不同配植對(duì)水中Pb 的富集效果及Pb 對(duì)其生理的影響

陳冬華，袁 瑋，彭 舒，田 吉*

（1.黔東南州生態(tài)環(huán)境局凱里分局，貴州凱里 556000；2.凱里學(xué)院，貴州凱里 556011）

1 引言

水生植物是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，能凈化水體和調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ木G色生態(tài)修復(fù)技術(shù)［1］.植物個(gè)體凈化水質(zhì)能力受植物的株齡、生物量、處理時(shí)間和溫度等因素影響［2］.再力花、旱傘草、鳶尾花均為多年生挺水植物，該類植物具有觀賞價(jià)值、易種植、適應(yīng)能力強(qiáng)、對(duì)生長環(huán)境要求低、易收割等特點(diǎn).前期研究發(fā)現(xiàn)再力花對(duì)底泥中Pb的吸附固定能力較強(qiáng)［3］；旱傘草對(duì)重金屬有較強(qiáng)的耐受能力和明顯的吸附效果，具有耐Pb 和吸附受Pb 污染水體的能力.但重金屬Pb對(duì)其各項(xiàng)生理指標(biāo)都會(huì)造成不同程度的影響，一些酶在其危害下呈下降趨勢(shì)，對(duì)葉綠素、丙二醛、可溶性蛋白等都有不同程度的影響.水生挺水植物種類繁多，對(duì)重金屬污染水體的生態(tài)修復(fù)能力各有差異［4］.目前利用植物去除污水中的重金屬的相關(guān)研究及重金屬對(duì)單一植物生理指標(biāo)影響的研究廣泛，但在不同種植模式下，水生植物在重金屬污染下生理指標(biāo)變化及對(duì)其重金屬的去除效果研究較少.

本研究采用3種水生植物進(jìn)行2種或3種組合配植，探究比較不同配植對(duì)重金屬鉛的富集效果；以及不同配植模式下3 種植物在Pb 污染中的生理指標(biāo)變化，為探索不同配植對(duì)Pb 的耐受機(jī)制及修復(fù)水生環(huán)境污染提供理論基礎(chǔ).

2 試驗(yàn)材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為處于營養(yǎng)期的再力花、旱傘草和鳶尾花，均購買于江蘇沭陽縣雅心齋園林.

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

對(duì)于水生植物來說，一般最適宜pH 值為4?8.根據(jù)各種因素考慮本實(shí)驗(yàn)水pH 值設(shè)為5 左右，Pb濃度為5 mg/L.

用正常水預(yù)培養(yǎng)3種供試植物，每3 d更換一次水，待植物生長穩(wěn)定后，選取長勢(shì)基本一致的植株在含有Hoagland 營養(yǎng)液的箱子中進(jìn)行水培試驗(yàn).分別按表1配植方式進(jìn)行栽種，向每個(gè)培養(yǎng)箱中加5 mg/L 的乙酸鉛模擬廢水.每種配植設(shè)置3個(gè)重復(fù)，分別在第3 d、5 d、7 d取植物葉測(cè)定植物生理指標(biāo)，取培養(yǎng)7 d后的水和植物葉、根測(cè)定其重金屬含量，計(jì)算植物對(duì)Pb的富集效果，以未加Pb培養(yǎng)，即Pb處理0 d為空白對(duì)照.

表1 植物配植組合

2.3 試驗(yàn)方法

2.3.1 樣品處理［5-6］

植物樣品處理：稱取0.2 g 植物粉末，5.00 mL 混酸（硝酸：高氯酸=4∶1）浸泡過夜，第二天置于電熱板上加熱消解，直到不產(chǎn)生紅棕色氣體，冷卻，用蒸餾水沖洗干凈，趕酸至全干，用鹽酸（1∶1）溶解，并用蒸餾水定容到50 mL備用.

水樣品預(yù)處理：取培養(yǎng)液25 mL 于坩堝中在電熱板上消解濃縮至1 mL 左右，加5.00 mL 混酸（硝酸∶高氯酸=4∶1），繼續(xù)加熱消解趕酸，待其冷卻后用超純水沖洗表面，再次趕酸至干.用2.00 mL鹽酸（1∶1）將樣品溶解到50 mL容量瓶中，用超純水定容備用.

2.3.2 植物中金屬Pb含量的測(cè)定

將處理后樣品，通過ICP測(cè)定方法，分析測(cè)定植物各部位及水中Pb的含量，同時(shí)做空白對(duì)照，并計(jì)算結(jié)果.重金屬富集效果計(jì)算公式［7］為BCF=，式中Cb為植物中重金屬含量，單位mg/kg；CW為植物所在水中重金屬含量，單位mg/kg.

2.3.3 植物中生理指標(biāo)的測(cè)定

植物中可溶性總糖及可溶性蛋白含量的測(cè)定［8?9］，分別按要求配制標(biāo)準(zhǔn)曲線樣品后，利用紫外分光光度計(jì)法制作標(biāo)準(zhǔn)曲線并測(cè)定樣品，同時(shí)做空白對(duì)照分析.

