一种新发现的湿生铬超积累植物——李氏禾(Leersia hexandra Swartz)

通过对广西某电镀厂附近的植物和土壤的野外调查,发现了湿生铬超积累植物--李氏禾（Leersia hexandra Swartz）.结果表明,多年生禾本科李氏禾对铬具有明显的超积累特性,叶片内平均铬含量达1786.9mg/kg,变化范围为1084.2～2977.7mg/kg;叶片内铬含量与根部土壤中铬含量之比最高达56.83,叶片内铬含量与根茎中铬含量之比最高达11.59,叶片内铬含量与水中铬含量之比最高达517.86.李氏禾不仅对铬有很强的富集能力,而且具有生长快、地理分布广、适应性强的特点,因此李氏禾的发现将为植物的铬超积累机理与铬污染环境的植物修复研究提供新的重要物种.

不同浊度水体下李氏禾(Leersia hexandra Swartz)叶绿素荧光特性研究

为探究不同浊度水体胁迫下李氏禾(Leersia hexandra Swartz)的叶绿素荧光特性,将李氏禾幼苗置于浊度分别为0、30、60和90 NTU的水体中完全淹没。试验处理持续13天,于第1天开始间隔一天采用水下调制荧光仪(DIVING-PAM)测定叶片叶绿素荧光的实时光量子产量(Yield)、最大光量子产量(Fv/Fm)、暗适应最小荧光(F0)、相对光合电子传递速率(ETR)、光化学淬灭系数(qP)、非光化学淬灭系数(NPQ)。结果显示:第7天时30 NTU的水体中,Fv/Fm、ETR、qP的值降到最低,李氏禾的光合作用受阻;此时30 NTU的Fv/Fm、Yield、qP值比0 NTU分别高9.3%、8.4%、21.1%,表明李氏禾在一定时间内能适应30 NTU的胁迫。该研究结果将有助于认识李氏禾在浊度下的生理变化,对李氏禾在浑浊水体的消涨带植被修复的应用具有指导意义。

Chromium phytoextraction and physiological responses of the hyperaccumulator Leersia hexandra Swartz to plant growth-promoting rhizobacterium inoculation

Phytoextraction is a promising option for purifying hexavalent chromium(Cr(Ⅵ))-laden wastewater,but the long remediation period incurred by poor growth rate of Cr hyperaccumulators remains a primary hindrance to its large-scale application.In this study,we performed a hydroponic experiment to evaluate the feasibility of promoting the growth and phytoextraction efficiency of Cr hyperaccumulator Leersia hexandra Swartz(L.hexandra)by inoculating plant growth-promoting rhizobacteria(PGPR)Bacillus cereus(B.cereus).In batch tests,the Cr(Ⅵ)removal rates of L.hexandra and B.cereus co-culture were greater than the sum of their respective monocultures.This was likely due to the microbial reduction of Cr(Ⅵ)to Cr(Ⅲ),which is amiable to plant uptake.Besides,the PGPR factors of B.cereus,including indoleacetic acid(IAA)production,1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid deamination(ACCd)activity,phosphate solubilization capacity,and siderophore production,were quantified.These PGPR factors helped explain the biomass augmentation,root elongation and enhanced Cr enrichment of the inoculated L.hexandra in pot experiments.Despite the increased Cr uptake,no aggravated oxidative damage to the cell membrane was observed in the inoculated L.hexandra.This was attributed to its capacity to confront the increased intracellular Cr stress by upregulating both the activities of antioxidative enzymes and expression of metal-binding proteins/peptides.Moreover,L.hexandra could always conserve the majority of Cr in the residual and oxalic integrated forms with low mobility and phytotoxicity,irrespective of the B.cereus inoculation.These results highlight the constructed Cr hyperaccumulatorrhizobacteria consortia as an effective candidate for decontaminating Cr(Ⅵ)-laden wastewater.

