全 文 ：汞胁迫下外源 Ca2+对蜈蚣草生物量和汞累积的影响
杨立昌 ,乙引＊ ,张习敏 ,徐小蓉 ,刘 玉 (贵州师范大学生命科学学院 ,贵州贵阳 550001)
摘要 [目的 ]探讨汞胁迫下外源Ca2+对蜈蚣草生物量和汞累积的影响。 [方法]以蜈蚣草为材料 ,用含不同浓度汞(0、5、10 mmol/L)和
Ca2+(0.03、2.50、5.00 mmol/L)的Hoagland营养液处理 ,测定各处理的生物量及汞与Ca2+含量。 [结果]汞和Ca2+处理降低了蜈蚣草的
生物量;Ca2+加速蜈蚣草对汞的吸收;汞抑制其对 Ca2+的吸收。 [结论]外源 Ca2+可以加速蜈蚣草吸收环境中的汞。
关键词 汞胁迫;蜈蚣草;钙;生物量
中图分类号 S311 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2009)27-13052-02
EffectsofExternalCa2+ontheBiomassandMercuryAccumulationinPterisvittataL.underMercuryStress
YANGLi-changetal (SchoolofLifeScience, GuizhouNormalUniversity, Guiyang, Guizhou550001)
Abstract [ Objective] TheresearchaimedtodiscusstheefectofexternalcalciumonbiomassandmercuryaccumulationinPterisvitataL.
undermercurystress.[ Method] Thedifferentconcentrationofmercury(0, 5and10mmol/L)andcalcium(0.03, 2.5and5mmol/L)were
addedtoHoaglandsolution, andPterisvitatawereculturedingreenhouse.Thebiomass, mercuryandcalciumcontentweredetermined.[ Re-
sult] ThebiomassdecreasedinPterisvitataundermercuryandcalciumtreatment.CalciumcouldpromotethatPterisvitataabsorbedtomer-
curyandmercuryrestrainedtheabsorptionofcalcium.[ Conclusion] TheexternalcalciumioncouldpromotethatthePterisvitataabsorbedto
themercuryintheenvironment.
Keywords Mercurystress;Pterisvittata;Calcium;Biomass
基金项目 贵州省科技基金(黔科合 J字 [ 2009] 2079号)。
作者简介 杨立昌(1974-),男 , 贵州凯里人 , 助教 ,从事环境修复研
究。 ＊通讯作者 , E-mail:yiyin@gznu.edu.cn。
收稿日期 2009-06-30
汞矿的开采和冶炼是环境汞污染的主要来源。随着人
口增长 、工业的发展 、汞矿的开采 、废渣废水及矿山废弃物的
排放 ,环境严重受到污染 。土壤被重金属污染后 ,不仅影响
作物的产量和品质 ,并且汞还可以通过微生物的分解进入食
物链 ,影响人类健康 。
蜈蚣草(PterisvitataL.)广泛分布于我国秦岭以南各
省 ,如湖南 、湖北 、广西 、四川等地 ,多生长在石灰性土壤或岩
石缝中 ,是一种钙质土壤的指示植物 [ 1] 。外源物质对汞胁迫
下植物的影响研究已有报道 [ 2-3] ,然而 ,有关汞胁迫下 Ca2+
对植物的影响还未见报道 。笔者拟研究汞胁迫下外源 Ca2+
对蜈蚣草的生物量和汞累积的影响 ,为贵州汞污染的治理提供
试验数据。
1 材料与方法
1.1 材料 蜈蚣草小苗取自万山汞矿区 ,置于石英砂内培养。
1.2 方法 以含有浓度 0、5、10 mmol/LHg2+(HgCl2 )的
Hoagland营养液为基液 ,分别加入浓度 0.03、2.50、5.00
mmol/LCa2+(CaCl2 )。以上述营养液处理蜈蚣草 ,每个浓度
