全 文 ：书第３４卷第６期
２０１６年１２月
泉州师范学院学报
Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｑｕａｎｚｈｏｕ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．６
Ｄｅｃ．２０１６
湿地植物李氏禾根分泌物对难溶性铬的活化作用
伍婵翠，何彦琴，何彩娇，王姗姗
（桂林电子科技大学 生命与环境科学学院，广西 桂林　５４１００４）
摘　要：选用不同营养条件下培养的李氏禾根分泌物对三氧化二铬（Ｃｒ２Ｏ３）和铬酸铅（ＰｂＣｒＯ４）进行活化
模拟实验．结果表明：李氏禾根系分泌物对土壤中难溶性铬的活化作用是一个持续的过程．随着活化时间的延
长，累积活化量逐渐增加，而速率逐渐变慢．李氏禾根分泌物对Ｃｒ（Ⅲ）的活化能力明显高于对Ｃｒ（Ⅵ）的活化
能力．在不同实验营养条件下，李氏禾根分泌物对Ｃｒ２Ｏ３ 的活化量为２１４．７５０～２２５．３３３ｍｇ／ｋｇ，无显著性差
异；而对于ＰｂＣｒＯ４ 的活化能力依次为：全素＞缺硫＞缺铁＞缺氮＞缺磷，且差异显著．因此，对于难溶性铬的
活化，为达到良好的活化效果，必须保证植物修复过程中施加充足的养分．
关键词：湿地植物；李氏禾；根分泌物；活化；难溶性铬
收稿日期：２０１６－０９－２４
作者简介：伍婵翠（１９７８－），女，广西桂林人，讲师，硕士，从事植物修复与资源化利用研究．
基金项目：广西高校科学技术研究项目（ＫＹ２０１５ＹＢ０９７）
中图分类号：Ｘ１７３　　　　文献标识码：Ａ　　 文章编号：１００９－８２２４（２０１６）０６－０００１－０４
随着工业和农业的发展，土壤重金属污染日益严重．重金属铬（Ｃｒ）已被中国及世界大多数国家作为
实施总量控制的重要污染物之一［１］．土壤铬污染也已成为当今社会面临的一大环境问题．而土壤中的铬
多以难溶性化合物存在，有研究发现，植物的根系分泌物能对土壤中的难溶性重金属起到活化作用［２］．
苏德纯等［３］研究表明印度芥菜根系分泌物能活化土壤中的难溶态Ｃｄ．Ｐｕｓｃｈｅｎｒｅｉｔｅｒ等［４］研究表明超积
累植物Ｔｈｌａｓｐｉ　ｃａｅｒｕｌｅｓｃｅｎｓ（遏蓝菜）可以活化土壤中的Ｚｎ和Ｃｄ．
多年生禾本科湿地植物李氏禾（Ｌｅｅｒｓｉａ　ｈｅｘａｎｄｒａ　Ｓｗａｒｔｚ）是中国境内首次发现的Ｃｒ超富集植
物［５］．该植物对除Ｃｒ之外的Ｃｕ、Ｎｉ等多种重金属的富集能力也较强［６－７］，是一种修复重金属污染土壤的
优良物种．本文以李氏禾根系分泌物为研究对象，考察其对土壤中难溶性铬的持续活化效应以及培养过
程中的不同营养条件对李氏禾根分泌物活化能力的影响，旨在探索更高效的铬污染土壤植物修复技术．
１　材料与方法
１．１　供试材料
１．１．１　植物材料　李氏禾适合生长在溪旁、稻田和沼泽地里［５］．本次实验用的李氏禾采自桂林市灵川
县灵田乡花江边上．其生长茂盛且分布广泛，是本实验理想的实验材料．
１．１．２　供试土壤　供试土壤取自含铬废水处理的模拟人工湿地实验系统．烘干（８０℃）、研磨、过筛（１００
目）、经测定，供试土壤的铬含量为１．８０ｍｇ／ｇ．
１．１．３　试剂　实验所用化学试剂均购于国药集团，皆为分析纯．１　０００ｍｇ／Ｌ铬标准储备溶液购于上海
晶纯试剂有限公司．
１．２　植物培养
选取生长一致的李氏禾幼苗，用去离子水洗净，放入含有１．５Ｌ的２５％ Ｈｏａｇｌａｎｄ营养液的塑料盆
中，于人工气候箱（ＬＲＨ－５５０－ＧＳＩ）中培养１０ｄ．每天加入去离子水保持培养液的体积，每３ｄ天更换一次
营养液．培养条件为：光周期１２ｈ，温度２５℃，相对湿度７５％，光照强度７　０００ｌｘ．
DOI:10.16125/j.cnki.1009-8224.2016.06.001