Genetic Differentiation Caused by Chromium Treatment in <i>Leersia hexandra</i>Swartz Revealed by RAPD Analysis

Randomly amplified polymorphic DNA (RAPD) technique was applied to assess the genetic variations and phylogenetic relationships in genetic differentiation within 4 Chromium-treatment Leersia hexandra. The fresh leaves of Leersia hexandra cultivated on the condition of chrome pollution and exogenous organic acids were used as experimental material. The genomic DNA of Leersia hexandra was extracted by using CTAB method. The results showed that different samples of Leersia hexandra exhibited DNA polymorphism when using the random primer S43, S51and S55 as the primers in the RAPD reaction. One specific DNA band about 1000 bp was found in the sample which treated with 10 mmol/L concentration EDTA when used the S43 primer to RAPD. The obvious differences between different EDTA-treatment levels suggest that EDTA has certain effects on enrichment to heavy metals of Leersia hexandra, it will be more favored to Leersia hexandra accumulation of chromium when EDTA concentration increased.

不同氮肥形态对李氏禾铬富集能力的影响

为了优化李氏禾(Leersia hexandra Swartz)铬修复时的施氮效率,通过盆栽试验,研究了5种氮肥形态(硝酸钙、尿素、氯化铵、硝酸铵、硫酸铵)对李氏禾铬修复性能、生长指标和根系指标的影响。结果表明:与对照(不施氮肥)相比,施加的5种形态氮肥均促进了李氏禾生长,提高了根系活力,改变了根系形态特征,有利于提高李氏禾铬含量、铬累积量、富集系数和土壤铬去除率。施加硫酸铵的李氏禾生物量和根平均直径最大,分别为对照的5.54倍和1.51倍,其根系活力比对照增加108%;施加硝酸铵的李氏禾总根表面积和总根体积最大,分别为对照的2.17倍和1.99倍(P<0.05)。相关性分析结果表明,李氏禾的生物量、根平均直径、总根表面积、总根体积和根系活力均与土壤铬修复效率有关。其中,施加硫酸铵处理的富集系数和土壤铬去除率最高,分别为对照的1.45倍和5.56倍。研究表明,施加硫酸铵比其他氮肥形态更有利于提高李氏禾铬污染土壤修复效率。

李氏禾修复重金属(CrCuNi)污染水体的潜力研究

李氏禾(Leersia Hexandra Swartz)是中国境内发现的第一种铬超富集植物。通过水培实验,评价了李氏禾对水中Cr、Cu、Ni的去除潜力。结果表明,李氏禾能够有效去除水体中的Cr、Cu、Ni污染物,重金属初始浓度分别为10和20mg·L-1的营养液,10d后Cr浓度降低到原子吸收分光光度法检出限以下,10d后Cu浓度降低到1.02mg·L-1和1.25mg·L-1,20d后Ni浓度降低到1.10和2.14mg·L-1。收获的植物根、茎、叶中重金属含量均较高,根中重金属含量显著高于茎、叶。单株生物量的比较结果表明,含Cr培养液中生长的李氏禾生物量与对照相比无显著减少(P>0.05),含Cu、Ni营养液中生长的李氏禾生物量均显著低于对照(P<0.05),表明李氏禾对Cr的耐性强于Cu和Ni。李氏禾适宜于湿生环境中生长,能对多种重金属产生大量富集,对Cr、Cu、Ni等重金属污染水体的修复表现出较强的潜力。

铬超富集植物李氏禾对铜的富集特征研究

李氏禾是中国境内发现的第一种铬超富集植物。本文通过野外调查和水培试验,研究了李氏禾对铜的富集特征。野外调查结果表明,李氏禾能够将淤泥和水体中的铜转运到地上部,叶中铜平均含量为1717.85mg·kg-1,根和茎中铜平均含量为533.42mg·kg-1,叶中铜含量与水和淤泥中铜含量之比分别为291.88和14.01。营养液培养条件下,李氏禾对铜也有较强的富集能力。当培养液中铜浓度为40mg·L-1时,叶中铜含量最高达到2357.26mg·kg-1。这些结果表明,无论是在野外生长条件下还是在营养液培养条件下,李氏禾均对铜表现出很强的富集能力。李氏禾生长迅速,地理分布广,且能对铜、铬等多种重金属产生富集,因此,是一种优良的修复铜、铬等重金属污染土壤和水体的物种。

