全 文 ：光照强度和温度对铬超富集植物李氏禾生长的影响
蔡湘文 1, 2 ,张学洪 1, 2　(1.广西大学轻工与食品工程学院 ,广西南宁 530004;2.桂林理工大学地球科学学院 ,广西桂林 541004)
摘要　[目的 ]研究光照强度和温度对铬(Cr3+)超富集植物李氏禾(LeersiahexandraSwartz)生长的影响。 [方法]用浓度为 20、80mg/L
的Cr3+(CrCl3)营养液培养采自雁山 、荔浦、桃花江的 3个李氏禾种群 ,用火焰原子吸收分光光度法测定重金属含量 ,筛选出对铬富集能
力偏高的李氏禾种群进行光照和温度的影响试验。 [结果]光照强度达到 3 000lx以上时 ,李氏禾的生长表现最好 ,生长速度最快;不同
温度下生长速度快慢顺序为:25℃>自然状态>15℃。 [结论]这一结果能为提高李氏禾的生物量 ,将其应用于污染水体和土壤的修复
而资源化提供前提条件。
关键词　李氏禾;光照强度;温度;生长;铬超富集
中图分类号　S311　　文献标识码　A　　文章编号　0517-6611(2009)34-16832-03
EffectsofDifferentIluminationIntensityandTemperatureonGrowthofLeersiahexandraSwartzwithChromiumHyperaccumula-
tor
CAIXiang-wenetal　(ColegeofLightIndustryandFoodEngineering, GuangxiUniversity, Nanning, Guangxi530004)
Abstract　[ Objective] TheresearchaimedtostudytheefectsofdiferentiluminationintensityandtemperatureongrowthofLeersiahexan-
draSwartzwithchromiumhyperaccumulator.[ Method] ThreeL.hexandraSwartzpopulationscolectedfromYanshan, LipuandTaohuajiang
inGuilinwerecultivatedin20, 80mg/LCr3+.Theheavymetalcontentwastestedbyflameatomicabsorptionspectrophotometry.TheL.hex-
andraSwartzpopulationcolectedfromLipuwasregardedasthebestonetomaketheiluminationandtemperaturetest.[Result] Theresults
showedthatgrowthrateofL.hexandraessfastestwhentreatedwithabove3 000 lxillumination.Growthrateunderdiferenttemperetures
showedthat:25℃>naturalcondition>15℃.[Conclusion] Itwilprovideaprerequisitetoincreasebiomassandtoapplyinrestorationof
contaminatedmoistureandsoil.
Keywords　LeersiahexandraSwartz;Iluminationintensity;Temperature;Growth;Chromiumhyperaccumulate
基金项目　国家自然科学基金项目(40663002);广西环境工程与保护
评价重点实验室基金项目(桂科能 0703Z036);广西地质工
程中心重点实验室资助项目。
作者简介　蔡湘文(1973-),男 ,湖南株洲人 , 博士 ,讲师 ,从事环境生
态学方面的研究。
收稿日期　 2009-07-30
　　光照和温度是影响植物生长发育的关键生态因子 。只
有光照达到植物的光补偿点 、温度达到植物生长的最低温
度 ,植物才能开始生长;大多数植物都有适合各自生长的最
适光照强度和温度 [ 1] 。为了达到高产等目的 ,近年来学者们
对温度和光照对玉米 、大豆 、厚皮甜瓜和一些藻类的生长的
影响进行了研究 [ 2-7] 。
禾本科植物李氏禾(LersiahexandraSwartz)叶中铬(Cr)
含量可达 2 977.7 mg/kg,富集系数最高为 56.8[ 8] 。最近的
研究结果表明 ,李氏禾对 Cu、Ni的富集能力也非常强 [ 9] ,但
生物量偏少和生长期较短成为限制李氏禾资源化的主要因
素 。为此 ,笔者对 3个李氏禾种群进行富集能力的筛选 ,以
对 Cr富集能力较高的种群为研究对象 ,研究光照和温度对
其生长的影响 ,寻求适宜李氏禾生长的光照和温度条件 ,以
期为扩大繁殖李氏禾 ,使其资源化提供依据 。
1　材料与方法
1.1　材料