１．３　根分泌物的收集
第１０天光照２ｈ后将李氏禾取出，先用蒸馏水冲洗根部３遍，在新制备的超纯水里加入几滴体积分
数为０．０５％的百里酚溶液［８］，浸泡李氏禾根部５ｍｉｎ，再用超纯水清洗根部３次．将李氏禾放入３００ｍＬ
０．５ｍｍｏｌ／Ｌ的ＣａＣｌ２ 溶液中，每杯加入３滴体积分数为０．０５％的百里酚溶液放回培养箱光照收集４ｈ．
然后，收集液用０．４５μｍ的滤膜抽滤后旋转蒸发（６０℃，９０ｒ／ｍｉｎ）浓缩至体积小于１０ｍＬ，转移到比色
管中并定容到２５ｍＬ，放与冰箱冷藏备用．
１．４　活化实验
称取三氧化二铬、铬酸铅各０．２００ｇ，土样２．０００ｇ，放入装有２５ｍＬ根分泌物的比色管中．室温下连
续震荡（振速１５０ｒ／ｍｉｎ）．分别于０．５，１．０，１．５，２．０，２．５，３．０，３．５，４．０，４．５，５．０ｈ取上层清液，用０．４５
μｍ的针式过滤器过滤后采用原子吸收分光光度法测定铬浓度Ｃｒ（ｍｇ／Ｌ），并以去离子水作为对照．重复
测定３次，以根分泌物对难溶性铬的活化量与去离子水对难溶性铬的活化量的差值来表示根分泌物对
难溶性铬的活化能力［９］．并以活化时间为横坐标、活化量为纵坐标作图，对数据进行对数拟合后得出活
化时间与累积活化量之间的关系．
１．５　样品分析
１．５．１　供试土壤中铬含量的测定　根据《土壤总铬的测定：火焰原子吸收分光光度法》（ＨＪ　４９１－
２００９）［１０］，采用微波消解法（ｍｉｌｅｓｔｏｎｅ　ＥＴＨＯＳ　Ａ）对土样进行消解，并采用原子吸收分光光度法（岛津
ＡＡ－６３００）测定消解液中的铬浓度Ｃｒ（ｍｇ／Ｌ）．土样中含铬量为
土样中Ｃｒ含量＝Ｃｒ
浓度×溶液体积
土样质量 ． （１）
１．５．２　溶液中铬含量的测定　采用原子吸收分光光度法（岛津ＡＡ－６３００）测定活化后溶液中的铬浓度
Ｃｒ（ｍｇ／Ｌ）．
１．５．３　铬的活化量　铬的活化量（ｍｇ／ｋｇ）的计算公式为
Ｃｒ活化量＝
活化后溶液中的Ｃｒ浓度×溶液体积
用于活化的样品质量 ． （２）
２　结果分析
２．１　李氏禾根分泌物对土壤中难溶性铬的持续活化效应
由于李氏禾根系分泌物中含有大量的有机酸成分，所以对土壤中的难溶性铬具有一定的活化作用，
而该过程是一个既缓慢又持续的过程．铬活化量与活化时间拟合结果，Ｒ２ 为０．９９以上．随着活化时间的
延长，铬的累积活化量逐渐增加，但速率逐渐变慢（图１）．每条活化曲线都可以用两条直线逼近，说明铬
活化过程可以分成两个不同的区域，即第Ｉ区域（０～２．５ｈ）活化速率很大、曲线很陡、活化较强烈；第Ⅱ
区域（２．５～５ｈ）活化速率较第Ｉ区域有所下降，曲线开始平缓但活化量仍随时间的延长而持续增加，在
活化５ｈ时曲线仍呈缓慢上升趋势．说明活化过程并未结束，后期还应存在一个慢速活化的第Ⅲ区域．同
样，铬的活化率（铬活化量占土壤中铬含量的百分比）与活化时间之间也存在类似情况（图２）．综合考虑，
后续实验的活化时间均定为２．５ｈ．
２．２　不同营养条件对李氏禾根分泌物活化能力的影响
由于铬在土壤中以多种形态存在，其化合物最多的是三价和六价［１１］．因此，选择三氧化二铬（Ｃｒ２Ｏ３）
和铬酸铅（ＰｂＣｒＯ４）两种典型的难溶性铬化合物，分别考察李氏禾根系分泌物对Ｃｒ（Ⅲ）和Ｃｒ（Ⅵ）的活化
作用．也有研究表明，随着营养条件和培养方式的改变，根系分泌物也会随之改变［１２］．因此，同时考察缺
素培养（缺Ｐ、缺Ｆｅ、缺Ｓ、缺Ｎ）条件下产生的根系分泌物对难溶性铬的活化能力．
实验证明，李氏禾根分泌物对不同形态的难溶性铬都具体一定的活化能力（表１）．相比较而言，对三
价铬的活化能力明显高于对六价铬的活化能力．全素培养条件下，李氏禾根分泌物对Ｃｒ（Ⅲ）的活化量为对