氮肥形态对李氏禾富集铬的影响及其生化分析

通过盆栽试验研究了在土壤铬含量分别为100、400 mg/kg时,不同氮肥((NH4)2SO4、NH4NO3、Ca(NO3)2)对Cr超富集植物李氏禾生长和Cr积累的影响。结果表明:在土壤铬含量为400 mg/kg时,用(NH4)2SO4处理后李氏禾的根、茎和叶中的铬浓度最大,分别达到19 546、3 265、6 118 mg/kg,约为对照处理铬含量的1.5～4倍。NH4NO3处理的李氏禾生物量相对其他处理及对照较高;两种铬浓度处理的土壤中,施加(NH4)2SO4、Ca(NO3)2及对照处理,生物量差异性均不显著。不同氮肥处理中,在400 mg/kg铬处理土壤上生长的李氏禾总糖都多于100 mg/kg铬处理;而NH4NO3处理的李氏禾蛋白质和叶绿素高于其他处理。NH4NO3能提高李氏禾生长速度,总糖浓度的增加能提高李氏禾对逆境的适应机制。

有机酸对铬超富集植物李氏禾吸收Cu的影响

许多研究表明有机酸的施加对植物吸收重金属的量具有不同的影响。文章采用盆栽试验研究了EDTA、柠檬酸、草酸和酒石酸对土壤中Cu的活化和李氏禾(Leersia hexandra Swartz)吸收Cu的影响。结果表明,当向土壤中施加质量摩尔浓度为2mmol·kg-1的EDTA时,土壤中Cu质量分数为220.16mg·kg-1与空白土壤中500.31mg·kg-1相比明显减少,说明EDTA可以极显著的降低土壤中的铜质量分数,使其转化成水提取态的Cu浮于土壤表面,并大部分聚集在根部周围,同时向土壤中施加EDTA不但促进了对Cu的活化而且显著提高了李氏禾对Cu的吸收,叶中最高质量分数达到336.54mg·kg-1是对照中80.34mg·kg-1的四倍;而柠檬酸、草酸和酒石酸则抑制了Cu的活化,但对李氏禾地上部分的Cu质量分数影响不大。有机酸对Cu的影响相对较弱,除EDTA显著降低了土壤中Cu质量分数外,其他有机酸对Cu的活化和李氏禾吸收Cu的影响与对照均没有明显差异。

水分、光照和肥料交互作用对铬超富集植物李氏禾生长的影响

用含质量浓度为20 mg/L、80 mg/L的Cr3+(CrC l3)营养液培养雁山、荔浦、桃花江3个李氏禾(LeersiahexandraSwartz)种群,火焰原子吸收分光光度法测定重金属Cr3+含量,筛选出对铬富集能力偏高的荔浦种群进行水分、光照和肥料交互作用培养试验,记录李氏禾的生长状况和测定不同状况下的叶绿素和蛋白质含量。结果表明:在土壤含水量为60%、中光照度(3 000 lx左右)和适当追肥的共同作用下,李氏禾生长速度最快;施肥会增加李氏禾的分蘖数和最大根系长度。这一结果能为提高李氏禾的生物量,将其应用于污染水体和土壤的修复提供理论依据。

李氏禾对电镀污泥污染土壤中铬铜镍的吸收和积累

通过盆栽试验研究了在电镀污泥(0、25%、50%、75%、100%)污染土壤中生长的李氏禾对Cr、Cu、Ni复合污染的耐受和积累能力。100%电镀污泥中总Cr、Cu、Ni含量分别为32 452.91、15 784.82、12 115.27 mg/kg。结果表明,李氏禾能够在25%电镀污泥中保持正常生长,地上部Cr、Cu、Ni含量随着土壤重金属含量增加而显著升高;Cr、Cu、Ni积累量在100%电镀污泥中可达70.87、41.68、43.18μg/株。李氏禾对较高浓度重金属复合污染土壤中的Cr、Cu、Ni有较强的耐受和积累能力,在重金属复合污染土壤的植物修复方面具有一定潜力。

