專利名稱：一種尋找重金屬超富集植物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及土壤污染修復(fù)，即一種尋找重金屬超富集植物的方法。
背景技術(shù)：
由于工礦企業(yè)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)化肥的過量使用，污水灌溉等，中國乃至世界的土壤重金屬污染越來越嚴(yán)重。植物修復(fù)技術(shù)是目前重金屬污染治理的研究熱點(diǎn)，它具有治理效果的永久性、治理過程的原位性、治理成本的低廉性、環(huán)境美學(xué)的兼容性和后期處理的簡易性等優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)成功的關(guān)鍵在于尋找超富集植物，如能夠富集1000 mg/kg&AS、Pb、CU、 Ni和Co，10000mg/kg的Si和Mn，100 mg/kg的Cd到植物地上部分。雖然目前全世界已發(fā)現(xiàn)400多種超富集植物，但這些超富集植物大多數(shù)都分布在熱帶和亞熱帶地區(qū)，這樣的分布嚴(yán)重限制了植物修復(fù)技術(shù)在全球中的應(yīng)用。另一方面，由于大多數(shù)超富集植物都有生物量小、生長緩慢、弱抵抗力，種子少，缺乏與當(dāng)?shù)刂参锔偁幍哪芰Φ热秉c(diǎn)，所以能夠真正應(yīng)用于植物修復(fù)技術(shù)的超富集植物很少。因此尋找有效的方法來篩選更多超富集植物是非常必要的。目前，大多數(shù)研究者尋找超富集植物都是通過以下2種方法。一種是在重金屬污染的地方做野外調(diào)查，比如在礦山、尾礦區(qū)、冶金工業(yè)區(qū)等重金屬污染的地方尋找長勢(shì)良好的植物。另一種是選擇一些特殊的植物，如花卉、農(nóng)作物、野草、牧草等來測(cè)定它們植株內(nèi)重金屬的富集程度。毫無疑問，這2種方法都為植物修復(fù)技術(shù)找到了很多超富集植物。但是2 種方法都有一個(gè)不容忽視的缺點(diǎn)，那就是植物種類的有限性。這個(gè)缺點(diǎn)使得我們?cè)谘芯恐泻鲆暳艘恍┯行迯?fù)潛力的植物。因此，我們提出一種新的方法，即利用土壤種子庫從自然資源中來篩選超富集植物。土壤種子庫是指那些在土壤、廢棄物和腐殖質(zhì)中可見的種子和水果，它是植物繁殖體的儲(chǔ)備庫。土壤種子庫包括在土壤中儲(chǔ)備多年的種子和最近進(jìn)入土壤的種子，因此土壤種子庫里的植物種類非常豐富。利用土壤種子庫來篩選超富集植物不僅能夠充分利用自然資源里的植物種類，克服以上2種方法的缺點(diǎn)，而且土壤種子庫到處都是，方便在全球范圍內(nèi)尋找超富集植物。

發(fā)明內(nèi)容
為了尋找更多重金屬超富集植物，本發(fā)明提出了一種尋找重金屬超富集植物的新型有效的方法，即土壤種子庫-重金屬濃度梯度法。這種尋找重金屬超富集植物的方法，其特征在于，利用土壤種子庫篩選對(duì)重金屬具有超富集特性的植物，然后通過重金屬濃度梯度實(shí)驗(yàn)對(duì)其超富集特性進(jìn)行驗(yàn)證，步驟如下從野外采集具有豐富種子資源的土壤，晴朗天氣曬干，過篩，稱重，裝盆；添加多種重金屬溶液，然后將盆置于溫室里，日常澆水，等待土壤中的種子萌發(fā)， 那些能萌發(fā)的種子表明它們對(duì)重金屬有較強(qiáng)耐性；當(dāng)植物長大后，選擇那些有高生物量，強(qiáng)重金屬耐性和鮮為國內(nèi)外報(bào)道其重金屬富集特征的種類來測(cè)定其重金屬含量；選擇那些富集能力強(qiáng)的種類進(jìn)行下一步重金屬濃度梯度實(shí)驗(yàn)，即設(shè)置多個(gè)重金屬濃度，驗(yàn)證植物在土壤種子萌發(fā)、播種或移苗等形式下其重金屬耐性、富集特性和修復(fù)能力。