葉綠素含量的測(cè)定，是將0.1 g樣品研磨成勻漿，置于25 mL棕色容量瓶中，用乙醇浸提，分別置于紫外分光光度計(jì)的665，649，470 nm波長下進(jìn)行測(cè)定與分析［5］.

植物中丙二醛含量的測(cè)定利用紫外分光光度計(jì)方法［10］，分別在450，532，600 nm 波長下測(cè)定吸光值，并計(jì)算其含量.

2.3.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

本研究各樣品均采集3個(gè)重復(fù)，所有數(shù)據(jù)使用SPSS和Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析.

3 結(jié)果與分析

3.1 植物根、葉對(duì)Pb富集情況分析

由表2 可知4 種組合對(duì)Pb 的富集效果為D>B>C>A，在D 組合中3 種植物根部和葉部的富集系數(shù)均達(dá)最大值，根部對(duì)Pb 的富集效果比葉部好，根部富集系數(shù)為鳶尾（0.323）>再力花（0.153）>旱傘草（0.116），葉部富集效果為再力花（0.109）>鳶尾（0.092）>旱傘草（0.085）；再力花在D組合中根部對(duì)Pb的富集系數(shù)分別比A、C組合高0.033、0.039，葉部分別高0.024、0.048；鳶尾在D組合中根部對(duì)Pb 的富集系數(shù)比B、C 組合分別高0.134、0.095，葉部分別高0.039、0.002；旱傘草在D組合中根部對(duì)Pb的富集系數(shù)比A、B組合分別高0.06、0.048，葉部分別高0.048、0.047.

表2 植物第7天根與葉Pb含量差異分析及富集系數(shù)

3.2 Pb對(duì)不同組合植物中可溶性總糖含量的影響

由圖1 可知旱傘草、鳶尾、再力花可溶性總糖含量在不同組合中隨Pb 處理時(shí)間的增加而下降，Pb處理第3d和第5d時(shí)，三種植物在不同配植中其可溶性總糖均高于對(duì)照，第7d均低于對(duì)照.在Pb 處理第3d 時(shí)三種植物可溶性總糖含量在A、B、C、D 組合中均達(dá)到最大，其旱傘草可溶性總糖含量在A、B、D 組合中比第0d（CK）分別增加了0.48%、0.42%、0.46%；鳶尾可溶性總糖含量在B、C、D 組合中比第0d（CK）分別升高了0.24%、0.33%、0.42%；再力花在各組合中可溶性總糖含量與對(duì)照相比分別升高了0.13%、0.16%、0.15%；與對(duì)照相比，但在Pb 處理第7d 時(shí)旱傘草可溶性總糖含量在A、B、D 組合中分別降低了0.22%、0.17%、0.05%；鳶尾可溶性總糖含量在B、C、D 組合中比第0d（CK）分別降低了0.26%、0.45%、0.35%；再力花可溶性總糖含量在A、C、D 組合中比第0d（CK）分別下降了0.08%、0.26%、0.11%.

圖1 不同配植可溶性總糖含量

3.3 Pb對(duì)不同組合植物中可溶性蛋白含量的影響

由圖2可知，不同配植中旱傘草可溶性蛋白含量在各時(shí)間Pb處理下都低于對(duì)照，鳶尾和再力花各時(shí)間Pb處理均高于對(duì)照.與對(duì)照相比，旱傘草在Pb處理第7d時(shí)A、B、D組合中可溶性蛋白含量分別下降了0.51、2.09、0.73 mg/g；在Pb處理第7d時(shí)鳶尾可溶性蛋白含量比第0d（CK）分別升高1.14、2.68、3.55 mg/g；再力花在Pb處理第5d時(shí)在A、C、D組合中可溶性蛋白含量比0d（CK）分別增加了26.17、23.73、23.58 mg/g，Pb處理第7d可溶性蛋白含量比第5d分別下降了11.55、4.99、4.03 mg/g.

圖2 不同配植可溶性蛋白含量

3.4 Pb對(duì)不同組合植物中葉綠素含量的影響

從圖3可以看出三種植物在4個(gè)組合中，葉綠素含量隨Pb處理時(shí)間的增加其濃度逐漸下降，且均低于對(duì)照.在Pb 處理下旱傘草在A、B、D 組合中葉綠素含量第7d 比第0d（CK）分別下降了13.58%、16.05%、12.88%；與對(duì)照相比，Pb 處理第7d時(shí)鳶尾葉綠素含量在B、C、D 配植中分別下降了17.14%、14.53%、14.26%；Pb 處理下，再力花葉綠素含量在A、C、D 配植中第7d 比第0d（CK）分別下降了14.63%、18.17%、15.25%.

