李洋+游少鴻+林子雨+金旭+張笛

摘要：通過盆栽試驗(yàn)，分析菖蒲對(duì)土壤中鋅、鉛、鉻、鎘、銅5種重金屬的脅迫反應(yīng)及富集能力。結(jié)果表明，隨重金屬濃度的增加，菖蒲生物量和株高會(huì)有明顯變化，當(dāng)土壤中鉻處理濃度超過700mg/kg和銅處理濃度超過500mg/kg時(shí)，菖蒲死亡；5種重金屬在菖蒲體內(nèi)地下部分含量均明顯大于地上部分，菖蒲對(duì)5種重金屬有非常強(qiáng)的滯留效應(yīng)；重金屬處理濃度為1000mg/kg時(shí)，菖蒲對(duì)鋅富集量最大，達(dá)到18142.5mg/kg，其中地上部分為3973.33mg/kg，地下部分為14169.17mg/kg。

關(guān)鍵詞：菖蒲；盆栽；重金屬；滯留效應(yīng)；富集作用

中圖分類號(hào)：X53文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1002-1302（2014）11-0383-03

重金屬污染已成為目前越來越需要重視的環(huán)境問題之一，重金屬污染植物修復(fù)技術(shù)也隨著環(huán)境亟需改善的現(xiàn)狀而愈發(fā)成熟[1-2]。通常所說的植物修復(fù)，是指利用植物除去受污染土壤和廢水中重金屬的技術(shù)，也可以稱為生物修復(fù)或者是綠色修復(fù)[3-4]。超富集植物及一些對(duì)重金屬有較強(qiáng)富集能力的植物在植物修復(fù)技術(shù)中起到關(guān)鍵作用[5]。因此，尋找對(duì)重金屬有較強(qiáng)富集能力的植物也便成為解決重金屬污染問題重要的環(huán)節(jié)。菖蒲（Acoruscalamus）是天南星科多年水生草本植物，廣泛分布在世界溫帶、亞熱帶，生長(zhǎng)在湖泊岸邊淺水區(qū)、池塘和沼澤地中[6]。菖蒲去除水體中氮、磷、鉀的研究已有很大進(jìn)展，周守標(biāo)等發(fā)現(xiàn)菖蒲對(duì)幾種重金屬復(fù)合污染的土壤具有一定的處理效果[7-8]，但菖蒲對(duì)土壤中單一重金屬的富集能力卻鮮見報(bào)道。本試驗(yàn)通過盆栽方法，分析菖蒲對(duì)5種重金屬的脅迫反應(yīng)及富集能力，以期為菖蒲修復(fù)重金屬污染土壤或水體提供重要依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)植物菖蒲采自廣西桂林雁山鎮(zhèn)某池塘，剪去枯葉、爛葉、爛根，選幼苗用去離子水沖洗，置于提前采用Hoagland配方[9]配制好的營(yíng)養(yǎng)液中培養(yǎng)。供試土壤采自菖蒲生長(zhǎng)的池塘周邊，風(fēng)干后備用。采集土樣鎘、鋅、銅、鉻、鉛含量分別為0.12、57.85、18.23、18.23、18.37mg/kg，符合GB15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

1.2試驗(yàn)方法

取容積為3L的清潔塑料桶78個(gè)，每桶內(nèi)分別裝入風(fēng)干的土壤2kg；取分析純K2Cr2O7、CuSO4、Pb（NO3）2、CdCl2、ZnSO4，分別單獨(dú)以不同濃度投加到塑料桶內(nèi)，再分別向桶中加入去離子水1L，用玻璃棒攪拌桶內(nèi)土壤，使土壤與重金屬溶液混勻，使塑料桶內(nèi)土壤分別含Cr6+、Cu2+、Pb2+、Zn2+濃度梯度為100、300、500、700、1000mg/kg，含Cd2+濃度梯度為1、3、5、7、10mg/kg。每種處理濃度3個(gè)重復(fù)，以3個(gè)不投加重金屬溶液的土樣為空白對(duì)照。

