全 文 ：简 手压 第 4 7 卷 第 1 3 期 2 0 0 2 年 7 月 科 考 五 叙
东南景天 (eS du m a lfr e id i H )— 一种新的锌超积累植物杨 肖峨① 龙新宪① 倪吾钟① 傅承新②
(①浙江大学环境与资源科学学院农业化学研究所 , 杭州 31 0 0 29 ; ②浙江大学华家池校区生命科学学院, 杭州 31 0 29 .
E
一
m a i l : x e y a n g @ jz u 沼d u · e n )
摘要 通过野外调查和温室试验 , 发现并鉴定出东南景天 (se du m a fer id i H )是一种新的锌超积累植物
.
调查结果发现 , 东南景天对土壤 中高含量的锌有很强的忍耐 、 吸收和积累能力 , 地上部 Z n 含量为
41 34 ~5 0 0 m g瓜 g , 平均为 45 巧 m g瓜9 . 营养液培养实验证明 , 东南景天对生长介质中的 z n 有很强的忍
耐能力 , 当生长介质中 z n 浓度高达 2 4 0 m g/ L 时, 植株仍生长正常 , 其生物量与对照相比无显著差异 .
地上部 z n 含量及其积累量均随生长介质中 Z n 浓度的增加而增加 , 当生长介质中 Z n 浓度为 80 m g几 时 ,
地上部 Z n 含量和积累量达到最高值 , 分别为 19 . 6 74 9爪 g , 19 . 83 m gl 株 . 结果表明, 东南景天是我国发现
的一种新的 Z n 超积累植物 , 为今后探明植物超积累 Z n 的机理和 Z n 污染土壤的植物修复提供了一种新
的种质资源 .
关键词 东南景天 锌 超积累
植物修复 (p h y t o r e m e d i a ti o n )是近年来 国际上 兴
起的一种治理重金属污染土壤的新技术 . 其基本思
路是将自然生长或遗传培育的超积累植物种植于污
染土壤上 , 吸收重金属 , 从而降低土壤重金属含量 ,
达到治理的目的1[] . 该技术具有高效低耗 、 保持水土 、
美化环境等优点 , 已经成为国际学术界的研究热点 ,
并得到了一些政府和企业的高度重视 ,
植物修复技术是基于超积累植物 (h y pe r ac cu m ul a -
to r) 的研究而兴起的2[] . 目前已经发现的超积累植物
约 4 0 0 种 , 广泛分布于植物界的 45 个科 , 但绝大多数
属于镍超积累植物 (3 18 种 ) , 已报道的 z n 超积累植物
只有 18 种 3[] , 如十字花科遏蓝菜属的遏蓝莱 ( hT al sP i
ca er “ le cs en s) 等 13间 . 近年来 , 各国科学家对开发利用
遏蓝菜修复 Z n , C d 污染土壤表现出浓厚的兴趣 17 一9] .
植物修复的效益主要取决于植物地上部金属含量和
生物量及植物生长速率 . 遗憾的是 , 目前已知的绝大
多数超积累植物生长慢 、 生物量小 , 且大多数为莲座
生长 , 很难进行机械收获作业 , 因此一些学者对植物
修复技术提出质疑 , 认为这些小型超积累植物不适
宜大面积污染土壤的修复 [` 。 ,川 . 鉴于上述现状 , 国内
外对调查 、 鉴定和发现生长速率相对较快 、 生物量较
大的超积累植物尤为关注 . 我 国有关科学家已开展
了重金属富集植物和植物修复领域的研究 〔’ 么 ` ’ ] . 然
而 , 迄今为止 , 关于我 国境内的重金属超积累植物资
源的调查 、 鉴定和研究报道甚少 , 已报道的超积累植
物仅有铜超积累植物一 ~海州香蕾 (lE s ho litz o sP len d en `
N ) [ , 4
, ` , ]和砷超积累植物— 娱蛤草沪 et r i; v i rat at L ) [’ 6 ],尚未见锌超积累植物的报道 . 因此 , 本文通过对我国
东部古老铅锌矿区主要耐性植物的调查 , 以期鉴别
出 目前我国原生的锌超积累生态型植物 .
