一種尋找重金屬超富集植物的方法
2023-06-07 03:44:26 3
專利名稱：一種尋找重金屬超富集植物的方法
技術領域：
本發明涉及土壤汙染修復，即一種尋找重金屬超富集植物的方法。
背景技術：
由於工礦企業的發展，農業化肥的過量使用，汙水灌溉等，中國乃至世界的土壤重金屬汙染越來越嚴重。植物修復技術是目前重金屬汙染治理的研究熱點，它具有治理效果的永久性、治理過程的原位性、治理成本的低廉性、環境美學的兼容性和後期處理的簡易性等優點。該技術成功的關鍵在於尋找超富集植物，如能夠富集1000 mg/kg&AS、Pb、CU、 Ni和Co，10000mg/kg的Si和Mn，100 mg/kg的Cd到植物地上部分。雖然目前全世界已發現400多種超富集植物，但這些超富集植物大多數都分布在熱帶和亞熱帶地區，這樣的分布嚴重限制了植物修復技術在全球中的應用。另一方面，由於大多數超富集植物都有生物量小、生長緩慢、弱抵抗力，種子少，缺乏與當地植物競爭的能力等缺點，所以能夠真正應用於植物修復技術的超富集植物很少。因此尋找有效的方法來篩選更多超富集植物是非常必要的。目前，大多數研究者尋找超富集植物都是通過以下2種方法。一種是在重金屬汙染的地方做野外調查，比如在礦山、尾礦區、冶金工業區等重金屬汙染的地方尋找長勢良好的植物。另一種是選擇一些特殊的植物，如花卉、農作物、野草、牧草等來測定它們植株內重金屬的富集程度。毫無疑問，這2種方法都為植物修復技術找到了很多超富集植物。但是2 種方法都有一個不容忽視的缺點，那就是植物種類的有限性。這個缺點使得我們在研究中忽視了一些有修復潛力的植物。因此，我們提出一種新的方法，即利用土壤種子庫從自然資源中來篩選超富集植物。土壤種子庫是指那些在土壤、廢棄物和腐殖質中可見的種子和水果，它是植物繁殖體的儲備庫。土壤種子庫包括在土壤中儲備多年的種子和最近進入土壤的種子，因此土壤種子庫裡的植物種類非常豐富。利用土壤種子庫來篩選超富集植物不僅能夠充分利用自然資源裡的植物種類，克服以上2種方法的缺點，而且土壤種子庫到處都是，方便在全球範圍內尋找超富集植物。
發明內容
為了尋找更多重金屬超富集植物，本發明提出了一種尋找重金屬超富集植物的新型有效的方法，即土壤種子庫-重金屬濃度梯度法。這種尋找重金屬超富集植物的方法，其特徵在於，利用土壤種子庫篩選對重金屬具有超富集特性的植物，然後通過重金屬濃度梯度實驗對其超富集特性進行驗證，步驟如下從野外採集具有豐富種子資源的土壤，晴朗天氣曬乾，過篩，稱重，裝盆；添加多種重金屬溶液，然後將盆置於溫室裡，日常澆水，等待土壤中的種子萌發， 那些能萌發的種子表明它們對重金屬有較強耐性；當植物長大後，選擇那些有高生物量，強重金屬耐性和鮮為國內外報導其重金屬富集特徵的種類來測定其重金屬含量；選擇那些富集能力強的種類進行下一步重金屬濃度梯度實驗，即設置多個重金屬濃度，驗證植物在土壤種子萌發、播種或移苗等形式下其重金屬耐性、富集特性和修復能力。本發明的優點是1、土壤種子庫裡的植物種類豐富，能夠把許多我們平時注意不到的植物納入測試範圍，並且能夠一次性測試多種植物對多種重金屬的富集特性。2、土壤種子庫到處都是，只需採集具有豐富種子資源的土壤進行測試即可，實驗簡單易操作，方便在全球範圍內尋找超富集植物。