李氏禾净化含重金属生活污水的实验

采用水培方法设置了CK(0%)、40%、50%、60%、70%、80%、90%和100%等8个生活污水浓度比例梯度,在相同李氏禾(Leersia hexandra Swartz)株数的基础上,分别投加Cr6+、Cu2+和Ni2+等金属离子,研究铬超富集植物李氏禾对重金属、有机污染物(COD)、氨氮及总磷去除效果。结果表明,李氏禾对废水中Cr6+、Cu2+和Ni2+的去除能力很强,氨氮和总磷的去除效率分别可达到98%和90%以上,对COD降解可达80%以上。李氏禾对3种重金属的吸收结果表明,复合污染废水中生活污水含量越高,越有利于李氏禾对Cr6+和Ni2+的净化,而不利于对Cu2+的净化。

李氏禾对镍的富集特征

通过野外调查和营养液培养实验,研究了李氏禾对镍的富集特征。结果表明,李氏禾能够将土壤和水体中的镍转运到叶和茎,叶中镍最高含量达到1 349 mg/kg,叶中镍含量与水体和淤泥中镍含量之比最高分别达到415.2倍和18.82倍。营养液培养条件下,李氏禾对镍也表现出很强的富集能力,叶中镍的含量最高达到2 926 mg/kg,叶的生物富集系数最高达到156.5。李氏禾生长迅速、地理分布广,且能对镍、铬等多种重金属产生富集,因此,是一种潜在的修复镍、铬等重金属污染土壤和水体的物种。

李氏禾人工湿地对电镀废水的净化研究

建立以李氏禾为湿地植物,红壤和沸石为混合填料的湿地系统,研究了李氏禾人工湿地对电镀废水的处理效果。结果表明,李氏禾在Cr、Cu、Ni质量分数已达0.049 094%、0.019 538%、0.010 701%的污染湿地中仍能成活。该湿地系统对Cr、Cu、Ni的去除率分别达到63.86%～84.76%、91.78%～96.09%、56.65%～74.62%。因此,李氏禾人工湿地系统在处理重金属污染水体方面表现出极强的应用潜力。

铬胁迫下李氏禾显微结构的变化

[目的]为研究李氏禾的耐铬生理和分子机理提供理论依据。[方法]以李氏禾幼苗为试材,分别用含0(对照)、5、30、60 mg/LCrC l3的1/2Hoagland营养液进行培养,培养45 d后收获,分别测定根、茎、叶的生物量,用石蜡切片法观察不同组织显微结构的变化,用火焰原子吸收法测定各组织的铬浓度。[结果]除5 mg/L CrC l3处理外,其他处理根、茎、叶的生物量均随CrC l3浓度的增加而减少,但与对照差异不显著。当CrC l3处理浓度≤30 mg/L时,根、茎、叶和总生物量分别减少8.2%、11.6%、21.5%和13.2%;受铬污染的李氏禾根、叶组织结构与对照无明显差异,但茎的维管束明显缩小;转移系数(叶中铬含量与根中铬含量之比)随CrC l3处理浓度的增加而减小(从1.07减小到0.09)。[结论]李氏禾对铬有很强的耐性和积累能力。

李氏禾对土壤中铜积累特征及抗性研究

[目的]研究室内生长条件下李氏禾对铜的吸收和抗性特征。[方法]将从6个采样点采集的李氏禾样本、淤泥和水样带回实验室进行分析。消解液定容后用火焰原子吸收分光光度计（PEAA-700）测定铜的含量。[结果]电镀污水污染区的李氏禾生长茂盛,是当地的优势种群。在各植物样品中,铜含量均为根系〉叶柄〉羽片。当土壤铜含量达2000mg/kg时,根、茎、叶中铜含量分别为：500.33、335.81、307.89mg/kg。在土壤培养条件下,李氏禾叶中铜含量为46.11～308.07mg/kg,铜的生物富集系数为0.40～1.75;根和茎中铜含量分别为49.22～500.33和39.22～335.81mg/kg,铜的最高生物富集系数分别为1.85和1.47。[结论]李氏禾能在铜污染的环境中生存,对铜有较强的适应力和抗性,是一种较理想的植物修复材料。

