全 文 ：锌废水对宽叶香蒲份b沪h a
al tofi il )a 生理生态的影响 ’
叶志鸿 蓝崇红 陈桂珠
(广东教育学院生物来 )( 中山大 学环境科学研究所 )
摘 要
沙培棋拟实验表明 ` 3 0 m盯 L 浓度以上的锌会使宽叶香浦受害致死 . 1 0 m盯 L浓度的锌能便宽叶香蒲根系活力 、燕腾强度 、
p十绿家含盆 、光合作用 、 植株高度 、 分牢 、生物坛的同程度的降低 .使植株光呼吸 , 暗呼吸 , 叶片脯氮酸含盘增高 .加速叶片轰老 。
随着工矿企业的发展和人口的增加 ,工业废水和生活废水越来越严重地污染着水资源 ,并加速
了已经存在的水源危机 ,因而废水的处理是我国及至世界许多国家所面临的重要间题 。利用水生维
管植物来处理废水被认为是当前的一种简单 、低费用 、 有效的废水处理和水的再生利用手段 ,而 日
益受到普遍的重视与关注 .
水生植物宽叶香蒲能忍耐高浓度的重金属 , 它生长快 , 生物量大 , 多年生 , 富集能力强 ,所以越
来越多地被利用来进行废水处理 。 本文利用沙培模拟实验的方法来研究高浓度的锌废水对宽叶香
蒲生理生态的影响 ,为进一步研究 , 开发和利用叶香蒲提供依据 。
l 材料和方法
1
,
l 材料
植株〔宽叶香蒲 ( T , al t iof il a) 〕于 1 9 8 9 年 5 月 14 日取 自乐昌县民兴对照点 ,并即运回并种植
在中山大学校园内 。
1
.
2 种植和管理方法
1 9 8 9 年 5 月 巧 日选取较粗壮 、整齐的植株种在塑料桶 内 (桶高 3 c ,底径 24 . sc m , 面径 29 . 5
。 m , 桶内将有经洗净的中沙 1k5 g ) ,每桶种植 4 株 ,并加入 S L H oa gl an d 完全培养液c1) 并调 pH 在
.6 5 左右 .
经 15d 的种植后 , 植株成活 ,按实验设计 ,分 5 个浓度级 : 对照级 , 1 0 m g / L , 30 Om g / L , 50 二 g /
L 和 s o om g / L 加入化学纯 Z n cl : (对照级不加 ) ,每级 3 桶 .
在植株培植过程中 , 每隔两天加入自来水至刻度以补充因蒸发失去的水份 . 在苗期 , 每隔 2一
3d 用电动金鱼泵打气 l 次 ,每次约 3 0m in `
每隔 2 星期换 1次培养液 ,并根据原先的浓度级加入化学纯 Z n cl : .
L 3 实验方法
1
.
3
.
1 叶片水分状况的浏定
( 1) 叶片含水量的测定 : 烘干法 .
国家自然科学基金资助项目
9 4 生 态 科 学 1 9 9 3年
含水量 (% ) ~ 鲜重一干重鲜重 X 1 0 0% ;
(2 )叶片自由水和束缚水的测定 :用析射仪法 .
1
.
3
.
2叶片蒸腾强度的汉 lJ定 利用美国制造 L l一 1 6 0 0 ( S t e a d g s t a t e p o r m e t e r ) 气孔 ,蒸腾仪进行 ;
并利用此仪器测定实验条件时的气温 、 相对湿度 、 生理有效光等指标 .
1
.
3
.
3 游离脯氮酸的浏定 按朱广廉等的方法 z[] 测定成熟叶片脯氨酸的含量 。
1
.
3
.
4 根系活 力的 汉j定 用 T T C 法 [`〕 。
1
.
3
.
5 叶绿素含堂的浏定 按陈福明等的方法 a[] 测定成熟叶的叶绿素含量 。
1
.
