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小羽藓和柏状灰藓对重金属富集的能力



全 文 :北方园艺2016(21):77~79 植物·园林花卉·
第一作者简介:孙天国(1966-),男,黑龙江肇源人,硕士,副教授,
研究方向为植物分子生物学和植物生理学。E-mail:stg1966@
163.com.
基金项目:黑龙江省教育厅科学技术研究资助项目(12541879)。
收稿日期:2016-07-28
DOI:10.11937/bfyy.201621019
小羽藓和柏状灰藓对重金属富集的能力
孙 天 国,熊   毅,郭 彦 翠,赵   艳,杨 志 宏
(齐齐哈尔大学 生命科学与农林学院,黑龙江 齐齐哈尔161006)
  摘 要:以小羽藓和柏状灰藓为试材,采用电感耦合等离子体质谱法研究了镉、铅、镍和铜在
小羽藓和柏状灰藓体内的含量,设置4种重金属共3个浓度梯度,分别为0.2、0.4、0.8mmol·L-1,
采用正交设计设置9种不同浓度的复合试验,以蒸馏水处理为对照,对苔藓进行7d的不同浓度
的单一金属和复合金属胁迫处理,以期研究小羽藓和柏状灰藓对重金属的富集能力。结果表明:
在单一金属胁迫下,苔藓体内相应的重金属含量迅速增加,复合金属胁迫后的苔藓,各重金属含
量均明显高于对照。2种苔藓对4种重金属都具有很强的富集能力。小羽藓和柏状灰藓适合作
为重金属污染的净化植物。
关键词:小羽藓;柏状灰藓;重金属;富集能力;净化植物
中图分类号:Q 945.78 文献标识码:B 文章编号:1001-0009(2016)21-0077-03
  随着城市化、工业化等人类活动对环境的影响,环
境的重金属污染负荷日益增加。每年由于重金属污染
导致的经济损失达到几百亿元。因此全面准确监测环
境重金属污染,寻找有效重金属污染修复方法势在必
行。由于苔藓植物对重金属的敏感性与耐受性[1],而
成为国际环境领域研究的热点[2-3]。即使是有毒物质
在环境中存在浓度很低,苔藓也能积累和集中这些
物质[4]。
有关苔藓植物富集重金属的研究在国内已有报道,
安丽等[5]比较了不同藓类植物对5种重金属的累积能
力。李进猛等[6]研究了重庆市不同功能区苔藓植物重
金属含量及吸附特性,MARIET等[7]研究了法国乡村、
铁路和工业区中苔藓对重金属的富集作用。前人的工
作都是对自然环境生长苔藓植物富集重金属的能力进
行了分析。而在实验室内利用重金属处理苔藓植物,
分析苔藓植物内重金属含量的研究尚少,只有孙玉斌
等[8]进行了相关的研究。现选择毒性大、危害范围广
的Cd、Ni、Pb、Cu 4种重金属对小羽藓(Haplocladium
capilatum)和柏状灰藓(Hypnum cupressiforme)进行处
理,探讨2种苔藓植物对4种重金属的富集能力,以期为
苔藓植物治理重金属污染打下基础。
1 材料与方法
1.1 试验材料
  供试小羽藓和柏状灰藓于2014年8月采集自双鸭
山地区。标本保存于齐齐哈尔大学生命学院遗传学实
验室。
1.2 试验方法
将小羽藓和柏状灰藓除去杂质进行室内培养。试
验选取Cd、Ni、Pb、Cu 4种重金属对2种苔藓植物进行
单一处理和复合处理。苔藓处理采用浇灌方法,每次浇
灌10mL,每2d处理1次,共处理10d。单一处理的重
金属浓度为0.2、0.4、0.8mmol·L-1,复合处理根据
L9(34)正交实验设计,共9个处理,用T1、T2、……、T8、
T9表示(表1),以蒸馏水处理作为对照(T0),共处理
7d。
表1 复合重金属处理
  Table 1 Experimental design of combined treatment
处理
Treatment
重金属浓度Concentration of heavy metal/(mmol·L-1)
Cd  Ni  Pb  Cu
T1  0.2  0.2  0.2  0.2
T2  0.2  0.4  0.4  0.4
T3  0.2  0.8  0.8  0.8
T4  0.4  0.2  0.4  0.8
T5  0.4  0.4  0.8  0.2
T6  0.4  0.8  0.2  0.4
T7  0.8  0.2  0.8  0.4
T8  0.8  0.4  0.2  0.8
T9  0.8  0.8  0.4  0.2
1.3 项目测定
采用电感耦合等离子体质谱法分析重金属含量。
在70℃烘干箱里烘干8h。烘干后,将其根部及附在上面
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·园林花卉·植物 北方园艺2016(21):77~79
