全 文 ：茶树根细胞壁对铅的吸附作用*
徐摇 劼1 摇 保积庆1 摇 于明革2,3**摇 陈英旭2
( 1嘉兴学院生物与化学工程学院, 浙江嘉兴 314001; 2浙江大学环境保护研究所, 杭州 310029; 3杭州市环境集团有限公司,
杭州 310022)
摘摇 要摇 以提取的水培茶树龙井 43 根细胞壁为供试材料,研究了茶树根细胞壁对 Pb 的吸附
作用.结果表明: 酸性条件下茶树根细胞壁对 Pb的吸附量随着吸附液初始 pH值的升高而增
大,当初始 pH值在 2. 0 ~ 4. 5 时 Pb吸附量快速上升.在吸附液初始 pH值为 4. 5 的条件下,当
吸附达到平衡时,随着吸附液 Pb浓度的提高,茶树根细胞壁对 Pb的吸附量增大,其吸附行为
更适合用 Freundlich 吸附模型拟合. 当达到吸附平衡时,根细胞壁的 Pb 吸附总量为 9郾 7
mg·g-1,当吸附时间达到 320 min时根细胞壁对 Pb的吸附量可以达到平衡吸附量的 90% ,从
解吸动力学曲线来看,在 60 min时 Pb的解吸量可以达到平衡解吸量的 50% ,吸附、解吸动力
学方程更适合用二级速率方程描述.根细胞壁分别经酯化、果胶酶改性、氨基甲基化改性处理
后,其对 Pb的累积吸附量与未改性处理相比分别降低了 51. 1% 、41. 3%和 10. 8% ,表明根细
胞壁上的鄄COOH、半乳糖醛酸多聚物果胶质及鄄NH2在一定程度上参与了 Pb 在茶树根细胞壁
上的吸附.
关键词摇 茶树根细胞壁摇 铅摇 化学改性摇 吸附
文章编号摇 1001-9332(2014)02-0427-06摇 中图分类号摇 X132, X503. 2摇 文献标识码摇 A
Lead adsorption by the root cell wall of tea plant. XU Jie1, BAO Ji鄄qing1, YU Ming鄄ge2,3,
CHEN Ying鄄xu2 ( 1 College of Biological, Chemical Sciences and Engineering, Jiaxing University,
Jiaxing 314001, Zhejiang, China; 2 Institute of Environmental Science and Technology, Zhejiang
University, Hangzhou 310029, China; 3Hangzhou Environmental Group Co. , Ltd. , Hangzhou
310022, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. , 2014, 25(2): 427-432.
Abstract: A research was done to study the Pb adsorption by the root cell wall of tea plant extracted
from Longjing 43. It was indicated that the amount of Pb adsorbed by the root cell wall increased
with augment of the initial pH of the solution under acidic condition, dramatically as the pH ranged
from 2. 0 to 4. 5. The amount of Pb increased with the Pb concentration in the solution at pH 4. 5,
which could be well fitted by the Freundlich adsorption model. The adsorbed Pb reached 9郾 7
mg·g-1 under equilibrium condition, 90% of which was adsorbed in 320 minutes, while 50% was
desorbed in 60 minutes based on the desorption dynamic curve. The kinetics of both adsorption and
desorption could be well described by a second鄄order rate equation. The amount of absorbed Pb by
the root cell wall varied after modified treatments, reducing by 51. 1% after esterifing, 41. 3% with
pectinase, and 10. 8% via aminomethylation, suggesting that carboxyl, galacturonic acid, pectin
and amino, to some extent, all took part in the Pb adsorption by the root cell wall.
Key words: root cell wall of tea plant; lead; chemical modification; adsorption.
*国家自然科学基金青年项目(41201319)和嘉兴市科技计划项目
(2012AY1046)资助.
**通讯作者. E鄄mail: mgyu_369@ zju. edu. cn
2013鄄04鄄02 收稿,2013鄄11鄄19 接受.