1 材料与方法
( 1 ) 矿区概况 . 调查矿区位于浙江省衙州市 , 约
东经 1 180 56 ’ , 北纬 2 90 17 ’ , 属于亚热带湿润气候 ,
年均气温为 1 6 . 3~ 17 . 3℃ , 年均降雨量为 16 3 2 . 5 m .m
其矿体产于石炭系黄龙灰岩中 , 从层位光通性上看 ,
又主要产在白云质灰岩之上部 . 矿体形态以层状 、 似
层状为主 , 少数呈脉状或不规则状 , 矿层厚度一般为
2一3 m , 最厚可达 4科 . 5 m . 矿石的矿物组成以闪锌矿
为主 , 其次为方铅矿 , 再次为黄铁矿 .
( il ) 矿区植物及土壤中铅锌含量调查 . 根据所
调查的 Pbl Z n 矿的地形及植被分布特点 , 采集代表性
植物样品及对应的表层土壤样品 (深度为 O一巧 c m )供
植物分类鉴定和分析测定 . 该土壤为始成土 , 含有大
量未分化的矿渣 .
( in ) 营养液培养 . 采用营养液培养 , 营养液的
组成参照文 献 f 1 71 . 供试植物为东南 景天 ( S 。 d “ m
a lf) ℃ d i H ) , 取 自古老铅锌矿 . 将植株用 自来水冲洗
干净 , 把剪成大小一致的枝条于 2 0 0 0 年 4 月 9 日移
栽 , 预培养 l8 d( 长出比较旺盛的根系 )后进行 Z n 处
理 , 共设 9个处理 , Z n 的浓度分别为 0 . 0 3 (C K ) , 5 , 1 0 , 20 ,
4 0
,
8 0
,
16 0
,
2 4 0 和 3 2 0 m g zL , z n 以 z n s o 4 · 7 H 20 形
WW W
.
S C IC h l n日 . C 0 m 10 0 3

简 报 第 4 7 卷 第 1 3期 2 0 02 年 7 月 科 考 五 叙
表 2 锌处理对东南景天生长量和锌积累的影响
处理 m/ g · L 一 , 干重 g/
· 株一 ` 锌积累加 g · 株一 `
地上部分 根系
0
.
0 5 8
0
.
0 5 7
0
一
0 5 4
0
.
0 7 9
0
一
0 8 0
0
.
0 8 6
0
.
0 70
0
.
04 4
0
.
0 34
0
.
0 09 0
0
.
0 12 4
地上部分
0
.
6 2 9
0
.
6 5 2
0
.
6 54
0
.
8 9 2
0
.
8 9 3
0 9 9 、
0
.
7 27
0 6 2 7
0
.
5 4 3
0 14 6 ]
0
.
2 0 0 3
2
.
80
4
、
8 7
6
.
2 7
9
.
6 8
14
.
0 3
19
.
8 3
12
.
9 4
10 4 0
8
.
2 0
根系
0
.
0 3
0 0 9
0
.
12
0
t
2 7
0
.
3 9
0 6 7
0
.
5 7
0
.
5 1
0
、
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0 0 83
0 1 14
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4
.
0 2 1
5
.
5 10
2 5 0 00
15 0 0 0
10 0 0 0
5 0 0 0
对照 5 10 2 0 4 0 8 0 16 0 2 4 0 32 0
z n 处理 m/ g
·
L
一 l
图 2 东南景天地上部和根系 Z n 含量
量也达最高值 . 随着 Z n 浓度的进一步增加 , 其地上
部 Z n 含量又有所下降 . 在本研究中 , 东南景天地上
部 Z n 含量始终比根系高 , 这符合超积累植物积累金
属的一般特性 . 但随着处理水平的增加 , 地上部 z n
含量与根系 z n 含量的比值减小 , 从 6 . 4 减小到 l , 3 .
.2 4 东南景天对 z n 的积累和分布
东南景天地上部 Z n 积累的变化趋势与其 Z n 含量
变化的趋势一致 , 当 z n 浓度为 80 m g几 时 , 其地上部
z n 积累量达最高值 , 为 19 . 83 m g/ 株 ; 随着 z n 浓度的
进一步增加 , 其地上部 Z n 积累量又急剧下降(表 2) ,
根系 Z n 积累的变化趋势与地上部一样 , 当 Z n 浓度小
于 8 0 m g L/ 时 , 随着处理水平的增加 , 根系积累的 z n
迅速增加 , 各处理之间差异达显著水平 (表 2) . 锌在
东南景天地上部和根系的分布也存在显著差异 , 其
中整个植株吸收的 Z n 有 95 % 一9 %分布在地上部 , 说
明该植物根系吸收的 Z n 有很强的向地上部运输的能
力 . 随着处理水平的增加 , 分布在地上部的比例稍有
所下降 , 但处理间无显著性差异 .