3
.
6 光含强度 、 光呼吸和暗呼吸 强度的浏定 在人工气候室内用 F Q 型 (座式 )红外线 C O : 气体
分析仪在不离体条件下测定植 物的净光合强度 、 光呼吸和暗呼吸强度 。 叶面积用美国制造 L l一
3 0 0 0 型叶面积仪测量 .
1
.
3
.
7生物量的浏定 先将桶内培养液排走 ,然后将桶中植物和沙一起慢慢倒出 , 用自来水慢慢将
根 ,根茎上的沙洗去 , 用纸吸去植物体上的水 ,然后称每桶植物的鲜重 。
2 实验结果
2
.
1不同浓度的锌废水对宽叶香蒲生长状况方面的影响
2
.
1
.
1 对生长性状的影响 植株自 1 9 8 9 年 5 月 15 日种植后 ,经半个月的培养 , 各桶植物生长正
常 , 在 5 月 30 日按实验设计加入 Z n CI : 并开始记录不同浓度的锌对植株生长性状的影响 ,结果如
表 l 所示 .
表 1 不 同浓度的锌皮水对宽叶香蒲生长性状的影响
浓度
( m g / L )
1 9 8 9 年 5 月 3 0 B
(刚加人 Z n )
1 9 8 9 年 7 月 3 B l , 8 9年 7 月 1 0 1 , 8 9 年 1 月 2 5 B 1 9 8 9年 1 0 月 Z o B
对 照 各级植株在桶 内生长正常 , 长出新叶
各植株继续长出新
叶 , 并发出新分攀 生长正常长势良好 生长正常长势良好
各植株继续长出新
叶并有一半植株发
出新分华
未见明显毒害症状 .
生长 良好
部分植物的叶片出
现叶片开始枯黄的
受害症状
生长 正常 , 长势 良
好 ,粗壮叶色青绿 。
植 株平 均 高 度 为
1 1趾m
长势较 差 , 植 株瘦
弱 , 矮 小 , 一些叶片
有明显受害症状 。 植
株平均高度为 8 8c m
植株继续长出新叶 ,
但无分草
植株继续长出新叶 ,
但无分草
一半植株出现中度
葵蔫 , 一半植株已严
萎蔫 ,干枯 ,死亡
全部植株已枯死 ,拔
起时 ,发现长出的新
根已死 ,井开始肩烂
全部植株干枯死亡
10358Q
第 2 期 锌废水对宽叶香蒲收飞沪ha z at ifo il a) 生理生态的影 响
2
.
1
.
2 对叶 片生长的影响 测定了对照组和 10 o m g / L 组植株的每株平均叶片总数 、半干枯
叶数和全干枯叶数其结果如表 2 。
表 2 不 同处理的宽叶香蒲叶片生长状况的测定
1 9 8 9 年 1 0 月 2 2 日
处 理 株均片总数 株均鲜叶 株均半干枯叶 株均全干枯叶
l o o m g / L Z n
( % ) 1 0 0 4 3
.
1 4 1 3
.
7 2 4 3
,
1 4
表中的数根显示了 l o om g / L 组植株的全干枯和半干枯叶数百分率明显 比对照组增大 。 这提示
1 0 m g / L Z
n 废水加速了叶片衰老 , 1 9 8 9 年 10 月 20 日在对照组和 1 0 m g / L 组的植株上各标记了
4 片刚长出的嫩叶 ,到 1 9 8 9 年 2 月 5 日 , 10 o m g / L Z n 组植株上这 4 片叶已先后部干枯 ,而对照组
的这 4 片叶除叶中部分干枯外 , 还正常生长 ,这再次提示 Z n 废水加速宽叶香蒲叶片的衰老 。
2
.
1
.