摇 摇 细胞壁是植物细胞特有的外层组织结构,存在
于细胞质外,起着保护原生质体并界定细胞形状的
作用.构成细胞壁的物质包括纤维素、半纤维素、木
质素、果胶质、蛋白质等,并含有多种有机配体基团
(羟基、羧基、氨基、醛基、巯基等),这些基团可以通
过参与一系列反应而改变重金属元素在植物体内的
存在状态及蓄积行为[1] . 此外,细胞壁也是重金属
离子进入细胞的第一道屏障,植物根部吸收的重金
属只有穿过根细胞壁才能进入根细胞内部,并通过
共质体等途径进入木质部导管而向地上部输送[2] .
应 用 生 态 学 报摇 2014 年 2 月摇 第 25 卷摇 第 2 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Feb. 2014, 25(2): 427-432
对于大多数植物而言,根系是植物吸收、累积重金属
的主要器官组织,因此根细胞壁在植物重金属耐性
及解毒中起着重要作用.
研究表明,某些植物之所以对某些重金属具有
耐性或超积累性,根细胞壁起到了非常关键的作
用[3],根细胞壁通过对吸收重金属的固定作用,可
以防止过多游离重金属作用于细胞质. 这种吸收固
定机理包括配位络合、离子交换、静电交感、氧化还
原和无机微沉淀等作用[4] . Fritioff 和 Greger[5]研究
发现,24% ~59%的 Zn、Cu、Cd、Pb 是被水生植物浮
叶眼子菜(Potamogeton natans)各器官组织的细胞
壁所固定. 李刚等[6]研究发现,小麦根系上的 Al
77%吸附于细胞壁上,这种固定作用还包括细胞壁
上多糖基团的结合作用[7]、磷酸盐的沉淀作用[8] .
有学者深入研究发现:在高 Pb 浓度胁迫下,一些植
物器官组织细胞的细胞壁能够诱导合成多糖类物
质,这种诱导合成细胞壁多糖的机制提高了植株对
Pb的耐性[9] .虽然目前有关植物细胞壁对重金属吸
附的研究已有诸多报道,但植物组织细胞壁的组分
构成在重金属吸附过程中所发挥的作用及贡献还有
待进一步探究.
茶树是典型的喜酸作物,相关研究表明土壤植
茶后会持续酸化[10-12] .因此,茶树在含 Pb 量高的土
壤环境中生长,根系在一定条件下会逐渐吸收与累
积 Pb,通过根、茎的输送、转运势必会造成茶叶中 Pb
的过量积累[13-15],茶叶 Pb 污染问题也日益受到人
们的关注.笔者前期的调查研究结果表明,Pb 主要
累积于茶树的根系组织[16],而深入研究发现,Pb 在
茶树根系组织亚细胞的主要沉积部位是细胞壁[17] .
因此,本文系统研究了茶树根细胞壁对 Pb的吸附特
性;并通过对细胞壁的化学改性分析了茶树根细胞
壁上有机配体基团在 Pb吸附固定过程中的作用,以
期探究根细胞壁在茶树 Pb 吸收过程中所发挥的作
用,进而为茶叶 Pb 污染的防控提供必要的理论
依据.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 茶树培养
试验所用茶树品种为龙井 43(浙江省主栽绿茶
品种),茶苗为一年生扦插苗,购于浙江省富阳市茶
苗良种繁育场.茶苗先置于 1 / 2 浓度的营养液中预
培养 2 周.选取长势一致的茶苗移植于 2. 2 L 塑料
小桶,每桶 4 株,改用全营养液培养. 营养液配方
如下: 2000 滋mol·L-1 KNO3、50 滋mol·L-1 KCl、
500 滋mol·L-1 Ca(NO3 ) 2、200 滋mol·L-1 MgSO4、
100 滋mol · L-1 NH4 NO3、 10 滋mol · L-1 KH2 PO4、
12 滋mol·L-1 H3 BO3、2. 0 滋mol· L-1 MnSO4、0郾 5
滋mol·L-1 ZnSO4、 0. 2 滋mol · L-1 CuSO4、 0郾 1
滋mol·L-1 Na2MoO4、20 滋mol·L-1 Fe鄄EDTA[17] . 茶
苗于人工气候室培养,人工气候室昼 /夜温度为 25
益 / 20 益,光照时间为 14 h,相对湿度在 70% ~
75% .茶苗培养期间每天均用 0. 1 mol·L-1 HCl 或
0. 1 mol·L-1 NaOH 调节营养液体系 pH 值在 4. 5
左右,营养液 4 d更换一次并保持 24 h通气,茶苗培
养期为 30 d.