Ｃｒ（Ⅵ）活化量的６．２倍；缺磷培养条件下，李氏禾对Ｃｒ（Ⅲ）的活化量更是对Ｃｒ（Ⅵ）活化量的４９倍．
２ 　 泉州师范学院学报 ２０１６年１２月　
　　各种营养条件下产生的李氏禾根分泌
物对三氧化二铬的活化量在２１４．７５０～
２２５．３３３ｍｇ／ｋｇ之间，无显著差异．由此可
见，李氏禾根分泌物对三价铬的活化作用
不受培养条件的影响．对铬酸铅的活化实
验显示，全素培养的李氏禾根分泌物对铬
酸铅的活化量最大，缺氮培养的根分泌物
对铬酸铅的活化量为全素培养条件下的
５６％，而缺磷培养的根分泌物对铬酸铅的
活化量最小，仅为４．３７６ｍｇ／ｋｇ，是全素培
养条件下的１２％，三者之间差异显著．与
全
表１　不同营养条件下李氏禾根分泌物对难溶性铬的活化能力影响
Ｔａｂ．１　Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｎｕｔｒｉｔｉｏｎａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｌｅｅｒｓｉａ　ｈｅｘａｎｄｒａ
Ｓｗａｒｔｚ　ｒｏｏｔ　ｅｘｕｄａｔｅｓ　ｏｎ　ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｎｓｏｌｕｂｌｅ　ｃｈｒｏｍｉｕｍ
不同营养
条件
对三氧化二铬（Ｃｒ２Ｏ３）
的活化量／（ｍｇ獉ｋｇ－１）
对铬酸铅（ＰｂＣｒＯ４）
的活化量／（ｍｇ獉ｋｇ－１）
全素培养 ２２５．３３±８．９５０ａ ３６．３７５±７．０３０ａ
缺磷培养 ２１６．００±６．０７４ａ ４．３７６０±１．２０５ｂ
缺铁培养 ２１４．７５±５．４０１ａ ２３．４５８±１１．４７ａｃ
缺硫培养 ２２３．２１±７．２７４ａ ３２．７０８±９．７７９ａｃ
缺氮培养 ２１８．６７±３．７９４ａ ２０．３７５±８．８６１ｃ
　　　注：不同小写字母表示同一种难溶性铬化合物在不
　　　　　同实验营养条件下差异显著（Ｐ＜０．０５）．
素培养的李氏禾根分泌物相比较，缺Ｆｅ培养和缺Ｓ培养条
件下的根分泌物对铬酸铅的活化能力不存在显著差异．由此可见，缺磷、缺氮培养都会降低根分泌物对
六价铬的活化能力，其中缺磷培养对活化六价铬的影响尤为明显．
３　结论
（１）李氏禾根系分泌物对土壤中难溶性铬的活化作用是一个持续的过程，５ｈ后活化作用仍未结束．
随着活化时间的增加，累积活化量逐渐增加，而速率逐渐变慢．
（２）李氏禾根分泌物对不同形态的难溶性铬都具体一定的活化能力，但活化量差异显著，其大小顺
序为：对三价铬的活化量＞对六价铬的活化量＞对土壤铬的活化量．
（３）李氏禾根分泌物对三价铬的活化作用不受培养条件的影响．
（４）不同营养条件下，李氏禾根分泌物对六价铬的活化能力差异显著，其顺序为：全素＞缺硫＞缺铁
＞缺氮＞缺磷．
（５）在利用李氏禾对铬污染土壤进行植物修复的过程中，若要达到良好的活化效果、提高修复效率，
必须保证营养充足，以利于根分泌物对土壤中难溶性铬的活化．
参考文献：
［１］　ＺＡＹＥＤ　Ａ　Ｍ，ＴＥＲＲＹ　Ｎ．Ｃｈｒｏｍｉｕｍ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ：ｆａｃｔｏｒｓ　ａｆｆｅｃｔｉｎｇ　ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｐｌａｎｔ　Ｓｏｉｌ，
２００３，２４９：１３９－１５６．
［２］　茹淑华，苏德纯，王激清，等．积累Ｃｄ油菜吸收Ｃｄ潜力及其根分泌物对土壤Ｃｄ的活化［Ｊ］．农业环境科学学报，
２０００，２４（１）：１７－２１．
３　第６期 伍婵翠，等：湿地植物李氏禾根分泌物对难溶性铬的活化作用 　