高效液相色谱法测定铬超富集植物李氏禾根系分泌物中的有机酸

建立了高效液相色谱(HPLC)测定Cr超富集植物李氏禾根系分泌物中低相对分子质量有机酸的分析方法。采用XSelect HSS T3色谱柱(250 mm×4.6 mm,5μm,Waters),以40 mmol/L磷酸二氢钾-磷酸缓冲溶液(pH=2.40)作流动相,流速1.0 mL/min,柱温25℃,在波长205 nm处检测。该方法在13 min内简便快速地分离出8种有机酸(草酸、酒石酸、苹果酸、乳酸、甲酸、乙酸、马来酸和柠檬酸),且峰形良好。有机酸的检出限(LOD)为0.12~12.32 mg/L;草酸的加标回收率为73.15%,其他有机酸的加标回收率为94.54%~109.98%。李氏禾的根系分泌物中各有机酸含量分别为酒石酸(130.90±1.44)μg/g(根干重)、苹果酸(1 031.34±4.38)μg/g(根干重)、乳酸(65.54±1.01)μg/g(根干重)、马来酸(0.960 00±0.003 67)μg/g(根干重)和柠檬酸(201.50±1.13)μg/g(根干重)。该方法简便快速,灵敏可靠,适用于植物根系分泌物样品中有机酸的测定。

多重金属富集植物李氏禾体内铜的化学形态研究

为了探明李氏禾对铜的吸收和解毒两个关键过程机理,采取逐级提取法对李氏禾中的铜的赋存形态以及其不同组织部位中的总铜进行了分析测定,研究结果表明：李氏禾对铜以根系吸收为主,其滞留率平均为91.47%。李氏禾根细胞组分中,乙醇提取态（F_1）和醋酸提取态（F_4）中的铜含量占大多数,占总量的60%~80%;李氏禾叶片中,乙醇提取态的Cu作为主要存在形态,所占比例最低的为水溶态铜含量（F_2）。此外,与李氏禾富集Cr相比,由于Cr的低生物利用导致李氏禾根细胞中Cr的赋存形态不同,其高浓度的Cr存在于李氏禾根残留态（F_6）当中。因此,李氏禾对铜虽不具备超富集能力,但其具备把铜大量吸附和积累到李氏禾根系的能力,搭配上其生长迅速,分布广泛的特点,使其在重金属修复上有着广阔的应用前景。

蜡状芽孢杆菌协同李氏禾根系分泌物去除水体Cr^6+的效应及机制

李氏禾(Leersia hexandra Swartz)是中国境内发现的第一种铬(Cr)超富集植物,在铬污染水体修复方面具有很大的潜力。以李氏禾为供试材料,在Hoagland营养液中培养幼苗,采用浸根法收集李氏禾根系分泌物,研究添加外源蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus)对其还原水体中Cr^6+的影响;利用GC-MS分析在铬胁迫和接种蜡状芽孢杆菌两种处理对李氏禾根系分泌物成分的影响。结果表明:李氏禾根系分泌物和蜡状芽孢杆菌协同对水体中Cr^6+的还原率高达99%,显著高于单独添加蜡状芽孢杆菌和单独添加根系分泌物处理组(P<0.05);李氏禾根系分泌物有机物种类丰富,主要包含酯、烷烃、烯烃、芳香烃、醇、酰胺、醚等;在给李氏禾接种蜡状芽孢杆菌后,李氏禾根系分泌物中许多化感物质作为生长代谢底物被分解;在Cr^6+胁迫下,李氏禾根系分泌物中酰胺类物质的分泌发生变化,这可能是李氏禾受到重金属铬胁迫后的一种根际解毒机制;在Cr^6+胁迫下,检测出了有且仅有一种的酚类化感物质2,4-二叔丁基苯酚,这是李氏禾对铬胁迫的一种潜在的响应机制。

光照强度和温度对铬超富集植物李氏禾生长的影响

[目的]研究光照强度和温度对铬(Cr3+)超富集植物李氏禾(LeersiahexandraSwartz)生长的影响。[方法]用浓度为20、80mg/L的Cr3+(CrCl3)营养液培养采自雁山、荔浦、桃花江的3个李氏禾种群,用火焰原子吸收分光光度法测定重金属含量,筛选出对铬富集能力偏高的李氏禾种群进行光照和温度的影响试验。[结果]光照强度达到3000lx以上时,李氏禾的生长表现最好,生长速度最快;不同温度下生长速度快慢顺序为:25℃>自然状态>15℃。[结论]这一结果能为提高李氏禾的生物量,将其应用于污染水体和土壤的修复而资源化提供前提条件。