全 文 ：短毛蓼对 Cd的富集特性研究
邓 华 1, 2, 3 ,李明顺 1, 3＊ ,陈英旭 2 ,于方明 1, 3　(1.广西师范大学环境与资源学院 ,广西桂林 541004;2.浙江大学环境与资源学
院 ,浙江杭州 310029;3.广西环境工程与保护评价重点实验室 ,广西桂林 541004)
摘要　[目的 ]研究锰超富集植物短毛蓼(PolygonumpubescensBl.)对重金属镉的响应和富集特征。 [方法]采用Hoagland营养液为培养
基质 ,设定 8种镉处理浓度(0、25、50、100、200、500、800、1 000mg/L)。 [结果] 在较低镉处理浓度(25mg/L、50mg/L)下 ,短毛蓼的生物
量与对照相比差异不显著(P<0.05);在试验设定的各种镉处理水平下 ,短毛蓼根和地上部Cd含量均超过 100mg/kg, Cd富集系数均大
于 1;随着镉处理浓度的增加 ,短毛蓼体内的镉含量和镉富集量显著增加 ,镉处理浓度超过 50mg/L时 ,转运量系数大于 1。 [结论 ]短毛
蓼对镉具有较强的耐受性和富集能力 ,在镉污染土壤的植物修复中具有一定的应用潜力。
关键词　短毛蓼;镉;富集;植物修复
中图分类号　X171　　文献标识码　A　　文章编号　0517-6611(2010)10-05284-03
AccumulationCharacteristicsofCdinPolygonumpubescensBl.
DENGHuaetal　(SchoolofEnvironmentandResources, GuangxiNormalUniversity, Guilin, Guangxi541004)
Abstract　[ Objective] TheresearchaimedtostudytheresponseandaccumulationcharacteristicsofCdinPolygonumpubescensBl.[ Meth-
od] TakingHoaglandnutritionalsolutionastheculturesubstrate, eightkindsofCdconcentrations(0, 25, 50, 100, 200, 500, 800, 1 000
mg/L)weresetup.[ Result] UnderlowconcentrationsofCd(25and50mg/L), thebiomassofP.pubescenshadnosignificantdiference
withCK(P<0.05).UnderallthetestconcentrationsofCd, CdcontentintherootsandshootsofP.pubescensexceeded100mg/kgandthe
enrichmentcoeficientsofCdwereover1.WiththeincreasingofCdconcentration, CdcontentandCdaccumulationamountinP.pubescens
increasedsignificantly.WhenCdconcentrationexceeded50mg/L, translocationcapacitycoeficientwasgreaterthan1.[ Conclusion] Polyg-
onumpubescenshashightoleranceandaccumulationcapacityofCd, anditmayhassomepotentialonthephytoremediationofCd-contamina-
tedsoil.
