CN102217470A - 一种采用驯化植物种子提高高羊茅耐受重金属的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用驯化植物种子提高高羊茅耐受重金属的方法。其中将驯化的高羊茅种子以130g/m²播种到土壤中；培养温度为15-25℃，相对湿度40％-60％，出苗20天后刈割，留茬高度为2cm；在5天后开始浇灌含有Cd²⁺、Cr⁶⁺、Cu²⁺、Pb²⁺4种重金属的溶液，使土壤中4种重金属离子胁迫浓度分别达到30，600，600，600mg/kg；刈割后的第25天收获植物，测定Cd²⁺、Cr⁶⁺、Cu²⁺、Pb²⁺重金属离子溶液浓度变化。实验表明：驯化高羊茅在重金属胁迫下表现出较好的生长量；并对重金属有较好的富集性能，尤其对Cd、Pb有较好的富集性能。可见，通过本方法驯化的高羊茅能使的富集和耐受重金属能力得到加强，具有重要的实践价值。

Description

一种采用驯化植物种子提高高羊茅耐受重金属的方法

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，涉及城市生活垃圾堆肥的合理、安全使用方法。更具体的说是采用驯化植物种子提高高羊茅耐受重金属的方法。

背景技术

土壤重金属污染是当今面临的目益严重和有待解决的重要环境问题。植物修复技术的发现和利用，为土壤修复开辟了新的途径。

近年来，国内外对重金属污染进行植物修复的研究较多，也取得了很大的成果Saifullah(2009)在文章中总结植物提取的成功与否取决于生物量大小，植物中重金属浓度大小以及根中重金属可利用部分多少。一些重金属的生物有效性都比较，即使是高生物有效性金属，一般植物也不能大量的吸收提取，而后来发现的一些超积累植物大都也是低生物量，生长缓慢的植物。有研究表明，向土壤中施加螯合剂(如EDTA、DTPA、EGTA、柠檬酸等)能够活化土壤中的重金属，提高重金属的生物有效性，促进植物吸收。多立安等人(2005)利用EDTA作为螯合剂研究了高羊茅和黑麦草对生活垃圾堆肥中重金属的富集情况，结果表明EDTA能显著增加两种草对重金属的富集。

草坪是指草本植物经人工建植和天然草地经人工改造形成后的具有美观与观赏效果，并能供人休闲、娱乐和适度体育运动的坪状草地。施肥处理是草坪养护管理体系中最重要的管理手段之一，为了及时补充草坪土壤中养分供应的不足，常常以施肥来使草坪质量保持在一个较高的水平。但城市土壤重金属含量较高，对人工草坪植物危害较大，因此，驯化能富集和耐受重金属的草坪植物的研发具有重要的实践价值。植物引种驯化活动推动了人类历史的发展，并将继续作为丰富植物品种多样性的一个有效途径。

1997-1999年，施建军等选取21份禾本科牧草在果洛州达日县引种栽培，筛选出15种适宜栽培品种。刘洪展等以抗性玉米品种农大108为材料，研究了用20％和70％海水分别驯化的萌发种子和萌发期幼苗在生长后期50％海水胁迫过程中某些生理指标的变化，结果表明在不同发育阶段采取合理的驯化方式可以提高植物生长过程中对海水胁迫的适应能力。

植物引种驯化活动推动了人类历史的发展，并将继续作为丰富植物品种多样性的一个有效途径。1997-1999年，施建军等选取21份禾本科牧草在果洛州达日县引种栽培，筛选出15种适宜栽培品种。刘洪展等以抗性玉米品种农大108为材料，研究了用20％和70％海水分别驯化的萌发种子和萌发期幼苗在生长后期50％海水胁迫过程中某些生理指标的变化，结果表明在不同发育阶段采取合理的驯化方式可以提高植物生长过程中对海水胁迫的适应能力。

目前，草坪植物抗旱品种的引种与驯化越来越受到人们的重视；而其他方面未引起重视。特别是生活垃圾堆肥含具有多种高含量的重金属的特性，因此，利用其作为草坪培养的基质环境来驯化富集和耐受重金属的草坪植物品种的工作尚未见有文献报道。

