全 文 ：第 2卷
1 9 9 5
第 4期年 1 2月 天 津 农 学 院学 报J
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I天汇 e m悦 r , 19 9 5
细绿萍对铅 ,汞的耐性及其机制初探
任安芝
(天津农学院园艺系 , 天津 30 03 81 )
摘要 本文研究了细绿萍 ( A功 l坛 ifl cu ilo d es 肠m k) 对水体中铅 、汞重金属的净化能力及
净化特征 ,并在此基础上对细绿萍的重金属耐性机制进行了初步探讨 。 结果表明 ,细绿萍对水
体中的铅 、 汞有较强的净化作用 ,其净化效果不仅与重金属种类有关 ,也与重金属浓度 、 细绿萍
的不同部位 、 细绿萍的放养时间和放养量等有关 。 在本实验条件下 ,细绿萍对铅的吸收净化能
力大于汞 ,其临界浓度分别为 P b 15 P m ,掩 10 p m ;对于水环境中的重金属 ,细绿萍除了主要
将其在体内固定转化外 ,细绿萍还可通过死根脱落和分泌物的束缚等方式对重金属进行体外
束缚 。
关键词 细绿萍 重金属 耐性 分泌物
O 前言
铅 、 汞是环境中的有毒物质 。 自发现铅 、汞对人体产生危害以来 ,人们一直对铅 、汞污染较
为关注 。 由于工业的活动 , 铅 、汞等重金属既可能直接进入水体 ,造成水环境的直接污染 ,也可
通过大气 、 水体和土壤的相互迁移 ,造成水环境的间接污染 。水体受污后 ,生活于其中的水生生
物也必然会受到影响 。 本文选择的细绿萍是一种高产优质的饲料和肥料 l[, 2〕 ,过量的重金属污
染不仅影响细绿萍的产量和质量 ,更为严重的是铅 、 汞等重金属经食物链进入人体 , 在人体内
富集 ,危害人体健康 。
有关细绿萍对铅 、 汞污染耐性的研究尚未见报道 。 本文对细绿萍进行毒性试验 , 目的在于
探讨细绿萍对铅汞的耐性机理 ,为消除铅 、汞毒害 、净化水体提供一些依据 。
1 材料和方法
1
.
1 材料
供实验的细绿萍取自南开大学校园内的排污沟中 , 种萍取回后用自来水冲洗数遍 ,饥饿培
养 48 h 后放入盛有以 1 : 40 稀释的 H og la dn 培养液3j[ 的水池中培养 , 几天后挑选长势相近的萍
(全为斜立浮生型闭 )用蒸馏水反复冲洗 , 然后用盛有硝酸铅 、 氯化汞培养液的塑料盒 (必 35
c : n
, 高 1 l e m )培养 ,培养液体积为 S L ,铅 (以纯铅汁 )的浓度为 0 、 5 、 10 、 1 5 、 2 0 、 3 0 p p m ,汞 (以
纯汞计 )的浓度为 。 、 5 、 1 0 、 1 5 、 20 P m , 实验设 3个重复 ,在玻璃房中进行 。
第 4 期 任安芝 : 细绿萍对铅 ,汞的耐性及其机制初探
1
.
2 方法
重金属含量用日立 1 80 一80 偏振塞曼原子吸收分光光度计测定 。
2 结果与讨论
.2 1 细绿萍对铅 、 汞的净化实验
.2 1
·
1 细绿萍对铅 、汞水溶液的净化
实验用的铅 、汞溶液分别为硝酸铅 (分析纯 )和氯化汞 (分析纯 )的水溶液 。分别在此两液中
进行细绿萍的栽植实验 。 结果见表 1 、表 2 。
表 1 细绿萍培养 7天后盆水中铅含量的变化
处理浓度 ( p pm )
铅溶液体积 (I J )
加入细绿萍 ( g )
盆中残留铅 ( p pm )
铅的去除率 (% )
0 5 1 0 1 5 2 0 3 0
4 0 40 4 0
0
.
0 9 0
4O
0
.
1 6 0
4 0
0
.
2 4 5
4 0
0
.
3 1 0
9 9
.
1 9 8
.
9 9 8
.
7 98
.
9
表 2 细绿萍培养 7 天后盆水中汞含量的变化
7`
n口匕」尸勺.
, .上O曰
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é月性尸沙。
11,土
0
CJ匕J.
处理浓度 (P m )
汞溶液体积 ( L )
加入细绿萍 (g )
水中残留量 ( p pm )
汞的去除率 ( % )
注 : 去除率 = 丝型重全
5 O
0
.
65
8 6
.
9 9 0
.
1 9 2
.