Keywords　Polygonumpubescens;Cd;Accumulation;Phytoremediation
基金项目　国家自然科学基金资助项目(30560032);广西重点实验室
基金资助项目;广西师范大学青年基金资助项目。
作者简介　邓华(1977-), 女 ,湖南祁阳人 ,硕士 ,讲师 , 从事污染土壤
植物修复研究。
收稿日期　 2010-01-25
　　镉是一种毒性很大的重金属元素 ,其化合物也大都属毒
性物质 ,极微量的镉就可对人体造成伤害 [ 1-2] 。由于镉迁移
性强 ,极易被植物吸收并积累 ,土壤镉污染的治理一直倍受
人们的关注。植物修复技术因具有高效低耗 、保持水土 、美
化环境等特点而被称为 “绿色修复技术 ”,利用超富集植物对
受重金属污染的土壤进行植物修复是近年来环境科学的研
究热点之一。超富集植物的筛选是重金属污染土壤植物修
复的基础和核心问题 ,在已发现的近 500种超富集植物中 ,
镉超富集植物不足 10种 ,国外发现的有印度芥菜 Brasicaju-
nica[ 3]和遏蓝菜属 Thlaspicaenclescens[ 4] ,由于其生长具有很
强的地域性 ,很难大面积生长 ,国内发现的有油菜 、龙葵 、宝
山堇菜 、商陆 、叶用红菾菜 、水葱等 [ 5-10] ,这些植物大部分因
为生长缓慢 、植株矮小和地上部生物量小不适宜推广应用 ,
因此 Cd超富集植物的筛选仍是非常重要的基础工作。
短毛蓼(PolygonumpubescensBl.)是一种新发现的锰超
富集植物 [ 11] ,分布地域广 ,生长速度快 ,生物量较大 ,在 Mn、
Cd、Cr等浓度较大的锰矿区废弃土壤中仍能生长良好 ,生命
力强 ,而且可扦插成活 ,是一种较适宜的植物修复物种 ,因
此 ,笔者采用水培试验研究短毛蓼在不同浓度 Cd污染条件
下的生长状况以及对重金属 Cd的富集能力和耐性 ,旨在探
究短毛蓼用于修复重金属 Cd污染土壤的适宜性。
1　材料与方法
1.1　供试材料　从广西全州县某锰矿区采回短毛蓼幼苗 ,
用自来水冲洗干净后采用 Hoagland营养液进行预培养 ,长至
一定高度后截取上端 5 cm长左右的带叶枝条进行第 2次预
培养 ,待枝条长出比较旺盛的根系后作供试植物。
1.2　培养方法　选取大小基本一致 、长势良好的供试植物
幼苗移栽到装有 Hoagland营养液的培养盆中 ,每盆 3株 , 8 d
后加 Cd处理 ,设定 Cd浓度分别为 0(CK)、25、50、100、200、
500、800、1 000 mg/L8个处理 ,以 CdCl2的形态加入 ,每个处
理设 3个重复。培养期间每 4 d更换 1次营养液 ,用 0.1
mol/LNaOH或 0.1 mol/LHCl调节 pH值至 5.8左右 ,保持
24 h通气 ,连续培养 30 d后收获。
1.3　样品的处理和镉含量的测定　植株收获后用自来水洗
净 ,记录植物株高 、根长 ,然后将根浸入 20 mmol/LEDTA-Na
溶液中交换 15min,以去除根系表面吸附的金属离子 ,最后
再用去离子水冲洗 3次 ,用吸水纸吸干表面水分。将植物分
为根 、茎 、叶放至烘箱内 ,在 105 ℃下杀青 30 min,然后在 70
℃下烘 48 h,测定植物各部分干质量 ,最后用不锈钢粉碎机
磨细 ,过 60目尼龙网筛。植物样品采用微波消解法用 HNO3
+H2O2消解。重金属镉含量的测定采用火焰原子吸收分光
光度法(WFX-110型)。
1.4　数据分析　生物富集系数 [ 12] =地上部植物中元素质量
分数 /营养液中镉含量 。
转运量系数 [ 13] =(地上部植物中元素质量分数 ×地上
部生物量)/(地下部植物中元素质量分数 ×地下部生物量)。
试验数据采用 Excel和 SPSS软件进行分析处理。
2　结果与分析
2.1　不同镉浓度下短毛蓼的生长状况　从表观来看 ,不同
浓度的 Cd处理对短毛蓼的生长产生一定的影响 ,镉浓度为
200mg/L时 ,短毛蓼在加药后的第 25 d,叶片开始变黄 ,有明
显的中毒症状 ,其后变黄叶片数逐渐增多 ,但叶片不枯萎 ,茎
维持生长状态 ,整个过程新根长势良好;浓度为 500 mg/L
时 ,加药后的第 15 d叶片开始变黄 ,其后变黄叶片数逐渐增
责任编辑　高晓余　责任校对　张士敏安徽农业科学 , JournalofAnhuiAgri.Sci.2010, 38(10):5284-5286
多 ,叶片逐渐枯萎 ,茎仍能维持生长状态 ,根部前期长势良
好 ,后期只有少量新根产生;浓度为 800 mg/L时 ,加药后的
第 8d叶片开始变黄 ,其后变黄叶片数逐渐增多 ,叶片逐渐枯
萎 ,但茎仍能维持生长状态 ,加药前期根部依然可以长出少
量新根 ,后期不再长新根;在高浓度处理下(1 000 mg/L),加
药后的第 2 d短毛蓼叶片开始下垂 ,整个培养周期根部不再
长出新根 ,植株根系变黑 ,但茎仍能维持存活状态。这可能
是随着镉浓度的增加 ,其对短毛蓼毒害作用逐渐增强的
结果。
　　由表 1可知 ,随着培养液中镉浓度的增加 ,短毛蓼的株
表 1　不同镉处理对短毛蓼生长的影响
Table1　 InfluenceofdiferentCdtreatmentsonthegrowthofPolygonumpubescensBl.