发明内容

本发明将多年在高渗透压堆肥基质条件下生长驯化的高羊茅种子，与未驯化的同品种高羊茅种子进行研制，通过研究重金属胁迫下驯化高羊茅的生理生态响应特征，为提高高羊茅耐受重金属的能力及应用提供依据。为达到上述目的，本发明提供如下的技术方案：

一种采用驯化植物种子提高高羊茅耐受重金属的方法，其特征在于：

(1)生活垃圾堆肥基质高羊茅的驯化过程：生活垃圾堆肥基质平铺于实验地上，再通过镇压使堆肥变的紧实平坦，堆肥基质平均厚度为20cm，播种方式为春播，肥基质高羊茅驯化各年份的水仅靠天然降水，高羊茅经4驯化年后，收获其种子；

(2)将驯化的高羊茅种子以130g/m²播种到土壤中；培养温度为15-25℃，相对湿度40％-60％，出苗20天后刈割，留茬高度为2cm；

(3)在5天后开始浇灌含有Cd²⁺、Cr⁶⁺、Cu²⁺、Pb²⁺4种重金属的溶液，使土壤中4种重金属离子胁迫浓度分别达到30，600，600，600mg/kg；

(4)刈割后的第25天收获植物，测定Cd²⁺、Cr⁶⁺、Cu²⁺、Pb²⁺重金属离子溶液浓度变化。

本发明所述的方法，其中的重金属溶液为CdCl₂·5/2H₂O、K₂Cr₂O₇、CuCl₂·2H₂O和Pb(NO₃)₂水溶液。

本发明的具体实验方法：

1材料与方法

1.1实验地概况与实验设计及高羊茅的驯化

生活垃圾堆肥来自天津市小淀堆肥厂，基本理化性质为：pH 7.62，饱和含水量0.76ml/g，容重0.85g/ml，全氮5.18％，有效磷77.92mg/kg，有机质12.12％。草坪植物选用高羊茅(Festuca arundinacea L)。

生活垃圾堆肥基质高羊茅的驯化过程：实验地设在天津师范大学北院，地理位置为北纬39°13′、东经117°2′，属暖温带半湿润季风型气候。年平均气温12.3℃，平均降水量550～680mm。试验地面积为10×22m²，充分整地后，将总重为50t的生活垃圾堆肥平铺于实验地上，再通过镇压使堆肥变的紧实平坦，堆肥基质平均厚度为20cm。播种方式为春播，种子在适量灌水条件下萌发，一周后开始出苗，至40d后出苗基本稳定。指标测定从建植开始，观测各单播及混播草坪植物的出苗日期；出苗稳定后，并定期测垂直株高和生物量。每年早春观测各处理及对照小区草坪植物开始返青日期，返青后定期测定各小区草坪植物盖度、株高及生物量。高羊茅(Festuca arundinacea L)于2004年建植，经驯化4年后收获其种子。

栽培实验方法为：土壤选粒径大小均匀的细壤土，在80℃条件下烘干至恒重，塑料容器培养，驯化高羊茅播种量为130g/m²；以未驯化的高羊茅为度对照，三次重复。

Cd²⁺、Cr⁶⁺、Cu²⁺、Pb²⁺所用试剂分别为CdCl₂·5/2H₂O、K₂Cr₂O₇、CuCl₂·2H₂O、Pb(NO₃)₂，4种重金属离子溶液胁迫浓度分别30，600，600，600mg/Kg。

1.2植物培养与重金属胁迫

培养温度为15-25℃，相对湿度40％-60％，出苗20天后刈割，留茬高度为2cm；Cd²⁺、Cr⁶⁺、Cu²⁺、Pb²⁺4种重金属在5天后开始浇灌其溶液，分三次浇完成，每隔5天浇一次重金属溶液；其中土壤中4种重金属离子溶液胁迫浓度分别达到30，600，600，600mg/kg。刈割后的第25天收获植物。

1.3指标的测量

株高测定：每个培养皿随机选定10株进行株高测定，取其平均株高为该培养皿的株高。根长测定：将基质连同根系放入水盆中洗去细砂，每培养皿随机选取10株，每株的根长以最长须根为准，取10株的平均根长为该培养皿的根长。生物量测定：将各培养皿植株收获后，将植株分为地上部分和地下部分，置于干燥箱中，105℃条件下烘干1h杀青，再在80℃条件下烘干约8h至恒重，然后称其干重。