1.1.1　供试植物和土壤。 3个李氏禾种群分别采自桂林市
荔浦县 、雁山区和桃花江。土壤是桂林市芦笛岩旁桃花江上
游仙人桥附近稻田土壤 ,其理化性质为:氮(N)1.70 ～ 1.90
g/kg;磷(P2 O5)0.47 ～ 0.60g/kg;钾(K2 O)4.00 ～ 5.20g/kg;
pH值 7.22。
1.1.2　主要仪器与设备。BXZ-430B人工气候箱 ,由宁波江
南仪器厂生产;ZDS-10型测光仪 ,由上海市嘉定学联仪表厂
生产。
1.2　方法
1.2.1　筛选试验设计和样品处理。将 3个种群李氏禾用
1/2Hoagland营养液培养 15 d后进行水培试验。 Cr3+
(CrCl3 )的处理浓度为 20、80 mg/L。 45 d后收获李氏禾样
品 ,用 0.1 mol/LCa(NO3)2溶液浸泡 30 min,然后用去离子
水冲洗 3次。将新鲜样品放置在烘箱内 105 ℃杀青 30 min,
然后 80 ℃烘干至恒重 ,磨碎 ,备用。植物样品用 HNO3 +
HClO4消解(3∶1, V/V),消解完全后 ,用去离子水定容 ,用火
焰原子吸收分光光度法测定重金属含量 。
1.2.2　光照对李氏禾生长影响的试验设计。选用市售透光
率为 50%的黑色聚乙烯遮阳网进行不同遮光处理 ,试验设
100%、50%和 25%共 3个透光率梯度 ,每个梯度 3次重复。
试验过程中每天 17:00用照度计测定光照强度。
1.2.3　温度对李氏禾生长影响的试验设计。将 2个人工气
候箱温度设定为 15、25 ℃,光源用白色冷荧光灯管 ,光暗比为
12h∶12h。以自然状态下温度作对照。每个梯度 4次重复。
生长状况的观察和记录包括:生长速度 ,植株叶片数(出
叶率),最长叶片长。
1.3　数据处理　所得数据用 Excel2003和 SPSS15.0软件进行
处理。
2　结果与分析
2.1　高富集铬李氏禾种群的确定　收获后测定的李氏禾
根 、茎 、叶中 Cr3+含量见表 2。由表 2可知 , 3个李氏禾种群
根 、茎 、叶均能富集 Cr3+ ,而且富集能力有差别 。在 Cr3+浓度
为 20mg/L的培养液培养的样品中 ,荔浦李氏禾种群根 、茎 、
叶中 Cr3+含量最高 ,分别达到 1 410.63、2 022.22、3 864.62
mg/kg,比桃花江种群根 、茎 、叶中 Cr3+含量分别高出
27.59%、30.32%、18.56%,比雁山种群根 、茎 、叶中 Cr3+含量
分别高出 7.55%、57.75%、1.60%;在 Cr3+浓度为 80 mg/L
的培养液培养的样品中 ,荔浦李氏禾种群根 、茎 、叶中 Cr3+含
量最高 ,分别达到 3 592.54、3 129.52、8 177.51 mg/kg,比桃
花江种群根 、茎 、叶中 Cr3+含量分别高出 44.63%、38.10%、
责任编辑　姜丽　责任校对　况玲玲安徽农业科学 , JournalofAnhuiAgri.Sci.2009, 37(34):16832-16834
49.75%,比雁山种群根 、茎 、叶中 Cr3+含量分别高出
41.56%、36.42%、33.43%。由此认为 , 3个李氏禾种群具备
对 Cr3+超富集植物的 3个特征 ,荔浦相对另外 2个种群富集
能力更强 ,是最适合培养而得到资源化的种群 。因此 ,选择
荔浦种群进行下一步试验。
表 1　3个供试种群不同部位 Cr3+含量
Table1　TheconcentrationofChromiuminthepartsofthreeLeersiahexandraSwartzpopulations
种群Populations 初始浓度∥mg/LInitialconcentration
Cr3+含量∥mg/kgDW　HeavymentalCrcontent
根 Root 茎 Stem 叶 Leaf
地上部分 /地下部分S/RAbove-groundparts/undergroundparts
桃花江 Taohuajiang 20 1 105.61±78.10 1 551.71±0.43 3 259.54±0.89 1.23
80 2 483.95±48.08 2 266.14±8.74 5 460.84±54.51 1.15
荔浦 Lipu 20 1 410.63±33.26 2 022.22±1.84 3 864.62±2.36 1.13
80 3 592.54±44.25 3 129.52±41.73 8 177.51±74.52 1.22
雁山 Yanshan 20 1 311.60±28.94 1 281.95±6.67 3 803.83±43.48 1.47
80 2 537.82±56.75 2 293.89±28.30 6 128.67±18.56 1.27
　注:Cr3+含量为平均值 ±标准偏差(n=3)。
　Note:Cr3+ contentisaveragevalue±standarddeviation(n=3).