1郾 2摇 茶树根细胞壁提取分离
茶树植株培养 30 d 后,根系预先置于 25
mmol·L-1 EDTA鄄Na 盐溶液中解析 15 min,用去离
子水冲洗干净后液氮固定,保存于-75 益冰箱备用.
参照武贝[18]的方法对茶树根细胞壁进行相关提取
操作,具体步骤如下:将冰冻的根系组织样品置于研
钵中,边加液氮边进行研磨;随后利用预冷的乙醇溶
液(75% )对粉末依次进行 3 次浸提操作,每次浸提
结束后进行离心分离(4000 r·min-1,10 min);最终
离心分离得到的浸提物再依次用 1 颐 7(根质量 /体
积)的预冷丙酮、预冷甲醇鄄三氯甲烷混合液(1 颐 1,
V / V)、预冷甲醇溶液进行洗涤,最后将经三步骤洗
涤离心得到的沉淀物进行真空冷冻干燥,即作为提
取细胞壁样品,于 4 益保存备用.
1郾 3摇 茶树根细胞壁化学改性处理
1郾 3郾 1 细胞壁果胶酶改性 摇 结合 Schmohl 和
Horst[19]以及 Zheng等[20]的处理方法,取 2 g茶树根
细胞壁粉末于离心管中加入 120 mL 1%果胶酶及
0郾 1% BSA(牛血清白蛋白),混合物在 30 益水浴中消
化 30 min,沉淀经离心分离后用去离子水洗涤 3 次,
得到经果胶酶改性处理后的细胞壁,真空冷冻干燥后
4 益保存备用.通过果胶酶改性处理可以验证果胶质
在茶树根细胞壁 Pb吸附过程中所起到的作用.
1郾 3郾 2 细胞壁酯化改性摇 称取 2 g 茶树根细胞壁粉
末于离心管中,加入 140 mL 无水甲醇,随后向离心
管中加入 1. 2 mL 浓 HCl,使得体系中 HCl 浓度为
0郾 1 mmol·L-1 . 悬浮液在 125 r·min-1下旋转震荡
12 h,经离心操作处理后弃去上清液,沉淀物用去离
子水洗涤 3 次,得到经酯化改性处理后的细胞壁,真
空冷冻干燥后 4 益保存备用.通过酯化改性处理可
以验证羧基官能团在茶树根细胞壁 Pb 吸附过程中
所起到的作用.
1郾 3郾 3 细胞壁氨基甲基化改性摇 称取 2 g 茶树根细
824 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
胞壁粉末于离心管中,加入 80 mL 甲酸和 40 mL 甲
醛组成的混合液.离心管置于恒温振荡器震荡反应
6 h(震荡转速 125 r·min-1 );反应结束后离心分
离,沉淀物依次用去离子水冲洗 3 次,得到经甲基化
改性处理后的细胞壁,真空冷冻干燥后 4 益保存备
用.氨基甲基化改性处理可以验证氨基官能团在茶
树根细胞壁 Pb吸附过程中所发挥的作用.
1郾 4摇 试验设计
1郾 4郾 1 pH对茶树根细胞壁 Pb 吸附的影响试验摇 准
确称取 9 份(每份 0. 025 g)茶树根细胞壁于 50 mL
离心管中,加入含有 0. 01 mol·L-1 NaNO3的 20
mg·L-1Pb(NO3) 2溶液 20 mL,用 0. 01 mmol·L-1
HCl调节溶液初始 pH值分别为 2. 0、2. 5、3. 0、3. 5、
4. 0、4. 5、5. 0、5. 5、6. 0. 将离心管置于水平振荡摇
床,在 25 益条件下振荡 24 h后离心.上清液用原子
吸收光谱仪测定 Pb含量,计算不同 pH 条件下茶树
根细胞壁的 Pb吸附量.
