全 文 ：第32卷第4期
2015年8月
生 物 学 杂 志
JOURNAL OF BIOLOGY
Vol. 32 No. 4
Aug, 2015
Zn、Pb与Cr单一胁迫下青萍的生长状况及其富集能力
涂俊芳,储昭霞,欧智涛,卢金山
（淮南师范学院生命科学系,安徽 淮南 232001）
摘 要 利用水生植物的富集作用是治理水体重金属污染的理想途径。青萍（Lemna minor）生长迅速、耐污力强,在
水体重金属污染治理方面的应用潜力巨大。利用水培实验研究了Zn、Pb和Cr分别对青萍生长状况的影响,分析了
青萍的富集及净化能力。结果发现, Zn对青萍的生长在低浓度时促进、高浓度时抑制, Pb和Cr则在较低浓度时即对
青萍造成伤害。当Zn的初始浓度为5 mg/L时,青萍对Zn的富集能力最强,青萍对Cr的富集作用在初始浓度为0. 5
mg/L时最大,对Pb的富集能力则在浓度梯度设置范围内一直升高。参照国家地表水环境质量标准V类水质限值的
规定,研究提示青萍可用以尝试修复Zn（< 10 mg/L）、Pb（≤ 2. 5 mg/L）或Cr（≤ 0. 5 mg/L）污染的水体。
关键词 青萍；重金属；富集；净化
中图分类号 X173 文献标识码 A 文章编号 2095－1736（2015）04－0038－05
Growth and bioaccumulation of Lemna minor exposed
to Zn, Pb and Cr
TU Jun-fang, CHU Zhao-xia, OU Zhi-tao, LU Jin-shan
(Department of Life Sciences, Huainan Normal University, Huainan 232001, China)
Abstract Bioaccumulation and removal of heavy metal by aquatic plants were suggested as an ideal alternative to the treatment of
heavy metal pollution in fresh water. Due to its tremendous metal accumulation capacity and ease of harvest, L. minor was considered
to be a suitable candidate for phytoremediation of water bodies contaminated by certain heavy metal. To examine its growth character-
istics under exposure to different heavy metal, L. minor was cultured using Hoagland’s medium supplemented with different concen-
trations of Zn, Pb and Cr, respectively. The accumulation and the purification of the heavy metal by L. minor were also studied. Re-
sult showed that low concentration of Zn (≤5 mg/L) could improve development of L. minor, while higher concentration of Zn (≥
10 mg/L) inhibited the growth of L. minor. In comparison, Pb or Cr could have increasingly detrimental effects on the growth of L.
minor starting from low concentrations (Pb≥5 mg/L, Cr≥2. 5 mg/L). It also showed that the accumulations were the highest when the
initial concentration of Zn or Cr is 5 or 0. 5 mg/L, respectively. However, the ability of L. minor to accumulate Pb could be observed
to increase with increasing concentration of Pb within studied range. The results indicated that L. minor could be used to treat water
pollution effectively with the concentration of Zn no more than 10 mg/L (optimally around 5 mg/L), with the concentration of Pb un-
der 2. 5 mg/L or with Cr concentration less than 0. 5 mg/L.
