CN113248022A

CN113248022A - 一种利用植物激素2,4-ebl强化绿萝修复铜污染水体的方法

Info

Publication number: CN113248022A
Application number: CN202110585900.7A
Authority: CN
Inventors: 吴洁婷; 于畅; 邵谱蓉; 杨羽婷; 李思琦; 王伊凡; 杨雪洁; 王翔宇; 马溪平; 包红旭; 姜磊; 高添; 胡佳宁
Original assignee: Liaoning University
Current assignee: Liaoning University
Priority date: 2021-05-27
Filing date: 2021-05-27
Publication date: 2021-08-13

Abstract

本发明公开一种利用植物激素2,4‑EBL强化绿萝修复铜污染水体的方法，其操作步骤如下：1)在铜污染水体中种植绿萝，并施加0.01‑10μM植物激素2,4‑EBL，生长培养；2)将生长培养的绿萝从污染水体中移走，并通过反复种植，重复操作的手段，从而实现将水体中过量铜积累到绿萝的目的，最终使污染水体中铜含量达到国家水质标准要求。本发明通过施加植物激素2,4‑EBL强化绿萝修复铜污染，不仅能够促进绿萝生长，而且提高其累积重金属铜的能力使水质得到改善，有效地解决了以往在植物修复中出现的植物对重金属的吸收率低，水质净化效果甚微的问题。

Description

一种利用植物激素2,4-EBL强化绿萝修复铜污染水体的方法

技术领域

本发明涉及利用外源施加植物激素强化植物修复技术，具体涉及一种利用植物激素2,4-EBL强化绿萝修复铜污染水体的方法。

背景技术

随着现代工业的迅速发展，导致工业废水的排放总量越来越大，致使许多污染物排放到水中，尤其突出的是水体重金属污染。重金属是环境中典型的蓄积性污染物，难以降解，一旦重金属进入水体仅靠水体自净能力很难使水体恢复到原有的状态。此外，水生环境中的重金属易于迁移，因此很容易通过水生动物直接或间接地影响人类的自身健康。近年来，对我国近岸海域海水样品中重金属含量进行测定，发现Cu的超标率为25.9％。此外，对我国31个主要湖泊沉积物中重金属污染特征的研究表明，平均含量最高的重金属是Zn和Cu，分别为36.89mg/kg和99.52mg/kg。铜离子进入水体后不能被生物降解，只能发生迁移和形态转化。在水体处于酸性条件下，铜离子易溶于水，容易发生迁移，但在碱性条件下，铜离子会以沉淀或悬浮颗粒形式存在，影响其在水体中的迁移。当铜离子在水体中积累到一定程度会对水生生态系统造成严重损害，并可能通过食物链进入人体，威胁人体健康。

在重金属污染水体的治理技术中，物理化学修复技术主要是以膜分离技术法、离子交换法、电化学法、化学还原法和化学沉淀法等为主。这些方法虽然实施快捷、灵活性强、修复效率高但其工作量大、容易造成二次污染、成本量较高，不易于大规模应用。生物修复法主要包括植物、动物和微生物修复。其中，利用水生植物进行水体修复具有治理成本低、绿色环保和效率高等优点。植物修复法作为生物法处理重金属污染水体之一，它主要通过水生植物根滤、挥发、吸收和富集等作用去除污染水体中的重金属离子，或降低污染水体中的重金属毒性，以达到降低污染程度、修复和治理水体的目的。具体的修复方式如下：(1)植物提取是指污染物被植物吸收并富集在可收获部位(如根和叶)，此种方法是最为有效和重要的；(2)植物过滤是指利用植物隔离污染水体中的重金属；(3)植物稳定是指植物根部沉淀和积累重金属，转化重金属的形态，从而抑制重金属的流动性；(4)植物挥发是指将重金属转化为可挥发的气态形式释放到大气中；(5)植物降解是指通过植物组织中的相关酶类降解水中重金属。通过培育水生植物，利用水生植物根系和茎叶对重金属的吸收、转化、富集等功能可以降低水体中重金属浓度，进一步，当水生植物生物量增长到一定程度，通过收获水生植物可以实现重金属从污染水体中去除的目的。植物修复技术因其经济、绿色环保和二次污染低等特点逐渐成为水体重金属污染的主要治理技术，受到许多研究者的关注。

绿萝(Epipremnum aureum)，属于天南星科大型常绿藤本植物，气根发达，土培和水培种植均可成活，具有繁殖快、种群密度大、生长速率快和耐荫力等优点。目前，采用绿萝作为植物修复材料可以克服由于植物生长受限，导致吸收重金属效果不佳的问题。由于水体中重金属的存在形态复杂，导致植物生长以及根系发育迟缓，进而使植物修复效率低下。植物激素是一类植物体内产生的一些微量而能调节自身生理过程的有机化合物，其中2,4-EBL属于油菜素甾醇类植物激素并具有高生理活性。油菜素甾醇在植物的生长发育中有着重要作用，包括茎叶的生长、根的生长、维管组织的分化以及植物光形态建成等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用植物激素2,4-EBL强化绿萝修复水体铜污染的方法，进一步解决修复植株矮小、植物吸收重金属铜的效率低和水体修复效果不显著的问题，从而实现高效且较为安全的水体修复，并可以大规模应用于实际修复中。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下，一种利用植物激素2,4-EBL强化绿萝修复铜污染水体的方法，包括如下步骤：

