CN103265358A - 污泥稀土混合浸种液提高盐胁迫高羊茅保护酶活性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种污泥稀土混合浸种液提高盐胁迫高羊茅保护酶活性的方法。所述的污泥稀土浸种液，它是由重量份数为1:1的污泥浸提液与稀土溶液组成；所述的污泥浸提液指的是污泥：蒸馏水的重量份数比为1:2混合后放置24h过滤，得到所需的污泥浸提液。稀土溶液指的是浓度为200-400mg.L-1的Ce(NO3)3·6H2O或La(NO3)3·6H2O水溶液。实验结果表明：混合浸种浸种能提高盐胁迫条件下高羊茅中SOD、POD、CAT三种酶的活性。
Description
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，涉及城市绿化，特别是污泥稀土混合浸种液提高盐胁迫高羊茅保护酶活性的方法。
背景技术
稀土所具有的高效、低成本、低毒等特点使之在农业生产中显示出广阔的应用前景。稀土作为适应逆境条件的一种新型物质，可能通过多种途径调节植物一系列生理生化过程。目前，稀土对生物影响的研究大多仍集中于作物增产、改善作物品质和提高作物抗逆性等方面。稀土并不是生命必需元素，但由于它在较低浓度的条件下对生物生长具有一定的促进作用，所以在农业、畜牧业和养殖业中作为一项增产措施而被广泛应用。稀土一方面能促进根系的生长，另一方面能促进不定根的发生，对细胞的分裂和根系的形成有极为重要的作用。它可以使植物叶绿素含量提高，叶色加深，可以使值物呼吸强度提高，从而加快物质转化和能量转化。可以促进林木种苗的生长，促进养分吸收及积累，因而可获得高质量的苗木并可提高出圃后的成活率。促进植物叶片及叶面积的增长，促进植物的分蘖与分枝。稀土对植物根瘤菌的生长具有促进效应，增强植物细胞质膜对电解质外渗的控制能力，从而可提高植物对不利生长环境抗性不同种类的作物对稀土的敏感度和需要量不同，同一种作物不同的生育阶段对稀土的敏感度和需求量也不同，营养生长期一般对稀土的反应敏感，喷施量则相应减少，生殖生长期对稀土的需求量较大，施用量则适当增加。
污泥是污水处理后的附属品，由于对污水排放要求的不断提高和污水处理量的增加，所以相应产生大量污水污泥。污水处理对防治污水灌溉后引起的污染问题起到了积极作用；但也存在一个潜在的问题，即产生的污泥的处置与处理问题。大量的污水污泥任意排放和堆放带来了不良后果：一是环境的污染；二是污水污泥中含有的多种营养物质得不到利用，造成资源浪费。污水污泥富含有机质和N、P、K等植物有用的营养来源。它能够替代肥料并且提高作物产量。 适量施用对植物的生长有较好的促进作用，促进经济效益，增加经济效益。据有关报道显示，我国大约有45%的污水污泥用作农业利用。污泥的主要特性是含水率高，有机物含量高， 污泥是由污水处理过程中得到的固体有机物质，并且可以特作为肥料通常与其他物质配合使用。
随着城市污水处理量与日俱增，污泥无害化处理与资源化利用成为当务之急。污泥经好氧发酵无害化处理后，作为基质替代物开展在基质生产上的应用，是一条经济可行的资源化途径。从实际应用效果来看，污泥发酵产物可改进基质理化性质，并具有保水性良好，养分释放缓释，符合作物生长需求规律的特点。
草坪植物正在一步一步地深入人们的生产和生活中，对我们大家的生存环境起着美化、保护和改善的良好作用。草坪在城市绿化中一个不可替代的作用是其覆盖功能。它不仅净化空气、吸滞尘土、杀菌防病，而具有很强的观赏性和娱乐性。绿色的草坪能减缓太阳的辐射，保护人们的视力，并能防止噪音、净化水源、保持水土、调节环境。此外，各种运动场草坪也是人类生活不可缺少的场地草坪。
全球约20%的耕地和几乎半数的可灌溉土地受到盐渍化的影响，据估计，全球的盐碱地正以每年1×106-1.5×106hm2的速度增加。中国的盐渍化和次生盐渍化土地也有4000万hm2以上，盐渍化严重地影响了土壤潜力的充分发挥和农业生产的发展，并随着生态环境的恶化和不合理地开发利用，仍在进一步扩大。