Keywords Lemna minor; heavy metal; bioconcentration; purification
重金属已成为包括中国在内的许多国家最常见的
淡水水体污染物之一,未经处理或处理不充分的电厂
废水的过度排放被认为是重金属污染的主要来
源［1-2］。进入水体的重金属不仅会对水生生物造成破
坏性影响,还可能通过食物链富集到陆生动物或人体
内。
收稿日期：2014-11-26；修回日期：2014-12-22
基金项目：安徽省自然科学基金资助项目（KJ2009B063Z）；淮南师范学院青年科研项目资助（2009QN07）；
通信作者：涂俊芳，硕士，实验师，主要从事污染生态学和环境生态学等方面的研究，E-mail：tjf_tuzi@163.com。
doi:10. 3969/j. issn. 2095 - 1736. 2015. 04. 038
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有关重金属水体污染治理的生物途径的研究,目
前主要集中在如何利用水生植物的吸附和净化能力来
实现。青萍（L. minor）分布广泛,个体小且能够在短期
内大量增殖,在修复重金属污染水体方面具有重要价
值［3-4］。有关利用青萍治理重金属污染及其毒害机理
的研究也较多。侯文华等研究了Pb处理下的青萍的
抗氧化酶系统,但并未发现青萍表现出有序状态［5］；王
秀娟利用电镜扫描技术对Cu、Ni和Cr胁迫下的青萍
显微结构进行了观察,发现这几种重金属均造成青萍
表面开放气孔密度降低,失效气孔明显增加［6］。这些
早期研究主要集中在探讨重金属胁迫下青萍的毒性反
应,对其富集能力和净化能力探讨不多。近年来,唐艳
葵等分别研究了Pb、Cu［7］以及Cd、Zn［8］对浮萍（Lemna
Perpuslla Torr.）生长的影响,发现浮萍对于修复 Pb和
Zn的污染水体具有一定的应用潜力；代杰等则利用
不同浓度的Cd对青萍进行了处理, 发现青萍可以应
用于低浓度Cd污染水体的修复［9］。Horvat等则直接
利用净化处理后的电厂废水培养青萍,发现包括 Pb、
Zn和Cr在内的多种重金属均能够被青萍所富集［1］。
不过, 不同的研究结果之间差异较多, 结论也不尽相
同。
导致水体污染的重金属种类众多,其中Zn、Pb和
Cr最为常见［10］。本文利用不同浓度Zn、Pb和Cr的培
养液分别对青萍进行培养,对各培养条件下青萍的生
长状况进行了研究,并探讨了青萍对这些金属的富集
能力以及对水体的净化作用,以期为利用青萍修复重
金属污染水体提供理论参考。
1 材料与方法
实验用青萍采自安徽省淮南市十涧湖南侧部分区
域［11］,去离子水漂洗若干次后以修改的Hoagland营养
液［12］为基础培养液进行实验室驯化培养（25±2）℃；光
暗比 16∶8）；待生物量扩增后从中选取生长均一的健
壮个体作为实验材料,每组3个重复,每个重复60个个
体。向基础营养液中分别添加不同浓度的ZnSO4、Pb
(NO3)2和Cr(NO3)3（表1）对青萍进行培养（25℃±2℃；光
暗比 16∶8）,每 24 h记录青萍的生长状况, 96 h后统计
个体数并称量鲜重。样品分 2份,分别用于叶绿素和
重金属含量的测定。
植物长势参照秦天才等［13］的方法分成4级：
优：无明显伤害症状；良：叶片边缘轻微失绿；一
般：叶片浅黄绿色,个体较小,偶见分离和脱根；差：叶
片黄化,个体小、分散,根普遍脱落。
增殖率（V）和增殖抑制率（I）按照下列公式计算：
V = (N t(ck) - N0)/N0×100%；
I =［(Nck - N0) - (Nt - N0)］/(Nck - N0)×100%
其中, N0是每实验组所含植物体的初始值, Nt与
Nck分别为实验结束时实验组和对照组的植物个体
数［14］。
丙酮法提取叶绿素, 分光光度计测定 663 nm和
646 nm的吸光度,计算叶绿素 a、叶绿素 b和叶绿素(a
+ b)含量（mg/g·FW）［15］。植物体以及残余培养液中的
重金属含量利用原子吸收分光光度法进行测定［16-17］。
富集系数以及净化率的计算分别参照黄亮等［18］以及高
吉喜等［19］进行。
数据采用SPSS进行统计分析。
2 结果
2. 1 Zn、Pb与Cr对青萍生长状况的影响
