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1、Pb胁迫下小桐子体内的6种元素含量研究Study on six kinds of elements contents in Jatropha Curcas under Lead stress摘 要 本试验采用不同浓度的Pb2+浇施小桐子幼苗，利用火焰原子吸收分光光度法对小桐子各部位中的Mn、Ca、Mg、Cu、Pb 、Zn 六种元素的含量进行测定，研究Pb胁迫下小桐子各部位对6种元素的吸收特点及各元素之间的关系，结果表明小桐子经Pb胁迫后：根、茎、叶、叶柄四个部位对Pb的吸收量都随着Pb胁迫浓度的升高而增大，各部位在同等浓度条件下对Pb吸收量存在明显差异，其吸收量表现为叶片根叶柄茎；Cu在对照组
2、植株体内各部位的含量分布关系为叶片根叶柄茎，而处理组分布关系表现为根叶柄叶片茎；处理组与对照组相比，各部位对Ca、Mg、Mn的吸收都有所增加。试验证明小桐子能够累积Cu离子、Pb离子，对Pb有一定的耐受性，同时还证明了Pb的胁迫能提高小桐子对Ca、Mg、Mn的吸收。关键词：小桐子；火焰原子吸收分光光度法；Pb2+胁迫；吸收特点ABSTRACTIn Pb2+stress,the study researched the reLationship Jatropha Curcas and six elements (Mn,Mg,Ca,Cu,Pb and Zn) and the traits of s
3、ix elements absorption with FAAS method determining the content of six elements in Jatropha Curcas bodies.The results showed that after Jatropha stress by Pb:roots, stems,Leaves and petiole of four parts of the absorption of Pb with the Pb stress concentrations are increasing,and the site conditions
4、 at the same concentration of apparent absorption of Pb differences,the absorption performance of Leafrootpetiolestem;Cu in the control group plants of various parts of the relationship of content of leafrootpetiolestem,the distribution between the treatment groups showed rootpetioleleafstem;rootpet
5、ioleleafstem;treatment group compared with the control group,each part of the Ca,Mg,Mn absorption has increased.The experiment reveaLed that not only Jatropha Curcas couLd accuLumate ions of Copper and PLumbum, it had some tolerance,but aLso demonstrated Pb couLd improve the absorption of calcium,Mg
6、 and Mn.Key words: Jatropha Curcas;The fLame atom absorbs and divides all Luminosity Law; Pb2+ stress; Absorb the characteristic目 录1.前言12.材料与方法22.1材料22.2实验仪器22.2.1主要试剂22.3培养方法22.3.1培养液及培养基质22.3.2种子处理及萌发实验22.3.3幼苗的前期培养32.3.4 Pb金属胁迫培养32.4测定方法32.4.1仪器工作条件参数32.4.2样品溶液制备32.4.3校准曲线绘制32.4.4样品测定43.结果与分析43.1
