两个超累积植物品种修复镉污染土壤的潜力研究

两个超累积植物品种修复镉污染土壤的潜力研究

由于土壤中重金属的非分解性和很难去除，土壤中重金属污染的修复变得困难和昂贵。sd是生物毒性最高的重金属之一。它在生物圈中具有很强的流动性和毒性。在中国，污染的土地面积约为14000hm。通过特殊的高粘度植物提取土壤中的重金属，并修复土壤是一种经济有效、应用广泛的植物修复技术。但这一技术的基础是选择合适的cd超含量植物。目前，这种植物生长速度快、生物量高的sd超含量植物。然而，印度泡菜有生长区域，在中国没有大面积的种植。人们在大量的筛选研究中发现,印度芥菜所在的十字花科芸苔属植物中有很多种或基因型具有较强的吸收Cd特性.油菜是中国的主要农作物之一,其中芥菜型油菜(Brassicajunica)和印度芥菜是同属同种植物.中国有大量的油菜种质资源,其中某些品种在累积Cd方面可能很高为此,对收集到的40多个芥菜型油菜品种进行了耐Cd毒和吸Cd能力的预备土培筛选试验,初步筛选出了两个具有较高吸收Cd能力的芥菜型油菜品种.本文的目的是以印度芥菜作为参比植物,进一步研究筛选出的两个油菜品种作为超累积植物修复Cd污染土壤的潜力.1材料和方法1.1试验用种子和材料试验用土壤采自香港新界绿田园农场的农田土壤质地为壤土,阳离子交换量(CEC)为16.2cmol/kg,pH值为6.5,有机质含量2.31%,有效镉(DTPA-Cd)0.02mg/kg.试验用印度芥菜(代号为I)种子由英国Sheffield大学Baker教授提供;预备试验筛选出的两个芥菜型油菜(Brassicajunica)品种分别为溪口花籽(代号为X)和朱苍花籽(代号为Z).盆栽试验用盆为10×12cm的塑料盆.1.2不同处理的土壤净化率.采用温室土培盆栽试验,地点设在香港浸会大学生物系温室,温室温度25∼30℃,土壤设5个投加Cd水平,分别为0,5,10,20,40mg/kg.把相应量的CdCI2配成溶液,分别与过1mm筛土壤反复混合均匀,然后在温室中稳定2星期并施相同量的底肥.然后按处理每盆装土750g,每个处理3次重复.待油菜和印度芥菜出苗后,每盆保留4株.生长过程中用去离子水灌溉.植株生长6星期后收获,按照微量元素采样和样品制备方法处理植株样,然后分别测定地上部和根的干重,用HNO3-HCIO4消化,原子吸收光谱法测定各样品中Cd浓度.计算不同处理的地上部和根的吸Cd量和各处理的土壤净化率.数据用SAS软件进行统计检验.2结果与讨论2.1cd对表现植物的影响从图1可看出,油菜朱苍花籽和印度芥菜的地上部干重在各土壤Cd浓度处理中差异均不显著,但油菜溪口花籽地上部干重明显高于印度芥菜和朱苍花籽油菜.土壤中Cd浓度达20mg/kg时,油菜朱苍花籽和印度芥菜的地上部干重出现明显下降,但油菜溪口花籽的地上部干重不但不下降反而增加,此时油菜溪口花籽的地上部干重显著高于油菜朱苍花籽和印度芥菜.这表明在相同的生长环境和土壤Cd浓度条件下,油菜溪口花籽比印度芥菜有更高的地上部生物量和耐Cd能力.但当土壤Cd浓度达到40mg/kg时,两种油菜和印度芥菜的地上部干重则都显著下降.从图3两种油菜和印度芥菜地上部Cd浓度的变化规律可知,随着土壤中Cd浓度的增加,两种油菜和印度芥菜的地上部Cd浓度显著增加但两种油菜和印度芥菜之间差异不显著.