1郾 4郾 2 茶树根细胞壁等温 Pb吸附试验摇 准确称取 9
份(每份 0. 025 g)茶树根细胞壁于 50 mL 离心管
中,分别加入含有 0. 01 mol·L-1 NaNO3的Pb(NO3) 2
溶液 20 mL,Pb2+浓度依次为 5、10、15、25、30、35、
40、45、50 mg·L-1 .由 pH 对细胞壁 Pb 吸附的影响
试验结果可知,在吸附溶液初始 pH 值为 4. 5 的条
件下 Pb的吸附量接近最大值,同时结合茶树水培生
长的 pH条件,故体系用 0. 01 mol·L-1 HCl调节 pH
值至 4. 5.随后将离心管置于水平振荡摇床,在 25
益条件下振荡 24 h后离心.上清液测定 Pb 含量,并
计算体系不同 Pb浓度条件下茶树根细胞壁的 Pb吸
附量.
1郾 4郾 3 茶树根细胞壁 Pb 吸附动力学试验 摇 称取
0郾 05 g未经处理或经化学改性后的根细胞壁,置于
底部垫有透水膜的微型滤头中,滤头上下均有接口,
上接口用导管连接用以泵入吸附液,下接口同样用
导管连接用以收集流出液. 吸附液为 5 mg·L-1
Pb(NO3) 2+0. 01 mol·L-1 NaNO3溶液.溶液用蠕动
泵以每 10 min 5 mL 的流速泵入,利用自动收集器
收集流出液(每 10 min 收集一管). 吸附试验结束
后,测定每管收集液中 Pb2+浓度,并绘制 Pb 吸附动
力曲线.
吸附试验结束后,先用 0. 01 mol·L-1 NaNO3溶
液(pH 4. 5)以每 10 min 5 mL的流速对滤头进行清
洗操作(1 h),清洗结束后用 0. 05 mol·L-1 NaNO3
溶液(pH 4. 5)进行解吸试验,解吸条件与吸附试验
条件一致,利用自动收集器收集流出液.解吸试验结
束后,测定每管溶液中的 Pb浓度,并绘制 Pb解吸动
力曲线.
1郾 5摇 数据处理
采用 Origin 8. 5 软件对试验数据进行拟合及回
归分析(n=3,琢=0郾 05),并用 Excel 2003 软件作图.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 pH对茶树根细胞壁 Pb吸附的影响
由图 1 可以看出,不同 pH 条件下茶树根细胞
壁对 Pb的吸附能力存在很大差异:酸性条件下 Pb
吸附量随着吸附溶液初始 pH 值的升高而增大. 其
中,当吸附液初始 pH 值在 2. 0 ~ 4. 5 时,Pb 吸附量
快速上升;pH值在 4. 5 ~ 6. 0 时上升减缓;在 pH 值
为 6. 0 时,Pb 吸附量达到最大值(11. 06 mg·g-1).
茶树根细胞壁对 Pb 的吸附受溶液初始 pH 值影响
较大,在 pH 值为 4. 5 时 Pb 吸附量接近最大值. 结
合茶树水培 pH 条件,其他吸附试验中所用吸附溶
液的初始 pH值均调至 4. 5.
2郾 2摇 茶树根细胞壁的 Pb吸附特性
由图 2 可以看出,在吸附液初始 pH 值为 4郾 5
条件下,当吸附达到平衡时,随着吸附溶液 Pb 浓度
的提高,茶树根细胞壁对 Pb 的吸附量增大,其吸附
量从 3. 53 mg·g-1增大到 18. 87 mg·g-1 .在平衡液
Pb浓度较低区间段(0 ~ 15 mg·L-1),平衡吸附量
随体系 Pb平衡浓度的提高而快速上升;随着平衡液
Pb浓度处于较高区间段(15 ~ 30 mg·L-1),平衡吸
附量的增大趋于平缓.