圖1是土壤種子庫-重金屬富集植物初步篩選實驗各處理中植物種類(重金屬添加到土壤中65天後)。圖2是土壤種子庫-重金屬富集植物初步篩選實驗少花龍葵在各處理中重金屬含量(重金屬添加到土壤中65天後)。圖3是土壤種子庫-Cd濃度梯度試驗少花龍葵Cd含量和地上部生物量。圖4是移苗-Cd濃度梯度試驗少花龍葵Cd含量和地上部生物量。圖5是土壤種子庫一重金屬富集植物初步篩選實驗中的植物種類(重金屬添加到土壤中65天後。最高的植物為少花龍葵。盆中數字分別表示如下1_CK，2-Cd4, 3-Cd8, 4-ZnlOO, 5-Pb300, 6_Pb600, 7-CulOO, 8_Cu300)。
具體實施例方式下面通過三個個具體實施例對本發明詳細敘述於下實施例一 土壤種子庫一重金屬富集植物初步篩選實驗實驗在廣州華南植物園溫室內進行。從植物園採菜園土，曬乾，過1 cm篩，裝盆(0 =30 cm, H=28 cm)，每盆裝土 12. 5 kg,向土壤中添加 CdCl2, ZnSO4 · 7H20、Pb (NO3)2、 CuSO4 · 5H20 溶液，濃度設為Cd: 4 mg/kg, 8 mg/kg, Zn: 100 mg/kg, Pb: 300 mg/kg, 600 mg/kg, Cu: 100 mg/kg, 300 mg/kg,不加重金屬的處理為對照，共8個處理，不設重複。由於採回的土壤中原本就有植物種子，無須另外播種或移苗。加重金屬溶液65天後， 鑑定並記錄盆中植物種類(圖1)，在所有植物中，發現少花龍葵在所有處理中表現最好，外觀未表現出任何受害症狀，生物量最大，且鮮為報導(圖5)。於是收穫該植物，在70°C下烘至恆重，用原子吸收分光光度計(AAS)測定其重金屬含量。實驗結果如下與對照相比，少花龍葵地上部分生物量在土壤1 濃度為300 mg/kg和Cu濃度為 100 mg/kg時有所增加，在土壤Cd濃度為4 mg/kg,8 mg/kg、ai濃度為100 mg/kg,Pb濃度為600 mg/kg時輕微下降。少花龍葵在土壤Cu濃度為300 mg/kg時，沒有種子萌發。少花龍葵體內的重金屬含量隨著土壤中Cd，Zn, Pb, Cu的濃度增加而增加。植物根部的Cd， Zn, Pb, Cu含量均高於植物地上部含量。少花龍葵能富集很少的Si和1 ，Cu富集係數小於1。但是Cd則例外，當土壤中Cd含量達到8 mg/kg時，少花龍葵根部和地上部Cd含量分別為114 mg/kg和18 mg/kg,富集係數為2.3 (圖2)。
上述結果表明，少花龍葵對ai、Pb、Cu的耐性不強，富集能力較低；但對Cd有較強的耐性，且能富集較強。實施例二 土壤種子庫一Cd濃度梯度試驗通過上述預實驗(實施例一)，結果發現，少花龍葵對Cd有很強的耐性，並且能夠富集較高含量的Cd (圖2)。為了進一步查明少花龍葵對Cd的耐性與吸收能力，於是設計Cd 濃度梯度試驗檢驗它對Cd的耐性與富集特性。實驗在廣州華南植物園溫室內進行。使用上述篩選實驗同樣的菜園土，裝盆 (￠=16 cm, H=14 cm)，每盆2 kg。由於土壤中已有少花龍葵的種子，所以無需播種或移苗。 向土壤中添加CdCl2溶液，Cd濃度分別為0，8，15，30，60和100 mg/kg,共6個處理，重複4次。按照植物的需水情況澆水。待植物3 cm高時，間苗，每盆留3棵苗。植物發芽70 天后收穫，在70°C下烘至恆重，用原子吸收分光光度計(AAS)測定其重金屬含量。實驗結果如下在植物的整個生長階段，少花龍葵和水竹葉地上部生物量在實驗Cd濃度下與對照相比並沒有顯著降低。少花龍葵體內的Cd含量均隨土壤中Cd濃度增加而顯著增加，當土壤Cd濃度為100 mg/kg，少花龍葵根部Cd含量高達討4 mg/kg，莖、葉Cd含量達132 mg/ kg和158 mg/kg，地上部Cd含量達142 mg/kg，超過Cd超富集植物的臨界含量標準，即地上部Cd含量100 mg/kg。富集係數在所有處理中均大於1 (圖3)。