一定程度的提高。該研究對土壤植物修復提供了重要研究思路。