Pb胁迫对水生植物凤眼莲生长和Pb富集能力影响

阳见　张茜茜　白院生

摘要：以雨久花科、凤眼蓝属植物凤眼莲（Eichhomia crassipes）为材料，研究不同比例Pb尾矿渗出液对凤眼莲幼苗的生长和Pb富集能力的影响。实验表明，随着Pb尾矿渗出液浓度不断升高，凤眼莲的生长指标有所下降，尤其是在Pb尾矿渗出液体积分数为60%时。在Pb尾矿渗出液体浓度为100%时，叶绿素a、b和类胡萝卜素质量分数较对照相比分别下降了28%、46%和11 %。而地上和地下部的超氧化物歧化酶（SOD）活性都随Pb尾矿渗出液浓度的升高而增加；在100%Pb尾矿渗出液胁迫下，地上和地下部过氧化物酶（POD）活性上升最显著，分别是对照的3.2倍和2.8倍。凤眼莲地上和地下部分的丙二醛（MDA）质量分数随Pb液体浓度的提高而增高。试验结果表明，凤眼莲对Pb尾矿渗出液胁迫有所抗性，因此，凤眼莲对Pb尾矿渗出液污染有有一定的修复作用。

关键词：凤眼莲；Pb富集；Pb胁迫；修复

水体重金属污染是指含有重金属离子的污染物进入水体对水体造成的污染。其中最严重的是由矿冶、化工、机械制造等工业生产过程中产生的含有铬、镉、铜、汞、镍、锌、铅等重金属离子的水体污染。水体重金属的污染来源主要包括自然源和人为源两大部分。自然源是指重金属通过地质侵蚀或岩石风化等自然途径进入水体，但此种途径并不会对水体造成污染；人为源主要包括矿山开采、金属冶炼、化工生产废水、使用农药化肥以及生活垃圾等方面，是水体重金属污染的主要来源[1]。目前，水体重金属污染是中国水环境中最为突出的问题之一。

文献表明，凤眼莲对重金属的富集与净化能力很强，浓缩倍数由几十至上百倍，随金属离子的不同而异，净化能力表现为Pb>Cr>Cd，且植株幼体的吸收富集能力大于成体，而且凤眼莲对重金属的去除主要是依靠根部，其吸收值是茎叶部的几十至几百倍。蔡成翔等通过实验指出凤眼莲在快速高效去除低浓度含铅废水、治理含镉废水和作为铜污染废水的指示性植物等方面有良好的应用前景[2]。

江西德兴铅矿每年排出大量的尾矿渗出液，其主要成分为Pb，对环境造成很大的污染。

本研究以凤眼莲为研究对象，通过室内盆栽试验分析其对Pb的吸收、积累情况，以及在重金属Pb胁迫下植物的根系耐性指数等，为凤眼莲对Pb污染水体修复提供理论依据。

1.试验材料与方法

1.1 试验材料

试验所需植物凤眼莲幼苗取于江西省赣州市兴国县，Pb 尾矿渗出液来源于江西省德兴铅矿尾矿坝。

1.2 试验方法

试验前将试验所需幼苗用自来水清洗干净，并选用植株大小均匀的4株分别栽植于每个容器（1L）中，采用约5mm厚的聚乙烯塑料跑木板固定幼苗，每个容器中加入800ml的1/4Hoagland营养液，预培养5天后进行处理，处理分为4个，对照（CK）为1/4Hoagland营养液，处理为纯尾矿渗出液（Pb—TL）；每個处理设3个重复。处理过程中所消耗的液体用自来水进行补充。

处理30天后取样，把植株分为地上和地下两个部分，植株样品用自来水和蒸馏水进行冲洗，并用吸水纸吸干植物材料表面的水分，放入冰箱以备测定相关生长指标、耐性指数和Pb含量测定。

1.3测定方法

用尺子测量植株的地上、地下部的长度；用千分之一电子秤称量植株样品的鲜重；用105℃杀青植物材料2h，然后在80℃烘干至恒量后所得；五种植物地上部和地下部材料采取HNO3-HClO4湿法消化法，用火焰原子分光光度计（型号：AAS990）测定植物材料中Pb离子的含量[3]。

植物耐性指数的计算采用Jiang等人的方法[4]；运转系数采用Sund等人的方法。

耐性指数Tolerance index（TI%）=Pb尾矿渗出液处理植株根长/对照植株根长×100%。

运转系数T燃烧location Factor（TF）=地上部分重金属含量/地下部分重金属含量×100%。

1.4 数据处理与分析

试验数据采用Excel统计和SPSS 13.0软件进行方差分析（ANOVA）和LSd检验；差异性在0.05一下为显著性（p<0.05）。

2.结果与分析

2.1 Pb尾矿渗出液胁迫对五种水生植物株高和根长的影响

由表1可见，凤眼莲的各项生理指标与对照相比，都有几乎呈下降趋势，其中在100%Pb尾矿渗出液胁迫下，株高和根长显著下降，分别是对照的98%和89%。与对照相比，60%Pb尾矿渗出液的地上部分和地下部分的干质量呈下降趋势，分别是对照的86%和13%。在100%Pb尾矿渗出液胁迫下，凤眼莲的地上部干质量是对照的63%，随着Pb尾矿渗出液的浓度的增高，凤眼莲的耐性指数也在随之降低，其中在100%Pb尾矿渗出液处理下的耐性指数是对照的8194%，这就说明在100%Pb尾矿渗出液处理下，植物受到了较大的迫害。