1)在铜污染水体中种植绿萝，并施加植物激素2,4-EBL，生长培养；

2)将生长培养的绿萝从污染水体中移走，并通过反复种植，重复操作的手段，直至水体中铜的含量达到国家水质标准要求。

上述的一种利用植物激素2,4-EBL强化绿萝修复铜污染水体的方法，步骤1)中所述的绿萝是将土培绿萝根部洗净，经水培驯化后种植在铜污染水体中。

上述的一种利用植物激素2,4-EBL强化绿萝修复铜污染水体的方法，所述的水培驯化是将根部洗净的绿萝放置于1/500改良霍格兰营养液内培养14-21天。

上述的一种利用植物激素2,4-EBL强化绿萝修复铜污染水体的方法，所述植物激素2,4-EBL为油菜素甾醇类植物激素，以植物激素乙醇水溶液形式加入污染水体中。

上述的一种利用植物激素2,4-EBL强化绿萝修复铜污染水体的方法，植物激素2,4-EBL的加入量为0.01-10μM/500mL。

上述的一种利用植物激素2,4-EBL强化绿萝修复铜污染水体的方法，铜污染水体中，铜离子浓度为300-500mg/L。

述的一种利用植物激素2,4-EBL强化绿萝修复铜污染水体的方法，在铜污染水体中种植经水培驯化的绿萝后，当绿萝叶片出现大面积黄斑时，将植物从污染水体中移除，再种植第二批绿萝，重复上述操作，使污染水体中的铜积累到绿萝体内，直至污染水体中的铜含量达到国家水质标准要求为止。

本发明采用油菜素甾醇类植物激素2,4-EBL强化绿萝吸收水体中的铜，原因如下，一方面，2,4-EBL可以促进植株生长发育如根系伸长，从而提高生物利用度；另一方面，2,4-EBL可以增强抗氧化酶CAT、APOX和SOD等酶活性，维持AsA-GSH循环的平衡，进一步提高植物转运和吸收Cu的能力，从而减少铜对水体水质的影响且快速有效地增强植物修复效率。

本发明带来的有益效果为：

(1)本发明通过外源投加植物激素2,4-EBL的方式强化绿萝修复铜污染水体，并通过对绿萝生长发育情况以及生理特征的测定，发现经植物激素2,4-EBL强化后的绿萝能够更好地促进植物叶绿素合成，缓解重金属胁迫对植物光合作用的影响，有效提高铜污染的植物修复效率，使修复铜污染水体具有投资少、维护成本低、工程量小和管理技术要求低等特点，具有良好的环境效益和经济效益。

(2)本发明选用的植物修复材料绿萝具有生长速率快、生长培养条件容易等优点，一方面，在修复铜污染水体的同时，起到美化环境的作用，具有良好的环境效益；另一方面避免了植物生长速度慢、地上部生物量小等问题。

(3)本发明通过反复种植的手段，提高植物吸收水体中铜的能力，进而高效快速地使污染水体水质达到国家水环境标准要求

(4)本发明对处理后的植物进行安全处置，减少修复植物对环境造成的二次污染。

(5)本发明不需要引入外来植物物种，避免了由于引入外来植物物种造成处理难度加大等问题。

附图说明

图1为实施例中不同EBL施加下，300mg/LCu绿萝叶片叶绿素a含量图

图2为实施例中不同EBL施加下，300mg/LCu绿萝叶片叶绿素b含量图

图3为实施例中不同EBL施加下，300mg/LCu绿萝叶片总叶绿素含量图

具体实施方式

实施例：

(一)利用植物激素2,4-EBL强化绿萝修复铜污染水体的方法，方法如下：

1)将盆栽绿萝从土培中取出，用去离子水冲洗根部3遍以上，将其放入水中培养7天后，以绿萝鲜重12g/株为筛选条件，选出长势一致的绿萝，5株为一组，放置于盛有500mL1/500改良霍格兰营养液的玻璃盆内培养，将盆随机摆放，生长条件为：水温和室内温度基本一致，每2天更换一次营养液并再次随机摆放，避免因环境差异引起的误差。继续培养14天后，待其根部经水培驯化后用于胁迫实验；

2)铜胁迫是以CuSO₄·5H₂O(分析纯)水溶液形式添加，铜浓度设置为300-500mg/L，植物激素2,4-EBL是以植物激素乙醇水溶液形式添加，具体配置为每10mL乙醇中加入0.02-2.41mg 2,4-EBL，并添加蒸馏水稀释至500mL，所述植物激素乙醇水溶液的浓度为0.01-10μM；