当土壤中Cd浓度达20mg/kg时,两种油菜和印度芥菜的地上部Cd浓度均在120mg/kg以上,而此时油菜溪口花籽的地上部干重不但不降反而增加(图1).普通植物茎叶中的Cd浓度通常小于1mg/kg,茎叶中Cd大于100mg/kg而不出现毒害的植物即可作为Cd超累积植物.油菜溪口花籽完全符合此标准.图4根系Cd浓度的变化也有类似规律.从图3,图4还可看出,在相同的土壤中Cd浓度处理条件下,两种油菜和印度芥菜地上部和根系中Cd浓度相当,这表明油菜和印度芥菜根系吸收的Cd均较容易向地上部转移运输.与其他植物吸收的重金属大部分累积在根部不同,这也表明两种油菜和印度芥菜一样,具有超累积植物的特征.从表1两种油菜和印度芥菜的吸Cd规律可以看出,土壤中Cd浓度在0∼20mg/kg范围内,随着土壤中Cd浓度的增加,植株地上部吸Cd量、根吸Cd量和总吸Cd量显著增加.当土壤中Cd浓度达到40mg/kg时,尽管植株体内Cd浓度增加但由于生物量显著下降而导致吸Cd量的下降.表1植株吸Cd量的数据还表明,土壤中Cd浓度在0∼20mg/kg范围内,油菜溪口花籽的总吸Cd量和地上部的吸Cd量均高于相同土壤Cd浓度处理的印度芥菜和朱苍花籽油菜.当土壤中Cd浓度达到20mg/kg时,油菜溪口花籽的总吸Cd量和地上部的吸Cd量与印度芥菜和油菜朱苍花籽的差异达到显著性水准.这是由于油菜溪口花籽的耐Cd毒能力比较高,此浓度下其地上部干重和根系干重均显著高于印度芥菜和油菜朱苍花籽所致.从表1还可看出,两种油菜地上部吸收的Cd占植株总吸Cd量的88%以上,且均高于相同条件下的印度芥菜.这表明两种油菜吸收的Cd绝大部分分布在植株的易收割移走部位,适合作为用于植物修复的超累积植物且优于印度芥菜.表1不同土壤中Cd浓度下两种油菜和印度芥菜地上部相对生物量表明,在土壤中Cd浓度小于20mg/kg范围内,土壤中加入CdCI2后,油菜溪口花籽的地上部生物量不降低反而增加,而印度芥菜和油菜朱苍花籽的地上部相对生物量在土壤Cd浓度为20mg/kg时只有对照的74%和80%.3不同cd浓度对油茶与印度菜根系干重的影响通过植物提取修复Cd污染土壤的前提是筛选出高效的Cd超累积植物.试验结果表明,在相同的土壤Cd浓度和生长条件下,筛选出的芥菜型油菜溪口花籽的地上部生物量、地上部吸Cd量和对Cd污染土壤的净化率均明显高于目前公认的参比植物印度芥菜,且其吸收的Cd88%以上分布在地上部,油菜溪口花籽有较强的耐Cd特性和吸收Cd能力.是一种较好的适合在我国生长的可用于修复Cd污染土壤的超累积植物种质资源.图2为不同土壤中Cd浓度下两种油菜和印度芥菜根系干重的变化.从图2可以看出,两种油菜和印度芥菜根系干重随着土壤中Cd浓度增加的变化规律和其地上部变化规律相似.土壤中Cd浓度为20mg/kg的处理油菜溪口花籽的根系干重也显著高于印度芥菜和油菜朱苍花籽.用于植物修复的超累积植物,要求其有较高的冠根比,这样才容易移走其吸收的重金属而达到净化土壤的目的.从图1、图2还可看出,两种油菜和印度芥菜的冠根比均较高,这符合其作为超累积植物的基本要求.2.2不同浓度的从土壤污染率比较通过超累积植物的吸收修复重金属污染土壤的综合指标是净化率,从表1油菜和印度芥菜生长6星期后的盆栽试验土壤净化率可以看出,在此试验条件下,油菜溪口花籽的净化率在各土壤中Cd浓度下均明显高于印度芥菜和朱苍花籽油菜.在0∼20mg/kg土壤Cd浓度范围内,油菜溪口花籽对土壤的净