2
)浓度一水中重金属残留蚤
处理浓度 X 100 %
从表 1 可见 , 40 9 萍体经过 7 d 的吸收就能使浓度高达 30 P m 的含铅水溶液中铅的残留
量降低至 。 . 3 1 P m 。 另外 , 从细绿萍在生长过程中的形态变化来看 ,铅浓度在 1 5 P m 以下时 ,
未见明显的受害症状 , 可见细绿萍对铅的净化能力和抗性都是很强的 。 而对于汞 ,从表 2 可以
看出 , 50 9 萍体经过 7 d 的生长后 ,水中汞含量仍达 1 . 57 P m 。 从外观上看 , 当汞浓度达 15
p p m 时 , 细绿萍即出现明显的中毒症状 ,可见 ,细绿萍对汞的耐性小于对铅的耐性 。
细绿萍不仅对不同重金属的净化效果不同 ,而且对铅 、汞的富集能力也是有差异的 (见图
1 )
, 从图 1 可见 ,细绿萍对铅的富集能力比汞强 ,在本实验条件下 , 萍体中的铅含量最高时达
3 mg /
g 干重 , 汞含量最高时达 6 . 3 m g / g 干重 。 可见 ,水环境中重金属的主要归宿是积累在植
物体内 。另外 ,细绿萍对铅 、汞的吸收曲线也是有差异的 , 细绿萍对不同浓度铅的吸收大致可分
为四个阶段 : 。一 10 p pm ,细绿萍对铅的吸收处于加速上升阶段 ; 1 0一 15 P m , 吸收速度开始减
慢 ; 巧一20 P m , 吸收速度达最快 ; 20 ~ 30 p m ,吸收速度又减慢 。 细绿萍对于汞的吸收可分为
三个阶段 : o~ 5 p nP 、 ,处于快速吸收阶段 ; 5一 1 0 P m , 吸收速度开始减慢 ; 10 ~ 20 P m , 吸收速
度又加速上升 , 并且在所试验的三个重复中的变化趋势一致 。 对这两条曲线进行比较可以发
夭 津 农 学 院 学 报 第 2 卷
现 , 10 P m 汞和 15 P 。 铅都可以看作是一个分界点 ,在界点浓度以下 ,细绿萍对重金属的吸
收都经过一个缓慢增长期 ,超过界点浓度则都进入快速增长期 。 所不同的是 ,细绿萍对铅的吸
收经过一短期的快速增长后 , 吸收速度又趋缓慢 ,而汞在受试范围内达到快速增长后并未出现
减速阶段 ,这是因为细绿萍的根部向茎叶运输汞的能力大于铅 , 随着萍体根部受毒害的加深 ,
萍体茎叶部分积累汞的速度不断加大 ,而积累铅的速度则有所减小 。可见 ,铅 、汞在细绿萍体内
的运输和积累之间是有差异的 。
侧十帜、蹊烟懈
重金属浓度 ( P Pm )
一 P b 一 H g图 1 细绿萍体内重金属含量与溶液中重金属浓度的关系
2
.
.1 1
.
1 细绿萍的不同器官对铅 、 汞富集能力的差异
将用不同浓度的铅 、 汞处理过的细绿萍取出后将根剪下 ,然后分别对茎叶和根中的铅 、 汞
含量进行测定 , 见图 a2 、 b2 。 从图 2 可以看出 ,细绿萍的根部是对铅 、汞的主要吸收富集部位 。
铅和汞在根部的富集 , 限制了它们的向上运输 ,从而使茎叶系统受害程度减弱 ,这是细绿萍对
铅 、 汞的抗性机制之一 ` 。
茎叶
根
国口
2418侧十切\格旨
604侧十灿\宋省
5
图 Z a
10
图 2
15 2 0 2 5 30
水中铅浓度 ( P P m )
5
图 Z b
1 0 15 20
水中汞浓度 ( P m )
细绿萍各器官重金属含量与水中重金属浓度关系
2
.
1
.
1
.
2 细绿萍对水中的铅的净化与时间的关系
配制 1 5 p p n l 的铅溶液 ,分别放种细绿萍 o 、 2 0 、 4 0 9 ,在放种后的第 1 、 2 、 3 、 4 、 6 、 8 、 1 0 天分
别取水样 ,过滤后测其中的铅含量 ,见图 3 。
第 4 期 任安芝 : 细绿萍对铅 ,汞的耐性及其机制初探
ǎ巨训公妞樱擎任节
时间 (天 )
图 3 水中铅含量与时间的关系
由图 3可见 ,细绿萍对铅的净化吸收主要集中在前 4 天 ,其中最主要是在第 1天 。 另外 ,从图 3
中还可以看出 ,从第 8 天开始 ,经细绿萍处理过的水体中的铅含量有增高的趋势 , 这是由于随
着时间的推移 ,有的根因吸收了过多的铅离子而坏死脱落 ,开始下沉 ,这时被它吸收的铅离子
向水体释放 。 由此看来 ,细绿萍对水体中的铅的吸收大致可分为三个阶段 :第一阶段是快速吸
收阶段 ;第二阶段是慢速吸收阶段 ;第三阶段是释放阶段 。 因此 ,在用细绿萍净化污水时 ,受污
后的细绿萍要定时捞取 ,尽量赶在去除率达最大的时候 。
.2 1
·
1
·
3 细绿萍对水体中铅的净化与放养量的关系
仍以 15 p m 的铅作为培养液 ,分别放养 20 9 、 40 9 、 60 9 、 80 9 萍种 ,并以不放养细绿萍作
参照 , 于放养后第 1、 2 、 4 天分别取水样 ,过滤后测其中的铅含量 (见表 3) . 从表 3可见 ,细绿萍
对水体中铅的净化能力是很强的 ,而且随着细绿萍放养量的增加 ,其净化效率也增大 。 在本实
验中 ,就净化效果而言 ,放养 80 9 萍最为理想 ,但如果考虑到细绿萍的生长状况 ,放养 80 9 萍
对由于密度大而使萍体的无性繁殖受到限制 ,若从时效来看 ,放养 80 9 萍并不占优势。 在本实
验中 ,放养细绿萍的最佳选择是 40 ~ 60 9 。
表 3 水中铅含量与细绿萍放种量的关系
放养量
( g )
第一天 第二天 第四天
水中 P b 含量 去除率 水中 Pb 含量 水中 P b含量
11
.