土壤盐碱问题影响着农业生产和生态环境。因此，研究植物的耐盐机制及寻找提高其耐盐性的有效方法，能在理论和实践上都有重要意义。由于土壤盐碱问题，很多植物难以适应其生境条件，高浓度盐离子的摄入会对植物产生渗透胁迫、离子胁迫和氧化胁迫。所以在原植物区系中，具有城市绿化美化价值的树种资源相当贫乏，成为制约这些区域现代城市化生态绿化体系建设的瓶颈。随着社会的发展，搞好城市绿化，改善人居环境，促进城市可持续发展已成为当今城市发展的方向。
随着全国各地进行城市绿化，我国的草坪业蓬勃发展，防治水土流失，建植运动和休息娱乐场地等，对草坪的需求日益增大。但是在许多逆境条件下，草坪建植出现困难，草坪植物的生长受到抑制，草坪质量和功能受到影响，限制了草坪植物的进一步推广应用。以污泥与稀土混合浸种液对高羊茅种子做浸种处理，通过观察高羊茅的生长情况及测量抗逆生理指标，来探讨污泥与稀土混合液对盐胁迫下高羊茅的影响，为优化污泥稀土混合浸种液在草坪建植上的应用及提高其抗盐性提供技术支持。
发明内容
本发明公开了一种污泥稀土浸种液，其特征在于它是由重量份数为1:1的污泥浸提液与稀土溶液组成；其中所述的混合浸种液指的是污泥：蒸馏水的重量份数比为1:2混合后放置24h过滤，得到所需的污泥浸提液；稀土溶液指的是浓度为100-300 mg.L-1的Ce(NO3)3·6H2O或 La(NO3)3·6H2O溶液。
本发明所述的污泥稀土浸种液，其中Ce(NO3)3·6H2O稀土溶液的浓度为100-300 mg.L-1。La(NO3)3·6H2O稀土溶液的浓度为100-300 mg.L-1。
本发明进一步公开了污泥稀土浸种液在制备提高盐胁迫高羊茅保护酶活性方面的应用。其中所述的盐胁迫高羊茅保护酶活性指的是：盐胁迫条件下保护高羊茅SOD、POD、CAT三种酶活性。
本发明更进一步公开了采用污泥稀土混合浸种液提高盐胁迫高羊茅保护酶活性的的方法，其特征在于按如下的步骤进行：
（1）将取来的污泥，在自然条件下风干，用2-4 mm筛子筛去大块颗粒备用；
（2）然后将污泥于蒸馏水以重量份数为1:2装于容器中放置24h后，过滤，得到所需的污泥浸提液；其中污泥浸提液中含Cr: 0.5875μgl-1，Cu: 3.3μg.l-1，Pb: 26.6μg.l-1，Zn: 36.9μg.l-1，K: 1754.9μg.l-1，PH为6.5-6.7。
（3）分别用蒸馏水将Ce(NO3)3·6H2O、La(NO3)3·6H2O溶解，然后再分别制成浓度200-400 mg.L-1的稀土溶液备用；盐碱土取自河北省黄骅市海边，含盐量分别为0.5%，pH为7.84，容重为1.04（g/ml），电导率为1.49×103（μS/cm）；持水量为1.04（ml/g）；总孔隙度为64.52（%）；
（4）将上述污泥浸提液和不同浓度的稀土溶液以1:1的比例混合，得到污泥和稀土浸种液；
（5）取籽粒饱满、均匀的黑麦草与高羊茅种子，放于培养皿中，用上述不同处理的溶液浸种24 h，实验为3次重复。在培养皿中铺上100g盐碱土， 然后将0.4g浸种后的高羊茅种子播在其中，实验周期40d，培养期间实验室温度为24-30℃，相对湿度为45-56%。光照强度为460-720μmol.m-2·s-1；
（6）植物培养40 d后，将高羊茅齐根刈割，地上部分用蒸馏水冲洗干净，吸水纸吸干表面水份，放入烘箱中，在105℃下杀青1 h，80℃烘干至恒重，测量其地上部分干重，视为生物量。
本发明更加详细的制备方法及试验情况如下：
1研制材料与方法
1.1实验材料
本实验所用污泥取自天津市纪庄子污水处理厂，选用我国北方常见的草坪植物高羊茅（Festuca arundinacea L.）。稀土元素为铈和镧，采用天津市凯通化学试剂有限公司生产的硝酸铈，其分子式为：Ce(NO3)3·6H2O和天津市津科精细化工研究所生产的硝酸镧，其分子式为：La(NO3)3·6H2O。
盐碱土取自河北省黄骅市海边，含盐量分别为0.5%，pH为7.84，容重为1.04（g/ml），电导率为1.49×103（μS/cm）；持水量为1.04（ml/g）；总孔隙度为64.52（%）。
取来的污泥，在自然条件下风干的污，用2 mm筛子筛去大块颗粒。 然后以污泥：蒸馏水=1:2。装于锥形瓶中放置24 h后 ，然后过滤，得到所需的污泥浸提液。用蒸馏水将Ce(NO3)3·6H2O和La(NO3)3·6H2O溶解后，然后将上述污泥浸提液和不同浓度的稀土溶液以1:1的比例混合得到污泥和稀土浸种液。
