佛甲草对重金属Pb、Cd 吸附作用的初步研究

汪鑫，陈军，陈卫，王海潮，李文怡，张兴桃

（宿州学院生物与食品工程学院，安徽宿州234000）

土壤是人们生活的必要条件和农作物生产的主要资源。随着城市化的加快，生活水平的提高，也伴随一些问题的出现，如土地重金属污染问题日益加剧，且以Hg、Cd 的污染面积最大[1]，程度较深，治理刻不容缓。杨肖娥等[2]发现Zn、Cd 超积累生态型东南景天对Cd 和Zn等重金属有很强的吸收和转移能力，具有综合抗性强，覆盖能力强等特点，表现出良好的应用前景。景天科植物佛甲草也因其株丛矮小，成片栽种成长趋势一致，生长茂盛，开花鲜艳，花期和生长时间较长，具有很高的观赏价值，并且管理容易，生命力顽强，是一类重要的园林地被植物[3]。

佛甲草对不利环境能够产生相对的抵抗能力，适应这种环境。重金属胁迫植物以后，能引起体内复杂的生理生化变化，包括体内重金属的富集与转移、物质合成与分解发生障碍[4]等。笔者采用2 种重金属Pb、Cd 胁迫佛甲草的生长，旨在探究佛甲草体内脯氨酸含量的变化及其相应重金属的积累情况，为景天科植物修复环境重金属污染问题提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

佛甲草。

1.2 药品与试剂

四水硝酸钙，磷酸二氢钾，硝酸钾，硝酸铵，硫酸镁，七水硫酸亚铁，乙二胺四乙酸二钠，硼酸，硫酸锰，钼酸钠，硫酸铜，氯化钴，浓硝酸，高氯酸，硝酸镉，氯化铅，冰醋酸，磺基水杨酸，脯氨酸，茚三酮（均为分析纯）。镉（国家标准样品GSB04-1723-2004，国家有色金属及电子有限公司），铅（国家标准样品GSB04-1742-2004，国家有色金属及电子有限公司）。

1.3 仪器

原子吸收分光光度计（A3，普析），紫外分光光度计（UV3310，日立），移液器（Eppendorf，德国）。

1.4 溶液配制

1.4.1 培养液的配制。配置霍格兰培养液[5]，培养佛甲草用。

1.4.2 基肥配制。基肥配方为：Na2HPO4·2H2O 1 377.88 mg，KCl 656.589 mg，MgSO4·H2O 1 753.157 mg，CH4N2O2200.8 mg。

1.5 技术流程

1.5.1 试验流程。重金属胁迫试验流程如图1 所示。

1.5.2 胁迫前处理。取一定量的细砂，先用筛网筛除大颗粒的碎石等杂物，2%硝酸浸泡24 h 后，用自来水冲洗，再用纯水洗2～4 遍，直至中性。此步骤为去除细砂中的其他重金属等干扰实验的离子杂质。将冲洗干净的细砂放入烘箱烘干备用。

移栽长势较好、5～6 叶的佛甲草，用水清洗植株上的泥沙，洗干净后用纯水再冲洗2～3 次，栽种到装入0.2 kg的细砂的塑料花盆内。每组3 盆，设对照组，缓苗期间每3 d 浇1 次适量营养液。

1.5.3 重金属胁迫处理。7 d 后，对其浇灌含有重金属的溶液进行胁迫，每种重金属处理分别设4 个水平浓度梯度，每个处理3 个平行，Cd、Pb 分别剂量以CdCl2·5H2O、Pb（NO3）2形式进行胁迫处理，浓度梯度见表1。每隔3 d 给予营养液，并浇灌20 mL 的重金属溶液。

表1 重金属Cd、Pb 的胁迫处理浓度梯度 mg/L

1.6 脯氨酸的提取与测定方法

1.6.1 脯氨酸的提取。将处理30 d 后的佛甲草用自来水清洗干净，然后用去离子水冲洗，取佛甲草茎叶0.5 g，洗净剪碎，加入3%磺基水杨酸溶液研磨提取，匀浆移至离心管中，沸水煮沸10 min，冷却，3 000 rpm 离心10 min，取上清，贴上标签待测[6]。

1.6.2 脯氨酸含量的测定。 采用茚三酮法测定[7]脯氨酸含量，按照标准曲线计算脯氨酸含量。

1.6.3 佛甲草的消解与重金属的测定。采用HNO3和HClO4消解[8]130℃杀青30 min（80℃烘干至恒重）的佛甲草茎叶干粉，在电热板缓慢加热消煮至澄清，用纯水定容至50 mL，贴上标签备用。