7、 Pb胁迫下Pb在小桐子各部位的含量分布53.2 Pb胁迫下Cu在小桐子各部位的含量分布53.3 Pb胁迫下Ca在小桐子各部位的含量分布53.4 Pb胁迫下Mn在小桐子各部位的含量分布63.5 Pb胁迫下Mg在小桐子各部位的含量分布63.6 Pb胁迫下Zn在小桐子各部位的含量分布74.讨论75.结论9参考文献10致谢121.前言目前，我国生态环境受重金属污染的情况十分严重。据我国农业部的调查结果显示，我国污水灌区面积约140万公顷，遭受重金属污染的土壤面积占污染总面积的64.8%。污染土壤的重金属主要有Hg、Cd、Pb、Cr、Ag，其中Pb的污染是比较严重与突出的。Pb污染最先的受害者是植物，
8、Pb对植物根系生长的影响是显著的，Pb能减少根细胞的有丝分裂速度，这也是造成植物生长缓慢的原因。Pb毒害植物主要的中毒症状为根量减少，根冠膨大变黑、腐烂,植物地上部分生物量随后下降，叶片失绿明显，严重时逐渐枯萎, 植株死亡1。小桐子（Jatropha curcas L），别名，麻风树，膏桐，臭油桐，是大戟科麻风树属植物。它是一种抗旱耐瘠的多用途速生树种,是生产生物能源、生物农药、生物医药、生物饲料的主要原料。国内外的研究表明小桐子种子含油量很高，除榨取能源油外,其油渣、油饼可作农药、饲料或肥料等；全株有毒，茎、叶、树皮均有丰富的白色乳汁，小桐子具有显著的抗肿瘤、抗病毒、抗AIDS和真菌活性，及
9、抗微生物、利什曼原虫、寄生虫等效应，可用于杀灭钉螺，防治血吸虫病、糖尿病、终止妊娠等2,3。此外,它还是保水固土、防止沙化、增殖有机土质、建造防护林的优良造林材料，对改善生态环境和恢复植被有重要作用是一种经济价值很高的能源植物，且它的籽粒含油率高，是制造生物柴油的良好材料。目前对小桐子的研究主要集中在如何提高其抗旱率及生物柴油的开发利用方面，对小桐子幼苗在重金属胁迫下对元素的吸收以及小桐子体内元素的相互关系鲜有报道，仅见吴双桃等通过盆栽试验，测定商陆各部位富集浓度的指标，表明商陆的根、茎、叶三部分对镉的富集浓度都随着土壤中镉浓度的升高而增大，趋势一致。但是，富集浓度的大小存在很大的差异，在同一
10、处理水平相比，其富集浓度大小表现为叶茎根，说明叶和茎是商陆富集镉的主要部位，根虽然是镉的吸收部位，但根将吸收的镉转运到了地上的茎叶部分4-5。 本文利用Pb胁迫小桐子幼苗，并对小桐子的不同部位6种元素的含量进行测定，分析小桐子在胁迫条件下对元素的吸收特点和这几种元素在小桐子幼苗体内的相互关系，为小桐子种植的施肥、利用小桐子改善重金属污染，高效利用污染土壤和提高矿区经济价值做理论参考。2.材料与方法2.1 材料小桐子种子：从江苏沐阳种子发展公司购买得到。实验所用材料：人工模拟Pb胁迫小桐子幼苗，然后取其根、茎、叶、叶柄四个部位作为实验材料。2.2 实验仪器TA-S2990型原子吸收分光光度计，北
11、京普析通用仪器有限责任公司；Ca、Mg、Zn、Cu、Mn、Pb空心阴极灯，威格拉斯仪器(北京) 有限公司；PL202-S型电子天平，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；电炉；TM-0610P陶瓷纤维马福炉，北京盈安美诚科学仪器有限公司制造；DFT-150手提式高速万能粉碎机，温岭市林大机械有限公司制造；DHG9246A型电热恒温鼓风干燥箱，上海精宏实验设备有限公司。2.2.1 主要试剂Ca、Mg、Zn、Cu、Mn、Pb标准储备液(1000Mg/L , 国家标准物质研究中心) 浓硝酸，实验用水为超纯水。2.3 培养方法2.3.1 培养液及培养基质完全培养液采用霍格兰培养液6。配制方法如下：四水硝
12、酸钙（Ca(NO3)24H2O）945mg/L，硝酸钾（KNO3）506mg/L，硝酸铵(NH4NO3)80mg/L，磷酸二氢钾（KH2PO4）136mg/L，硫酸镁（MgSO47H2O），493mg/L，铁盐溶液2.5mL，微量元素液5mL，pH=6.0。铁盐溶液：七水硫酸亚铁（FeSO47H2O）2.78g，乙二胺四乙酸二钠（C10H14N2Na2O82H2O） 3.73g，蒸馏水500mL，pH=5.5。微量元素液：碘化钾（KI）0.83mg/L，硼酸（H3BO3）6.2mg/L，硫酸锰（MnSO4）22.3mg/L，硫酸锌（ZnSO47H2O）8.6mg/L，钼酸钠（Na2MoO4）0