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、土壤種子庫里的植物種類豐富，能夠把許多我們平時(shí)注意不到的植物納入測(cè)試范圍，并且能夠一次性測(cè)試多種植物對(duì)多種重金屬的富集特性。2、土壤種子庫到處都是，只需采集具有豐富種子資源的土壤進(jìn)行測(cè)試即可，實(shí)驗(yàn)簡單易操作，方便在全球范圍內(nèi)尋找超富集植物。


圖1是土壤種子庫-重金屬富集植物初步篩選實(shí)驗(yàn)各處理中植物種類(重金屬添加到土壤中65天后)。圖2是土壤種子庫-重金屬富集植物初步篩選實(shí)驗(yàn)少花龍葵在各處理中重金屬含量(重金屬添加到土壤中65天后)。圖3是土壤種子庫-Cd濃度梯度試驗(yàn)少花龍葵Cd含量和地上部生物量。圖4是移苗-Cd濃度梯度試驗(yàn)少花龍葵Cd含量和地上部生物量。圖5是土壤種子庫一重金屬富集植物初步篩選實(shí)驗(yàn)中的植物種類(重金屬添加到土壤中65天后。最高的植物為少花龍葵。盆中數(shù)字分別表示如下1_CK，2-Cd4, 3-Cd8, 4-ZnlOO, 5-Pb300, 6_Pb600, 7-CulOO, 8_Cu300)。
具體實(shí)施例方式下面通過三個(gè)個(gè)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明詳細(xì)敘述于下實(shí)施例一 土壤種子庫一重金屬富集植物初步篩選實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)在廣州華南植物園溫室內(nèi)進(jìn)行。從植物園采菜園土，曬干，過1 cm篩，裝盆(0 =30 cm, H=28 cm)，每盆裝土 12. 5 kg,向土壤中添加 CdCl2, ZnSO4 · 7H20、Pb (NO3)2、 CuSO4 · 5H20 溶液，濃度設(shè)為Cd: 4 mg/kg, 8 mg/kg, Zn: 100 mg/kg, Pb: 300 mg/kg, 600 mg/kg, Cu: 100 mg/kg, 300 mg/kg,不加重金屬的處理為對(duì)照，共8個(gè)處理，不設(shè)重復(fù)。由于采回的土壤中原本就有植物種子，無須另外播種或移苗。加重金屬溶液65天后， 鑒定并記錄盆中植物種類(圖1)，在所有植物中，發(fā)現(xiàn)少花龍葵在所有處理中表現(xiàn)最好，外觀未表現(xiàn)出任何受害癥狀，生物量最大，且鮮為報(bào)道(圖5)。于是收獲該植物，在70°C下烘至恒重，用原子吸收分光光度計(jì)(AAS)測(cè)定其重金屬含量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下與對(duì)照相比，少花龍葵地上部分生物量在土壤1 濃度為300 mg/kg和Cu濃度為 100 mg/kg時(shí)有所增加，在土壤Cd濃度為4 mg/kg,8 mg/kg、ai濃度為100 mg/kg,Pb濃度為600 mg/kg時(shí)輕微下降。少花龍葵在土壤Cu濃度為300 mg/kg時(shí)，沒有種子萌發(fā)。少花龍葵體內(nèi)的重金屬含量隨著土壤中Cd，Zn, Pb, Cu的濃度增加而增加。植物根部的Cd， Zn, Pb, Cu含量均高于植物地上部含量。少花龍葵能富集很少的Si和1 ，Cu富集系數(shù)小于1。但是Cd則例外，當(dāng)土壤中Cd含量達(dá)到8 mg/kg時(shí)，少花龍葵根部和地上部Cd含量分別為114 mg/kg和18 mg/kg,富集系數(shù)為2.3 (圖2)。