设 3个重复 ,每天上午 8:00处理。处理的蜈蚣草于温室中
培养 ,光照时间 14 h,光照强度 2 000 lx,昼夜温度为 26.0
℃/20.0 ℃,相对湿度 80% ～ 85%。培养 30d后收获各处理
植株 ,用于各指标的测定。
1.3 生物量的测定 分别取蜈蚣草羽叶 、叶柄 、根系 ,于
115 ℃杀青 10 min,然后于 70 ℃烘至恒重 ,降至室温称其
干重。
1.4 汞和钙含量的测定 用原子吸收光谱仪(AAnalyst
2/4/6/7/800)测定。对照品硫化汞和氯化钙购于美国 Alfa
Aesar公司(纯度 99%, CAS#1344-48-5),其他试剂均为分
析纯。
2 结果与分析
2.1 汞胁迫下钙对蜈蚣草生物量的影响 生物量是反映植
物生长情况的一个重要指标 。由表 1可见 ,汞对蜈蚣草不同
部位(根系 、叶柄 、叶)生物量的影响差别很大 ,用不同浓度的
汞处理蜈蚣草 ,对根系的影响最大 ,对叶柄的影响最小。对
同一部位 ,随着汞浓度的增加 ,其生物量呈现减小的趋势。
在同一汞浓度处理下 ,随着钙离子浓度的增加 ,蜈蚣草生物
量呈降低的趋势 。
表 1 汞胁迫下不同 Ca2+浓度对蜈蚣草生物量的影响
Table1 Effectofdifferentcalciumconcentrationonthebiomassof
Pterisvitataundermercurystress g
测定部位
Determination
parts
Hg2+浓度∥mmol/L
Concentration
ofmercury
Ca2+浓度∥mmol/L
Concentrationofcalcium
0.03 2.50 5.00
根 0 5.17 5.63 5.22
Root 5 4.20 4.79 4.37
10 3.89 3.46 3.46
叶柄 0 0.43 0.36 0.11
Petiole 5 0.41 0.26 0.10
10 0.31 0.06 0.09
叶 0 1.02 1.03 1.10
Leaves 5 0.83 0.73 0.33
10 0.59 0.29 0.16
2.2 汞胁迫下钙对蜈蚣草汞含量的影响 不同浓度汞和
钙处理下的蜈蚣草 ,其体内的汞含量差异较大(表 2)。营养
液中含浓度 2.50和 5.00 mmol/LCa2+时 ,浓度为 10 mmol/L
汞处理其根部汞含量分别为 93.80、90.44 μmol/L,是浓度为
5mmol/L汞处理的 2倍左右 ,叶柄和叶片中的汞含量也有同
样的趋势。在相同钙和汞处理下 ,蜈蚣草体内的汞含量呈现
根部最大 、叶片最小的趋势。
2.3 汞胁迫下钙处理对蜈蚣草中钙浓度的影响 不同浓度
汞和钙处理下的蜈蚣草 ,其体内的钙含量差异较大(表 3)。
营养液中含浓度 5.00 mmol/LCa2+时 ,根部钙含量迅速升
高 ,分别为 160.33、108.00、195.33 μmol/L。在同一汞浓度和
不同钙浓度处理下 ,蜈蚣草叶柄 、叶片内部的钙含量变化不
明显。
责任编辑 张彩丽 责任校对 傅真治安徽农业科学 , JournalofAnhuiAgri.Sci.2009, 37(27):13052-13053
DOI :10.13989/j.cnki.0517-6611.2009.27.001
表 2 汞胁迫下不同 Ca2+浓度对蜈蚣草汞含量的影响
Table2 Effectofdiferentcalciumconcentrationonmercurycontent
inPterisvittataundermercurystress μmol/L
测定部位
Determination
parts
Hg2+浓度∥mmol/L
Concentration
ofmercury
Ca2+浓度∥mmol/L
Concentrationofcalcium
0.03 2.50 5.00
根 0 18.90 14.67 23.40
Root 5 24.48 43.39 45.09
10 31.92 93.80 90.44
叶柄 0 17.02 18.76 18.12
Petiole 5 15.33 21.52 22.36
10 24.63 36.20 43.22
叶 0 13.92 12.54 20.22
Leaves 5 15.78 22.31 18.16
10 30.20 25.15 37.61
