重金属离子吸附植物——金边吊兰的环境胁迫诱导研究*

周曾艳，李泓峣，姚元勇，徐 路，蔡忠桦，卢俊霖，顾 云

(铜仁学院材料与化学工程学院，贵州 铜仁 554300)

我国作为农业大国之一，人口总数量位于全球第一，对粮食产量的需求十分关注。因此，粮食与土地的紧密关系成为我国研究土壤性质及生物特征的热点之一。改革开放期间，随着我国工业化和城镇化推进进程加快，采矿、冶炼、化工、工业“三废”、城市生活垃圾和污水排放逐渐加重[1-2]。另外，人们大批量的使用农膜、肥料、农药等，使得我国土壤中的重金属含量超标，其中Hg、Mn、Zn、Cd等重金属的污染十分严重[3-4]，已经严重危及到我国合格粮食产量。根据2014年环保部发布的土壤污染调查公报显示，全国土壤总的超标率为16.1%，其中轻度、轻度、中度和重度污染点位比例分别为11.2%、2.3%、1.5%和1.1%[5-8]。汞污染是全国土壤中重金属污染最严重事件之一。在土壤中汞主要以甲基汞的形式存在，可通过食品、农作物、水等方式进入人类和动物身体中，严重危害人们的身体健康。我国土壤中汞的几何平均值为0.04 mg/kg，含量范围90.001～45.9 mg/kg[9]，然而，我国西部贵州铜仁万山区，因历史原因，土壤中汞含量最高达790 mg/kg是我国土壤环境质量二级标准的526倍[10]，Hg最高超标倍数达135倍[11]。因此，如何解决土壤中重金属污染问题成了世界性的难题。

近几十年来，众多研究者们研究了多种方法对土壤进行修复。常用方法有客土法、固汞法、水洗法、热解析法、生物修复法[12-13]，其中生物修复主要包含三种修复类型，它们分别是植物修复、菌根根际修复和微生物修复[4]。相对目前而言，植物修复技术是一种很有效并且廉价处理污染的新方法[12]，同时也是比较符合土壤的实际情况。目前发现的能够吸附重金属汞的植物有纸皮桦、加拿大杨、小叶黄杨、红树、苎麻、蜈蚣草、乳浆大戟、节节草、酸模、白茅、吊兰等植物[14]。近年来，课题组对贵州铜仁万山汞矿开采区旧址进行实地调研，发现某区域生长着较为茂盛的草本性植物，其中乳浆大戟、吊兰生长突出。因此，课题组对具有潜在汞吸附植物——金边吊兰进行人工环境胁迫诱导，并试图通过环境诱导，增强其吸附能力，获得总金属离子超吸附植物人工驯化提供研究思路。

1 实 验

1.1 药品及试剂

硝酸汞、氯化汞、氯化亚锡，均为分析级；水为二次蒸馏水(自制)。

1.2 仪 器

FA220HN电子天平，常州市衡正电子仪器有限公司；LGJ-30S真空冷冻干燥机，北京松源华兴科技发展有限公司；RA-915S测汞仪，加拿大刘梅克斯。

1.3 实验选材

金边吊兰(Chlorophytum comosum f.variegata)，购买于市场。

2 实验过程

2.1 土壤中重金属汞污染模拟过程

选择9盆没有受到汞污染且长势相同的金边吊兰进行盆栽实验，将其中的7盆金边吊兰编号为1～7号实验组，剩余为1～2号空白组。选择没有受到汞污染且长势相同的6株乳浆大戟进行带土移栽进行盆栽实验，移植后对乳浆大戟用营养液进行培养一周直至长出新芽，将5株乳浆大戟编号为1～5号实验组，剩余1株为空白组。分别配制50 mg/L、100 mg/L、200 mg/L、1000 mg/L的硝酸汞溶液依次浇灌，每次浇灌20 mL，将药品从根部浇灌使其渗入土壤中，当植物叶片开始出现枯黄时，则停止浇灌硝酸汞溶液。三天记录一次植物的生长情况直到其死亡。

2.2 样品处理

分别将采集得到的根、茎、叶置于自来水中冲洗至体表无杂物，再用去离子水反复漂洗。随后，剪碎放置冰箱冷冻12小时，再真空冷冻干燥机干燥48 h，然后研磨，过筛(80目)，密封保持在干燥环境中待用。

2.3 汞含量的标准曲线

采用RA-915S测汞仪测量汞的含量。

图1 汞含量的标准曲线

工作曲线：一次曲线；线性方程：If=631.100×m+195.8；相关系数：0.9999。

3 结果与讨论

在环境因素诱导植物——金边吊兰方面，实验模拟了人工诱导具有潜在重金属离子吸附植物——金边吊兰，通过人工改变植物的生长环境，迫使发生植物生理变化，发挥具有对土壤中重金属离子汞更高的吸附性能。

由表1可知，植物--金边吊兰在相同的环境条件下，对其进行不同浓度的汞离子溶液灌溉，并观察期生长状况。实验组1～4，分别灌溉总汞离子量405 mg。15天后，分别对其植物的地上部分和地下部分进行总汞离子的测定。实验结果表明：实验组1，植物——金边吊兰在灌溉液浓度(50 mg/L)，灌溉15天，植物生长状况影响不大，且有新叶长出，说明植物在该环境具有一定的适应性。然而，相比其他实验组而言，植物--金边吊兰在高浓度灌溉液(100 mg/L、200 mg/L、1000 mg/L)的灌溉下，植物生长状况均呈现出中毒现象，并可观察到叶片部分开始枯黄。其灌溉液浓度越高，叶片部分枯黄越严重。

表1 金边吊兰浇药总的含汞量

如表1和图2所示可知，实验选取了植物——金边吊兰在灌溉液浓度(50 mg/L)的条件下，与空白组在纯水灌溉的条件下，进行植物生长长势的比较。实验结果表明：0～30天，实验组金边吊兰生长高度为24.6 cm，空白组的金边吊兰生长高度为25.3 cm。随着栽培时间的延长，实验组的生长趋势，相比空白组而言，要弱。然而，在150～170天期间，实验组金边吊兰可观察到叶片出现枯竭现象，170天，实验组植物彻底凋亡，无法测量其生长趋势，而，空白组生长状况正常。另外，在观察金边吊兰生长趋势实验过程中，实验分别在0、30、60、90、120、150天期间，对实验组植物的地上部分和地下部分进行采样和总汞含量的测定分析。实验结果表明：金边吊兰地上部分的汞含量在4.710～9.264 mg/kg之间，地下部分的汞含量在8.039～12.120 mg/kg之间，相比空白组(全植物)的含量在1.480～2.259 mg/kg，说明环境胁迫诱导后的金边吊兰对重金属离子汞吸附能力和适应能力得到了一定程度的提高。

图2 金边吊兰在模拟重金属汞土壤中的生长情况

4 结 论

本研究通过对金边吊兰进行人工环境胁迫诱导，增强其对重金属离子汞的吸附能力和适应能力。实验结果表明：金边吊兰地上部分的汞含量在4.710～9.264 mg/kg之间，地下部分的汞含量在8.039～12.120 mg/kg之间，相比空白组(全植物)的含量在1.480～2.259 mg/kg，说明环境胁迫诱导后的金边吊兰对重金属离子汞吸附能力和适应能力得到了一定程度的提高。该研究对土壤植物修复提供了重要研究思路。