2013年7月1日，選取提前置于營(yíng)養(yǎng)液中長(zhǎng)勢(shì)良好、株體健碩、大小一致的菖蒲植株，分別移栽至78個(gè)塑料桶內(nèi)，每桶1株；向桶內(nèi)灌水，保持水面高出土面2cm，置于通風(fēng)透光的塑料網(wǎng)棚內(nèi)，持續(xù)生長(zhǎng)45d；2013年8月15日，將菖蒲從桶內(nèi)取出，用去離子水小心沖洗，去除菖蒲葉片及根部殘留土壤，測(cè)定菖蒲生長(zhǎng)指標(biāo)。將菖蒲地上和地下部分分開，置于105℃烘箱中烘干30min殺青，80℃烘干48h，取出稱重，用研缽研碎，分別測(cè)定植株體內(nèi)重金屬含量。

1.3測(cè)定方法

烘干研碎后的植物樣品過100目篩，每份樣品取0.3g，用HNO3-H2O2消解，定容至25mL，用火焰原子吸收光譜儀檢測(cè)相應(yīng)的重金屬含量。

1.4數(shù)據(jù)分析方法

計(jì)算公式：耐性指數(shù)TI（toleranceindex）=重金屬處理中植物的生物量/對(duì)照中的生物量×100%；富集系數(shù)BCF（bioconcentrationfactors）=地上或地下部分重金屬含量/土壤中重金屬含量；根系對(duì)重金屬的滯留率（tetentionrate）=（植株地下部分重金屬含量-植株地上部分重金屬含量）/植株地下部分重金屬含量×100%。試驗(yàn)數(shù)據(jù)用SPSS軟件進(jìn)行方差分析。

2結(jié)果與分析

2.1菖蒲在不同種類及濃度重金屬脅迫條件下的生長(zhǎng)狀況

試驗(yàn)結(jié)果表明，試驗(yàn)后4d，1000mg/kg濃度銅處理的菖蒲植株全部死亡；試驗(yàn)后6d，700mg/kg濃度銅和鉻處理的菖蒲全部死亡；培養(yǎng)45d，隨著重金屬處理濃度增加，各處理菖蒲的生物量與生長(zhǎng)高度有明顯不同，詳見圖1。由表1、圖1可見，當(dāng)鉛、鋅、銅處理濃度為300mg/kg時(shí)，菖蒲株高最高，生物量最大，生長(zhǎng)狀況最好，耐性指數(shù)也最大，并隨濃度增加，株高越來越低；低濃度鎘和鉻脅迫時(shí)，菖蒲株高低于對(duì)照；隨濃度增加，植株高度與生物量進(jìn)一步遞減，菖蒲生長(zhǎng)受到明顯抑制，造成毒害作用。

2.2菖蒲對(duì)重金屬的富集能力比較

由表2可見，菖蒲對(duì)重金屬的富集量隨著土壤中重金屬濃度的增加而增加，呈正相關(guān)關(guān)系，對(duì)5種重金屬的富集能力卻有明顯差異；菖蒲對(duì)鋅的富集能力最強(qiáng)，當(dāng)鋅濃度為1000mg/kg時(shí)，菖蒲地下部分富集濃度達(dá)到14169.17mg/kg，地上部分達(dá)到3973.33mg/kg；菖蒲地下部分對(duì)5種重金屬的富集系數(shù)大多數(shù)都大于1，地上部分對(duì)銅、鉻的富集系數(shù)均小于1；菖蒲對(duì)于鎘的平均富集系數(shù)最大，當(dāng)鎘濃度為10.00mg/kg時(shí)，菖蒲地下部分富集系數(shù)達(dá)到33.9，地上部分富集系數(shù)達(dá)到3.00；5種重金屬在菖蒲地下部分含量均大于地上部分，菖蒲對(duì)5種重金屬有非常強(qiáng)的滯留效應(yīng)，其中，菖蒲對(duì)鉻的平均滯留率最大。