圖3 不同配植葉綠素含量

3.5 Pb對(duì)不同組合植物中丙二醛含量的影響

從圖4 可得三種植物在不同配植中其丙二醛含量隨Pb 處理時(shí)間的增加呈上升趨勢(shì)，且均高于對(duì)照.與對(duì)照相比，旱傘草在Pb 處理第7d 時(shí)其丙二醛含量分別升高了21.68%、22.79%、29.04%，第7d 時(shí)D 配植比A、B 配植分別高出10.23%、9.82%；在Pb 處理下，鳶尾丙二醛含量第7d時(shí)在B、C、D 組合中比第0d（CK）分別增加了21.70%、21.55%、20.71%；再力花被Pb 處理第3d、5d、7d 時(shí)在D 組合中丙二醛含量最高分別為7.86、8.46、8.69μmol/g，相比對(duì)照第7d 時(shí)再力花丙二醛含量在A、C、D組合分別升高21.50%、24.59%、27.61%.

圖4 不同配植丙二醛含量

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)植物豐富度對(duì)植物富集重金屬具有促進(jìn)作用，D>B>C>A.植物在不同組合中各項(xiàng)生理指標(biāo)變化情況不同，與對(duì)照相比，隨Pb 對(duì)植物處理時(shí)間的增加三種植物葉綠素含量均低于對(duì)照且逐漸下降，丙二醛含量均高于對(duì)照且逐漸上升，三種植物可溶性總糖含量在Pb 處理第3d和第5d時(shí)高于對(duì)照、第7d時(shí)低于對(duì)照，隨Pb對(duì)植物處理時(shí)間的增加不同配植中三種植物葉綠素含量逐漸下降且均低于對(duì)照，丙二醛含量逐漸上升且均高于對(duì)照，不同配植中三種植物可溶性總糖含量在Pb 處理第3d 和第5d 時(shí)高于對(duì)照、第7d 時(shí)低于對(duì)照，在Pb 處理下可抑制不同配植中旱傘草可溶性蛋白含量，但能促進(jìn)不同配植中鳶尾、再力花可溶性蛋白含量.

4.2 討論

三種植物根部對(duì)Pb 的富集效果比葉部好，根部對(duì)Pb 的富集效果為鳶尾（0.326）>再力花（0.154）>旱傘草（0.116），已有研究表明，植物根對(duì)重金屬的富集能力比莖和葉強(qiáng)［11］，王敏等［2］研究指出鳶尾對(duì)重金屬的富集效果比旱傘草好.鳶尾、再力花和旱傘草三種植物組合配植比兩種植物組合配植對(duì)Pb 的富集效果好，說明植物對(duì)Pb 的吸收與植物種類數(shù)量有關(guān)，植物在配植模式下會(huì)降低重金屬對(duì)水生植物的毒害作用［12］，也可能是兩兩配植的植物間存在競(jìng)爭(zhēng)抑制產(chǎn)生拮抗作用［13］.

可溶性總糖在植物體內(nèi)起著調(diào)節(jié)植物滲透壓的作用，可溶性總糖含量多少可反映植物的抗逆性強(qiáng)弱［14］.隨Pb 處理時(shí)間的增加，三種植物在不同配植中可溶性總糖含量都是先增后減，在低濃度下植物可通過調(diào)節(jié)體內(nèi)可溶性糖含量來調(diào)節(jié)自身滲透壓以降低Pb對(duì)自身的傷害，但隨時(shí)間的增長Pb對(duì)植物的傷害程度增大，植物難以通過自身的調(diào)節(jié)來維持正常［15］.

蛋白質(zhì)與各種生命活動(dòng)都有著密切的聯(lián)系，細(xì)胞與各種代謝都需要蛋白質(zhì)的參與，是植物細(xì)胞調(diào)節(jié)滲透壓的重要生理指標(biāo)；在一定程度上可以減少外界對(duì)植物的傷害［16］.隨Pb 處理時(shí)間的增加旱傘草可溶性蛋白含量整體呈下降趨勢(shì)，鳶尾和再力花可溶性蛋白呈上升趨勢(shì)，可能是在一定耐受范圍內(nèi)植物可通過調(diào)節(jié)自身蛋白質(zhì)的含量調(diào)節(jié)體內(nèi)滲透壓來減小Pb對(duì)自身造成的傷害，且與植物的種類有關(guān).

葉綠素的含量影響植物光合作用效率，是反應(yīng)植物生長狀況的重要指標(biāo)之一［17］；在本試驗(yàn)中隨Pb處理時(shí)間的增加三種植物葉綠素含量均下降，可能是合成葉綠素相關(guān)酶會(huì)隨Pb作用時(shí)間的增加活性降低，從而影響葉綠素的合成，降低植物光合作用能力，合成植物所需有機(jī)物減少，從而影響植物的生長［18］.與張彤［19］用Pb2+分別處理姜花、香根草等植物的研究結(jié)果相似.

丙二醛是反應(yīng)植物細(xì)胞膜損傷程度的一項(xiàng)生理指標(biāo)，丙二醛含量越高說明植物受傷害程度越大［20］.本試驗(yàn)中三種植物丙二含量均在Pb 的處理下隨時(shí)間的增加呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，可能隨Pb 處理時(shí)間的增加三種植物體內(nèi)活性氧水平較高，細(xì)胞受到氧化傷害較大.與朱旭東［3］、湯茜［21］研究重金屬對(duì)植物丙二醛含量影響結(jié)果相似.