的土壤等杂质清理干净,放入研钵中进行研磨,用ICP-MS
检测重金属的含量。
1.4 数据分析
试验数据采用SPSS 18.0one-way ANOVA 分析,
结果用平均值和标准差表示,数据为3次平均值。
2 结果与分析
2.1 单一重金属处理小羽藓和柏状灰藓对4种重金属
的富集能力
从表2、3可以看出,当4种重金属单一处理时,小
羽藓和柏状灰藓体内的重金属含量随着4种重金属浓
度的升高而增加。
小羽藓在0.2、0.4、0.8mmol·L-1 Cd处理下体内
的Cd含量分别是对照的1 354.079、2 050.362、2 734.126
倍。柏状灰藓的Cd含量是对照的453.487、785.528、
2 132.300倍,从以上数据可以看出小羽藓和柏状灰藓
对Cd有很强的富集能力。
用3种不同浓度的Ni处理小羽藓和柏状灰藓,2种
苔藓植物体内的Ni含量发生明显改变,当Ni浓度为
0.2mmol·L-1小羽藓体内的Ni含量是对照的1.798倍,
经方差分析差异极显著(P<0.01),浓度为0.4mmol·L-1
和0.8mmol·L-1是对照的39.794、182.206倍,柏状灰
藓体内的Ni含量分别是对照的28.951、63.505、71.448
倍。由数据分析来看,2种苔藓对Ni的富集能力随着金
属浓 度 的 不 同 表 现 有 所 差 别。当 Ni浓 度 为
0.2mmol·L-1时小羽藓体内的Ni含量变化较小。当
Ni浓度较低时(0.2、0.4mmol·L-1),柏状灰藓的富集
能力高于小羽藓,而当浓度达0.8mmol·L-1小羽藓的
富集能力高于柏状灰藓。
表2 单一重金属处理小羽藓重金属含量
  Table 2 Content of heavy metal on Haplocladium
capillatumunder single treatment  mg·kg-1
处理
Treatment
重金属浓度Concentration of heavy metal/(mmol·L-1)
0  0.2  0.4  0.8
Cd  0.470±0.01  636.417±2.16  963.670±5.31 1 285.039±8.77
Ni  6.513±0.25  11.713±0.97  259.180±6.98 1 186.706±10.67
Pb  34.346±1.32  902.907±10.35 1 522.913±13.30 3 575.697±15.40
Cu  1.307±0.01  203.976±0.32  342.095±6.24  865.741±6.58
  表3 单一重金属处理柏状灰藓重金属含量
  Table 3 Content of heavy metal on Hypnum
cupressiforme under single treatment  mg·kg-1
处理
Treatment
重金属浓度Concentration of heavy metal/(mmol·L-1)
0  0.2  0.4  0.8
Cd  1.646±0.02  746.440±5.20 1 292.979±6.87 3 509.766±13.56
Ni  9.283±1.14  268.750±4.52  589.515±6.39  663.249±6.81
Pb  2.613±0.22  898.214±9.23 1 526.692±14.28 4 448.617±16.39
Cu  1.186±0.01  345.379±2.97  745.545±7.24 1 690.855±9.90
  当Pb浓度为0.2mmol·L-1,小羽藓和柏状灰藓的
Pb含量是对照的26.289倍和343.748倍,Pb浓度为
0.4mmol·L-1,小羽藓和柏状灰藓的Pb含量是对照的
44.340倍和584.268倍,Pb浓度为0.8mmol·L-1,小羽
藓的Pb含量是对照的104.108倍,柏状灰藓的Pb含量
是对照组的1 702.494倍。所以2种苔藓对Pb有着很
强的富集能力。
在3种不同浓度的Cu处理下,小羽藓的Cu含量分
别为对照的156.064、261.741、662.388倍,柏状灰藓的
Cu含量分别为对照的291.213、628.621、1 425.679倍。
2种苔藓对Cu表现出了较强的富集能力,而且在相同的
Cu浓度下,柏状灰藓对Cu的富集能力高于小羽藓。
2.2 复合重金属处理小羽藓和柏状灰藓对4种重金属
的富集能力
由表4、5可知,复合处理下小羽藓和柏状灰藓体内
的4种重金属由于发生重金属协同反应和拮抗反应使
体内的重金属含量差异较大。在9个处理中,2种苔藓
体内4种重金属的含量均高于对照。且在T1处理中小