3 对植株分桑等指标的影响 从 1 9 9 0 年 1 月 15 日 ~ 1 9 9。 年 3 月 7 日 , 3 次测定 了对照组和
1 0 m g / L 组宽叶香蒲的增均每株分桑数等指标 ,其结果如表 3 。
表 3 不 同处理的宽叶香蒲生长指标 的浏定
1 9 9 Q年 l 月 1 5 日
处理 平均每株分获数 平均每总叶数 每分获平均叶数 叶平均长度
( n 一 2 0 ) ( e m ) 叶宽 (
e m )
,上,曰
一,内J. J任ō了.
:
J,。
;
目
亡曰,口巴J掩b口者性对照 1 3
1 0 Qm g / L Z n 1 1
减少百分率 15 . 4
对照 17 . 5
1Oo m g / L Z n 10
7 7
3 6
5 3
.
2
1 1 3
3 7
减少百分率 4 2 . 5
对照 17 . 5
6 7
。
2
1 2 0
4 8
.
1士 2 1 . 6 0 . 7~ 0 . 9
3 5
.
9士 1 4 . 5 . 0 . 4~ 0 6
3 5
.
2
1 9 9 0 年 2 月 1 4 日
5 0
.
1士 2 0 . 5
3 3
.
4士 1 6 . 2
3 3
.
3
1 9 9 0 年 3 月 7 日
5 5
.
4士 1 3 。 6
1 0 0m g / L Z n 1 1
减少百分率 37 .
6 3
。
5
4 7
.
1
5
.
8
1 4
.
7
3 9
.
9士 1 1 . 9
T 一 t c s t : 肠 P < 0 . 0 5 , 婆 签 P < 0 . 0 1
表中的测定结果显示 10 m g / L Z if 废水对植株的分寨叶片数目 、 叶长 、 叶宽等都有不同程度的
生 态 科 学 1 9 93年
影响 。 一
2
.
4 对生物重子指标的影响 在 1 990 年 3月 2 日分别测定了对照组和 10 o m g /L Z n 组植株的
生长量 ,根长等指标 ,其结果如表 4 。
表 4 不 同处理的宽叶香蒲生物童及根的生长状况的浏定
19 9 0 年 3 月 2 2 日
较多很较为纤细 ,且根数
所测结果显示 , 经过 10 个月的栽培后 , 10 m g / L Z n 废水减少了植株生物量 ( ~ 62 % ) ,对根的
生长也有较大影响 ,根的数目明显 比对照减少 ,且较为纤细 。
2
.
2 锌废水对宽叶香蒲水分生理方面的影响
2
.
2
.
1 对叶片含水全等指标的影响 分别测定了对照组和 10 m g / L Zn 组植株叶中含水量 、 自由
水 、 束缚水等指标 , 其结果如表 5 。
表 5 不 同处理的宽叶香蒲叶片含水贡千指标的浏定
19 9 0年 3 月
处理 含水最
( % )
自由水 束缚水
对 照 8 4 . 2 6 5 9 . QZ 2 5 . 2 4
相当千百分率 (% ) 7 0 . 0 5 2 9 . 95
I OOm g / L Z
n 8 9
.
0 6 6 2
。
56 2 6
。
5 0
相当于百分率 (% ) 7 0 。 02 3 9 . 9 8
测定结果提示 , 虽经 10 个月 10 Om g / L Z。 废水的处理 ,但对宽叶香蒲的叶中含 水量 、 自由水
和束缚水影响不明显 , 这可能与该植物是水生植物有关 .
2
.
2
.