上述結(jié)果表明，少花龍葵對(duì)ai、Pb、Cu的耐性不強(qiáng)，富集能力較低；但對(duì)Cd有較強(qiáng)的耐性，且能富集較強(qiáng)。實(shí)施例二 土壤種子庫一Cd濃度梯度試驗(yàn)通過上述預(yù)實(shí)驗(yàn)(實(shí)施例一)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，少花龍葵對(duì)Cd有很強(qiáng)的耐性，并且能夠富集較高含量的Cd (圖2)。為了進(jìn)一步查明少花龍葵對(duì)Cd的耐性與吸收能力，于是設(shè)計(jì)Cd 濃度梯度試驗(yàn)檢驗(yàn)它對(duì)Cd的耐性與富集特性。實(shí)驗(yàn)在廣州華南植物園溫室內(nèi)進(jìn)行。使用上述篩選實(shí)驗(yàn)同樣的菜園土，裝盆 (￠=16 cm, H=14 cm)，每盆2 kg。由于土壤中已有少花龍葵的種子，所以無需播種或移苗。 向土壤中添加CdCl2溶液，Cd濃度分別為0，8，15，30，60和100 mg/kg,共6個(gè)處理，重復(fù)4次。按照植物的需水情況澆水。待植物3 cm高時(shí)，間苗，每盆留3棵苗。植物發(fā)芽70 天后收獲，在70°C下烘至恒重，用原子吸收分光光度計(jì)(AAS)測(cè)定其重金屬含量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下在植物的整個(gè)生長階段，少花龍葵和水竹葉地上部生物量在實(shí)驗(yàn)Cd濃度下與對(duì)照相比并沒有顯著降低。少花龍葵體內(nèi)的Cd含量均隨土壤中Cd濃度增加而顯著增加，當(dāng)土壤Cd濃度為100 mg/kg，少花龍葵根部Cd含量高達(dá)討4 mg/kg，莖、葉Cd含量達(dá)132 mg/ kg和158 mg/kg，地上部Cd含量達(dá)142 mg/kg，超過Cd超富集植物的臨界含量標(biāo)準(zhǔn)，即地上部Cd含量100 mg/kg。富集系數(shù)在所有處理中均大于1 (圖3)。上述結(jié)果表明，少花龍葵在土壤Cd添加濃度為100 mg/kg時(shí)，其莖葉中Cd含量均達(dá)到超富集植物應(yīng)到的臨界含量標(biāo)準(zhǔn)，而且富集系數(shù)大于1，同時(shí)對(duì)Cd的耐性極強(qiáng)，具有Cd 超富集植物的基本特征，是Cd的超富集植物。實(shí)施例三移苗一Cd濃度梯度試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)在廣州華南植物園溫室內(nèi)進(jìn)行。使用上述篩選實(shí)驗(yàn)同樣的菜園土，裝盆 (0 =30 cm, H=28 cm)，每盆裝土 12.5 kg，然后向土壤添加不同濃度的CdCl2溶液。按照土壤Cd濃度為0，8，15，30, 60，100 mg/kg進(jìn)行添加，共6個(gè)濃度處理，重復(fù)4次。平衡1 個(gè)月后將每個(gè)盆里的土倒出混勻，以使土壤中的重金屬和養(yǎng)分都均勻分布，再裝入盆中。將 5cm高(種子發(fā)芽10天后)的少花龍葵幼苗移栽入盆，每盆3棵健壯苗。生長期間按照植物需水情況澆水，移苗后60天收獲植物，在70°C下烘至恒重，用原子吸收分光光度計(jì)(AAS)測(cè)定其重金屬含量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下少花龍葵地上部生物量在實(shí)驗(yàn)Cd濃度下與對(duì)照相比并沒有顯著降低，除了土壤 Cd濃度為100 mg/kg顯著低于對(duì)照。