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废旧电池内容物直接填埋和其稀释液对香根草生长胁迫与光合生理生态的研究



全 文 :香根草(Vetiveria zizanioides)又名岩兰草, 生
长迅速、 根系发达, 是一种独特的多年生禾本科草
本植物, 是治理水土流失、 污水净化、 尾矿治理等
环境问题的优良先锋草种[1-3]。
随着现代通讯业的发展, 电池的使用频率越来
越大。 一粒纽扣电池可污染 60 万升水, 等于一个
人一生的饮水量[4-7]。 国内外关于香根草对逆境的适
应进行了大量的研究, 然而关于废旧电池对香根草
生长影响的研究却鲜见报道。 为此, 通过盆栽试
验, 研究废旧电池在不同浓度不同处理方式胁迫下
对香根草的影响, 为了解香根草对废旧电池的胁迫
抗性提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 研究区自然概况 本试验于 2009 年 6 月在
我国香根草惟一原产地湛江地区进行, 地理位置为
北纬 20°55′~21°55′, 东经 110°11′~110°21′, 处于
北回归线以南的低纬地区, 属于热带亚热带季风气
候, 终年受海洋气侯调节; 春季潮湿温暖, 夏季酷
热多雨, 冬无严寒; 年降雨量 1 417~1 802 mm; 年
均气温 22.3 ℃, 年积温 8 309~8 519 ℃[8]。
1.1.2 试验材料 所用废旧电池为 “555 大号铁
壳锌锰电池” 的废旧电池, 一个废旧电池所取得的
内容物重量约为 42.2 g。 36盆生长良好的粤西香根
热带作物学报 2011, 32(7): 1240-1244
Chinese Journal of Tropical Crops
收稿日期: 2010-09-02 修回日期: 2011-06-22
基金项目: 教育部留学回国人员科研启动基金(No. 20091001)资助。
作者简介: 刘金祥(1964年—), 男, 教授。 研究方向: 主要从事草业科学研究与生态学教学工作。 E-mail: lightlong@163.com。
废旧电池内容物直接填埋和其稀释液对香根草
生长胁迫与光合生理生态的研究
刘金祥, 莫雪梅, 朱延锋, 郭龙武
湛江师范学院热带草业科学研究所, 广东湛江 524048
摘 要 通过盆栽试验, 研究了废旧电池在 2 种处理方式不同浓度下胁迫对香根草的细胞膜透性 、 脯氨酸
(Pro)含量、 叶绿素(Chl)含量、 光合速率(Pn)、 蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)等的影响。 结果表明, 随稀释液浓
度、 内含物量增加, 香根草叶片生长速率、 Chl 含量、 Pn、 Tr 和 Gs 虽呈下降趋势, 而 Pro 含量有所升高, 膜透
性增大, 但不同稀释液和内容物填埋处理对香根草的胁迫毒害作用差异不明显, 在稀释液浓度为 14.44%或以
下和内容物占土壤 2.70%或以下时, 香根草能生长, 在稀释液浓度为 20.20%或以上和内容物占土壤 4.00%或以
上时, 香根草均死亡。
关键词 香根草; 废旧电池; 内容物填埋; 稀释液
中图分类号 S567.23 文献标识码 A
Growth Stress and Photosynthetic Characteristics of
Vetiveria zizanioides by Direct Landfill and the
Content Dilution of Used Batteries
LIU Jinxiang, MO Xuemei, ZHU Yanfeng, GUO Longwu
Tropical Institute of Grassland Science, Zhanjiang Normal University, Zhanjiang, Guangdong 524048, China