2 对蒸腾作用的影响 从 1 9 8 9 年 7 月至 1 9 89 年 10 月 ,分别 4 测定了对照组和 10 m g / L
Z n 组植株的蒸腾强度 ,结果如表 6 和图 1 所示 。
表 6 不 同处理的宽叶香蒲蒸腾强度的浏定 ( m g c/ m Z · : )
处 . 理
1 98 9年 7 月 1 7 B
(7 次测定总和 )
1 9 8 9年 8 月 2 5 日
(6 次测定总和 )
1 9 89 年 1 0 月 2 0 日
(6 次测定总和 )
1 989 年 1 0 月 31 日
(6 次测定总和 )
对 照 5 7 . 3 4 4 6 . 3 5 4 0。 O Q 3 7。 0 1
I OOm g / L Z
几 7 1 . 2 0 4 6 。 4 0 3 0 。 5 6 32 。 6 7
增减百分率 (% ) + 2 4 . 4 2 + 0 。 1 1 一 2 3 . 6 0 一 1 1 . 6 7
第 2期 锌废水对宽叶香蒲 (哭炉 ha al tiof l ia )生理生态的影响 9 7
林欲片”
14
.
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图 1 不同处理的宽叶香蒲蒸脚甄度的测定
日期 : 1 9 5 , 年 7月 1 7 日 ,气温 5 1~ 3 5℃ ,相对湿度 25 . 0% 一 5 6 . 4肠 ,生理有效光 5 2~ 3 5如mo z s/ m Z
B 期 : 1 , 5 9年 8月 2 5 日 ,气温 3 0 . 0~ 35 . , ℃ ,相对湿度 5 1 . 2%~ 6 6 . 8% .生理有效光 28 . 0~ 5 2 0 , o拌m o l /
AB
C B 期 : 19 8 9年 1 0 月 2 0 日 .气温 21 . 8~ s o . a ℃ ,相对湿度 4 0 . 0%一 70 . 0% ,生理有效光 3 0 . 0~ 5 0 0 . 如 m o l /
n B期 : i , 8 9年 10月 3 1 日 ,气温 27 . 0~ 3 3 . 1℃ ,相对派度 4 2 . 4 ~ 6 5 . 0% , 生理有效光 2 0 . 0~ 5 60 . 如 m o l /
s m ,
2
,
2
.
3 对叶片肺氛酸含全的影响 本实验测定了对照组和 10 m g / L Z n 锌组宽叶香蒲叶片脯氨
酸的含量 ,其结果如表 7 。
生 态 科 学 9 19 3年
表 7不同处理的宽叶香蒲叶 片脯氮酸含重
处 理 氮克鲜叶含铺氮酸的且陀 / g(鲜重 )
对 照 . 7. 5
I OO m` / Z Ln 19. 5
增加率 ( %)2 60· O
实验结果显示 , 1 0 Om g / L Z n 的处理 ,使宽叶香蒲叶片脯氨酸含量比对照明增加 。
2
.
2
.
4 对根 来活 力的影响 根尖所含的三苯甲踪的量可作为根系活力的指标 1[] 。 本实验测定了
对照组和 1 0 m g / L Z n 锌组实验植物根中三苯甲膝含量 ( 1 990 年 3 月 19 日测 ) . 结果发现 , 对照组
每克根中含三苯甲腺的量为 4 3 2 . 8拌g / g · h ,而 l o o m g / L Z n 锌组的为 3 6 4 . 5拌g棺 · h , l o o m g / L Z n
组 比对照组减少了 8肠 ,也即显示在锌的毒害下 ,宽叶香蒲根系活力下降 。
2
.
3 锌废水对宽叶香蒲光合生理方面的影响
2
.
3
.
1 对叶 片叶绿 素含童 的影响 自 1 9 8 9
l o o m g / L Z n 锌组的叶绿素含量 ,测定结果如表
年 7 月一 19 9。 年 3 月 , 分别 4 次测定了对 照组和
8 所示 。
表 8 不 同处理的宽叶香蒲叶绿素含童的浏定
处 理 叶绿素总且 叶绿素 a 叶绿素 b a /乙比位
对 照 2 . 4 8 1 . 4 3 1 . 0 5 1 . 3 6
自月口UJ任了ùU. 1人。
;
曰-b`
,二n日.ú1 0 Om g / L Z n
减少率 (% )
5 0o m g / L Z n
减少串 (% )
2
.