3結(jié)論與討論

重金屬能夠進(jìn)入大氣、土壤和水體直接造成各類環(huán)境要素的污染，也能夠在大氣、土壤和水體中相互遷移，間接造成各類環(huán)境要素的污染[10]。當(dāng)土壤中重金屬含量超出植物對(duì)重金屬自凈作用的時(shí)候，重金屬離子將對(duì)植物的代謝、生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生影響[11-13]。使土壤受到污染的重金屬主要有砷、鎘、鈷、鉻、銅、汞、錳、鎳、鉛、鋅等其中的一種或幾種復(fù)合污染。陳本良等研究表明，鎘污染可導(dǎo)致農(nóng)作物幼苗受損減產(chǎn)，對(duì)人體也有嚴(yán)重影響[14]。鋅污染的土壤對(duì)植物生長(zhǎng)也有嚴(yán)重的抑制作用[15]。當(dāng)本試驗(yàn)5種重金屬在土壤或水體中過量存在時(shí)，均對(duì)植物的生長(zhǎng)有不同程度的抑制和毒害作用[16-17]。從試驗(yàn)結(jié)果看，菖蒲對(duì)于鎘、鋅、銅、鉻、鉛5種元素均有一定的富集作用，因此，菖蒲作為植物修復(fù)的遴選植物具有一定意義。endprint

當(dāng)鉛、鋅、銅濃度達(dá)到300mg/kg時(shí)，菖蒲的生長(zhǎng)狀況最好，過量的銅元素會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷植物的根部，使主根無法伸長(zhǎng)，根尖硬化，抑制生長(zhǎng)點(diǎn)細(xì)胞的分裂[12]，當(dāng)銅濃度高于500mg/kg時(shí)，菖蒲死亡。在鉻、鎘低濃度條件下，菖蒲株高低于對(duì)照，隨著重金屬濃度的增加，株高越來越低，鉻、鎘對(duì)菖蒲已產(chǎn)生毒害作用，當(dāng)鉻濃度高于700mg/kg時(shí)，菖蒲無法存活。

無論是地上還是地下部分，菖蒲對(duì)鋅的富集能力都是最大的，當(dāng)鋅濃度為1000mg/kg時(shí)，菖蒲地下部分的富集量可達(dá)到14169.17mg/kg，地上部分可達(dá)到3973.33mg/kg，這與任珺等研究結(jié)果[18]一致。菖蒲對(duì)高濃度鎘的富集系數(shù)最大，其次分別是鋅、銅、鉻、鉛。比較5種重金屬，可選擇菖蒲作為重金屬鋅污染土壤或水體修復(fù)的植物。

參考文獻(xiàn)：

[1]SaltDE，BlaylockM，KumarNP，etal.Phytoremediation：anovelstrategyfortheremovaloftoxicmetalsfromtheenvironmentusingplants[J].Biotechnology，1995，13（5）：468-474.

[2]ZayedA，GowthamanS，TerryN.Phytoaccumulationoftraceelementsbywetlandplants：Ⅰ.Duckweed[J].JournalofEnvironmentalQuality，1998，27（3）：715-721.

[3]韋朝陽，陳同斌.重金屬超富集植物及植物修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2001，21（7）：1196-1203.

[4]MeagherRB.Phytoremediationoftoxicelementalandorganicpollutants[J].CurrentOpinioninPlantBiology，2000，3（2）：153-162.

[5]陳同斌，韋朝陽，黃澤春，等.砷超富集植物蜈蚣草及其對(duì)砷的富集特征[J].科學(xué)通報(bào)，2002，47（3）：207-210.

[6]張維昊，周連鳳，吳小剛，等.菖蒲對(duì)銅綠微囊藻的化感作用[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2006，26（3）：355-358.