上述結果表明，少花龍葵在土壤Cd添加濃度為100 mg/kg時，其莖葉中Cd含量均達到超富集植物應到的臨界含量標準，而且富集係數大於1，同時對Cd的耐性極強，具有Cd 超富集植物的基本特徵，是Cd的超富集植物。實施例三移苗一Cd濃度梯度試驗實驗在廣州華南植物園溫室內進行。使用上述篩選實驗同樣的菜園土，裝盆 (0 =30 cm, H=28 cm)，每盆裝土 12.5 kg，然後向土壤添加不同濃度的CdCl2溶液。按照土壤Cd濃度為0，8，15，30, 60，100 mg/kg進行添加，共6個濃度處理，重複4次。平衡1 個月後將每個盆裡的土倒出混勻，以使土壤中的重金屬和養分都均勻分布，再裝入盆中。將 5cm高(種子發芽10天後)的少花龍葵幼苗移栽入盆，每盆3棵健壯苗。生長期間按照植物需水情況澆水，移苗後60天收穫植物，在70°C下烘至恆重，用原子吸收分光光度計(AAS)測定其重金屬含量。實驗結果如下少花龍葵地上部生物量在實驗Cd濃度下與對照相比並沒有顯著降低，除了土壤 Cd濃度為100 mg/kg顯著低於對照。植物體內的Cd含量均隨土壤中Cd濃度增加而顯著增加，當土壤Cd濃度為60 mg/kg，少花龍葵根部Cd含量高達473 mg/kg，莖、葉Cd含量達 215 mg/kg和251 mg/kg，地上部Cd含量達230 mg/kg，超過Cd超富集植物的臨界含量標準，即地上部Cd含量100 mg/kg，而且其富集係數在所有處理中均大於1 (圖4)。上述結果表明，少花龍葵在土壤Cd添加濃度為60 mg/kg時，其莖葉中Cd含量均達到超富集植物應到的臨界含量標準，而且富集係數大於1，同時對Cd的耐性極強，具有Cd 超富集植物的基本特徵，是Cd的超富集植物。
權利要求
1.一種尋找重金屬超富集植物的方法，其特徵在於，利用土壤種子庫篩選對重金屬具有超富集特性的植物，然後通過重金屬濃度梯度實驗對其超富集特性進行驗證，步驟如下一、從野外採集具有豐富種子資源的土壤，晴朗天氣曬乾，過篩，稱重，裝盆；二、添加多種重金屬溶液，然後將盆置於溫室裡，日常澆水，等待土壤中的種子萌發，那些能萌發的種子表明它們對重金屬有較強耐性；三、當植物長大後，選擇那些有高生物量，強重金屬耐性和鮮為國內外報導其重金屬富集特徵的種類來測定其重金屬含量；四、選擇那些富集能力強的種類進行下一步重金屬濃度梯度實驗，即設置多個重金屬濃度，驗證植物在土壤中其重金屬耐性、富集特性和修復能力。
2.根據權利要求1所述的一種尋找重金屬超富集植物的方法，其特徵在於，驗證植物在土壤中其重金屬耐性、富集特性和修復的能力的重金屬濃度梯度實驗形式有種子萌發、 播種或移苗。
全文摘要
一種尋找重金屬超富集植物的方法，是利用土壤種子庫篩選對重金屬具有超富集特性的植物，然後通過重金屬濃度梯度實驗對其超富集特性進行驗證，步驟如下從野外採集具有豐富種子資源的土壤裝盆；添加多種重金屬溶液，等待土壤中的種子萌發，那些能萌發的種子表明它們對重金屬有較強耐性；當植物長大後，選擇那些有高生物量，強重金屬耐性的種類來測定其重金屬含量；選擇那些富集能力強的種類進行下一步重金屬濃度梯度實驗。本發明的優點是1、土壤種子庫裡的植物種類豐富，能夠一次性測試多種植物對多種重金屬的富集特性。2、土壤種子庫到處都是，實驗簡單易操作，方便在全球範圍內尋找超富集植物。
文檔編號A01G1/00GK102160497SQ20111000227
公開日2011年8月24日 申請日期2011年1月7日 優先權日2011年1月7日
發明者夏漢平, 莊萍, 張杏鋒, 李志安 申請人:中國科學院華南植物園