1.2实验设计
实验共设8个处理，分别为纯蒸馏水、纯污泥浸提液、200 mg.L-1铈 +污泥浸提液、300 mg.L-1铈 +污泥浸提液、400 mg.L-1铈 +污泥浸提液，200 mg.L-1镧 +污泥浸提液、300 mg. L-1镧 +污泥浸提液、400 mg.L-1镧 +污泥浸提液，以蒸馏水为对照（CK）。取籽粒饱满、均匀的黑麦草与高羊茅种子，放于培养皿中，用上述不同处理的溶液浸种24 h，实验为3次重复。在直径为9cm的培养皿中铺上100g盐碱土， 然后将0.4g浸种后的高羊茅种子播在其中，实验周期40d，培养期间实验室温度为24~30℃，相对湿度为45~56%。光照强度为460~720μmol.m-2·s-1。
1.3指标测定
1.3.1株高和生物量的测定
植物培养40 d后，将高羊茅齐根刈割，地上部分用蒸馏水冲洗干净，吸水纸吸干表面水份，放入烘箱中，在105℃下杀青1 h，80℃烘干至恒重，测量其地上部分干重，视为生物量。
1.3.2保护酶含量的测定
粗酶液提取：准确称取0.5 g样叶，用磷酸缓冲液（PBS，pH7.8）冰浴研磨提取，定容25 ml，取10 ml于离心管中，10000 r·min-1EPPENDOFF离心机离心20 min，上清液为粗酶提取液。
POD活性测定：采用愈创木酚法，取3ml反应混和液于比色皿中，对照以pH=7.8磷酸缓冲液代替，向比色皿中加0.1mL粗酶提取液，立开启秒表计时，于470nm下测量吸光值，每分钟读1次数，共读3次。以每分钟△A470变化0.01为一个过氧化物酶活性单位。反应混和液成分为50mL pH=6.0的磷酸缓冲液加28μL愈创木酚和19μL过氧化氢。
SOD活性测定：采用NBT法。3ml反应混和液包括：pH=7.8的磷酸缓冲液，0.1mMEDTA，13mM蛋氨酸，75μMNBT，2μM核黄素和0.1mL得酶提取液，不加酶液的为对照。在人工气候箱中照射15min，不加酶液和无光照的作为空白对照。然后迅速在560nm下测定吸光值。以抑制NBT光化还原的50%为一个酶活性单位。
CAT活性测定：采用紫外分光光度法。于试管中加入1.5mlpH=7.8磷酸缓冲液、1ml蒸馏水、0.2ml酶提取液，对照用缓冲液代替酶液。然后在测定管中加0.3ml浓度为0.1mol.L-1过氧化氢，同时立即计时，迅速在240nm下测量吸光值，每分钟读1次数。以每分钟△A240变化0. 1为一个过氧化氢酶活性单位。
1.3.3叶绿素含量的测定
叶绿素含量的测定采用丙酮-乙醇混合液法：准确称取0.1 g，剪碎，放入实验小黑盒中，加丙酮-乙醇（1:1）混合提取液10 mL，盖塞，在室温下暗处放置24 h，直到材料变白。然后在663 nm和645 nm波长下测定光密度。按照公式计算。
1.4数据处理
数据分析采用EXCEL和SPSS17.0分析软件进行处理。
2 研制结果与分析
2.1污泥与稀土浸种液浸种对盐胁迫下高羊茅生物量的影响
表1是盐胁迫对高羊茅生物量的影响。从表中可以看出，高羊茅的生物量与相比，有所增加，说明混合液能在一定程度上促进高羊茅的生长。从表1可以看出，污泥与稀土混合液浸种处理，高羊茅的地上生物量都比对照组的有所增加，说明混合液能够缓解盐胁迫对高羊茅的伤害，促进其生物量的增加，进而提高其抗逆性。在鲜重中，对于铈浸种来说，实验所设的浓度处理中，用量在200铈+污泥浸提液时效果较好，比对照组提高了54.51%。对于镧浸种来说，实验所设浓度处理效果中，都比对照有所提高，其中在400镧+污泥浸提液效果最佳，比对照组提高了35.76%。
表1 污泥与稀土混合液对盐胁迫下高羊茅地上生物量的影响
| 浓度（mg·L-1） | 鲜重（g/皿） | 干重（g/皿） | 干鲜比 |
| CK | 2.88±0.05b | 0.25±0.02b | 0.09±0.01a |
| 纯污泥浸提液 | 3.20±0.14b | 0.28±0.02ab | 0.09±0.01a |
| 200铈+污泥浸提液 | 4.45±0.18a | 0.37±0.03a | 0.08±0.00a |