3 讨论
B a k e : 和 B r o o k s I3 ]最初提出 z n 超积累植物的临
界标准为 1 0 0 0 m g/ gk (干重 ) , 但一些学者对此提 出
异议 , 认为这一标准太严格 , 因为在富含 Z n 土壤上
生长的大部分植物的地上部 Z n 含量为 50 、 50 m g / k g
(干重 ) , 故提出 30 0 0 m g /k g( 干重 )的标准更合理4I] , 当
某植物地上部 z n 含量达 3 00 m g/ kg 时 , 特别是它同
时能富集其他毒害金属 (如 C d 和 P b 等 ) , 则认为其具
有很强的植物修复能力 . 野外调查的结果表明 (表 1),
东南景天的地上部 z n 含量高达 5 0 0 m g瓜 g , 因此 ,
它是一种新的 Z n 超积累植物 . 而且 , 营养液培养试
验也证明 , 东南景天地上部 z n 含量高达 19 6 7 4 m g瓜 g,
进一步证实东南景天是一种很强的 Z n 超积 累植物 .
在废矿堆上或矿 山土壤上生长的植株体内 Z n含量之
所 以比水培条件下低 , 其原因可能在于废矿或矿 山
土壤中有效 Z n 含量低 , 从而限制了其吸收 Z n 的最大
潜力 的发挥
到目前为止 , 已经报道的 Z n 超积累植物有 18 种 ,
主要生长在富含 Z n/ P b 的土壤 , 它们主要分布在欧洲
和澳大利亚等 4[, 20] . 东南景天是在我国发现的一种新
的 z n 超积累植物 , 这不仅弥补了我国的空白 , 也为
进一步在我国寻找新的超积累植物资源提供了可能 ,
并为深人研究超积累植物吸收 、 积累重金属的生理机
制和评价其修复重金属污染土壤的潜力提供了新的
材料 .
如前所述 , 当溶液中 z n 浓度达 80 m g/ 以常用的
完全营养液的 Z n 浓度为 0 . 03 m g/ )L 时 , 东南景天的
生物量最大 , 地上部 Z n 含量和积累量最高 , 分别高
达 19 6 7 4 和 29 . 8 3 m g/ 株 . 当外界 z n 浓度为 2 4 0 m g l L
时 , 东南景天生长基本正常 , 未表现任何中毒症状 .
B or w n 等人阎研究发现 , 当营养液中 Z n 浓度为 2 06
m g几时 , 遏蓝菜 (hT l a 罕 1 e a e r u l e s e e n s )未表现任何 z n
甲罗二乏酬伽uz
W WW
.公C IO h恤n a . C 0 m 100 5
科 考 屯 叙 第 4 7 卷 第 1 5 期 2 0 0 2 年 7 月 简 宁反
中毒症状 . 这说明东南景天 比遏蓝菜有更强的耐高
z n 胁迫能力 . 遏蓝菜为莲座状生长 , 生长速率很慢 ,
生物量小 , 因此许多学者认为遏蓝菜不适宜严重 z n
污染土壤的修复 19 一 , `〕 . 东南景天无性繁殖 (以株芽为
主 )的速率很快 , 在较短的生长期 内即可形成良好的
地面覆盖 , 其盖度几乎可达 or o % (图 1) . 另一方面 ,
东南景天还具有适于刘割的特点 , 在其他环境条件
较为适宜时 , 一年内可刘割收获该植物地上部 3 或 4
茬 . 根据我们的调查结果估计 , 东南景天的单季干物
质产量高达 1 80 kg 爪m 2 . 而且 , 目前已发现 的超积
累植物主要分布在欧洲等地 (如法国 、 英国 ) , 适应低
温气候 , 如果把这些超积累植物直接引人我国 , 能否
适应我国的气候环境还是一个疑问 . 因此 , 东南景天
对 Z n 污染土壤的修复将具有很大的潜力 , 为我国植
物修复的理论研究和技术实施提供了一种很好的新
材料 .
1 15 1~ 1 15 7
8 B r o w n S L
,
C h a n e y R L
,
A n g l e J S
,
e t a l
.