2.2　不同光照下李氏禾的生长表现和株高 、叶片生长速度
差异
2.2.1　生长表现。在透光率 25%、光照强度范围在 1 790 ～
5 840 lx(平均为 2 840 lx),李氏禾的生长比较稳定 ,而且生
长速度较快 ,最大叶片长度明显增加 ,新增叶片数多 ,叶片颜
色显绿色 ,分蘖数也多;在透光率 50%、光照强度范围在
1 950 ～ 7 760 lx(平均为 5 300 lx),李氏禾的生长缓慢 ,植株
叶片紧凑 ,新增叶片细长 ,叶面黄绿;在透光率 100%、光照强
度范围在 2 880 ～ 11 230lx(平均为 10 100lx),李氏禾的生长
状况并不理想 ,新增叶片少 ,生长缓慢 ,甚至停止生长 ,叶片
薄且发黄。
2.2.2　株高生长速度差异。李氏禾的生长速度在试验设定
的 3个光照条件下差异不显著 ,且在低光条件下略高(表
2)。由表 2可知 ,当光照强度达到 3 000lx左右时 ,光照超过
了李氏禾生长的光补偿点并达到饱和状态;当光照强度达到
5 000 lx以上时(由于测定光照强度时间为 17:00,实际日均
光照强度可能高于这一数值),李氏禾出现 “光饱和 ”甚至
“光抑制 ”现象 ,生长缓慢或停滞生长。
表 2　不同透光率下李氏禾的株高变化
Table2　PlantheightchangesofLeersiahexandraSwartunderdifer-
entiluminationconditions mm
日期Date
透光率∥%Iluminationgradient
25 50 100
07-06 233.3 331.0 317.0
07-10 270.7 350.0 439.0
07-15 305.0 375.3 360.3
07-19 324.3 389.0 385.7
07-26 380.0 426.0 472.3
07-31 425.0 490.0 500.3
08-05 462.3 536.0 517.3
08-10 484.3 564.3 534.0
08-15 510.7 581.0 544.0
08-20 536.3 597.7 556.7
08-25 576.3 608.3 575.0
08-30 602.0 577.5 600.7
09-04 619.7 595.5 621.3
09-09 642.3 613.0 639.7
09-14 666.7 629.0 658.3
09-19 693.0 640.0 674.3
生长速度∥mm/dGrowthspeed 6.13 4.11 4.76　
2.2.3　最长叶片长度增长 、叶片数增加差异。李氏禾的最
长叶片长增长和叶片数增加在试验设定的 3个光照条件下
差异不显著 ,低光下最长叶片生长速度略快(0.070 mm/d),
中光和高光条件下较慢(0.045、0.057 mm/d)。低光下叶片
增加数较多(0.11片 /d),中光和高光条件下较少(0.08、0.09
片 /d)。
2.3　不同温度梯度下李氏禾的生长表现和株高 、叶片生长
速度差异
2.3.1　生长表现。 15 ℃下 ,李氏禾的生长状况很不理想 ,大
部分已经倒伏 ,叶片变黄而且卷曲 ,根部有腐烂的迹象 ,浑
浊 ,分蘖极少 ,被测叶片大多数停止生长或枯死;25 ℃下 ,李
氏禾的生长比较好 ,根部直立 ,无倒伏症状 ,叶面黄绿 ,舒展 ,
分蘖数多 ,而且新分蘖的植株部分生长很快 ,绿叶茂盛 ,根部
扎入土壤;自然温度下 ,李氏禾生长比较好 ,但不稳定 ,根部
倒伏 ,不直立 ,叶片颜色显绿色 ,有少许卷曲 ,分蘖数较多 ,而
且新分蘖的植株部分生长较快。
2.3.2　株高生长速度差异。李氏禾的生长速度在试验设定
的 3个温度条件下差异显著 ,生长速度快慢次序为:25 ℃>
自然状态 >15 ℃(表 3)。
表 3　不同温度条件下李氏禾的株高变化