3)将生长培养后的绿萝从含铜水体中移除，再种植长势一致经水培驯化后的绿萝，重复操作，使水体中铜含量达到国家地表水环境质量标准要求。

(二)测定添加植物激素2,4-EBL后铜胁迫下绿萝的生长生理指标

根据(一)的结果选择Cu浓度为300mg/L进行植物激素投加实验，根据(一)的步骤培养。处理设置如下：(1)对照组：Cu 300mg/L+2,4-EBL 0μM；(2)Cu 300mg/L+2,4-EBL0.01μM；(3)Cu 300mg/L+2,4-EBL 0.1μM；(4)Cu 300mg/L+2,4-EBL 1μM；(5)Cu 300mg/L+2,4-EBL10μM。Cu是以CuSO₄·5H₂O(分析纯)水溶液形式添加；2,4-EBL是以植物激素乙醇水溶液形式添加。试验容器为1000mL玻璃盆，每组处理设置3次水平重复。绿萝在含有上述培养浓度的营养液中培养14天收获，进行相关指标测定。

不同水平2,4-EBL施加后，绿萝在300mg/L铜处理下的生长参数如表1所示。

表1不同处理下绿萝生长参数

不同字母表示不同处理组之间存在显著性差异。显著性检验采用单因素方差分析(Duncan检验)。

从表1可以看出，在300mg/LCu处理下，随着植物激素2,4-EBL的加入，对绿萝根系起到了促进作用，说明2,4-EBL有效增加了绿萝根系的伸长，促进了绿萝根部对铜的吸收；但是绿萝茎部随着2,4-EBL的加入受到了抑制作用。由此说明2,4-EBL的施加增加了绿萝根部吸收污染水体中铜离子的能力。

进一步，对添加2,4-EBL后300mg/LCu胁迫下绿萝的光合作用进行相关指标的测定，测定方法采用乙醇提取法。由图1绿萝叶片叶绿素a含量可以看出，随着EBL的加入，植物叶绿素a含量不断增加，在2,4-EBL添加量为1μM时，叶绿素a含量高于对照组11.76％；由图2绿萝叶片叶绿素b含量可以得出同结论，在1μM时，叶绿素b含量高于对照组14.29％，进一步说明植物激素2,4-EBL促进了绿萝叶片叶绿素a和b的合成。进一步对绿萝叶片总叶绿素含量进行分析，结果如图3所示，在0.01-1μM时，绿萝叶片总叶绿素含量不断增加，其中在1μM时，总叶绿素含量高于对照组10.96％。由此说明，2,4-EBL通过提高植物叶片叶绿素含量，增强植物的光合作用，进一步提升植物在铜胁迫下的耐受性，最终提高植物修复效率。

综上所述，铜污染下本发明在施加2,4-EBL后强化绿萝组较空白对照组，可以缓解铜胁迫对绿萝生长造成的影响，同时提高植物叶片光合色素含量，增强光合作用，并提升绿萝抗性、促进其对铜的吸收与转运，对于提升铜的修复效能显著。当2,4-EBL添加量为1μM时，效果最优。由此得出，在实际应用时，可以将2,4-EBL添加量控制在0.01-1μM，可以有效提高植物修复铜污染水体的效率。

Claims

1.一种利用植物激素2,4-EBL强化绿萝修复铜污染水体的方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种利用植物激素2,4-EBL强化绿萝修复铜污染水体的方法，其特征在于：步骤1)中所述的绿萝是将土培绿萝根部洗净，经水培驯化后种植在铜污染水体中。

3.根据权利要求2所述的一种利用植物激素2,4-EBL强化绿萝修复铜污染水体的方法，其特征在于：所述的水培驯化是将根部洗净的绿萝放置于1/500改良霍格兰营养液内培养14-21天。

4.根据权利要求3所述的一种利用植物激素2,4-EBL强化绿萝修复铜污染水体的方法，其特征在于：所述植物激素2,4-EBL为油菜素甾醇类植物激素，以植物激素乙醇水溶液形式加入污染水体中。

5.根据权利要求4所述的一种利用植物激素2,4-EBL强化绿萝修复铜污染水体的方法，其特征在于：植物激素2,4-EBL的加入量为0.01-10μM/500mL。

6.根据权利要求5所述的一种利用植物激素2,4-EBL强化绿萝修复铜污染水体的方法，其特征在于：铜污染水体中，铜离子浓度为300-500mg/L。

7.根据权利要求6所述的一种利用植物激素2,4-EBL强化绿萝修复铜污染水体的方法，其特征在于：在铜污染水体中种植经水培驯化的绿萝后，当绿萝叶片出现大面积黄斑时，将植物从污染水体中移除，再种植第二批绿萝，重复上述操作，使污染水体中的铜积累到绿萝体内，直至污染水体中的铜含量达到国家水质标准要求为止。