Z in e a n d e a d m i u m
u P t a k e b y h y P e r a e e u m u l a t o r hT l
a sP f e a e r u l e s e e n s a n d m e t a l
t o l e r a n t S i l e n e v u lg a r i s g r o w n o n s lu d g e
一
a m e n d e d 50 115
.
E n v i r o n
S e i eT
e h n o l
,
19 9 5
,
29 : 1 5 8 1一 15 8 5
9 R o b in s o n B H
,
L e b l a n e M
,
P e t i t D
,
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.
T h e Po t e n t i a l o f hT l
a sP i
e a e r u l e s e e n s fo r P h y t o r e m e d ia t i o n o f e o n t a m i n a t e d 5 0 115
.
P l a n t
致谢 浙江省地质研 究所何汉泉先 生协助矿 区植物调查 ,
在此表示感谢 . 本工作为国家杰出青年科学基金资助项 目
(批准号 : 3 99 2 5 0 24 ) ·
参 考 文 献
S al t D E
,
B l a y l o c k M
,
K u m ar N P B A
,
e t a l
.
P h y t o r e m e di a t io n : A
n o v a l s t r a t e g y fo
r t h e r e m o v a l o f t o x i e m e t a l s fr o m t h e
e n v i r o n m e n t u s in g P l a n t s
.
B i o /eT
e h n o l o g y, 19 9 5
,
13 : 4 6 8礴7 4
C o n n i n g h a m S D
,
B e r t i W R
,
H u a n g J W P h y t
o r e m e d i a t i o n o f
e o n t a m in a t e d 5 0 115
.
B i o ZT e e h n o l o g y
,
19 9 5
,
1 3 : 3 9 3弓9 7
B a k e r A J M
,
B r o o k s R R
.
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r r e s t r i a l h i gh e r P l a n t s w h i e h
h y P e r a e e u m u l a t e m e t a l l i e e l e m e m t s
.
B io r e e o v e r y
,
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,
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R e e v e s R D
,
B a k e r A J M
,
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a e e u m u la t i n g P l a n t s
.
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,
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,
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P l a n t s t o C l e a n u P t h e E n v i r o n m e n t
.
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,
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,
2 0 0 0
.
19 3 ~ 2 3 0
B r o w n S L
,
C h a n e y R L
,
A n g l e J S
,
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.
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c a e r u l e s e e n s g r o w n i n
n u t r i e n t ` o l u t i o n
.
5 0 11 S e i S o e A m J
,
19 9 5
,
5 9: 12 5~ 13 3
B a k e r A J M
,
R e e v e s R D
,
H aj a r A 5 M
.
H e a v y m e t a l
a e e u m u l a t i o n a n d t o l e r a n e e i n B r i t i sh P o P u l a t i o n s o f th e
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.
N e w P h y t o l
,
19 94
,
12 7 : 6 1荀8
B r o w n S L
,
C h a n e y R L
,
A n g l e J 5
.
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.
P h y t o r e m e di a t i o n
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一 e o n t a m i n a t e d 50 11
.
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,
19 9 4
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2 3:
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,
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,
2 0 3 : 4 7 ~ 5 6
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,
K o e h i a n L V. oT
x i e i t y o f z i n e t o B r a s s i e a s P e e i e s :
I m P l i e a t i o n fo r P h y t o r e m e d i a t i o n
.
J E n v i r o n Q u a l
,
19 9 7
,
2 6 :
7 7 6 ~ 7 8 1
1 1 Eb b s S D
,
K o e h i a n L V P h y t o e x t r a e t i o n o f z i n e b y o a t (A
v e n a
s a t i v a )
,
b a r l e y (刀口 r J 亡u m v u lg a re ) , a n d I n d i a n m u s t a r d ( B ra s s i c a
j u n c e a )
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14 aY
n g X E
,
S h i W Y, F u Q X
,
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.
C o P P e r
一
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C h i n e s e n a t iv e P l a n t s : C h a r a e t e r i s t i e s an d Po s s ib le u s e fo r
P h y t o
一
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.
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,
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.
S u s t a i n a b l e A g r i e u l t u r e
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P u b l i s h e r s
,
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.
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C o川m e l i n a e o水m u n i s L : C o P P e r
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e t a l
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,
N o r v e l l W A
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D e v e l o P m e n t o f a D T PA
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.
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8 5~ 10 0
(2 0 0 2
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0 1
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0 7 收稿 , 2 0 0 2 一 0 5一 3一收修改稿 )
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