羽藓和柏状灰藓的4种重金属含量都高于相同浓度下
的单一处理的重金属含量。说明在T1处理中4种重金
属间发生了协同作用。
表4 复合重金属处理小羽藓4种重金属含量
  Table 4 Content of heavy metal on Haplocladium
capillatumunder combined treatment  mg·kg-1
处理
Treatment
重金属种类Heavy metals
Cd  Ni  Pb  Cu
T0  0.470±0.01  6.513±0.25  34.346±1.32   1.307±0.01
T1  656.320±6.51  40.020±3.45 1 130.413±8.89  297.300±2.43
T2  702.417±6.30  130.472±2.11 1 822.913±12.84  304.091±4.50
T3  720.153±5.66  415.916±3.52 3 987.210±16.63  789.220±5.10
T4  734.510±5.39  38.920±2.16 1 264.110±9.50  813.451±5.79
T5  620.300±4.80  226.801±2.10 3 143.220±9.70  167.346±4.39
T6  782.160±5.64  967.258±10.07  760.341±5.87  289.54±3.03
T7  1 031.450±9.35  49.872±3.56 2 871.340±11.77  304.611±2.11
T8  882.360±5.82  204.672±2.51  831.412±4.94  672.450±4.97
T9  683.438±6.70  913.541±8.10  923.415±6.99  170.421±1.62
  表5 复合金属处理柏状灰藓4种重金属含量
  Table 5 Content of heavy metal on Hypnum
cupressiforme under combined treatment  mg·kg-1
处理
Treatment
重金属种类Heavy metals
Cd  Ni  Pb  Cu
T0  1.646±0.02  9.283±1.14  2.613±0.22   1.186±0.01
T1  815.631±7.20  341.761±3.46 1 256.174±9.52  448.726±4.99
T2  872.032±8.21  420.516±5.34 1 764.350±11.30  411.162±5.87
T3  993.510±9.91  308.042±3.26 4 861.410±16.74 1 250.023±9.99
T4  1 084.310±8.72  317.201±4.44 1 162.217±7.50 1 307.632±8.44
T5  987.431±6.01  434.761±3.13 3 967.222±11.03  276.340±2.84
T6  1 124.415±7.20  607.919±2.94  813.205±5.00  527.340±4.86
T7  2 965.412±9.31  273.210±2.61 3 743.400±10.20  698.120±6.43
T8  3 012.571±11.03  493.540±4.44  801.572±7.60  180.021±2.06
T9  3 147.262±10.94  576.412±5.68 1 471.604±835  172.630±1.87
  在复合处理中,T5处理小羽藓吸收的Cd最少,是
对照的1 319.787倍,T7处理小羽藓吸收的Cd最多,是
87
北方园艺2016(21):77~79 植物·园林花卉·
对照的2 194.574倍,而且均低于相同浓度下单一金属
的Cd含量,经方差分析差异极显著(P<0.01)。柏状灰
藓Cd最低值和最高值分别在T1和T9处理中,分别高
于对照495.523、1 912.067倍。T1中小羽藓的Ni含量
最少,是对照的6.145倍,T6中的Ni含量最高为对照的
148.512倍,柏状灰藓的Ni含量最少的是T7处理,为对
照的29.431倍,最高的是T6处理,为对照的65.487倍。
小羽藓的Pb含量最少在T6中,为对照的22.138倍,最
高的在T3中,为对照的116.090倍。柏状灰藓的Pb含
量最少在T8中,为对照的306.763倍,T3中最高为对照
的1 860.471倍。小羽藓和柏状灰藓的Cu含量最高值