2 8
8
,
1
0
.
28
8 8
.
7
1
。
2 6
1 1
.
9
0 1 4
90
。
2
对 照
l o om g / L Z n
减少率 ( 另 )
1
.
7 6
1 9 3
1
.
1 5
0
。 夕2
1 0 3
0
.
3 4
1 9 8 9 年 1 0 月 9 日
1
.
1 2
1
.
2 4
1匀8 9 年 1 1 月 2 2 日
1
。
4 9
1 4 4
1夕9 0 年 3 月 8 日
2
.
0 4
1
.
6 7
18.0.0韶7
对照
I OQm g / L Z n
减少率 (% )
1
.
7 7
1
.
34
1
.
0 6
O
。
7 9
对照
10 om g / L Z n
减少率 ( % )
艺. , 5
2
_
4 0
1
。
, 5
1
。
5 0
表中测定结果提示 : ( 1 ) 5。。m g / L Z n 组的植株在叶片全部干枯 ,植株死亡的前几天 , 叶绿素植
株的叶绿素含量 已明显减少 , ( 比对照减少 8 . 7% ) ; ( 2 ) l o o m g / L Z n 组植株的叶绿素含量有随着
得处理时间的延长 , 减少量减大的趋向 。
2
.
3
.
2 对光合作用 、 光呼吸 和暗呼吸的影响 分别在 1 9 8 9 年 10 月和 1 9 9 0 年 2 月测定了对照组
和 I Oo m g / L z n 组植株的光合作用 、 光呼吸和暗呼吸 ,其结果列于表 9 。
第 2期 锌废水对宽叶香蒲 ( 2孙 ha lat ofi il )a 生理生态的影响
表 9 不 同处理的宽叶香蒲光合作用 、 光呼吸和暗呼吸的浏定
日 期 处 理 光合作用
(C O : m g /h
,
m 一盆)
光呼吸
( C O
: h / d m Z )
暗呼吸
( C O : m g / h
.
m 一 2 )
对照 3 3。 0 4
8 9 年 1 0 月 2 0 日
z o o m g / L Z n 3 1
。
7 6
增减百分率 ( % ) 一 3 . 8 8 + 9 1. 9 8
9 0 年 2 月 2 7 日 对照 3 7
.
7 3
l o o m g / L Z n 2 7
.
8 3 1 4
。
9 7
增减百分率 ( 纬 ) 2一 2 6 . 2 4 + 1 0 . 6 1 + 1 0 1 . 2 1
照度 2 . 2 万 Iu x ,温度 2 0 ~ 2 3 . C ,相对湿度 7 5% ~ 80 %
从上表所测的结果显示 , 由 10 m g / L Zn 的处理会使宽叶香蒲光合作用降低 , 光呼吸和暗呼吸
增大 ,并且有随着处理时间的延长 ,影响增大的趋向 。
3 讨 论
当环境中或植物体内的锌超过了一定限度时 ,植物就会受到毒害 , 并表现出一定的受害症状 。
本实验的结果表明 , 当环境中锌的浓度超过 30 o m g / L 时 , 宽叶香蒲会受害致死 ,而 10 m g / L 锌会
使宽叶香蒲受害 ,并表现出一系列的受害症状 . 如 : 叶片枯黄 、 叶片衰老加快 , 根系活力下降 ,根系发
育不良 ,植株矮小 ,分雍和生物量减少等 。
过量的锌引起植物受害 (症状 )的原因可能是多方面的 。 一些学者认为 : 锌的毒害 ,首先是植株
的根部 ,特别是根尖遭受伤害 ,侧根发育受到严重的抑制 ,减少了根系的生长 ,然后蔓延到地上部 ,
引起叶片褪绿而黄化 ,植株矮化 ,分雍和生物量下降等 [’. 习 . F O Y 6[] 则认为是重金属对植物的特殊毒
害 ,在植物体内与其他养分起拮抗作用 ,并抑制了根在土壤中的分布 ;根的伸长和分布一但受到抑
制 ,那么 ,植物对养分如磷 、钾 、铁等的吸收就会降到限制生长的水平 。 从而引起对植物生长的不 良
影响和出现各种的受害症状 。
宽叶宽蒲虽然是水生植物 , 但在 10 m g / L 锌的水培条件下 , 也影响到它的蒸腾强度的变化 (表
6
, 图 1 ) , 在 7 月中旬时 l o o m g / L 锌组的蒸腾强度明里大了对照组 , 而 8 月中旬 , 则基本一致 ,至了
10 月份 , 则 10 o m g / L 锌组的明显少于对照组的 , 出现这种情况的可能原因是 : 在实验初期 , 植株通
过加大蒸腾作用来减少锌对其的毒 ,但随着锌毒害作用的延长 ,根系发育受阻 (表 4) ,根系活力降
低 , 吸收能力下降 ,从而蒸腾作用也随之减少 。
在受到不 良环境胁迫时 , 植物体中游离脯氨酸含量会发生较大的变化 t’] 宽叶香蒲在 1 0 m g / L