[7]周守標(biāo)，王春景，楊海軍，等.菰和菖蒲對(duì)重金屬的脅迫反應(yīng)及其富集能力[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，27（1）：281-287.

[8]吳月燕，劉秀蓮，洪豐.3種植物對(duì)重金屬富集能力的比較[J].科技通報(bào)，2008，24（2）：266-271.

[9]QianJH，ZayedA，ZhuYL，etal.Phytoaccumulationoftraceelementsbywetlandplants：Ⅲ.Uptakeandaccumulationoftentraceelementsbytwelveplantspecies[J].JournalofEnvironmentalQuality，1999，28（5）：1448-1455.

[10]YeZH，BakerAJM，WongMH，etal.Zinc，leadandcadmiumaccumulationandtoleranceinTyphalatifoliaasaffectedbyironplaqueontherootsurface[J].AquaticBotany，1998，61（1）：55-67.

[11]張義賢.重金屬對(duì)大麥（Hordeumvulgare）毒性的研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，1997，17（2）：70-76.

[12]楊世勇，王方，謝建春.重金屬對(duì)植物的毒害及植物的耐性機(jī)制[J].安徽師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2004，27（1）：71-74，90.

[13]王瀚，何九軍，楊小錄.重金屬對(duì)植物的脅迫作用及其與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)系[J].生物學(xué)教學(xué)，2012，37（2）：7-9.

[14]陳志良，莫大倫，仇榮亮.鎘污染對(duì)生物有機(jī)體的危害及防治對(duì)策[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2001，27（4）：37-39.

[15]李福燕，張黎明，李許明，等.土壤-植物系統(tǒng)鋅污染與修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006，34（22）：5920-5921，5979.

[16]AndersonTA，GuthrieEA，WaltonBT.Bioremediationintherhizosphere[J].EnvironSciThechnol，1993，27（13）：2630-2636.

[17]PenceNS，LarsenPB，EbbsSD，etal.ThemolecularphysiologyofheavymetaltransportintheZn/CdhyperaccumulatorThlaspicaerulescens[J].ProcNatlAcadSci，2000，97（9）：4956-4960.

[18]任珺，付朝文，陶玲，等.蘆葦、菖蒲和水蔥對(duì)水體中Zn2+的富集效應(yīng)研究[J].濕地科學(xué)，2011，9（4）：322-327.endprint

當(dāng)鉛、鋅、銅濃度達(dá)到300mg/kg時(shí)，菖蒲的生長(zhǎng)狀況最好，過量的銅元素會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷植物的根部，使主根無法伸長(zhǎng)，根尖硬化，抑制生長(zhǎng)點(diǎn)細(xì)胞的分裂[12]，當(dāng)銅濃度高于500mg/kg時(shí)，菖蒲死亡。在鉻、鎘低濃度條件下，菖蒲株高低于對(duì)照，隨著重金屬濃度的增加，株高越來越低，鉻、鎘對(duì)菖蒲已產(chǎn)生毒害作用，當(dāng)鉻濃度高于700mg/kg時(shí)，菖蒲無法存活。

無論是地上還是地下部分，菖蒲對(duì)鋅的富集能力都是最大的，當(dāng)鋅濃度為1000mg/kg時(shí)，菖蒲地下部分的富集量可達(dá)到14169.17mg/kg，地上部分可達(dá)到3973.33mg/kg，這與任珺等研究結(jié)果[18]一致。菖蒲對(duì)高濃度鎘的富集系數(shù)最大，其次分別是鋅、銅、鉻、鉛。比較5種重金屬，可選擇菖蒲作為重金屬鋅污染土壤或水體修復(fù)的植物。

參考文獻(xiàn)：

[1]SaltDE，BlaylockM，KumarNP，etal.Phytoremediation：anovelstrategyfortheremovaloftoxicmetalsfromtheenvironmentusingplants[J].Biotechnology，1995，13（5）：468-474.

