3种植物对cu的耐性和蓄积能力

3种植物对cu的耐性和蓄积能力

0植物cu的吸收cu是有毒环境污染物之一。随着矿产资源的广泛开发和工业生产的快速发展，以及各种化学品的广泛使用，大量cu进入环境，造成了严重污染。控制和减少ciu对环境的污染和损害已成为环境问题之一。关于植物对Cu的吸收方面的研究国内外不乏报道。Tang等认为,绝大多数Cu积累和超积累植物产于唇形科、石竹科、禾本科、马齿苋科、豆科、漆树科、马鞭草科。蓼科中也有部分耐Cu植物产出,但有关蓼科植物大量蓄Cu的报道却不多,它们耐Cu机制尚不清楚。笔者以已报道过的三种蓼科植物:酸模(R.acetosa)、小头蓼(P.microcephalum)和戟叶酸模(R.hastatus)为供试植物,通过种子萌发、砂培和土培试验方法,研究不同Cu水平对上述三种蓼科植物种子发芽,植株生长及其蓄Cu能力的影响,为进一步探讨它们的耐性机制及其对Cu污染土壤的修复潜力提供理论基础。1材料和方法1.1材料及其来源酸模、小头蓼和戟叶酸模,前者购于B&T世界种子公司,后二者采自云南大美厂铜矿区。1.2方法1.2.1u3000酸、碱分别处理不同浓度的un3酸模、小头蓼和戟叶酸模种子,用1%NaClO消毒10min,依次用自来水、蒸馏水冲洗三次后,然后置于培养皿中,再加入2ml浓度分别为0mg·L-1、50mg·L-1、100mg·L-1、500mg·L-1、1000mg·L-1、5000mg·L-1的Cu(N03)2溶液进行处理,每个处理设4次重复,每个培养皿放置20粒饱满的种子,置于人工培养箱内,于20～28℃、光强不小于2000lx、相对湿度60%～75%的条件下培养至种子不再发芽为止(20d),测定发芽率、根长。1.2.2幼苗处理和根系基质的移植消毒后的种子播种于装有珍珠岩和蛭石混合物(体积比1:1)的育苗盘中。采用人工气候箱砂培盆栽试验,试验用高12cm、直径10cm的塑料盆钵,砂子用2NHCl溶液浸泡两天,然后用蒸馏水洗干净,按每盆500g装盆。待幼苗长出1～2片真叶,挑选长势均匀的幼苗,用蒸馏水洗净根系基质,移植于盆砂中,用40ml0.1Hoagland营养液浇灌至砂基表面湿润,每日浇灌两次。待植物长出5～6片真叶后染Cu,设0、1、3、7mg·L-14个处理浓度,每个处理重复4次,培养15d后收获,将各株植物小心地从砂基中分离出,洗净,按根、茎叶分别用吸水纸吸干水分,装入纸袋后置烘箱中110℃杀青30min,然后80℃烘干至恒重后测定生物量和Cu含量。1.2.3苗苗处理2.试验用高18cm、直径15cm的塑料盆钵,每盆装土1.0kg。在供试土壤中加入基础肥料:100mgN·kg-1土[Ca(N03)2·H2O],400mgP·kg-1土[CaHPO4],252mgK·kg-1土[KH2PO4],1mgB·kg-1土[H3BO3],将土壤和基础肥料混和均匀,加水至最大田间持水量,平衡2周后再加入50mg·kg-1Cu[Cu(N03)2],土壤与Cu(N03)2混匀后再次加水到最大田间持水量,继续平衡8周备用。采用玻璃温室盆栽试验。消毒后的酸模和戟叶酸模种子播种于装有珍珠岩和蛭石混合物(体积比1:1)的育苗盘中进行育苗。待幼苗长出1～2片真叶,挑选长势均匀的幼苗,用蒸馏水洗净根系基质,移植于盆土中,每盆种植3株,设一个处理一个对照,每个处理4次重复。移栽后70d收获,测定生物量和Cu含量。