处理∥mg/L
Treatment
株高∥cm
Plantheight
根长∥cm
Rootlength
地上部干重∥g
Dryweighofshoot
根系干重∥g
Dryweightofroot
总干重∥g
Totaldryweight
0 24.1a 66.7a 1.858 0a 0.282 9a 2.140 9a
25 23.2a 62.3a 1.665 3ab 0.264 5a 1.929 8ab
50 23.5a 57.1ab 1.535 2abc 0.253 5a 1.788 7abc
100 21.2ab 53.0b 1.299 8bcd 0.233 1a 1.532 9bc
200 18.7b 51.3b 1.254 3bcd 0.224 4a 1.478 7bc
500 16.3b 37.7c 1.117 2cd 0.220 0a 1.337 2c
800 15.3b 18.3d 1.059 8de 0.219 1a 1.278 9c
1 000 12.8c 15.8d 0.609 9e 0.077 8b 0.687 7d
　注:同列数据后不同小写字母表示各处理间差异性显著(α=0.05)。
　Note:Diferentsmalletersinthesamerowmeanssignificantdiferencefromothertreatmentsatthelevelof0.05.
高 、根长及生物量均呈下降趋势 ,但在较低浓度 (25、50
mg/L)下与对照相比差异均不显著(P>0.05),在较高浓度
下(100 mg/L以上)短毛蓼总干重明显减少 ,差异显著(P<
0.05),表明短毛蓼受 Cd毒害影响较明显。
2.2　不同镉浓度下短毛蓼对镉的富集特征　由图 1可见 ,
短毛蓼对镉的吸收能力较强 ,各处理水平下地上部(干重)镉
含量均超过了 100mg/kg,各处理之间的差异达显著或极显
著水平。随着镉供应水平的增加 ,短毛蓼根和地上部中的镉
含量逐渐增加 ,当培养液中镉浓度为 1 000mg/L时 ,地上部镉
含量高达 3 070.069mg/kg,根中镉含量高达 4 863.96mg/kg。
　　由表 2可知 ,随着镉处理浓度的增加 ,短毛蓼对镉的吸
收量呈现先增加后降低的趋势 ,当镉处理浓度为 800mg/L
图 1　营养液培养条件下短毛蓼体内的镉含量
Fig.1　CdconcentrationofPolygonumpubescensBl.innutrient
solution
表 2　不同 Cd处理下短毛蓼对镉的富集情况
Table2　CadmiumaccumulationofP.pubescensunderdiferentCdtreatments
处理∥mg/L
Treatment
Cd吸收量 Cdabsorption∥mg/株
地上部 Shoot 根 Root
富集系数 Enrichmentcoeficient
地上部Shoot 根Root
转运量系数
Translocationcapacitycoeficient
0 - - - - -
25 271.47 369.51 6.52 55.88 0.73
50 334.69 380.08 3.85 29.99 0.88
100 570.19 431.49 4.39 18.51 1.32
200 942.79 531.07 3.76 11.83 1.78
500 1 633.87 725.39 2.92 6.59 2.25