[2]ZayedA，GowthamanS，TerryN.Phytoaccumulationoftraceelementsbywetlandplants：Ⅰ.Duckweed[J].JournalofEnvironmentalQuality，1998，27（3）：715-721.

[3]韋朝陽，陳同斌.重金屬超富集植物及植物修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2001，21（7）：1196-1203.

[4]MeagherRB.Phytoremediationoftoxicelementalandorganicpollutants[J].CurrentOpinioninPlantBiology，2000，3（2）：153-162.

[5]陳同斌，韋朝陽，黃澤春，等.砷超富集植物蜈蚣草及其對(duì)砷的富集特征[J].科學(xué)通報(bào)，2002，47（3）：207-210.

[6]張維昊，周連鳳，吳小剛，等.菖蒲對(duì)銅綠微囊藻的化感作用[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2006，26（3）：355-358.

[7]周守標(biāo)，王春景，楊海軍，等.菰和菖蒲對(duì)重金屬的脅迫反應(yīng)及其富集能力[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，27（1）：281-287.

[8]吳月燕，劉秀蓮，洪豐.3種植物對(duì)重金屬富集能力的比較[J].科技通報(bào)，2008，24（2）：266-271.

[9]QianJH，ZayedA，ZhuYL，etal.Phytoaccumulationoftraceelementsbywetlandplants：Ⅲ.Uptakeandaccumulationoftentraceelementsbytwelveplantspecies[J].JournalofEnvironmentalQuality，1999，28（5）：1448-1455.

[10]YeZH，BakerAJM，WongMH，etal.Zinc，leadandcadmiumaccumulationandtoleranceinTyphalatifoliaasaffectedbyironplaqueontherootsurface[J].AquaticBotany，1998，61（1）：55-67.

[11]張義賢.重金屬對(duì)大麥（Hordeumvulgare）毒性的研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，1997，17（2）：70-76.

[12]楊世勇，王方，謝建春.重金屬對(duì)植物的毒害及植物的耐性機(jī)制[J].安徽師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2004，27（1）：71-74，90.

[13]王瀚，何九軍，楊小錄.重金屬對(duì)植物的脅迫作用及其與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)系[J].生物學(xué)教學(xué)，2012，37（2）：7-9.

[14]陳志良，莫大倫，仇榮亮.鎘污染對(duì)生物有機(jī)體的危害及防治對(duì)策[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2001，27（4）：37-39.

[15]李福燕，張黎明，李許明，等.土壤-植物系統(tǒng)鋅污染與修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006，34（22）：5920-5921，5979.

[16]AndersonTA，GuthrieEA，WaltonBT.Bioremediationintherhizosphere[J].EnvironSciThechnol，1993，27（13）：2630-2636.

[17]PenceNS，LarsenPB，EbbsSD，etal.ThemolecularphysiologyofheavymetaltransportintheZn/CdhyperaccumulatorThlaspicaerulescens[J].ProcNatlAcadSci，2000，97（9）：4956-4960.

[18]任珺，付朝文，陶玲，等.蘆葦、菖蒲和水蔥對(duì)水體中Zn2+的富集效應(yīng)研究[J].濕地科學(xué)，2011，9（4）：322-327.endprint

當(dāng)鉛、鋅、銅濃度達(dá)到300mg/kg時(shí)，菖蒲的生長(zhǎng)狀況最好，過量的銅元素會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷植物的根部，使主根無法伸長(zhǎng)，根尖硬化，抑制生長(zhǎng)點(diǎn)細(xì)胞的分裂[12]，當(dāng)銅濃度高于500mg/kg時(shí)，菖蒲死亡。在鉻、鎘低濃度條件下，菖蒲株高低于對(duì)照，隨著重金屬濃度的增加，株高越來越低，鉻、鎘對(duì)菖蒲已產(chǎn)生毒害作用，當(dāng)鉻濃度高于700mg/kg時(shí)，菖蒲無法存活。