摇 摇 在吸附剂对吸附质吸附行为的各种拟合数学模
型中,Freundlich等温吸附模型考虑了吸附自由能随
吸附分数的变化情况,其应用前提是吸附质在多相
表面上发生吸附作用,表达式为:qe =KFCen .其中:KF
图 1摇 pH值对茶树根细胞壁吸附 Pb的影响
Fig. 1摇 Effects of pH on Pb adsorption by the root cell wall of
tea plant.
9242 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 徐摇 劼等: 茶树根细胞壁对铅的吸附作用摇 摇 摇 摇 摇
图 2摇 Pb浓度变化对茶树根细胞壁吸附 Pb的影响
Fig. 2摇 Effects of initial Pb concentration on Pb adsorption by
the root cell wall of tea plant.
为分配系数(反映吸附剂吸附能力强弱);n 为常数
(反映吸附的难易程度).当吸附剂表面存在不均一
特征或吸附剂表面的吸附质存在相互作用时可用
Freundlich等温吸附模型进行表征. 而 Langmuir 等
温吸附模型应用的前提条件是吸附质以单分子层的
排列状态在吸附剂表面发生吸附作用,并且被吸附
的分子之间无相互作用力. 其表达式为:Ce / qe =
Ce / qmax+1 / (b伊qmax).其中:Ce 表示吸附达到平衡条
件下,溶液中被吸附元素的离子浓度;qe为吸附达到
平衡条件下的吸附量;b 表示与吸附能量相关的
Langmuir结合系数;qmax用来表征吸附剂的最大吸附
能力[21] .
由表 1 可以看出,茶树根细胞壁对 Pb的吸附作
用均可用 Langmuir 方程和 Freundlich 方程来描述.
从决定系数(R2)看,以 Freundlich方程拟合更佳.
2郾 3摇 茶树根细胞壁 Pb吸附动力学
由图 3 可以看出,吸附、解吸时间达到 420 min
时已趋于平衡.在吸附初期阶段,根细胞壁对 Pb 的
吸附量增长较快,随后吸附速率逐渐减缓.吸附平衡
时,其 Pb吸附总量为 9. 7 mg·g-1(420 min). 通过
计算表明,在320 min时,根细胞壁对Pb的吸附量
表 1摇 茶树根细胞壁 Pb吸附行为的等温吸附模型拟合参数
Table 1摇 Isotherm parameters of Pb adsorption by the root
cell wall of tea plant
Langmuir方程 Langmuir euqation
Ce / qe=Ce / qmax+1 / (b·qmax)
qmax
( mg·g-1)
b
( L·mg-1)
R2
20. 24 0. 29 0. 9869
Freundlich 方程 Freundlich equation
qe= KF·Cne
KF
( mg·g-1)
n R2
5. 56 0. 3836 0. 9934
qmax:最大吸附量 The maximum adsorption; b:平衡常数 Equilibrium
constant; Ce:平衡浓度 Equilibrium concentration; qe:平衡吸附量
Equilibrium adsorption capacity; KF:平衡常数 Equilibrium constant.
图 3摇 茶树根细胞壁对 Pb的吸附和解吸动力学曲线
Fig. 3 摇 Kinetic curves of Pb adsorption and desorption by the
root cell wall of tea plant.
玉:吸附 Adsorption; 域:解吸 Desorption.
可以达到平衡吸附量的 90%左右;从解吸动力学曲
线来看,在 60 min 时 Pb 的解吸量可以达到平衡解
吸量 9. 7 mg·g-1(420 min)的 50%左右.
由表 2 可以看出,茶树根细胞壁对 Pb 的吸附、
解吸动力学方程更适合用二级速率方程进行描述.
2郾 4摇 化学改性对茶树根细胞壁 Pb吸附能力的影响
为了探明 Pb在茶树根细胞壁上的吸附位点,对
根细胞壁进行了改性处理(果胶酶改性、酯化改性、
氨基甲基化改性).化学改性前后根细胞壁对 Pb 的
吸附动力学曲线见图 4.