表 3 汞胁迫下Ca2+处理对蜈蚣草中Ca2+浓度的影响
Table3 Effectsofdiferentcalciumconcentrationoncalciumcontent
inPterisvittataundermercurystress μmol/L
测定部位
Determination
parts
Hg2+浓度∥mmol/L
Concentration
ofmercury
Ca2+浓度∥mmol/L
Concentrationofcalcium
0.03 2.50 5.00
根 0 82.37 134.17 160.33
Root 5 57.63 75.33 108.00
10 63.90 66.93 195.33
叶柄 0 39.30 16.70 34.00
Petiole 5 40.00 43.00 44.00
10 30.00 42.00 36.00
叶 0 53.00 54.33 63.33
Leaves 5 30.00 55.67 76.67
10 43.00 58.33 49.33
3 结论与讨论
在营养液培养下 ,蜈蚣草具有明显的耐汞特性。植株生
长量及相对生长量的大小可以反映其抗性的强弱 ,相对生长
量越大 ,忍受逆境的能力愈强 [ 4-5] 。研究发现 ,随着汞浓度
的增加 ,蜈蚣草生物量呈下降趋势 ,说明蜈蚣草在汞胁迫下
受到伤害 ,影响植物的生长发育 ,当溶液中钙离子浓度增加
时 ,蜈蚣草的生物量不但没有增加 ,反而减小 ,这可能是汞和
钙具有协同作用 ,钙加速汞对蜈蚣草的毒害。
试验中未加汞处理的蜈蚣草 ,其体内仍有较高的汞含
量 ,这是由于蜈蚣草在野外生长时吸收汞 ,暂时储存在体内
的原因 。同一汞浓度处理下 ,蜈蚣草不同营养器官中的汞含
量不同 ,其中 ,根系中汞的含量最高 ,这可能是由于植物根系
直接吸收营养液中的汞 ,少量的汞通过木质部运输到地上部
分。当溶液中加入钙后 ,其体内的汞含量增加 ,这可能是钙
加速蜈蚣草对汞的吸收 ,溶液中的钙浓度越高 ,蜈蚣草对汞
的吸收越明显。
钙是植物生长不可缺少的元素之一 ,参与植物的多种生
理代谢 [ 6] 。当营养液中加入汞后 ,蜈蚣草中的钙含量反而降
低 ,说明蜈蚣草对钙的吸收速率下降 ,这可能是由于汞对蜈
蚣草的根系有损伤作用 ,根系不能吸收溶液中的钙。
参考文献
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量元素虽然在作物体内含量不高 ,但是由于其特殊的生物化
学作用和生理功能正日益引起重视。锌可以作为 6大类功
能酶中不同的辅助因子成分 ,可以调节酶的活性。锌通过影
响 RNA、DNA聚合酶进而影响核酸和蛋白质的合成。牛庆
良等的研究表明 ,在正常溶液培养条件下 ,锌肥的增施对甜
瓜果实内糖分积累 、蔗糖酶和磷酸化酶活性以及产量等的影
响不显著 ,但可使果实品质得到改善 [ 1] 。锌肥增施提高了果
实中甜味和鲜味氨基酸含量 ,降低了苦味氨基酸含量 ,因而
果实风味改善 。增施锌肥还使甜瓜果实中的锌元素含量提
高 17.1%,而硝酸盐和亚硝酸盐含量分别降低 6.4%和
10.2%,果实品质提高。镁是叶绿素分子的中心元素 ,在叶
绿素合成和光合作用中起重要作用 。Mg2+除了在叶绿素分
子中起作用外 ,亦对其他生理过程具有重要意义。一个主要
方面是它几乎是所有能活化磷酸化过程的酶的辅助因素 。
此外 ,镁对磷脂的生成是必需的 ,在蛋白质 、氨基酸的代谢上
也起着重要作用。硼在植物体内碳水化合物的运输和代谢
中有着重要的作用 。缺硼时碳水化合物的运输受阻 ,付其如
等对葡萄的研究表明 ,适量施硼能促进叶片干物质的积累和
运输 [ 2] 。彭子模等认为 ,小麦以适宜的硼浓度浸种后 ,可促
进叶部和生殖器官内糖类的合成以及叶内光合作用合成的
糖类向生殖器官的转运 [ 3] 。
从以上各处理的正交设计结果可看出 ,硼含量对果实的
糖含量影响最大 ,其次为镁含量。硼含量对果实的酸含量影
响最大 ,其次为锌含量。而 Vc影响因子正好相反 ,锌含量对
其影响最大 ,其次为镁含量 。综合考虑 , 0.3%锌 +0.3%镁
+0.3%硼是提高菠萝品质的最佳施肥处理。
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1305337卷 27期 杨立昌等 汞胁迫下外源 Ca2+对蜈蚣草生物量和汞累积的影响