2.2 Pb尾矿渗出液胁迫对凤眼莲植物生理指标的影响

（1）对叶绿素含量和细胞膜透性的影响 由表2可知，随着Pb尾矿渗出浓度的提高，凤眼莲中叶绿素a、b和类胡萝卜素含量随之下降，尤其是在Pb尾矿含量浓度为100% 时，叶绿素a、b和类胡萝卜素分别是对照的28%、46%和11 %。

不同浓度处理下的凤眼莲地上部细胞的相对电导率均比高于对照，尤其是在100% 尾矿渗出液处理下；同时，不同浓度处理下凤眼莲地下部细胞的相对电导率均比对照有所升高，但差异不显著。

（2）对POD、SOD 酶活性的影响 由表3可知，凤眼莲地上部和地下部的 POD活性较对照高，其中Pb尾矿渗出液浓度为100%处理下POD 活性达到最高，地上和地下部POD值分别是对照的3.2倍和2.8倍。凤眼莲地上部分各处理SOD活性随Pb尾矿渗出液浓度的升高而增加，100%尾矿渗出液处理条件下，凤眼莲地上部分SOD活性是对照的1.2倍，差异显著；而地下部分的SOD活性变化不显著。而且，Pb尾矿渗出液浓度为 40%—60%时，对凤眼莲幼苗地上和地下部分中的 POD和 SOD活性均有较强的诱导能力。

（3）对脯氨酸和丙二醛质量分数的影响 表4中地上和地下部分得最高点为100%Pb渗出液，分别是对照的13倍和12倍，差异显著。说明重金属Pb对凤眼莲的伤害随着浓度的升高而加重，而Pb在凤眼莲对重金属的抗性能力提高方面起到积极的作用。

表4中数据显示，随Pb胁迫浓度增加，凤眼莲中丙二酵含量先增后降，并均比对照CK高。这说明Pb胁迫时，达到一定浓度会使凤眼莲的不饱和脂肪酸合成，或者可能因为抗氧化酶加强了对O-2的清除，而导致MDA的积累量减小。

3.讨论

本研究结果表明，凤眼莲地上部分生长指标随着Pb尾矿渗出液浓度的增加先上升后下降，地上部分先下降后上升。叶绿素是植物进行光合作用的主要色素，叶绿素质量分数高低决定植物光合作用水平[5]。本试验中，凤眼莲在不同浓度的Pb尾矿渗出液处理下，与对照相比，叶绿素 a、b及类胡萝卜素质量分数呈下降趋势，这就说明重凤眼莲体内叶绿体结构受到了重金属Pb的严重迫害。

过氧化物酶是在植物呼吸代谢过程中起重要作用的抗氧化酶之一。此次试验表明，在Pb液的不同浓度处理下，凤眼莲地上和地下部分POD的活性都有所上升。超氧化物歧化酶活性是也是反映植物抗逆性强弱的重要指标之一[6]。在本试验中，地上部分的SOD活性低于地下部分，表明凤眼莲根部受到胁迫较大。

脯氨酸是逆境下植物细胞质中调节渗透压的相容性溶质，主要参与细胞水平上的渗透调节。逆境下，脯氨酸在植物体内大量积累能够降低细胞的水势，避免细胞脱水，提高植物高渗溶液中获得水分，维持新陈代谢正常的进行[7]。逆境胁迫下植物体内积累渗透调节物质维持细胞膨压、促进光合作用、参与植株体内活性氧自由基的清除等功能，同时防止原生质脱水，而且还起到了平衡细胞质与液泡间的渗透势等多种作用，减低质膜受伤害的程度，从而提高抗逆能力[8]。

因此，凤眼莲可以通过自身的生理方面的调节，对重金属Pb胁迫有很好的抵抗能力，Pb尾矿渗出液利用SOD和POD酶活性的作用，来减轻细胞膜受迫害程度，游离脯氨酸在凤眼莲体内的积累也增加了细胞的渗透调节作用，使凤眼莲对重金属Pb的抗性有所提高。此研究表明，凤眼莲是优良的Pb污染水体环境修复的植物材料。

参考文献：

[1]王海东，方凤满，谢宏芳.中国水体重金属污染源现状及展望.广东微量元素科学，2010，17-1.

[2]蔡成翔，王华敏，张宗明.凤眼莲对铜、铅、镉、锌、铁等离子的短期净化机制研究[J].乐山师范学院学报，2004，19（5）：69-74.

[3]鲁如坤.土壤农业化学分析方法[M].北京：中国农业科技出版社，2000，12-24.

[4]Han Y L，Yuan H Y，Huang S Z.Cadmium tolerance and accumulation by two species of Iris[J].Ecoloxicology，2007，16（8）：57-63.

[5]秦天才，阮捷，王臘娇.镉对植物光合作用的影响[J].环境科学与技术，2000，（3）：33-44.

[6]王建华，刘鸿先，徐 同.超氧化物歧化酶（SOD）在植物逆境和衰老生理中的作用[J].植物生理学通讯，1989，（1）：1-7.

[7]高占武.紫花苜宿对复合盐碱胁迫的适应性响应[D].长春，东北师范大学，2006.

[8]郁万文，曹福亮.高温胁迫下银杏叶片部分渗透调节物质的动态变化[J].福建林业科技，2008，35（2）：126-128.