都在T4处理中,分别为对照的622.380、1 102.556倍。
小羽藓的Cu含量最低在T5中,是对照的128.038倍,而
柏状灰藓的Cu含量最低在T9,是对照的145.556倍。
从以上分析可以发现,无论是小羽藓还是柏状灰藓
在复合处理中对Cd、Ni、Pb、和Cu 4种重金属显示出超
强的富集能力。
3 讨论与结论
该研究中小羽藓和柏状灰藓在4种重金属单一和
复合处理下,都显示出很强的富集能力,其原因是由于
苔藓植物因其特殊的结构,具有很强的阳离子交换能
力[9]。黄朝表等[10]在研究浙江金华市郊苔藓植物体内
重金属时发现,所研究的苔藓植物富集重金属的能力明
显高于当地种子植物。2种苔藓对Cd、Ni、Pb和Cu对
的富集能力不尽相同,朱秀敏等[11]在研究5种苔藓植物
对重金属富集能力时也发现这种现象。试验中发现在
单一重金属处理中小羽藓和柏状灰藓对Cd和Cu都有
着超强强的富集能力,小羽藓对高浓度的Ni富集能力
较强,而对低浓度的Ni富集能力较弱。柏状灰藓无论
高浓度还是低浓度都表现较强的富集能力。柏状灰藓
对Pb的富集能力高于小羽藓。在复合处理中由于各种
重金属在不同浓度下发生的反应不同,所以2种苔藓植
物在各个处理中对4种重金属的富集能力不尽相同。
但与对照相比,体内的重金属含量极显著高于对照。说
明小羽藓和柏状灰藓适合作为重金属污染的净化植物。
参考文献
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Enrichment Ability of Heavy Metals for Haplocladium capilatumand
Hypnum cupressiforme
SUN Tianguo,XIONG Yi,GUO Yancui,ZHAO Yan,YANG Zhihong
(Colege of Life Science and Agriculture-Forestry,Qiqihaer University,Qiqihaer,Heilongjiang 161006)
Abstract:In order to study enrichment ability for heavy metals,Haplocladium capilatumand Hypnum cupressiforme
were used as test materials.The contents of four chemical elements,namely,cadmium(Cd),nickel(Ni),lead(Pb)and
copper(Cu)were analyzed by means of CP-MS analysis method.0.2mmol·L-1,0.4mmol·L-1,0.8mmol·L-1 of
three concentration gradient were set up respectively,according to the orthogonal experimental design of nine diferent
concentrations of mixed group,with distiled water treatment for comparison,the mosses were treated with stresses for
seven days using diferent concentrations of single metals and complex metals.The results showed that heavy metal
contents were significantly greater than the control group,Haplocladium capilatumand Hypnum cupressiforme had
the very strong enrichment ability to heavy metal.It was suggested that the moss Haplocladium capilatumand
Hypnum cupressiforme could be used as purification plants for the heavy metals polution.
Keywords:Haplocladium capilatum;Hypnum cupressiforme;heavy metal;enrichment ability;purification plants
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