| 300铈+污泥浸提液 | 4.34±0.27a | 0.31±0.03ab | 0.07±0.01a |
| 400铈+污泥浸提液 | 4.42±0.29a | 0.33±0.02ab | 0.07±0.01a |
| CK | 2.88±0.05c | 0.25±0.02b | 0.09±0.01ab |
| 纯污泥浸提液 | 3.20±0.14bc | 0.28±0.02ab | 0.09±0.01ab |
| 200镧+污泥浸提液 | 3.66±0.25ab | 0.27±0.03ab | 0.07±0.01b |
| 300镧+污泥浸提液 | 3.48±0.15abc | 0.34±0.02a | 0.10±0.01a |
| 400镧+污泥浸提液 | 3.91±0.33a | 0.33±0.03ab | 0.08±0.00ab |
2.2盐胁迫对污泥与稀土浸种液浸种的高羊茅保护酶活性的影响
如表2所示，污泥与稀土浸种液浸种处理SOD、POD、CAT活性均有不同程度的升高，3种酶活性随稀土浓度的升高呈现先增加后降低的趋势。其中SOD在逆境中活性增强或维持较高的水平，有助于清除氧自由基使之保持较低的水平，维持细胞膜的稳定性和完整性，提高植物的抗逆性。300铈+污泥浸提液浸种的高羊茅的SOD的活性达到最高，达到显著水平（P<0.05），高出对照的42.04%。对于POD的活性来说，200镧+污泥浸提液浸种的高羊茅的POD的活性达到最高，达到显著水平（P<0.05），比对照高出12.93%。至于CAT活性，300铈+污泥浸提液浸种的高羊茅的CAT的活性达到最高，达到显著水平（P<0.05），高出对照的22.76%。
表2 污泥与稀土混合液对盐胁迫下高羊茅保护酶活性的影响
2.3污泥与稀土浸种液浸种对盐胁迫下高羊茅叶绿素含量的影响
叶绿素含量是衡量叶片衰老程度和植物光合器官生理状况的重要指标，在一定程度上反映了植物光合作用强度的高低。由表3可知，各污泥与稀土浸种液浸种处理高羊茅叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量均上升，在300铈+污泥浸提液和400镧+污泥浸提液处理下叶绿含量为最高，说明污泥与稀土浸种液浸种处理，能提高高羊茅的叶绿素含量，促进其进行光合作用，积累光合产物。
表3 污泥与稀土混合液对盐胁迫下高羊茅叶绿素含量的影响（mg·g-1FW）
3研制结论
本研究表明，在鲜重中，对于铈浸种来说，实验所设的浓度处理中，用量在200铈+污泥浸提液时效果较好，比对照组提高了54.51%。对于镧浸种来说，实验所设浓度处理效果中，都比对照有所提高，其中在400镧+污泥浸提液效果最佳，比对照组提高了35.76%。盐胁迫提高了高羊茅中SOD、POD和CAT活性，混合浸种浸种能保护盐胁迫条件下高羊茅中SOD、POD、CAT三种酶的活性。300铈+污泥浸提液浸种的高羊茅的SOD的活性达到最高，达到显著水平（P<0.05），高出对照的42.04%。对于POD的活性来说，200镧+污泥浸提液浸种的高羊茅的POD的活性达到最高，达到显著水平（P<0.05），比对照高出12.93%。至于CAT活性，300铈+污泥浸提液浸种的高羊茅的CAT的活性达到最高，达到显著水平（P<0.05），高出对照的22.76%。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，下述各实施例仅用于说明本发明而并非对本发明的限制。
实施例1
一种污泥稀土浸种液，它是由重量份数为1:1的污泥浸提液与稀土溶液组成；其中所述的污泥浸提液指的是污泥：蒸馏水的重量份数比为1:2混合后放置24h过滤，得到所需的污泥浸提液；稀土溶液指的是Ce(NO3)3·6H2O或 La(NO3)3·6H2O水溶液。
其中Ce(NO3)3·6H2O稀土溶液的浓度为200、300、400 mg.L-1。
La(NO3)3·6H2O稀土溶液的浓度为200、300、400 mg.L-1。
本实验所用污泥取自天津市纪庄子污水处理厂，选用我国北方常见的草坪植物高羊茅（Festuca arundinacea L.）。稀土元素为铈和镧，采用天津市凯通化学试剂有限公司生产的硝酸铈，其分子式为：Ce(NO3)3·6H2O和天津市津科精细化工研究所生产的硝酸镧，其分子式为：La(NO3)3·6H2O。