800 2 302.91 878.88 2.72 5.01 2.62
1 000 1 872.44 378.42 3.07 4.86 4.95
时 ,根和地上部的镉吸收量均达最大值 ,分别为 878.88
mg/株和 2 302.91mg/株 。在试验各处理水平下(CK除外)
短毛蓼根和地上部均表现出较强的镉富集能力 ,根对镉的富
集系数为 4.86～ 55.88,地上部富集系数为 2.72 ～ 6.52;随着
镉处理浓度的增加 ,根和地上部生物富集系数均呈下降趋
势 。从转运量系数来看 ,除对照外 ,各处理水平下转运量系
数为 0.73 ～ 4.95;当 Cd处理浓度大于 50 mg/kg时 ,转运量
系数超过 1。
3　小结与讨论
认定重金属超富集植物的标准 ,目前广泛采用的是 Bak-
er和 Brooks[ 14]提出的参考值 ,即植物叶片中重金属富集的临
界含量 Zn和 Mn为 10 000 mg/kg, Pb、Cu、Cr、Ni、Co及 As均
为 1 000mg/kg, Cd为 100 mg/kg。该研究结果表明 ,水培试
验中短毛蓼对镉表现出很强的富集能力 ,当培养液中加入镉
时 ,在试验设置的所有镉处理浓度下 ,短毛蓼茎 、叶中镉含量
均高于 100 mg/kg,当培养液中镉含量为 1 000mg/L时 ,叶中
镉含量达到 3 076.5 mg/kg;可见 ,短毛蓼对镉具有很强的富
集能力 ,是一种潜在的镉富集植物 。另一个评价超富集植物
的标准为富集系数(EnrichmentCoeficient, EC)大于 1[ 12] ,在
该试验各种镉处理浓度下短毛蓼的根和地上部 EC均达到了
528538卷 10期　　　　　　　　　　　　　　　　　　　邓华等　短毛蓼对 Cd的富集特性研究
这一标准 ,再次反映了短毛蓼对镉的强富集能力。
Baker和 Brooks[ 15]提出超富集植物还应满足转运系数
S/R>1的条件(S和 R分别指植物地上部和根部重金属的
含量),但这一指标并没有充分考虑到植物生物量的不足;聂
发辉 [ 13]在此基础上提出了转运量系数的概念 ,植物转运量
系数综合了植物生长量这个至关重要的因素 ,能够较好地反
映植物生长量和吸收量在地上和地下器官分布的规律 ,通过
此评价指标所得超富集植物均具有较好的修复效率 ,这样使
筛选出的超富集植物更具实际应用价值 。该试验中 ,植物转
运量系数在 0.73～ 4.95之间 ,镉处理浓度超过 50mg/L时转
运量系数超过 1,即植物体内吸收的 Cd主要富集于地上部。
地上部镉吸收量是评价短毛蓼修复重金属污染土壤潜
力的指标 [ 16] ,尽管短毛蓼地上部镉含量随着外源 Cd浓度的
增大而增加 ,但由于 Cd对短毛蓼的毒性也不断增加 ,导致其
生物量明显下降 ,短毛蓼地上部吸收量呈现先升后降的趋
势 ,当镉处理浓度为 800 mg/L时 ,镉吸收量达最大值
2 302.91 mg/株 。由于镉处理浓度超过 100 mg/L后短毛蓼
出现明显的中毒症状 ,生物量与对照相比也显著下降 ,因此
可取 100mg/L为短毛蓼的耐 Cd极限 ,此时短毛蓼地上部对
Cd的吸收量达到 570.19 mg/株。可见 ,短毛蓼是一种较好
的镉修复植物 ,加之其对锰的超富集特性 ,在植物修复中具
有很好的应用前景 ,可对之开展进一步的试验研究。
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