当Zn为5 mg/L时, 72 h内的青萍长势与对照相比
差别不大, 72 h后明显优于对照, 96 h后的个体增殖率
高达61. 7%；当Zn为10 mg/L时, 72 h后的青萍叶片边
缘轻微失绿,不过其增殖率仍高于对照；随着Zn浓度
的进一步升高,则明显出现失绿、脱根、个体分离或分
散甚至死亡,这些症状出现的时间也明显缩短。当Zn
为25 mg/L时,青萍增殖抑制率达140%（表1）。
当 Pb低于 2. 5 mg/L或Cr低于 0. 5 mg/L时,青萍
的生长状况与对照组间无显著区别；随着浓度的增加,
青萍的生长状况越来越差。与Pb相比, Cr的毒理效应
更为明显,表现在相同时间内造成青萍出现毒害效应
的Cr浓度更低,而相同浓度下, Cr致使青萍出现毒害
现象的历时更短（表1）。
青萍的湿重变化也体现了重金属其生长的影响
（图1）。Zn处理组,随着浓度的升高,青萍的湿重不断
增加并在 10 mg/L时达到最大,之后则随着Zn浓度的
进一步升高而降低；Pb与Cr处理组,青萍的湿重随着
重金属浓度的升高不断降低,相同浓度下Cr处理组的
青萍湿重均明显低于Pb处理组。
2. 2 Zn、Pb与Cr对青萍叶绿素含量的影响
表 2显示的是 96 h后Zn、Pb、Cr培养下青萍叶绿
素含量的变化。可以看出, Zn处理下的青萍叶绿素含
量先升后降, 在 5 mg/L时最高；当 Pb ≤ 2. 5 mg/L或
Cr ≤ 0. 5 mg/L时,叶绿素含量与对照间无明显差异；
随着浓度的进一步升高,叶绿素含量则呈现不同程度
的下降。相较而言, Cr对青萍叶绿素的毒害效应更
强,较低浓度的Cr（2. 5 mg/L）即能够造成叶绿素含量
的明显降低,而Pb在5 mg/L时对青萍叶绿素的影响才
开始显现。
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2. 3 青萍对Zn、Pb与Cr的富集和净化
青萍对Zn、Pb和Cr的富集能力随初始浓度变化
而变化（图 2）。Zn处理组, 随着浓度的增加, 青萍对
Zn的富集系数在 5 mg/L时达到峰值, 之后则明显下
降；当Zn初始浓度超过 15 mg/L时, 富集系数几乎不
变。青萍对Cr的富集能力随Cr初始浓度的升高也是
先升后降,在 0. 5 mg/L时达到最高。本实验中,青萍
对 Pb的富集系数在梯度设置范围内一直呈上升趋
势。浓度相同时,青萍对Pb的富集系数显著高于对Cr
的富集系数（P<0. 01）；随着初始浓度的升高,青萍对
Pb与Cr富集系数之间的差距也越来越大（图2）。
青萍对Zn、Pb和Cr的净化能力各不相同（表 3）。
当浓度为5 mg/L时,青萍对Zn的净化率最高,达88. 8%；
随着Zn初始浓度的升高,青萍的净化率逐渐降低；青
萍对 Pb的净化率随 Pb初始浓度的升高先升后降,当
初始浓度为2. 5 mg/L时达到最高值；青萍对Cr的净化
率,当初始浓度 2. 5 mg/L时也达到最高值,之后则随
Cr初始浓度的升高保持在88%左右。
3 讨论
青萍的生长状况极易受Zn、Pb或Cr的影响。当
培养液中含有较低浓度的 Pb（5 mg/L）或Cr（2. 5 mg/
L）时,青萍的长势就已受到抑制,个体数、增殖率、湿
重以及色素含量均有所下降；随着 Pb或Cr浓度的升
高,毒害作用愈加明显。与Pb、Cr不同, Zn对青萍的生
Zn
Pb
Cr
浓度
（mg/L）
0
5
10
15
20
25
0
0.5
2.5
5
10
20
0
0.5
2.5
5
10
20
长势（growth）
24 h
a
a
a
a
b
b
a
a
a
a
b
c
a
a
a
b
b
c
48 h
a
a
a
b
c
c
a
a
a
b
b
c
a
a
a
c
c
d
72 h
b
a
b
c
c
d
a
a
a
b
c
d
a
a
b
c
d
d
96 h
b
a
b
c
d
d
a
a
a
c
d
d
a
a
c
d
d
d
Nt
80±1.6
97±5.3
88±4.1
73±3.7
64±4.2
52±2.9
83±1.7
80±3.7
76±3.0
65±2.1
58±2.5
49±2.0
81±2.0
78±3.2
69±3.3
59±2.6
52±2.1
45±2.2
V（%）
33.3
61.7
46.7
21.7
6.7
-13.3
38.3