Abstract The influence on the cell membrane, proline content (Pro), chlorophyll content (Chl), photosynthetic rate
(Pn), transpiration rate (Tr) and stomatal conductance (Gs) of Vetiveria zizanioides from two different used batteries
stress treatments were studied by pot experiment. The results showed that as the amount of direct landfill and the
concentration of content dilution of used batteries increased, the leaf growth rate, Chl content, Pn, Tr and Gs of
V. zizanioides declined, and Pro content, membrane permeability increased. There was no significant difference
effects on the stress of V. zizanioides between direct landfill and the contents dilution of the used batteries. When
the diluted solution was 14.44% or less of the soil and the landfilled amount was 2.70% or less of the soil, V.
zizanioides could grow, while that was 20.20% or more, 4.00% or more, respectively, V. zizanioides would die.
Key words Vetiveria zizanioides; Used batteries; Dandfill; Dilution
doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2011.07.011
第 7 期
草, 其塑料盆大小、 香根草生长状况、 土壤质地与
来源完全一致。
1.1.3 实验设计 选取处理方式和浓度 2 个实验
因子。 处理方式设电池液稀释处理(A处理组)和电
池内容物填埋处理(B 处理组), 两个水平浓度因子
则分设 6个水平。 A处理组: 按 5 个梯度将废旧电
池内容物溶于 500 mL 水中配制成不同浓度的电池
稀释液, 进行一次性浇灌处理, 处理后每 3 d 浇清
水一次, 每次 400 mL。 B 处理组: 将取出的废电
池内容物直接埋于土壤, 然后浇清水 500 mL, 确
保和 A处理组的水分相等, 每 3 d 浇水一次, 每次
400 mL。
A 处理组 5 个废旧电池稀释液浓度梯度分别
为: 1个废旧电池的稀释液/盆(A1), 2个废旧电池的
稀释液/盆(A2), 3 个废旧电池的稀释液/盆(A3), 4
个废旧电池的稀释液/盆(A4), 5个废旧电池的稀释
液/盆(A5), 并以清水处理作对照(CK), 各个梯度浓
度的计算公式为: nm 电/(m 水+nm 电)×100%。 注: n
表示电池个数, m 电表示每个电池取得的内容物重
量(42.2 g), m 水表示水重量(500 g), 计算出的浓度
分别为 : CK 0% ; A1 7.78% ; A2 14.44% ; A3
20.20%; A4 25.24%; A5 29.68%, 每个处理设 3
次重复, 共 18盆。
B 处理组各个废旧电池内容物含量梯度分别
为: 1 个废旧电池内容物/盆(B1), 2 个废旧电池内
容物/盆(B2), 3 个废旧电池内容物/盆(B3), 4 个废
旧电池内容物/盆(B4), 5个废旧电池内容物/盆(B5),