摇 摇 Pb 吸附达到平衡时(420 min),经计算发现酯
化处理后根细胞壁对 Pb 的累积吸附量降低了
51郾 1% ,表明茶树根细胞壁上的鄄COOH 对 Pb 的吸
附作用影响较大并发挥了主要作用;氨基甲基化处
理后的根细胞壁对 Pb 的累积吸附量降低了
10郾 8% ,说明鄄NH2也在一定程度上参与了 Pb 在茶
树根细胞壁上的吸附;经果胶酶改性处理后的根细
胞壁对 Pb 的累积吸附量降低了 41. 3% ,说明根细
胞壁上半乳糖醛酸多聚物、果胶质也参与了 Pb 的
吸附.
表 2摇 茶树根细胞壁 Pb吸附和解吸速率方程拟合参数
Table 2摇 Parameters of rate equations of Pb adsorption and
desorption evaluated
项目
Item
一级速率方程
The first鄄order rate equation
ln(qe-q t)= lnqe-k1t
k1
( min-1)
R2
二级速率方程
The second鄄order rate equation
t / q t=1 / (k2qe2)+t / qe
k2
(g·mg-1·min-1)
R2
吸附过程
Adsorption process
0. 0078 0. 9056 0. 0002 0. 9919
解吸过程
Desorption process
0. 0092 0. 9287 0. 0022 0. 9979
034 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
图 4摇 化学改性对茶树根细胞壁 Pb吸附的影响
Fig. 4摇 Effects of chemical modification on Pb adsorption by the
root cell wall of tea plant.
玉:未化学改性 Unmodified; 域:甲基化改性 Methylized; 芋:酯化改
性 Esterified; 郁:果胶酶改性 Treated with pectinase.
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 茶树根细胞壁 Pb吸附行为的影响因素
pH值是影响重金属形态分布及吸附过程的一
个重要因素,研究 pH值对茶树根细胞壁吸附 Pb 的
影响,对进一步揭示 Pb在茶树根组织内的运输和分
配规律有一定的理论意义.一般而言,pH 值变化不
仅会影响溶液中金属离子的形态,而且还会影响细
胞壁表面的多种活性官能团(如羧基、羟基、氨基和
酰胺基团等). 一般条件下,当溶液初始 pH 值<6
时,Pb仍然主要以 Pb2+的形式存在[22] .此时当溶液
pH值较低时,一方面溶液中水合氢离子的浓度较
高,会优先吸附于细胞壁上的活性吸附位点,从而削
弱重金属离子与活性位点的吸附作用;另一方面,由
于细胞壁大量吸附水合氢离子,导致细胞壁表面荷
正电,由于静电排斥力从而阻止带正电荷的重金属
离子向细胞壁的表面进行迁移. 随着体系 pH 值的
升高,水合氢离子数目逐渐减少,重金属离子才能逐
渐占据细胞壁上的活性吸附位点;同时 pH 值增大
也使细胞壁表面的负电性官能团增多,使茶树根细
胞壁对 Pb 的吸附量逐渐增大,并在 pH 值为 6郾 0
时,Pb吸附量达到最大值(图 1).
随着溶液中 Pb离子初始浓度的增大,茶树根细
胞壁对 Pb离子的吸附容量也随之增加(图 2).这是
由于在体系中细胞壁活性位点不变的情况下,吸附
位点数量有限,当初始 Pb 离子浓度较低时,可以提
供充足的活性位点用于吸附反应,因而吸附容量增
大.而当初始 Pb离子浓度较高时,活性位点则相对
不足,导致吸附位点达到饱和,因而细胞壁对 Pb 离
子的吸附容量几乎趋于定值,从而导致增加缓慢.
Freundlich和 Langmuir等温吸附模型在描述物
质对某元素的吸附特性时,可用来反映不同吸附剂
的吸附特征.在恒定的温度条件下,两种吸附模型均
可用来表征吸附剂吸附量与吸附质平衡浓度之间的
关系[23] . 两种吸附模型相比较而言,Langmuir 吸附
等温式用来描述简单的单分子层吸附过程,而 Fre鄄
undlich等温吸附模型则可用来描述更复杂的吸附
特征.茶树根细胞壁对 Pb的吸附行为更适合用 Fre鄄
undlich吸附模型拟合(表 1).吸附动力学研究可以
反映出体系中吸附剂对吸附质的吸附速率,通过对
体系吸附动力学方程的拟合可以判断出吸附过程的
限速步骤.表 2 数据表明,茶树根细胞壁对 Pb 的吸
附、解吸过程更适合用二级动力学方程拟合,这说明
该吸附是一个有化学作用的过程[24] .