重金属含量测定：准确称量每株植株地上部分，地下部分样品各三份，每份各0.2g，采用HNO₃湿法并用微波快速消解系统WX-4000进行消化。先将样品放入标准罐中，加入4mL HNO₃，控制罐中加入5mL HNO₃，调整消解条件，采用分布消化过程，第一步压强为15atm，温度为150℃，时间4min，第二步压强为20atm，温度为180℃，时间4min，最后消化液用1％的HNO₃溶解、定容到25mL的容量瓶中，采用TAS-990原子吸收分光光度计测定其中各种重金属的含量。

2研制结果分析

2.1重金属胁迫对高羊茅株高和生物量的影响

从1可以看出，驯化高羊茅的株高都明显高于未驯化高羊茅。驯化高羊茅和对照相比，且达到显著水平。

表1 不同重金属胁迫对高羊茅植株高度的影响

从2可以看出，驯化高羊茅的地上和地下生物量都明显高于未驯化高羊茅。表明驯化高羊茅在重金属胁迫下有较好的耐受性。

表2 不同重金属对高羊茅生物量的影响

^*P＜0.05，^**P＜0.01

2.2不同重金属胁迫后植物体内富集重金属的浓度

从3可以看出，驯化高羊茅的Cd、Pb的浓度要明显高于未驯化高羊茅。表明驯化高羊茅对二重金属有较好的富集性能。

表3 不同重金属胁迫后植物体内富集重金属的浓度

2.3不同重金属胁迫后植物富集重金属的含量

从4可以看出，驯化高羊茅的Cd、Pb的含量要明显高于未驯化高羊茅。同样也表明驯化高羊茅对二重金属有较好的富集性能。

表4不同重金属胁迫后植物富集重金属的含量

^*P＜0.05，^**P＜0.01

3研制结论

驯化高羊茅在重金属胁迫下表现出较好的生长量；并对重金属有较好的富集性能，尤其对Cd、Pb有较好的富集性能。可见，通过本方法驯化的高羊茅能使的富集和耐受重金属能力得到加强，具有重要的实践价值。

具体实施方式

为了更充分的解释本发明的实施，提供下述制备方法实施实例。这些实施实例仅仅是解释、而不是限制本发明的范围。

实施例1

(1)生活垃圾堆肥基质高羊茅的驯化过程：生活垃圾堆肥基质平铺于实验地上，再通过镇压使堆肥变的紧实平坦，堆肥基质平均厚度为20cm。播种方式为春播，肥基质高羊茅驯化各年份的水仅靠天然降水，高羊茅经4驯化年后，收获其种子；

(2)将驯化的高羊茅种子以130g/m²播种；培养温度为25℃，相对湿度40％，出苗20天后刈割，留茬高度为2cm；在5天后开始浇灌含有Cd²⁺、Cr⁶⁺、Cu²⁺、Pb²⁺ 4种重金属溶液，分三次浇完成，每隔5天浇一次重金属溶液；使土壤中4种重金属离子溶液胁迫浓度分别达到30，600，600，600mg/kg。(重金属溶液为CdCl₂·5/2H₂O、K₂Cr₂O₇、CuCl₂·2H₂O和Pb(NO₃)₂水溶液)；刈割后的第25天收获植物，测定Cd²⁺、Cr⁶⁺、Cu²⁺、Pb²⁺重金属离子溶液浓度。结果：驯化高羊茅在重金属胁迫下表现出较好的生长量；并对重金属有较好的富集性能。

实施例2

(1)生活垃圾堆肥基质高羊茅的驯化过程：生活垃圾堆肥基质平铺于实验地上，再通过镇压使堆肥变的紧实平坦，堆肥基质平均厚度为20cm。播种方式为春播，肥基质高羊茅驯化各年份的水仅靠天然降水，高羊茅经4驯化年后，收获其种子；