13、.25mg/L，硫酸铜（CuSO4）0.025mg/L，氯化钴（CoCL26H2O）0.025mg/L。Pb培养液的配制：利用硝酸铅配制成Pb离子浓度分别为100（mg/L）、200（mg/L）、300（mg/L）、500（mg/L）、800（mg/L）的溶液作为Pb培养液。2.3.2 种子处理及萌发实验挑选饱满无异样的种子，将其轻轻破壳，浸泡8小时，晾干。之后种植到基质为（草炭：珍珠岩=3:2）的育苗盘中待萌发。之后每天浇水，三天后第一株种子萌芽，两周后全部萌芽。2.3.3 幼苗的前期培养挑选长势相似的小桐子幼苗，移植到培养袋中。培养基质为黄土：（草炭：珍珠岩=3:2）=1：1（按体积比）。
14、对所有幼苗进行完全培养液浇灌，每株20mL。四天后再次进行浇灌培养。对幼苗进行泼浇多菌灵，进行灭除菌害，液体为1:1000。2.3.4 Pb金属胁迫培养待小桐子幼苗生长稳定后，挑选长势相似的幼苗进行分组的Pb胁迫培养，共设6个组,(0mg/L、100mg/L、200mg/L、300mg/L、500mg/L、800mg/L)将挑选出来的小桐子幼苗平均分为六组，每组十株，之后进行重金属的胁迫培养，重复3组试验。60天后实验结束并取实验材料。2.4 测定方法2.4.1 仪器工作条件参数表1 仪器工作条件参数元素波长(nm)灯电流(mA )燃气流量(ML/min)Mg283. 34.01500Zn21
15、3. 96.01500Cu324. 84.02000Mn285. 24.02000Ca422.73.01700Pb283.36.015002.4.2 样品溶液制备实验材料用蒸馏水冲洗3次,然后用超纯水洗涤3 次，晾干放入烘箱80烘干，粉碎，干燥至恒重。准确称取0.50000.6000g，置于25mL小坩埚内，用电炉进行碳化，碳化至无烟为止，再用马弗炉进行灰化，灰化到样品完全变成白色为止（6小时）。在样品坩埚里加3ML硝酸消解，然后将样品转移到25mL容量瓶中用超纯水定容。同时在25mL容量瓶里加3mL硝酸，定容做空白。2.4.3 校准曲线绘制将Ca、Mg、Zn、Cu、Mn、Pb 标准储备液用超
16、纯水稀释，作为Ga、Mg、Zn、Pb、Cu及Mn的标准使用液。用TA S2990型原子吸收分光光度计绘制标准曲线，各种元素配制的系列标准使用液（单位：mg/L）如下： Ca:0.5、1、2、4、6、8、10、15 Mg:1、3、5、10、15 Cu：0.05、0.2、0.4、0.8、1、2、4 Zn：0.1、0.2、0.4、0.8、2、4 Pb:0.1、0.2、0.4、0.8、1、2、4、8Mn：0.1、0.5、1、2、3、4、5依次将上述标准使用液喷入火焰，分别测定吸光度，以吸光度A对浓度C进行线性回归，得各元素线性回归方程。在工作范围内，各元素线性关系良好。2.4.4 样品测定 按表1仪器
17、工作条件参数，用火焰原子吸收光谱法测定各样品中Ca、M g、Zn、Cu、Mn的吸光度和实际浓度。测定Ga、Mg、Mn、Zn、Pb的含量时将样品溶液稀释5倍，使其吸光度在校准曲线范围内，然后进行测定。按实际浓度计算出样品溶液中各元素的含量，根据稀释倍数及样品质量换算出样品中各元素的含量。元素含量x（mg/Kg）=实际浓度（mg/L）硝酸空白实际浓度(mg/L)样品稀释倍数测定用样品提取液体积（L）/样品重量(Kg) 7- 11。3.结果与分析3.1 Pb胁迫下Pb在小桐子各部位的含量分布由图1可以看出小桐子的根、茎、叶、叶柄四个部位对Pb的吸收都随着Pb浓度的升高而增大，植物体内Pb污染程度与P
18、b污染程度的顺序具一致性；各部位在同等浓度条件下吸收Pb含量的大小存在很大的差异，其吸收能力大小表现为：叶片根叶柄茎。3.2 Pb胁迫下Cu在小桐子各部位的含量分布表2 Pb胁迫Cu在小桐子各部位的含量分布部位0（mg/L）100（mg/L）200（mg/L）300（mg/L）500（mg/L）800（mg/L）根16.12577.57522.87527.32525.37518.350茎9.07532.8257.3755.9005.9505.300叶柄12.57532.92570.25021.35029.85013.800 叶片16.30024.17526.65023.30022.27510.