并以清水处理作对照(CK), 各个梯度内容物重量
分别为(每个废旧电池所取得的内容物重量同上):
CK 0 g; B1 42.2 g; B2 84.4 g; B3 126.6 g; B4 168.8 g;
B5 211.0 g, 废旧电池内容物占盆中土壤百分比的
计算公式为: nm电/[nm电+(m土-m水)]×100%。 n 表示
为电池个数; m 电表示为每个电池所取得内容物重
量(g); m 土表示为土壤重量(4 000 g); m 水表示为
土壤中的含水量(g), 土壤含水量的计算公式为:
(土壤湿重-土壤干重)/土壤湿重×100%=24%。 计
算出废旧电池内容物占盆中土壤的含量百分比分别
为: CK 0%; B1 1.37%; B2 2.70%; B3 4.00%;
B4 5.26%; B5 6.49%, 每个处理设 3 次重复, 共
18盆。
1.2 测定指标及方法
1.2.1 可见性生长状况的观察 各组处理后, 每
2 d 对香根草进行跟踪、 观察各实验组的生长情况
和胁迫症状。 选取中部健康新叶作标记, 每隔 2 d
测量叶长, 重复 3 次。 2 种处理采用相同的观察、
测量方法。
1.2.2 脯氨酸含量的测定 稀释液和内容物填埋
2 个处理组均于处理后的第 7 天, 取 0.3 g 样品,
加入 3%磺基水杨酸研磨成匀浆, 按文献[9]方法测
定。 用 726型分光光度计测定 520 nm 处光密度值。
每个处理重复 3次。
1.2.3 膜透性的测定 稀释液和内容物填埋 2 个
处理组均于处理后的第 8 天, 取中部叶片 0.3 g,
用清水冲洗, 再用蒸馏水冲洗 1次、 擦干后在叶片
中部用剪刀剪取 0.5 cm×0.5 cm 小片, 然后按参考
文献[10]的方法用 DDP2210 型电导率仪(K=0.962)
测定其电导率。
1.2.4 总叶绿素含量的测定 稀释液和内容物填
埋 2个处理组均于处理后的第 9天, 每盆选取外观
较好的叶片、 用剪刀剪碎其中上部叶片, 取 0.3 g
样品, 按文献[11]的丙酮提取法测定。 用 726 型分
光光度计测定 652 nm 处的光密度值。 每个处理重
复 3次。
1.2.5 光合指标测定 稀释液和内容物填埋 2 个
组都于处理后的第 7 天早上 10 : 00, 每盆选取香根
草中上部外观良好的叶片, 用美国 LI-COR 公司生
产的 LI-6400 便携式光合仪在有效光辐射(PAR)为
1 200 μmol/m2·s 条件下测量该叶片的光合速率
(Pn)、 蒸腾速率(Tr)、 气孔导度(Gs)等光合指标,
每个处理重复 3次。
1.3 数据分析
利用 Excel进行作图分析。
2 结果与分析
2.1 废旧电池稀释液及其内容物填埋处理香根草
的形态变化
废旧电池不同稀释液处理后第 2天, 香根草植
株的生长全部正常, 叶子生长速度普遍较前一天有
2 cm 的伸长; 处理后第 4 天, A1处理组仍生长正
常, 叶片保持 2 cm 的增长, A2、 A3处理组的香根
草第 3 片叶子伸长减缓, 叶片边缘也出现红色斑,
有轻微的萎缩现象, A4、 A5 处理组的植株出现明
显的迫害症状, 出现萎焉, 老叶的尖端开始变黄,
干枯, 边缘出现红色斑; 处理后第 6 天, A1 仍然
生长正常, 叶片仍保持 1 cm 的生长; 处理后的第
8 天, A1 仍生长良好, A3 处理组损伤程度也继续
加大, 植株茎叶因失水而轻微萎焉, A4、 A5 处理
组开始干枯死亡, 均有一或两盆已经失水死亡; 处
理后第 12 天, A1继续生长, A2生长异常但没有死
亡, 其它处理组均已干枯死亡。 由香根草的形态变
刘金祥等: 废旧电池内容物直接填埋和其稀释液对香根草生长胁迫与光合生理生态的研究 1241- -
第 32 卷热 带 作 物 学 报
化可以看出: 在废旧电池数量相同的处理下, 稀释液
对香根草的胁迫作用速率较内容物填埋处理的强烈。
2.2 废旧电池稀释液及其内容物填埋处理香根草
脯氨酸(Pro)含量的变化
2.2.1 稀释液处理香根草 Pro 含量变化 稀释液