7 4 4
5
.
2 4 8
1
.
8 7 3
0
.
8 7 6
1 1
.
5 0 0
去除率
2 2
.
3
6 8
.
9
了
9 3
.
0
9 7
.
3
去除率
3 7
.
4
88
.
7
9 7
.
8
98
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3 8 9 9 7
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2 0 8 9 8
.
6 0
.
1 60 9 8
.
9
天 津 农 学 院 学 报 第 2 卷
2. 1
·
2 细绿萍的分泌物对水体铅的净化
以 1 5p p m的铅溶液作为培养液 , 作如下三种处理 : 1 . 不放种细绿萍 ; 2 . 加入细绿萍 20 9 ;
3
、将培养细绿萍 7 d 后的蒸馏水溶液过滤后加入 , 不足量用蒸馏水补充 , 使铅离子浓度为 15
P m
,分别测定溶液中铅含量 ,结果见图 4 。 从图 4 可以看出 ,细绿萍的分泌物对铅具有络合作
用 ,且在前几天络合作用较强 , 以后其作用就不太明显了 。 这是因为分泌物可结合重金属离子
的位点是有限的 , 当所有的位点都达饱和时 ,分泌物对重金属就不再起作用 。 如果在萍体存在
的情况下 , 因植物体不断向水中释放分泌物 ,其作用将持续下去 。
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图 4 不同处理溶液中铅含量与时间的关系
2
·
2 细绿萍对铅 、汞耐性机理初探
铅 、 汞等重金属作为植物生长的非必需元素 ,它们不能被微生物降解 , 在环境中只能发生
各种形态之间的转化 ,故对于水环境中的铅和汞 ,除去自然沉降外 ,细绿萍对铅 、汞的耐性主要
表现在体内束缚和体外束缚两种 。
2
.
2
2
.
2
.
1
体内束缚
l 细胞壁的束缚
关于植物细胞壁对重金属的束缚作用 , 已为很多学者所证实 。 私 e r z ib iba s[J 指出从溶液中
吸收的铅主要沉积在玉米根的细胞壁上 ,林治庆困通过电镜的直接观察 ,发现木本植物的细胞
壁对汞具有亲合作用 。
.2 .2 .1 2 细胞内物质的束缚
耐性植物的细胞内物质对重金属具束缚作用 , 有些植物在重金属离子的诱导下能合成蛋
白结合体 ,该结合体能与相应的重金属离子络合而使其失去毒性v[, 幻 。 另外 ,重金属与细胞内有
机酸的鳌合也被认为是植物忍耐重金属的一个重要机制 。
2
·
.2 2 体外束缚
.2 .2 .2 1 重金属的排出
笔者曾发现 , 经过一定浓度的重金属处理一段时间后 , 种植细绿萍的盆底会沉积一些死
根 ,这些死根比同一处理中的活体根颜色要深 ,重金属含量要高 。 这说明细绿萍能通过根的脱
落而外排重金属 , 以减少对植物体的毒害 。
第 4 期 任安芝 :细绿萍对铅 ,汞的耐性及其机制初探 . 2 9 .
.2 .2 .2 2 分泌物的束缚
如前所述 , 细绿萍的分泌物对重金属具有一定的络合作用 。
与体内束缚相比 , 细绿萍在体外束缚重金属的量是比较少的 , 但细绿萍的这一体外束缚能
力 , 在净化重金属方面的意义还是很大的 。 重金属在体外被束缚 , 既降低了重金属对植物的危
害 , 又减少了因富含重金属的植物体通过食物链的传递而造成的二次污染 。
参 考 文 献
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飞f f e e t 15 r e la t ed t o h e a叮 me t a l k idn , me at l e~
n t r a t io n
,
id f f e r e n t t is u e
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, t h e 即 ir f y in g a b ili t y of A力妊l a t o P b 15 s u pe ~ t o gH
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,
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