3郾 2摇 茶树根细胞壁的 Pb吸附位点
重金属一般易作用、结合于生物质的吸附活性
位点,而根细胞壁组织上的官能团则为这些活性位
点的代表区域.半乳糖醛酸多聚物果胶质作为植物
组织细胞壁上带负电的生物相组分,常常在重金属
的吸附过程中发挥重要作用. 果胶包括同型半乳糖
醛酸聚糖、鼠李半乳糖醛酸聚糖玉和鼠李半乳糖醛
酸聚糖域,这类多糖含有许多带负电荷基团,极易结
合金属阳离子.大量研究表明,部分吸附在细胞壁上
的重金属是与果胶质发生结合作用.研究表明,果胶
质不仅在 Al 的细胞壁吸附中起重要作用,并且对
Al耐性和解毒也起一定作用[19-20] .根细胞壁经 1%
果胶酶在 30 益条件下改性处理后,能去除根细胞壁
上部分果胶质,使根细胞壁中的果胶物质含量降低,
借以判定果胶质在根细胞壁吸附 Pb过程中的作用.
经果胶酶改性后的茶树根细胞壁,其 Pb吸附能力降
低了 41. 3% (图 4),说明半乳糖醛酸多聚物果胶质
在茶树根细胞壁 Pb吸附过程中起到一定作用.
Fischer酯化改性是利用外加甲醇引入的羟基
(鄄OH)与根细胞壁上的羧基(鄄COOH)发生酯化反
应而使得根细胞壁上羧基结合位点减少,借以考察
羧基在 Pb 吸附过程中的作用. 研究发现,凤眼莲
(Eichhirnia crasslpes)耐 Cr与 Cr 胁迫下其根细胞壁
上果胶质甲基酯化程度的下降有关,细胞壁上果胶
质甲基酯化的形成会导致细胞壁上自由羧基数目的
减少,不利于细胞壁对 Cr 的固定,而且果胶质甲基
酯化程度过高有利于形成刚性细胞壁结构,阻碍细
胞壁的正常生长[25] . Gardea鄄Torresdey 等[26]研究表
明,虽然重金属离子在细胞壁上也可能与形成的酯
结合,但改性后的细胞壁对金属离子的吸附量明显
降低.本研究表明,茶树根细胞壁酯化后对 Pb 的吸
附量降低了 51. 1% ,说明茶树根细胞壁中的羧基在
1342 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 徐摇 劼等: 茶树根细胞壁对铅的吸附作用摇 摇 摇 摇 摇
Pb吸附中贡献作用较大.
氨基甲基化改性是利用外加引入的甲基,通过
修饰根细胞壁上的氨基基团(鄄NH2),考察活性官能
团氨基的抑制对茶树根细胞壁吸附 Pb的影响.尽管
从吸附能力上看,氨基(鄄NH2)与某些金属具有非常
高的亲和力,但在植物生物质细胞壁组织中鄄NH2在
吸附重金属离子功效上的发挥常常得到相反的结
论,因而一直备受争议. 如有研究表明,紫花苜蓿
(Medicago sativa)组织细胞壁上的鄄NH2在 Au(芋)
的吸附过程中发挥重要作用,而对于 Cr(芋)的吸
附,鄄NH2则并非为主要的结合官能团[27] . 本研究表
明,茶树根细胞壁中鄄NH2活性基团对 Pb 离子的吸
附发挥了积极作用.
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作者简介摇 徐摇 劼,男,1975 年生,博士.主要从事土壤重金
属植物污染化学与农产品安全研究. E鄄mail: xujie1688 @
126. com
责任编辑摇 肖摇 红
234 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