［３］　苏德纯，黄焕忠，张福锁．印度芥菜对土壤中难溶态镉的吸收及活化机制研究［Ｊ］．中国环境科学，２００２，２２（４）：３４２－
３４５．
［４］　ＰＵＳＣＨＥＮＲＥＩＴＥＲ　Ｍ，ＷＩＥＣＺＯＲＥＫ　Ｓ，ＨＯＲＡＫ　Ｏ，ｅｔ　ａｌ．Ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｈａｎｇｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｒｈｉｚｏｓｐｈｅｒｅ　ｏｆ　ｍｅｔａｌ　ｈｙｐｅｒａｃｃｕ－
ｍｕｌａｔｏｒ　ａｎｄ　ｅｘｃｌｕｄｅｒ　Ｔｈｌａｓｐｉ　ｓｐｅｃｉｅｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｐｌａｎｔ　Ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｓｏｉｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００３，１６６（５）：５７９－５８４．
［５］　张学洪，罗亚平，黄海涛，等．一种新发现的湿生铬超积累植物：李氏禾（Ｌｅｅｒｓｉａ　ｈｅｘａｎｄｒａ　Ｓｗａｒｔｚ）［Ｊ］．生态学报，
２００６，２６（３）：９５０－９５３．
［６］　张学洪，陈俊，王敦球，等．李氏禾对镍的富集特征［Ｊ］．桂林工学院学报，２００８，２８（１）：９８－１０１．
［７］　张学洪，陈俊，李海翔，等．铬超富集植物李氏禾对铜的富集特征研究［Ｊ］．农业环境科学学报，２００８，２７（２）：５２１－５２４．
［８］　兰忠明，林新坚，张伟光，等．缺磷对紫云英根系分泌物产生及难溶性磷活化的影响［Ｊ］．中国农业科学，２０１２，４５（８）：
１５２１－１５３１．
［９］　李永夫，罗安程，魏兴华，等．水稻利用难溶性磷酸盐的基因型差异及其与根系分泌物活化特性的关系［Ｊ］．中国水稻
科学，２００６，２０（５）：４９３－４９８．
［１０］　中华人民共和国国家环境保护标准．土壤 总铬的测定：火焰原子吸收分光光度法 ＨＪ　４９１－２００９［Ｓ］．北京：中国环境
科学出版社，２００９．
［１１］　ＫＡＴＺ　Ｓ　Ａ，ＳＡＬＥＭ　Ｈ．Ｔｈｅ　ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ａｎｄ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ｏｆ　ｃｈｒｏｍｉｕｍ［Ｍ］．Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ：ＶＣＨ　Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，
１９９４．
［１２］　张知贵，王明贤，杨华，等．植物根系分泌物研究进展［Ｊ］．广东农业科学，２０１３（２）：２１９－２２２．
Ｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｉｎｓｏｌｕｂｌｅ　Ｃｒ　ｂｙ　Ｗｅｔｌａｎｄ　Ｐｌａｎｔ
Ｌｅｅｒｓｉａ　Ｈｅｘａｎｄｒａ　Ｓｗａｒｔｚ　Ｒｏｏｔ　Ｅｘｕｄａｔｅｓ
ＷＵ　Ｃｈａｎｃｕｉ，ＨＥ　Ｙａｎｑｉｎ，ＨＥ　Ｃａｉｊｉａｏ，ＷＡＮＧ　Ｓｈａｎｓｈａｎ