处理后第 7 天香根草 Pro 含量变化见图 1。 由图 1
可以观察到, 稀释液处理后香根草叶片脯氨酸的含
量呈上升趋势 。 从浓度0% (CK)到浓度 20.20%
(A3)的脯氨酸含量上升较平缓, 在浓度 20.20%时
Pro 含量相对于 CK 增加了 66.88 μg/g(相对 CK 增
加 14.1 倍), 在浓度 25.24%(A4)时, 香根草叶片
Pro 含量剧增 (相对 CK 增加了 163.38 μg/g, 增加
32.9 倍), 在浓度 29.68%(A5)处理下 Pro 含量与浓
度 25.24%时相比有所下降 , 可能由于在浓度为
29.68%的电池稀释液处理下香根草植株临近死亡。
2.2.2 内容物填埋处理香根草 Pro 含量变化 内
容物填埋处理后第 7 天香根草 Pro 含量变化见图
1。 由图 1 可以观察到, 废旧电池内容物填埋处理
后香根草脯氨酸的含量呈上升趋势。 从 0%(CK)
到含量 4.00%(B3), 香根草脯氨酸含量随废旧电池
内容物含量增加呈较平缓的上升趋势, 从含量 4.00%
到含量 6.49%(B5), 香根草 Pro 含量剧增, 在含量
4.00%时 Pro 含量相对于 CK 增加了 44.08 μg/g(相
对 CK 增加 9.6 倍), 在含量 6.49%时 Pro 含量相对
于 CK增加了 137.5 μg/g(相对 CK增加 30.4倍)。
2.2.3 废旧电池稀释液及其内容物填埋处理香根草
Pro 含量变化比较 脯氨酸是植物体内有效的渗
透调节物质, 几乎所有的逆境胁迫都导致植物体内
游离脯氨酸大量积累。 脯氨酸的积累情况与植物抗
逆性有密切关系。 由植物体内游离脯氨酸积累量反
映植物抗逆性强弱。 在梯度 4时, 稀释液处理脯氨
酸含量较内容物填埋处理多 68.6 μg/g, 香根草脯
氨酸含量有显著差异(p>0.05), 表明在梯度 4 时废
旧电池稀释液对香根草的胁迫作用较废旧电池内容
物填埋处理时严重。
2.3 废旧电池稀释液及其内容物填埋处理香根草
叶片膜透性的变化
2.3.1 废旧电池稀释液处理香根草膜透性变化
稀释液处理第 8天香根草叶片的相对电导率变
化见图 2, 香根草的相对电导率随稀释液浓度升高
而升高。 从浓度 0%(CK) 到浓度20.20%(A3), 相
对电导率随稀释液浓度升高而增加的幅度不大, 在
浓度 7.78% (A1)时 , 相对电导率比 CK 增加了
74%; 在浓度 14.44%(A2)时, 相对电导率比 CK
增加了 153%; 在浓度 20.20%(A3)时, 相对电导
率相对 CK增加了 232%。 在浓度 25.24%(A4)时相
对电导率增加的幅度增大, 相对 CK增加了 374%。
在浓度 29.68%(A5)时相对电导率呈下降趋势, 电
导率相对于 CK增加了 416%。
2.3.2 废旧电池内容物填埋处理香根草膜透性变化
内容物填埋处理后第 8天香根草叶片的相对电
导率变化见图 2, 香根草的相对电导率随内容物占
土壤比例升高而升高。 在含量 1.37% 时, 相对于 CK
增加了 68%; 在含量 2.70%(B2)时, 相对于 CK 增
加 111%; 在含量 3%(B3)时, 相对电导率比 CK
增加了 221%; 在含量 5.26%(B4)时, 相对电导率
比 CK 增加了 316%; 在含量 6.49%(B5)时, 相对
电导率比 CK增加了 400%。 在含量 4.00% (B3)到含
量 6.49%(B5)香根草相对电导率增加的幅度增大。
2.3.3 稀释液和内容物填埋处理香根草膜透性变化
的比较 植物组织受到逆境伤害时, 由于膜的功
能受损或结构破坏而透性增大, 细胞内各种水溶性
物质不同程度地外渗, 逆境环境对植物细胞膜伤害
愈重, 植物组织细胞水溶性物质外渗愈多, 实验中
测得的相对电导率就越大, 由此可以根据测得的电
导率得知伤害的程度, 也反映了植物的抗逆性强弱。
实验结果表明稀释液和内容物填埋 2种方式处
理对香根草的细胞膜结构或功能的毒害作用都比较
大, 但 2种处理方式之间对香根草的胁迫作用不明显。
 