Table3　HeightsituationofLeersiahexandraSwartunderdifferent
temperature mm
日期
Date
温度∥℃Temperature
15 25
自然温度
Naturaltemperature
04-27 317.0 277.3 379.8
05-02 321.3 298.3 351.3
05-07 328.0 316.0 371.5
05-11 340.8 328.3 382.3
05-15 347.3 333.5 384.5
05-19 352.3 348.0 388.5
05-23 357.0 357.8 394.8
05-27 363.5 394.3 402.3
06-01 370.0 411.3 408.5
06-05 376.8 425.8 417.0
06-09 383.3 440.3 426.3
06-13 390.0 452.0 434.0
06-17 397.0 465.8 441.8
06-21 404.5 504.3 450.5
06-25 413.0 519.0 456.3
生长速度∥mm/dGrowthspeed 1.60 4.03 2.31　
1683337卷 34期　　　　　　　　　　　　　　　　蔡湘文等　光照强度和温度对铬超富集植物李氏禾生长的影响
2.3.3　最长叶片长度增长 、叶片数增加差异。李氏禾的最
长叶片长增长和叶片数增加在试验设定的 3个温度条件下
差异显著。其中 , 25 ℃时最长叶片生长速度 、叶片增加数明
显较快(0.18 mm/d, 0.23片 /d),自然温度下居中(0.10
mm/d, 0.11片 /d), 15℃时最慢(0.07 mm/d, 0.08片 /d)。
3　结论与讨论
3.1　高富集铬李氏禾种群的筛选　筛选试验中的 3个李氏
禾种群对 Cr3+具有较强的耐受能力 ,各组李氏禾生长状况良
好 。不同种类的重金属对李氏禾的毒性不同 ,培养期间 Cr3+
污染条件下生长的李氏禾生物量与对照相比无显著减少 。
各样品的地上部分重金属含量与地下部分之比平均值为
1.24>1,证明李氏禾对重金属 Cr3+有较强的转运能力。 3个
李氏禾种群对 Cr3+的富集能力均超过 1 000 mg/kg,符合超
富集植物的 3个特征 [ 10-12] ,其中 ,荔浦种群李氏禾富集特征
尤其明显 ,所以选定为后期试验对象。
3.2　光照强度对李氏禾生长的影响　光照强度对植物细胞
的增长和分化 、体积的增长和重量的增加有重要影响 ,在一
定范围内光合作用速率与光照强度呈正比 ,但达到一定强
度 ,若继续增加光强 ,光合作用速率不但不会增加 ,反而会下
降 [ 1] 。该试验时间为盛夏 ,光照强度较高 ,在透光率为 50%
和 100%的光照强度(5 000 ～10 000 lx)下 ,李氏禾出现 “光饱
和 ”甚至 “光抑制 ”现象 ,叶片生长缓慢或停滞。
3.3　温度对李氏禾生长的影响　任何一种生物 ,其生命活
动中每一生理生化过程都有酶系统的参与。然而 ,每一种酶
的活性都有它的最高温度 、最低温度和最适温度。在 15 ℃
条件下 ,李氏禾生长速度极为缓慢;在 25 ℃条件下 ,李氏禾
叶片显绿色 ,分蘖数多 ,分蘖后的新植株生长速度很快 ,为生
长的最适温度。这一研究结果与学者们对藻类的研究结果
基本一致 [ 13-14] 。
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(上接第 16764页)
作为氮源。研究表明 ,小球藻的优化培养基配方为:Na2CO3
0.02 g/L, NaNO3 2.0 g/L, KH2PO4 0.02 g/L, MgSO4 0.1 g/L,
尿素量为 0.8 g/L,接种量为 25%左右 ,环境条件为 pH
值 6.0。
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