(2)将驯化的高羊茅种子以130g/m²播种；培养温度为25℃，相对湿度40％，出苗20天后刈割，留茬高度为2cm；在5天后开始浇灌含有Cd²⁺、Cr⁶⁺、Cu²⁺、Pb²⁺ 4种重金属溶液，分三次浇完成，每隔5天浇一次重金属溶液；使土壤中4种重金属离子溶液胁迫浓度分别达到30，600，600，600mg/kg。(重金属溶液为CdCl₂·5/2H₂O、K₂Cr₂O₇、CuCl₂·2H₂O和Pb(NO₃)₂水溶液)；刈割后的第25天收获植物，测定Cd²⁺、Cr⁶⁺、Cu²⁺、Pb²⁺重金属离子溶液浓度。结果：驯化高羊茅在重金属胁迫下表现出较好的生长量；并对重金属有较好的富集性能。

实施例3

(1)生活垃圾堆肥基质高羊茅的驯化过程：生活垃圾堆肥基质平铺于实验地上，再通过镇压使堆肥变的紧实平坦，堆肥基质平均厚度为20cm。播种方式为春播，肥基质高羊茅驯化各年份的水仅靠天然降水，高羊茅经4驯化年后，收获其种子；

(2)将驯化的高羊茅种子以130g/m²播种；培养温度为23℃，相对湿度40％，出苗20天后刈割，留茬高度为2cm；在5天后开始浇灌含有Cd²⁺、Cr⁶⁺、Cu²⁺、Pb²⁺ 4种重金属溶液，分三次浇完成，每隔5天浇一次重金属溶液；使土壤中4种重金属离子溶液胁迫浓度分别达到30，600，600，600mg/kg。(重金属溶液为CdCl₂·5/2H₂O、K₂Cr₂O₇、CuCl₂·2H₂O和Pb(NO₃)₂水溶液)；刈割后的第25天收获植物，测定Cd²⁺、Cr⁶⁺、Cu²⁺、Pb²⁺重金属离子溶液浓度。结果：驯化高羊茅在重金属胁迫下表现出较好的生长量；并对重金属有较好的富集性能。

实施例4

(1)生活垃圾堆肥基质高羊茅的驯化过程：生活垃圾堆肥基质平铺于实验地上，再通过镇压使堆肥变的紧实平坦，堆肥基质平均厚度为20cm，播种方式为春播，肥基质高羊茅驯化各年份的水仅靠天然降水，高羊茅经4驯化年后，收获其种子；

(2)将驯化的高羊茅种子以130g/m²播种到土壤中；培养温度为20℃，相对湿度60％，出苗20天后刈割，留茬高度为2cm；

(3)在5天后开始浇灌含有Cd²⁺、Cr⁶⁺、Cu²⁺、Pb²⁺4种重金属的溶液，使土壤中4种重金属离子胁迫浓度分别达到30，600，600，600mg/kg；

(4)刈割后的第25天收获植物，测定Cd²⁺、Cr⁶⁺、Cu²⁺、Pb²⁺重金属离子溶液浓度变化。结果：驯化高羊茅在重金属胁迫下表现出较好的生长量；并对重金属有较好的富集性能。

Claims (2)

1.一种采用驯化植物种子提高高羊茅耐受重金属的方法，其特征在于：

(1)生活垃圾堆肥基质高羊茅的驯化过程：生活垃圾堆肥基质平铺于实验地上，再通过镇压使堆肥变的紧实平坦，堆肥基质平均厚度为20cm，播种方式为春播，肥基质高羊茅驯化各年份的水仅靠天然降水，高羊茅经4驯化年后，收获其种子；

(2)将驯化的高羊茅种子以130g/m²播种到土壤中；培养温度为15-25℃，相对湿度40％-60％，出苗20天后刈割，留茬高度为2cm；

(3)在5天后开始浇灌含有Cd²⁺、Cr⁶⁺、Cu²⁺、Pb²⁺4种重金属的溶液，使土壤中4种重金属离子胁迫浓度分别达到30，600，600，600mg/kg；

(4)刈割后的第25天收获植物，测定Cd²⁺、Cr⁶⁺、Cu²⁺、Pb²⁺重金属离子溶液浓度变化。

2.权利要求1所述的方法，其中的重金属溶液为CdCl₂·5/2H₂O、K₂Cr₂O₇、CuCl₂·2H₂O和Pb(NO₃)₂水溶液。