19、075由表2可以看出对照组Cu在小桐子各部位的含量分布关系为：叶片根叶柄茎。而在处理浓度下Cu在小桐子各部位的含量分布关系基本表现为：根叶柄叶片茎；小桐子经Pb胁迫处理后开始吸收较多的Cu，比一般植物的Cu含量5-25mg/Kg微高，但随着浓度的增加各部位对Cu离子的吸收逐步下降。3.3 Pb胁迫下Ca在小桐子各部位的含量分布表3 Pb胁迫下Ca在小桐子各部位的含量分布部位0（mg/L）100（mg/L）200（mg/L）300（mg/L）500（mg/L）800（mg/L）根5905.1252293.5003631.0003818.0004964.5004041.625茎6740.37567
20、44.6257437.1257198.3755616.1258144.500叶柄14775.13018072.38016142.13013408.50015630.38015303.750叶片18110.63022723.13024484.25014679.38017913.00019650.750由表3可以看出对照组Ca在小桐子各部位的含量分布关系为：叶片叶柄茎根。而在处理浓度下Ca在小桐子各部位的含量分布关系表现为：叶片叶柄茎根；小桐子经Pb胁迫处理后地上部分对Ca离子的吸收都有所增加，而地下部分的Ca吸收量开始降低随后随着Pb浓度的增加对Ca的吸收逐渐增加。3.4 Pb胁迫下Mn在小桐子
21、各部位的含量分布表4 Pb胁迫下Mn在小桐子各部位的含量分布部位0（mg/L）100（mg/L）200（mg/L）300（mg/L）500（mg/L）800（mg/L）根16.37513.00015.37519.25017.37518.875茎13.12514.12511.62515.37513.12517.625叶柄47.75034.87539.75068.00067.75052.125叶片66.50068.37577.00072.625105.00090.750由表4可以看出对照组Mn在小桐子各部位的含量分布关系为：叶片叶柄根茎。而在处理浓度下Mn在小桐子各部位的含量分布关系基本表现为：叶
22、片叶柄根茎；小桐子经Pb胁迫处理后开始吸收离子Mn离子的含量较少，随着浓度的增加各部位对Mn离子的吸收量逐步增加。3.5 Pb胁迫下Mg在小桐子各部位的含量分布表5 Pb胁迫下Mg在小桐子各部位的含量分布部位0（mg/L）100（mg/L）200（mg/L）300（mg/L）500（mg/L）800（mg/L）根4716.7503942.5004092.0004641.3754701.6254846.625茎2708.8752762.2503004.5002814.8752933.8753232.625叶柄4478.2505625.8755203.6253994.3754742.1254931
23、.500叶片4835.3758016.7508281.0005841.3756698.5007348.500由表5可看出对照组Mg在小桐子各部位的含量分布关系为：叶片叶柄根茎。而在处理浓度下Mg在小桐子各部位的含量分布关系基本表现为：叶片叶柄根茎；小桐子经Pb胁迫处理后地上部分对Mg离子的吸收都有所增加，而地下部分的Ca吸收量开始降低随后随着Pb浓度的增加对Mg的吸收量逐渐增加。3.6 Pb胁迫下Zn在小桐子各部位的含量分布表6 Pb胁迫下Zn在小桐子各部位的含量分布部位0（mg/L）100（mg/L）200（mg/L）300（mg/L）500（mg/L）800（mg/L）根56.37556.