1.2.4微量元素的测定将烘干样称重后磨碎,取0.3～0.5g分样于试管中,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)测定铜含量,同时设3～5个空白对照。2结果与分析2.1cu对酸模种子发芽率的影响图1表明,Cu处理对上述三种蓼科植物发芽率和根长有一定影响。染Cu对它们种子发芽影响的总趋势是随着营养液中Cu浓度升高,发芽率降低。但不同蓼科植物对Cu污染的敏感性存在一定差异。低浓度下(50～100mg·L-1)酸模种子发芽率与对照相比略有下降,但变化不大,而Cu浓度高于100mg·L-1时,酸模种子发芽率表现出明显的下降趋势,其发芽率与对照间的差异显著(P<0.05);小头蓼在Cu浓度为50mg·L-1时其种子发芽率明显高于对照,当Cu浓度高于50mg·L-1时,小头蓼种子发芽率开始呈现下降趋势,Cu浓度达到5000mg·L-1时,小头蓼种子发芽率与对照相比显著降低(P<0.05)。戟叶酸模种子发芽对Cu的敏感性最小,只有在Cu浓度达到5000mg·L-1时其发芽率才略有下降。在种子萌发期间,虽然染Cu对不同植物发芽率的影响不尽一致,但酸模、小头蓼和戟叶酸模根长变化趋势基本相同:Cu处理后,三种蓼科植物的根长明显降低,而且Cu浓度越大,根长越小(图2)。2.2cu对三种诗草生物量的影响对照条件下三种蓼科植物间生物量差异非常明显(表1)。三种蓼科植物的根干重顺序为酸模>戟叶酸模>小头蓼,而茎叶干重为酸模>小头蓼>戟叶酸模。三种植物生物量之间的差异均达到了显著水平。染Cu处理对上述三种蓼科植物的生物量具有显著性影响。方差分析表明,1mg·L-1Cu处理可显著降低三种蓼科植物的根和茎叶干重(P<0.05）但Cu处理对三种蓼科植物生物量的影响存在较大差异。表1显示,Cu处理对戟叶酸模生物量的影响最大,1mg·L-1Cu处理就能显著降低戟叶酸模的根和茎叶干重;Cu处理对酸模生物量的影响也比较大,7mg·L-1和3mg·-1Cu处理时,酸模根和茎叶干重与对照相比显著降低;不同Cu水平下小头蓼的根干重与对照之间的差异都不明显,但3mg·L-1Cu处理也能显著降低小头蓼茎叶干重。2.3不同cu处理对小头充、小头投生长和茎叶部cu含量的影响染Cu处理对酸模、小头蓼和戟叶酸模体内Cu含量影响显著(P<0.05)。由表2知,营养液中加入1mg·L-1Cu时,上述三种蓼科植物体内的Cu含量较对照显著增加,而随着营养液中Cu浓度的增加,植物体内Cu含量都呈现出上升趋势,各处理组之间的差异都达到了显著水平(P<0.05)。营养液中Cu浓度为7mg·L-1时它们的蓄Cu量均达到最大,根部Cu含量分别达到(1749.23±154.98)mg·kg-1、(4765.06±484.28)mg·kg-1和(890.26±57.21)mg·kg-1;茎叶部Cu含量分别达到(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处理对酸模、小头蓼和戟叶酸模蓄Cu量的影响也不完全一致。小头蓼蓄Cu量受到影响最大,1mg·L-1Cu处理时,小头蓼根部Cu含量较对照极显著上升,而茎叶部Cu含量与对照间的差异也达到了显著水平;1mg·L-1Cu处理也能显著增加戟叶酸模茎叶部和根部的蓄Cu量;对酸模来说,3mg·L-1Cu处理能显著增加其根部Cu含量,但只有在营养液中Cu浓度达到7mg·L-1时,其茎叶部Cu含量与对照之间的差异才达到显著水平(表2)。