1.6.4 标准曲线的绘制。Cd 标准液的配制：使用重金属Cd 的标准样品（1 000 mg/mL）配置浓度分别为0、2、4、6、8、10 mg/mL 的使用液，原子吸收分光光度法测定吸光度，绘制标准曲线。Pb 的工作液浓度为0、3、6、9、12、15 mg/mL，原子吸收分光光度法测定吸光度。

1.6.5 重金属含量的测定。采用原子吸收分光光度计法测定重金属含量，按照样品浓度从低到高依次测量，代入标准曲线公式即可得到相应的Cd、Pb 的含量[9]。

2 结果与分析

2.1 脯氨酸含量测定

2.1.1 脯氨酸标准曲线绘制。脯氨酸标准曲线为y=0.056 7x+0.012 1，R2=0.994 8（图2）。

2.1.2 脯氨酸测定结果。

（1）Cd 胁迫后脯氨酸含量变化。测定吸光度，根据标准曲线计算，空白组、500、1 000、1 500 mg/L 胁迫组的脯氨酸含量依次为0.015 1、0.018 1、0.019 7、0.020 7 μg/mL（图3）。可以看出，重金属Cd 胁迫浓度的增加，佛甲草体内的脯氨酸含量不断增加，但增长的趋势逐渐缓慢。而脯氨酸在受到不利因素影响时显著积累，也表明佛甲草对Cd 具有一定的抵抗能力，且佛甲草的含量也随着Cd 胁迫浓度的增加而增加[10]。

（2）Pb 胁迫后脯氨酸含量变化。测出光度值，计算出空白组、300、500、1 000 mg/L 胁迫组的脯氨酸浓度依次为0.015 1、0.018 5、0.024 8、0.029 2 μg/mL（图4）。可以看出，随着重金属Pb 胁迫浓度的增加，佛甲草体内的脯氨酸含量不断增加，且增长的趋势逐渐加快。

2.2 佛甲草中重金属的含量测定

2.2.1 重金属标准曲线的绘制。Cd 的标准曲线为y=645.42x+0.266 9，R2= 0.995 8（图5）。

Pb 的标准曲线为y=97.560x+0.426 9，R2=0.997 0（图6）。

2.2.2 佛甲草中Cd 和Pb 的含量测定。

（1）Cd 的测定结果。通过测定的吸光值，根据标准曲线计算出Cd 胁迫后佛甲草内的Cd 含量，1 000、1 500 mg/L的Cd 吸附量分别达7.779 6、8.905 1 mg/L（图7）。可以看出在一定范围内，佛甲草体内的Cd 含量随着胁迫重金属溶液浓度的增加呈上升趋势，且在低浓度胁迫下其体内的相对含量较高浓度增长缓慢，但浓度过高时其含量也在增加，但增长速度又变缓慢，表明佛甲草对重金属Cd 有吸附作用，且在胁迫浓度为500～1 000 mg/L 时吸附作用较好。

（2）Pb 的测定结果。根据标准曲线计算胁迫后，佛甲草的Pb 含量，300、500 mg/L 的Pb 吸附量分别达11.257、11.742 1 mg/L（图8），表明一定浓度范围内，佛甲草对Pb的吸附作用也是随着Pb 溶液胁迫浓度的增加而增加的，并且浓度较低时随着浓度升高，吸附作用比较明显，浓度升高时，其吸附作用还是相对增加，但是增加的速度缓慢，500 mg/L 的Pb 吸附效果最好。

3 结论

该次研究初步探究了不同浓度重金属Pb、Cd 胁迫后佛甲草生理指标的变化趋势，试验组佛甲草叶片中胁迫下脯氨酸含量增加，相同浓度不同种类的重金属对其胁迫，脯氨酸含量变化较大。而植物在正常的情况下，游离的脯氨酸含量很低，但遇到干旱、盐碱、重金属等逆境时，游离的脯氨酸含量会大量积累，并且积累指数与植物抗性有关，该次研究表明随着重金属胁迫浓度的增加，佛甲草体内的脯氨酸含量在上升，提高植物抗逆性。在一定范围内，同种重金属胁迫，佛甲草体内重金属的含量随着胁迫浓度的提高而不断升高，表明佛甲草对重金属的吸附量随着胁迫浓度增加而增加，对500～1 000 mg/L 的Cd 吸附作用较好，相对来说对500 mg/L 的Pb 吸附效果最好，佛甲草与其他景天科植物相似对铅、镉都具有一定的吸附作用[11-12]，且对镉的吸附效果更好，可以在镉含量较高的地区种植会有更好效果。