  
 


180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
CK 1 2 3 4 5
废旧电池处理梯度





/(
μg
/g
) A组
B 组
图 1 不同浓度稀释液和内容物填埋
对香根草脯氨酸含量的影响






 





废旧电池处理梯度
CK 1 2 3 4 5
A组
B 组





/(
μs
/c
m

1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
图 2 不同浓度电池稀释液及内容物填埋胁迫下
香根草电导率的变化
1242- -
第 7 期


3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
CK 1 2 3 4 5
A 处理
B 处理

绿



/(
m
g/
g) 2.4 2.2
1.44 1.62
0.75
0.98
0.64 0.6 0.58 0.42 0.53 0.4
废旧电池处理梯度
图 3 不同浓度稀释液处理和内容物填埋处理后
香根草叶片叶绿素含量的变化
2.4 废旧电池稀释液及内容物填埋处理香根草叶
片叶绿素含量的变化
2.4.1 稀释液处理香根草叶片叶绿素含量的变化
稀释液处理后第 9天香根草叶片叶绿素含量的
变化见图 3。 在稀释液处理组中, 各个浓度处理后
叶绿素平均含量分别为: 1.44、 0.75、 0.64、 0.58、
0.53 mg/g, 叶绿素含量与废旧电池稀释液浓度呈极
显著负相关, 相关系数为-0.84。 在浓度 20.20%
(A3)、 25.24%(A4)和29.68%(A5)的处理下, 叶绿
素含量相差不大, 但叶绿素含量减少趋势比较大。
2.4.2 内容物填埋处理香根草叶片叶绿素含量的变
化 内容物填埋处理后第 9 天香根草叶片叶绿素
含量的变化情况见图 3。 在内容物填埋处理组中,
每个梯度处理后叶绿素平均含量分别为 : 1.62、
0.98、 0.60、 0.42 和 0.40 mg/g, 叶绿素含量与废旧
电池内含物含量呈极显著负相关, 相关系数为-
0.93。 在浓度 4.00%、 5.26%和 6.49%之间, 叶绿
素含量下降幅度不明显, 但也呈下降的趋势。
2.4.3 废旧电池稀释液及内容物填埋处理香根草叶
绿素含量的变化的比较 由图 3 可知, 废旧电池
2 种方式处理均使香根草叶片叶绿素降解程度随废
旧电池增多而呈上升趋势。 均显示在梯度 1、 2时,
叶绿素含量相对大幅度下降。 当叶绿素含量大约为
0.60 mg/g 时, 叶绿素含量虽然随稀释液浓度和内
含物含量增加而下降, 但 2种处理均表示为在梯度
3、 4和 5之间的叶绿素含量变化幅度不大。
2.5 废旧电池稀释液及内容物填埋处理香根草叶
片光合指标的变化
2.5.1 稀释液处理香根草叶片光合指标的变化
稀释液处理后第 7 天的早上 10 : 00 测定香根
草叶片光合指标见图 4, 香根草叶片的 Pn, Gs和 Tr
总体水平呈下降趋势, 与废旧电池稀释液浓度均呈
负相关, Pn, Gs和 Tr的相关系数分别为 Pn: -0.90;
Gs: -0.98; Tr: -0.99。 在浓度 14.44%(A2)时, Pn的
下降幅度较大, 较 CK 下降了 15.4 μmol/m2·s, 而
在浓度 25.24%(A4)和29.68%(A5)之间 Pn 下降的
幅度较小。
2.5.2 内容物填埋处理香根草叶片光合指标的变化
内容物填埋处理后第 7 天早上 10 : 00 测定香
根草叶片光合指标见图 4, 可以看出香根草叶片的
Pn, Gs和 Tr总体水平也呈下降趋势, 与废旧电池
内容物含量均呈负相关, Pn, Gs和 Tr的相关系数
分别为 Pn: -0.96; Gs: -0.99; Tr: -0.98。 在含
量 2.70%(B2)时, Pn的下降幅度较大, 较 CK 下降