比较发现,上述三种蓼科植物蓄Cu量差异较大,根部和茎叶部的蓄Cu量以小头蓼显著高于酸模和戟叶酸模(P<0.01);酸模和戟叶酸模蓄Cu量也存在较大差异,酸模根部蓄Cu量明显高于戟叶酸模,相反,戟叶酸模茎叶部蓄Cu量显著高于酸模。2.4cu对刺槐生长的影响土培条件下,Cu处理对酸模和戟叶酸模生物量的影响比较明显(表3)。50mg·kg-1Cu处理后,酸模根和茎叶干重与对照相比几乎少了一半;Cu处理对戟叶酸模生物量的影响更为明显,染Cu后戟叶酸模茎叶干重只有对照的36%,而根干重也只有对照的53%。土培染Cu处理后酸模和戟叶酸模蓄Cu量相对对照都有所增加。由表3知,50mg·kg-1Cu处理后,酸模根部Cu含量是对照的4.9倍,而戟叶酸模根部Cu含量是对照的9.3倍,分别为(101.16±10.26)mg·kg-1、(132.13±73.46)mg·kg-1。染Cu处理后,两种植物茎叶部的含Cu量与对照相比也有一定程度上升。3种诗诗合成剂对cu污染土壤的保护作用高浓度的Cu处理对植物种子发芽和根伸长都有较大的抑制作用。Tang等报道,Cu浓度超过1000mg·L-1时,海州香薷种子发芽和根伸长受到严重抑制。本研究也表明,三种蓼科植物的种子发芽均受到Cu处理的影响,但其影响程度存在较大差异。低浓度的Cu处理对酸模、小头蓼和戟叶酸模种子发芽率的影响不大,Cu浓度高于100mg·L-1时,酸模种子发芽率表现出明显的下降趋势;在Cu浓度达到5000mg·L-1时,小头蓼种子发芽率也显著降低。整个试验过程中,戟叶酸模种子发芽率受Cu处理的影响不大。本试验结果可能说明这三种蓼科植物对Cu都具有一定的耐性。Cu处理对酸模、小头蓼和戟叶酸模的根长也产生了较大影响,Cu浓度越高,影响越大。据Tang等报道,酸模、小头蓼和戟叶酸模均能很好地生长于Cu污染土壤上,但它们的生物学特性存在较大差异。小头蓼呈地毯式匍匐生长,生物量较小,而酸模和戟叶酸模呈垂直生长,生物量较大。本试验结果表明,三种蓼科植物都能在Cu严重污染的环境中生长,表现出了较强的耐Cu特性,虽然高Cu浓度对三种蓼科植物的生物量都有一定影响,但在砂培和土培条件下,上述三种蓼科植物都能保持良好的生长状态,表明它们对Cu污染土壤具有一定修复潜力。在我国已有报道的其它铜耐性植物中,除了鸭趾草(叶片平均Cu含量达到547mng·g-1)等少数植物能蓄积较多的铜外,大部分耐铜植物铜含量都不高。柯文山等的研究表明,湖北铜绿山的海州香薷、茵陈、天目苜蓿、荩草都只能蓄积部分铜,地上部分平均铜含量分别为(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。本试验所采用的三种蓼科植物也具有一定的蓄Cu量。Tang等报道生长在长江中下游铜矿区的酸模叶片和根部平均Cu含量分别达到了601mg·kg-1、122mg·kg-1。Tang等研究表明,云南高海拔铜矿区的小头蓼和戟叶酸模叶片平均Cu含量分别为133mg·kg-1、45mg·kg-1,根部Cu含量分别为491mg·kg-1、33mg·kg-1。本试验中,砂培条件下营养液中加入7mg·L-1的Cu处理时,酸模、小头蓼和戟叶酸模根部Cu含量分别达到(1749.23±154.98)mg·kg-1、(4765.06±484.28)mg·kg-1和(890.26±57.21)mg·kg-1;茎叶部Cu含量分别达到(27.59±5.32)mg.kg-1、(214.04+16.31)mg·kg-1和(34.59±4.94)mg·kg-1。土培条件下,酸模和戟叶酸模也能够积累部分Cu。比较三种蓼科植物可