盐碱土取自河北省黄骅市海边，含盐量分别为0.5%，pH为7.84，容重为1.04（g/ml），电导率为1.49×103（μS/cm）；持水量为1.04（ml/g）；总孔隙度为64.52（%）。
取来的污泥，在自然条件下风干的污，用2 mm筛子筛去大块颗粒。 然后以污泥：蒸馏水=1:2。装于锥形瓶中放置24 h后 ，然后过滤，得到所需的污泥浸提液。用蒸馏水将Ce(NO3)3·6H2O和La(NO3)3·6H2O溶解后，然后将上述污泥浸提液和不同浓度的稀土溶液以1:1的比例混合得到污泥和稀土浸种液。
方法：
（1）将取来的污泥，在自然条件下风干，用2 mm筛子筛去大块颗粒备用；
（2）然后将污泥于蒸馏水以重量份数为1:2装于容器中放置24h后，过滤，得到所需的污泥浸提液；
（3）分别用蒸馏水将Ce(NO3)3·6H2O、La(NO3)3·6H2O溶解，然后再分别制成浓度200-300 mg.L-1的稀土溶液备用；
（4）将上述污泥浸提液和不同浓度的稀土溶液以1:1的比例混合，得到污泥和稀土浸种液；
（5）取籽粒饱满、均匀的黑麦草与高羊茅种子，放于培养皿中，用上述不同处理的溶液浸种24 h，实验为3次重复。在直径为9cm的培养皿中铺上100g盐碱土， 然后将0.4g浸种后的高羊茅种子播在其中，实验周期40d，培养期间实验室温度为25℃，相对湿度为45%。光照强度为460μmol.m-2·s-1。
（6）植物培养40 d后，将高羊茅齐根刈割，地上部分用蒸馏水冲洗干净，吸水纸吸干表面水份，放入烘箱中，在105℃下杀青1 h，80℃烘干至恒重，测量其地上部分干重，视为生物量。
Claims (6)
1.一种污泥稀土浸种液，其特征在于它是由重量份数为1:1的污泥浸提液与稀土溶液组成；其中所述的污泥浸提液指的是污泥：蒸馏水的重量份数比为1:2混合后放置24h过滤，得到所需的污泥浸提液；稀土溶液指的是Ce(NO3)3·6H2O或 La(NO3)3·6H2O水溶液。
2.权利要求1所述的污泥稀土浸种液，其中Ce(NO3)3·6H2O稀土溶液的浓度为200-400 mg.L-1。
3.权利要求1所述的污泥稀土浸种液，其中La(NO3)3·6H2O稀土溶液的浓度为200-400 mg.L-1。
4.权利要求1所述污泥稀土浸种液在制备在制备提高盐胁迫高羊茅保护酶活性方面的应用。
5.权利要求4所述的应用，其中盐胁迫高羊茅保护酶活性指的是：盐胁迫条件下保护高羊茅SOD、POD、CAT三种酶活性。
6.一种污泥稀土混合浸种液提高盐胁迫高羊茅保护酶活性的的方法，其特征在于按如下的步骤进行：
（1）将取来的污泥，在自然条件下风干，用2-4 mm筛子筛去大块颗粒备用；
（2）然后将污泥于蒸馏水以重量份数为1:2装于容器中放置24h后，过滤，得到所需的污泥浸提液；
（3）分别用蒸馏水将Ce(NO3)3·6H2O、La(NO3)3·6H2O溶解，然后再分别制成浓度200-400 mg.L-1的稀土溶液备用；
（4）将上述污泥浸提液和不同浓度的稀土溶液以1:1的比例混合，得到污泥和稀土浸种液；
（5）取籽粒饱满、均匀高羊茅种子，放于培养皿中，用上述不同处理的溶液浸种24 h，在培养皿中铺上100g盐碱土，然后将0.4g浸种后的高羊茅种子播在其中，实验周期40d，培养期间实验室温度为24~30℃，相对湿度为45~56%；光照强度为460~720μmol.m-2·s-1；
（6）植物培养40 d后，将高羊茅齐根刈割，地上部分用蒸馏水冲洗干净，吸水纸吸干表面水份，放入烘箱中，在105℃下杀青1 h，80℃烘干至恒重，测量其地上部分干重，视为生物量。
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2013
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Also Published As
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