植物體內(nèi)的Cd含量均隨土壤中Cd濃度增加而顯著增加，當(dāng)土壤Cd濃度為60 mg/kg，少花龍葵根部Cd含量高達(dá)473 mg/kg，莖、葉Cd含量達(dá) 215 mg/kg和251 mg/kg，地上部Cd含量達(dá)230 mg/kg，超過Cd超富集植物的臨界含量標(biāo)準(zhǔn)，即地上部Cd含量100 mg/kg，而且其富集系數(shù)在所有處理中均大于1 (圖4)。上述結(jié)果表明，少花龍葵在土壤Cd添加濃度為60 mg/kg時(shí)，其莖葉中Cd含量均達(dá)到超富集植物應(yīng)到的臨界含量標(biāo)準(zhǔn)，而且富集系數(shù)大于1，同時(shí)對(duì)Cd的耐性極強(qiáng)，具有Cd 超富集植物的基本特征，是Cd的超富集植物。
權(quán)利要求
1.一種尋找重金屬超富集植物的方法，其特征在于，利用土壤種子庫篩選對(duì)重金屬具有超富集特性的植物，然后通過重金屬濃度梯度實(shí)驗(yàn)對(duì)其超富集特性進(jìn)行驗(yàn)證，步驟如下一、從野外采集具有豐富種子資源的土壤，晴朗天氣曬干，過篩，稱重，裝盆；二、添加多種重金屬溶液，然后將盆置于溫室里，日常澆水，等待土壤中的種子萌發(fā)，那些能萌發(fā)的種子表明它們對(duì)重金屬有較強(qiáng)耐性；三、當(dāng)植物長大后，選擇那些有高生物量，強(qiáng)重金屬耐性和鮮為國內(nèi)外報(bào)道其重金屬富集特征的種類來測(cè)定其重金屬含量；四、選擇那些富集能力強(qiáng)的種類進(jìn)行下一步重金屬濃度梯度實(shí)驗(yàn)，即設(shè)置多個(gè)重金屬濃度，驗(yàn)證植物在土壤中其重金屬耐性、富集特性和修復(fù)能力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種尋找重金屬超富集植物的方法，其特征在于，驗(yàn)證植物在土壤中其重金屬耐性、富集特性和修復(fù)的能力的重金屬濃度梯度實(shí)驗(yàn)形式有種子萌發(fā)、 播種或移苗。
全文摘要
一種尋找重金屬超富集植物的方法，是利用土壤種子庫篩選對(duì)重金屬具有超富集特性的植物，然后通過重金屬濃度梯度實(shí)驗(yàn)對(duì)其超富集特性進(jìn)行驗(yàn)證，步驟如下從野外采集具有豐富種子資源的土壤裝盆；添加多種重金屬溶液，等待土壤中的種子萌發(fā)，那些能萌發(fā)的種子表明它們對(duì)重金屬有較強(qiáng)耐性；當(dāng)植物長大后，選擇那些有高生物量，強(qiáng)重金屬耐性的種類來測(cè)定其重金屬含量；選擇那些富集能力強(qiáng)的種類進(jìn)行下一步重金屬濃度梯度實(shí)驗(yàn)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、土壤種子庫里的植物種類豐富，能夠一次性測(cè)試多種植物對(duì)多種重金屬的富集特性。2、土壤種子庫到處都是，實(shí)驗(yàn)簡單易操作，方便在全球范圍內(nèi)尋找超富集植物。
文檔編號(hào)A01G1/00GK102160497SQ20111000227
公開日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2011年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月7日
發(fā)明者夏漢平, 莊萍, 張杏鋒, 李志安 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院華南植物園