無論是地上還是地下部分，菖蒲對(duì)鋅的富集能力都是最大的，當(dāng)鋅濃度為1000mg/kg時(shí)，菖蒲地下部分的富集量可達(dá)到14169.17mg/kg，地上部分可達(dá)到3973.33mg/kg，這與任珺等研究結(jié)果[18]一致。菖蒲對(duì)高濃度鎘的富集系數(shù)最大，其次分別是鋅、銅、鉻、鉛。比較5種重金屬，可選擇菖蒲作為重金屬鋅污染土壤或水體修復(fù)的植物。

參考文獻(xiàn)：

[1]SaltDE，BlaylockM，KumarNP，etal.Phytoremediation：anovelstrategyfortheremovaloftoxicmetalsfromtheenvironmentusingplants[J].Biotechnology，1995，13（5）：468-474.

[2]ZayedA，GowthamanS，TerryN.Phytoaccumulationoftraceelementsbywetlandplants：Ⅰ.Duckweed[J].JournalofEnvironmentalQuality，1998，27（3）：715-721.

[3]韋朝陽，陳同斌.重金屬超富集植物及植物修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2001，21（7）：1196-1203.

[4]MeagherRB.Phytoremediationoftoxicelementalandorganicpollutants[J].CurrentOpinioninPlantBiology，2000，3（2）：153-162.

[5]陳同斌，韋朝陽，黃澤春，等.砷超富集植物蜈蚣草及其對(duì)砷的富集特征[J].科學(xué)通報(bào)，2002，47（3）：207-210.

[6]張維昊，周連鳳，吳小剛，等.菖蒲對(duì)銅綠微囊藻的化感作用[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2006，26（3）：355-358.

[7]周守標(biāo)，王春景，楊海軍，等.菰和菖蒲對(duì)重金屬的脅迫反應(yīng)及其富集能力[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，27（1）：281-287.

[8]吳月燕，劉秀蓮，洪豐.3種植物對(duì)重金屬富集能力的比較[J].科技通報(bào)，2008，24（2）：266-271.

[9]QianJH，ZayedA，ZhuYL，etal.Phytoaccumulationoftraceelementsbywetlandplants：Ⅲ.Uptakeandaccumulationoftentraceelementsbytwelveplantspecies[J].JournalofEnvironmentalQuality，1999，28（5）：1448-1455.

[10]YeZH，BakerAJM，WongMH，etal.Zinc，leadandcadmiumaccumulationandtoleranceinTyphalatifoliaasaffectedbyironplaqueontherootsurface[J].AquaticBotany，1998，61（1）：55-67.

[11]張義賢.重金屬對(duì)大麥（Hordeumvulgare）毒性的研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，1997，17（2）：70-76.

[12]楊世勇，王方，謝建春.重金屬對(duì)植物的毒害及植物的耐性機(jī)制[J].安徽師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2004，27（1）：71-74，90.

[13]王瀚，何九軍，楊小錄.重金屬對(duì)植物的脅迫作用及其與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)系[J].生物學(xué)教學(xué)，2012，37（2）：7-9.

[14]陳志良，莫大倫，仇榮亮.鎘污染對(duì)生物有機(jī)體的危害及防治對(duì)策[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2001，27（4）：37-39.

[15]李福燕，張黎明，李許明，等.土壤-植物系統(tǒng)鋅污染與修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006，34（22）：5920-5921，5979.

[16]AndersonTA，GuthrieEA，WaltonBT.Bioremediationintherhizosphere[J].EnvironSciThechnol，1993，27（13）：2630-2636.

[17]PenceNS，LarsenPB，EbbsSD，etal.ThemolecularphysiologyofheavymetaltransportintheZn/CdhyperaccumulatorThlaspicaerulescens[J].ProcNatlAcadSci，2000，97（9）：4956-4960.

[18]任珺，付朝文，陶玲，等.蘆葦、菖蒲和水蔥對(duì)水體中Zn2+的富集效應(yīng)研究[J].濕地科學(xué)，2011，9（4）：322-327.endprint