33.3
26.7
8.3
-3.3
-18.3
35.0
30.0
15.0
-6.7
-13.3
-25.0
I（%）
0
-85.0
-40.0
35.0
80.0
140.0
0
13.0
30.4
78.3
108.7
147.8
0
14.3
51.7
104.8
138.1
171.4
表1 Zn、Pb与Cr单一胁迫下青萍的生长状况
Table 1 Growth of L. minor exposed to different heavy metal
a=优；b=良；c=一般；d=差。
图1 不同浓度 Zn、Pb和Cr单一胁迫下青萍的湿重变化
Fig 1 Wet weight of L. minor treated by different concentration Zn, Pb
and Cr, respectively
重金属
Zn
Pb
Cr
浓度（mg/L）
0
5
10
15
20
25
0
0.5
2.5
5
10
20
0
0.5
2.5
5
10
20
叶绿a
1.10±0.07a
1.20±0.08b
1.03±0.07a
0.60±0.09c
0.50±0.10d
0.40±0.07e
1.09±0.05 Aa
1.05±0.07Aa
0.96±0.05 Aa
0.70±0.05Ab
0.57±0.06Ac
0.40±0.11Ad
1.11±0.06Aa
1.09±0.07 Aa
0.86±0.05 Bb
0.55±0.09Bc
0.38±0.09Bd
0.30±0.04Be
叶绿素b
0.60±0.12a
0.80±0.16b
0.63±0.06a
0.41±0.06c
0.26±0.04d
0.20±0.03e
0.59±0.04 Aa
0.57±0.06 Aa
0.55±0.08 Aa
0.39±0.10 Ab
0.29±0.05 Ac
0.23±0.05Ad
0.62±0.13 Aa
0.59±0.04 Aa
0.45±0.09 Bb
0.30±0.04Bc
0.25±0.08Bd
0.20±0.07Be
叶绿素(a + b)
1.70±0.09a
2.04±0.12b
1.66±0.08a
1.01±0.05c
0.76±0.04d
0.60±0.03e
1.68±0.08 Aa
1.62±009 Aa
1.51±0.09 Aa
1.09±0.07 Ab
0.86±0.06 Ac
0.63±0.05 Ad
0.62±0.09 Aa
0.59±0.07 Aa
0.45±0.06 Bb
0.30±0.04Bc
0.25±0.11Bd
0.20±0.04Be
表2 不同浓度Zn、Pb和Cr培养96 h后青萍的叶绿素含量（均值±
标准差）
Table 2 Contents of chlorophyll a, b and total chlorophylls (mg/g FW)
in L. minor subjected to Zn, Pb or Cr culturing for 96 h (Mean ± SD)
同列同浓度不同重金属之间不同大写字母表示差异显著（P<0. 05）；
同列同重金属不同浓度之间不同小写字母表示差异显著（P<0. 05）。
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长表现出低浓度（≤5 mg/L）促进、高浓度（≥10mg/L）抑
制的现象。与我们的结果一致,唐艳葵等发现较低浓
度的Zn能够刺激青萍体内抗氧化酶活性升高并减少
植物体的氧化损伤,但随着Zn浓度的升高则会出现组
织坏死等毒性效应［8］；而Pb在较低浓度时即对青萍造
成明显伤害［7］。对于Cr而言, Dirilgen发现在有EDTA
存在且 pH值为 7. 0时,只有在Cr超过 2 mg/L时,青萍
的生长才受到抑制［20］；本研究的培养液中亦含有EDTA
成分,但pH值稍低（6. 0）。尽管研究方法有所差异,我
们的结果在一定程度上仍支持Dirilgen的结论。
图2 青萍对Zn、Pb与Cr的富集能力比较
Fig 2 Bioconcentration factors of L. minor to different concentrations
of Zn, Pb or Cr (Mean ± SD)
青萍对Zn、Pb和Cr具有不同程度的富集和净化