了 11.4 μmol/m2·s, 而在含量 5.26% (B4)和含量
6.49%(B5)之间 Pn 下降的幅度也表现为相对较小。
在含量 6.49%(B5)时, Tr 下降幅度较大, 相对于
CK 下降了 1.37 μmol/m2·s, 而在含量 5.26%(B4)时,
Tr下降了 0.99 μmol/m2·s。
2.5.3 稀释液及内容物填埋处理香根草叶片光合指
标比较 两种方式处理香根草叶片的 Pn, Gs 和
Tr 总体水平均呈下降趋势, 但内容物填埋处理的
Pn, Gs和 Tr总体水平均较稀释液处理的高, 可能
原因是稀释液对香根草的胁迫作用速率较内容物填
废旧电池处理梯度
25
20
15
10
5
0
CK 1 2 3 4 5
Pn
/(
μm
ol
/m
2 ·
s)
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
废旧电池处理梯度
CK 1 2 3 4 5
Gs
/(
μm
ol
/m
2 ·
s)
2
1.5
1
0.5
0
废旧电池处理梯度
CK 1 2 3 4 5
Tr
/(
μm
ol
/m
2 ·
s)
图 4 不同浓度稀释液处理和内容物填埋处理后
香根草 Pn, Gs 和 Tr 的变化
刘金祥等: 废旧电池内容物直接填埋和其稀释液对香根草生长胁迫与光合生理生态的研究 1243- -
第 32 卷热 带 作 物 学 报
埋处理的大。 在废旧电池污染胁迫下, 光合作用除
受气孔因素影响外, 还会受非气孔因素的影响。
3 讨论与结论
细胞膜是细胞与环境之间物质交换界面, 当香
根草受到废旧电池胁迫时, 细胞膜选择透性机能受
损, 破坏了细胞内酶及代谢作用原有的区域性, 这
是香根草受害的原因之一。 重金属胁迫下细胞膜透
性的变化与膜脂过氧化程度有关 [12-13], 植物 Pro 含
量的增加是植物对逆境胁迫的一种生理生化反应,
其一是细胞结构和功能遭受伤害的反应, 这一点已
被许多文献所证实[14-15]; 其二是植物在逆境下的适
应表现, 系防护反应, Pro 具有多种生理功能 [16-17],
Smirnoff 提出环境胁迫下植物内源 Pro 可能具有清
除活性氧的作用 [17]。 在废旧电池稀释液及内容物填
埋胁迫下, 香根草体内脯氨酸积累的越多, 说明废
旧电池污染对香根草伤害程度越大 [18]。 植物的光合
作用在逆境下会受到影响, 表现为 Pn、 Gs 和 Tr 等
下降, 本实验在废旧电池内容物稀释液胁迫下, 2
种方式处理的香根草叶片 Pn、 Gs和 Tr 均随浓度升
高呈下降趋势。 叶片灼伤度或叶绿素降解程度一般
作为抗性的检测指标 [19], 实验结果从图 3 反映出
来, 稀释液和内容物填埋处理均使香根草叶片叶绿
素不同程度的降解。
废旧电池内容物稀释液与直接填埋处理对香根
草影响的比较, 在废旧电池数量相同的处理下, 稀
释液对香根草的胁迫作用速率比内容物填埋处理的
强烈。 本实验条件下, 在 1 个废旧电池稀释液和内
容物直接填埋处理下, 香根草的生长及生理生化代
谢均保持正常, 当废旧电池个数为 2个时, 香根草
生长出现异常, 但植株仍能存活生长, 由此可见香
根草有较强的抗废旧电池污染性, 这就极可能为其
推广提供良好的理论依据。 但当废旧电池个数达到
3 个以上时, 2 种方式处理均使香根草干枯死亡。
也就是说, 在废旧锌锰电池内容物稀释液浓度为
14.44%或以下、 内容物占土壤 2.70%或以下时香
根草能生长; 在稀释液浓度为 20.20%或以上、 内
容物占土壤 4.00%或以上时, 香根草均死亡。
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责任编辑: 黄东杰
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