锌的作用下叶片脯氨酸含量明显 比对照植物升高 (表 7 ) , 这可能正是它对锌毒害的一种适应和忍
耐的表现 。
锌的毒害会使植物叶绿减少 ,光合下降 [’] 本实验的结果 (表 8 , 9) 也表明 : 锌的毒害使宽叶香蒲
叶绿素减少 ,光合下降 ,光呼吸和暗呼吸增加 。锌污染引起植物叶绿素减少的原因 ,大都归因于高含
量的锌干扰了铁的代谢从而抑制叶绿素的产生1[, .〕叶绿素的减少 , 当然光合作用也随之下降 。 由于
植株生长在锌毒害的环境下 , 为了适应和 忍耐这种逆境 ,植物体内的淀粉和蛋白质水解加强 ,并促
进糖和游离氨基酸的积累和消化 ,这样的结果使植物作用随之上升 。
1 0 0 生 态 科 学 19 9 3年
参 考 文 献
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3 陈福明等 . 林业科技通讯 . 1 9 84 , 2 , 4 ~ 8
4 黄银晓等 . 植物生态学与地植物学学报 . 19 86 , 1 。 ( 2 ) , 1 31 ~ 14 4
S R乙dd y R . R . a品 S m玉t h W . R . ^ 名u a t ic p l a n t s f o r w a t e r t r e a t m e n t a dn r e s o u r e e 比 e o v e r . M a n g n ol 认 P u b . l n e . , o r l a dn F lo r id a ,
1 9 8 7
。 4 8 7~ 4 9 6
6 F o y
,
C
.
D
.
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.
T h e Ph y s iOl o g y o f m e t a l t o x i e i t h i n P la n t
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A n n
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Z icn
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.
H a n d W
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.
5
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W p t
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乃 , h a L a t ifo l i a A f f e e t e d b y Z n一 w a s t e w a t e r
i n P h y s i o l o g i e a l E e o l o g y
Y e Zh i h o n g
( D
e p a r t m e n t o f b i o l o g y
,
G u a n g d o n g C o l l e g e o f E d u e a t i o n )
L a n C h o n g y u C h e n G “ ihz u
( I n s t i t u t e o f E n v i r o n m e n t a l S e i e n e e
,
Zh o
n g s h a n U n v e r s i t y )
A b s t r 自C t
C ul t u r al e x P e r im e n t r e s u l t s e v id e cn
e d t h at T
.
la t ifo l t’a co u l d b e d e a t h w h e n t h e co n s is t e cn y o f Z n w a s a bo v e
s o om g / L in e 己 t u r a l s o l u t io n . Wh e n Z n w a s 10伪价g / L , t ha v a t al i t y o f or
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