24、37547.50051.62547.50047.875茎48.25048.25047.75047.87548.00047.625叶柄47.25047.25047.25047.25047.37547.375叶片48.62548.62549.12549.37548.12549.375从表中可以看出Pb胁迫下Zn在小桐子各部位的含量分布不明显。说明小桐子对Zn的吸收不受Pb胁迫的影响。4.讨论小桐子的根、茎、叶、叶柄四个部位对Pb的吸收量都随着Pb胁迫浓度的升高而增大，说明小桐子幼苗对Pb的吸收量与Pb胁迫浓度顺序具一致性；各部位在同等浓度条件下对Pb吸收量存在明显差异，其吸收能力表现为叶片根叶柄茎
25、，结果证明：小桐子吸收的Pb能够大量向地上部分叶子转运，叶片是主要吸收部位，这与谢景千12等的研究成果相似。而小桐子有典型的落叶情况，叶片吸收Pb离子再进行脱落就能将土壤中的Pb吸收带走对土壤的重金属污染起到缓解作用。Cu在对照组植株体内各部位的含量分布关系为叶片根叶柄茎，而处理组分布关系基本表现为根叶柄叶片茎。结果表明根对Cu离子具有累积作用，小桐子经Pb胁迫处理后开始吸收较多的Cu，比一般植物的Cu含量5mg/kg微高13，但随着胁迫浓度的增加各部位对Cu离子的吸收却呈下降趋势，试验证明：小桐子在受到Pb胁迫时存在某种”避性”机理，体内可能产生了某种物质与Cu转运蛋白相互作用，抑制Cu离子
26、的摄入和转运过程。拒绝吸收重金属离子是植物抗重金属重要途径之一，借此可以降低细胞内重金属离子的浓度，防止其毒害作用，显示了小桐子对Cu的耐性，在此推测Cu污染的矿区小桐子也有存活的可能14-16。小桐子经Pb胁迫处理后与对照组相比，地上部分对Ca、Mg的吸收都有所增加；地下部分的Ca、Mg吸收量先降低，之后随着Pb浓度的增加对Ca、Mg的吸收逐渐升高。说明一定浓度的Pb有利于小桐子对Ca、Mg的吸收。处理组的幼苗开始吸收Mn离子的含量较少，随着浓度的增加各部位对Mn离子的吸收量逐步增加，说明一定浓度的Pb有利于小桐子对Mn的吸收。5.结论试验结果证明小桐子能够累积Pb离子，对Pb、Cu有一定的
27、耐性，小桐子具有修复Pb污染的潜力，同时还证明了Pb的胁迫还能提高小桐子对Ca、Mg、Mn的吸收，而对Zn的吸收无影响。小桐子是目前的一个研究热点，但是能源植物小桐子在重金属胁迫下对元素的吸收以及各元素在小桐子体内的相互关系还未见报道，本试验证明小桐子具有修复铅污染的潜力。因此，在矿区栽种小桐子有望在修复矿区Pb污染的同时进一步提高矿区土壤的经济价值。参考文献1王慧忠,何翠屏.铅对草坪植物生物量与叶绿素水平的影响J.草业科学,2003(6):73-75.2黄得如,黄东宏,郭似旋,等.麻疯树毒素的分离及其某些性质J.生物化学与生物物理进展,1991,18(02):149-151.3陈巧鸿.麻疯树
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