能力。当Zn的初始浓度为5 mg/L时,青萍的富集和净
化能力最强；随着Zn浓度的进一步升高,其富集和净
化能力则随之降低,不过仍能维持在一定水平。青萍
对 Pb的富集能力一直随 Pb浓度的升高而升高,但其
净化率却在初始浓度为 2. 5 mg/L时达到最高。与Pb
相比, 青萍对Cr净化率最高时的初始浓度虽然相同,
但其富集能力在Cr初始浓度为0. 5 mg/L时达到最强,
而这也可能是青萍对Pb与Cr富集系数之间的差距会
随着浓度的升高而越来越大的主要原因。
本研究对照组残余液中均含有微量的 Zn、Pb与
Cr,这或许与青萍采集区的水质有关。不过由于研究
水域污染程度较低［11］,实验材料又经过了充分的漂洗
和驯化,因此有理由认为本研究实验材料的背景值对
最终的实验结果及其结论并未产生显著影响；另一方
面,从实验结果来看,不同重金属处理的对照组之间青
萍的各项生长指标及其叶绿素含量也未存在显著差
异。
参照国家地表水环境质量标准（GB3838-
2002）［21］,使残余液中的Zn保持在V类水质（≤2 mg/L）
的最高初始浓度是 10 mg/L,而使残余液中Pb保持在
限值之内（≤0. 1 mg/L）的最高初始浓度是 2. 5 mg/L；
对于Cr,当浓度为 0. 5 mg/L时,其净化率尽管相对较
低,但却可使残余液中Cr浓度低于限值。综上,可以
认为在重金属污染治理的实践中,若水体中Zn<10 mg/
L（5 mg/L左右最佳）、Pb≤2. 5 mg/L或Cr≤0. 5 mg/L,
可以尝试利用青萍进行修复。
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表3 青萍对Zn、Pb与Cr 3种重金属净化率（P）的比较
Table 3 Comparison of purification (P) of Zn, Pb and Cr by L. minor.
(Mean ± SD)
C0 (mg/L)
0
0.5
2.5
5
10
15
20
25
V类水质
标准[21]
(Class V) [21]
Zn
Ct
(mg/L)
0.05±
0.004
-
-
0.56±
0.061
1.30±
0.122
3.87±
0.352
5.50±
0.434
7.36±
0.673
≤ 2.0
P (%)
-
-
88.8±
1.14
84.0±
1.38
74.2±
2.35
72.5±
2.27
70.5±
2.76
Pb
Ct
(mg/L)
0.03±
0.003
0.06±
0.005
0.09±
0.011
0.35±
0.037
1.11±
0.120
-
3.07±
0.314
-
≤ 0.1
P (%)
88.3±
1.245
96.2±
0.467
93.1±
0.714
88.9±
2.231
-
84.7±
1.673
-
Cr
Ct
(mg/L)
0.03±
0.002
0.09±
0.008
0.13±
0.014
0.61±
0.055
1.17±
0.120
-
2.24±
0.243
-
≤ 0.1
P (%)
82.8±
1.622
94.7±
0.613
87.8±
1.104
88.3±
1.238
-
88.8±
1.426
-
C0表示培养液中初始的重金属浓度；Ct表示培养 96 h后培养液中残
余的重金属浓度。
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（上接第37页）
鼠大脑皮质神经细胞存活率所得的结果相符合。因
此,醋酸铅浓度超过125 μmol/L时,微核率及核芽率出
现下降趋势可能是细胞部分死亡所致。实验结果显
示,当醋酸铅浓度在0. 1 μmol/L时,醋酸铅对WRL-68
细胞的毒性作用开始变得显著；而当醋酸铅浓度在
7. 8125 μmol/L时, 它才对HEK-293细胞产生显著的
毒性作用。因此,醋酸铅对机体不同组织器官的遗传
毒性存在明显的差异。
研究结果显示：醋酸铅对细胞的遗传毒性可能是
通过微核和核芽导致细胞遗传物质丢失这一途径造成
的。这有利于我们更好的了解铅毒性的机制,从而为
铅等重金属中毒的防治工作提供基础的理论数据。
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