（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｌｉｆｅ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｇｕｉｌｉｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｘｉ　５４１００４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｂｏｔｈ　Ｃｒ２Ｏ３ａｎｄ　ＰｂＣｒＯ４ｗａｓ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｒｏｏｔ　ｅｘｕｄａｔｅｓ　ｃｕｌｔｕｒｅｄ　ｕｎ－
ｄｅｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｎｕｔｒｉｔｉｏｎａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ　ｗａｓ　ａ　ｓｕｓｔａｉｎｅｄ　ｐｒｏｃｅｓｓ．
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（Ⅵ）．Ｔｈｅ　ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ　Ｃｒ　ｖａｌｕｅｓ　ｆｏｒ　Ｃｒ２Ｏ３ｗｅｒｅ　２１４．７５０～２２５．３３３ｍｇ／ｋｇ　ｕｎｄｅｒ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｎｕｔｒｉｔｉｏｎａｌ　ｃｏｎ－
ｄｉｔｉｏｎｓ，ａｎｄ　ｔｈｅｒｅ　ｗａｓ　ｎｏ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｒｅ　ｗａｓ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ
ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ　Ｃｒ　ｖａｌｕｅｓ　ｆｏｒ　ＰｂＣｒＯ４，ｔｈｅｓｅ　ｖａｌｕｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｅｓｃｅｎｄｉｎｇ　ｗｅｒｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｏｌｏｗｉｎｇ　ｏｒｄｅｒ：ｃｏｎｔｒｏｌ＞Ｓ
ｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ＞Ｆｅ　ｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ＞Ｎ　ｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ＞Ｐ　ｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ａｃｈｉｅｖｅ　ａ　ｇｏｏｄ　ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ
ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｃｒ，ａｄｅｑｕａｔｅ　ｎｕｔｒｉｅｎｔｓ　ｍｕｓｔ　ｂｅ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ．
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｗｅｔｌａｎｄ　ｐｌａｎｔ；Ｌｅｅｒｓｉａ　ｈｅｘａｎｄｒａ　ｓｗａｒｔｚ；ｒｏｏｔ　ｅｘｕｄａｔｅｓ；ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ；ｉｎｓｏｌｕｂｌｅ　Ｃｒ
（责任编辑　韦平）
４ 　 泉州师范学院学报 ２０１６年１２月