陈冬华，袁 玮，彭 舒，田 吉*

（1.黔东南州生态环境局凯里分局，贵州凯里 556000；2.凯里学院，贵州凯里 556011）

1 引言

水生植物是生态系统的重要组成部分，能净化水体和调节生态系统物质循环，是一种极具发展潜力的绿色生态修复技术［1］.植物个体净化水质能力受植物的株龄、生物量、处理时间和温度等因素影响［2］.再力花、旱伞草、鸢尾花均为多年生挺水植物，该类植物具有观赏价值、易种植、适应能力强、对生长环境要求低、易收割等特点.前期研究发现再力花对底泥中Pb的吸附固定能力较强［3］；旱伞草对重金属有较强的耐受能力和明显的吸附效果，具有耐Pb 和吸附受Pb 污染水体的能力.但重金属Pb对其各项生理指标都会造成不同程度的影响，一些酶在其危害下呈下降趋势，对叶绿素、丙二醛、可溶性蛋白等都有不同程度的影响.水生挺水植物种类繁多，对重金属污染水体的生态修复能力各有差异［4］.目前利用植物去除污水中的重金属的相关研究及重金属对单一植物生理指标影响的研究广泛，但在不同种植模式下，水生植物在重金属污染下生理指标变化及对其重金属的去除效果研究较少.

本研究采用3种水生植物进行2种或3种组合配植，探究比较不同配植对重金属铅的富集效果；以及不同配植模式下3 种植物在Pb 污染中的生理指标变化，为探索不同配植对Pb 的耐受机制及修复水生环境污染提供理论基础.

2 试验材料与方法

2.1 试验材料

试验材料为处于营养期的再力花、旱伞草和鸢尾花，均购买于江苏沭阳县雅心斋园林.

2.2 试验设计

对于水生植物来说，一般最适宜pH 值为4−8.根据各种因素考虑本实验水pH 值设为5 左右，Pb浓度为5 mg/L.

用正常水预培养3种供试植物，每3 d更换一次水，待植物生长稳定后，选取长势基本一致的植株在含有Hoagland 营养液的箱子中进行水培试验.分别按表1配植方式进行栽种，向每个培养箱中加5 mg/L 的乙酸铅模拟废水.每种配植设置3个重复，分别在第3 d、5 d、7 d取植物叶测定植物生理指标，取培养7 d后的水和植物叶、根测定其重金属含量，计算植物对Pb的富集效果，以未加Pb培养，即Pb处理0 d为空白对照.

表1 植物配植组合

2.3 试验方法

2.3.1 样品处理［5-6］

植物样品处理：称取0.2 g 植物粉末，5.00 mL 混酸（硝酸：高氯酸=4∶1）浸泡过夜，第二天置于电热板上加热消解，直到不产生红棕色气体，冷却，用蒸馏水冲洗干净，赶酸至全干，用盐酸（1∶1）溶解，并用蒸馏水定容到50 mL备用.

水样品预处理：取培养液25 mL 于坩埚中在电热板上消解浓缩至1 mL 左右，加5.00 mL 混酸（硝酸∶高氯酸=4∶1），继续加热消解赶酸，待其冷却后用超纯水冲洗表面，再次赶酸至干.用2.00 mL盐酸（1∶1）将样品溶解到50 mL容量瓶中，用超纯水定容备用.

2.3.2 植物中金属Pb含量的测定

将处理后样品，通过ICP测定方法，分析测定植物各部位及水中Pb的含量，同时做空白对照，并计算结果.重金属富集效果计算公式［7］为BCF=，式中Cb为植物中重金属含量，单位mg/kg；CW为植物所在水中重金属含量，单位mg/kg.

2.3.3 植物中生理指标的测定

植物中可溶性总糖及可溶性蛋白含量的测定［8−9］，分别按要求配制标准曲线样品后，利用紫外分光光度计法制作标准曲线并测定样品，同时做空白对照分析.

叶绿素含量的测定，是将0.1 g样品研磨成匀浆，置于25 mL棕色容量瓶中，用乙醇浸提，分别置于紫外分光光度计的665，649，470 nm波长下进行测定与分析［5］.

植物中丙二醛含量的测定利用紫外分光光度计方法［10］，分别在450，532，600 nm 波长下测定吸光值，并计算其含量.

2.3.4 数据统计

本研究各样品均采集3个重复，所有数据使用SPSS和Excel 2016进行数据处理和分析.

3 结果与分析

3.1 植物根、叶对Pb富集情况分析

由表2 可知4 种组合对Pb 的富集效果为D>B>C>A，在D 组合中3 种植物根部和叶部的富集系数均达最大值，根部对Pb 的富集效果比叶部好，根部富集系数为鸢尾（0.323）>再力花（0.153）>旱伞草（0.116），叶部富集效果为再力花（0.109）>鸢尾（0.092）>旱伞草（0.085）；再力花在D组合中根部对Pb的富集系数分别比A、C组合高0.033、0.039，叶部分别高0.024、0.048；鸢尾在D组合中根部对Pb 的富集系数比B、C 组合分别高0.134、0.095，叶部分别高0.039、0.002；旱伞草在D组合中根部对Pb的富集系数比A、B组合分别高0.06、0.048，叶部分别高0.048、0.047.

表2 植物第7天根与叶Pb含量差异分析及富集系数

3.2 Pb对不同组合植物中可溶性总糖含量的影响

由图1 可知旱伞草、鸢尾、再力花可溶性总糖含量在不同组合中随Pb 处理时间的增加而下降，Pb处理第3d和第5d时，三种植物在不同配植中其可溶性总糖均高于对照，第7d均低于对照.在Pb 处理第3d 时三种植物可溶性总糖含量在A、B、C、D 组合中均达到最大，其旱伞草可溶性总糖含量在A、B、D 组合中比第0d（CK）分别增加了0.48%、0.42%、0.46%；鸢尾可溶性总糖含量在B、C、D 组合中比第0d（CK）分别升高了0.24%、0.33%、0.42%；再力花在各组合中可溶性总糖含量与对照相比分别升高了0.13%、0.16%、0.15%；与对照相比，但在Pb 处理第7d 时旱伞草可溶性总糖含量在A、B、D 组合中分别降低了0.22%、0.17%、0.05%；鸢尾可溶性总糖含量在B、C、D 组合中比第0d（CK）分别降低了0.26%、0.45%、0.35%；再力花可溶性总糖含量在A、C、D 组合中比第0d（CK）分别下降了0.08%、0.26%、0.11%.

图1 不同配植可溶性总糖含量

3.3 Pb对不同组合植物中可溶性蛋白含量的影响

由图2可知，不同配植中旱伞草可溶性蛋白含量在各时间Pb处理下都低于对照，鸢尾和再力花各时间Pb处理均高于对照.与对照相比，旱伞草在Pb处理第7d时A、B、D组合中可溶性蛋白含量分别下降了0.51、2.09、0.73 mg/g；在Pb处理第7d时鸢尾可溶性蛋白含量比第0d（CK）分别升高1.14、2.68、3.55 mg/g；再力花在Pb处理第5d时在A、C、D组合中可溶性蛋白含量比0d（CK）分别增加了26.17、23.73、23.58 mg/g，Pb处理第7d可溶性蛋白含量比第5d分别下降了11.55、4.99、4.03 mg/g.

图2 不同配植可溶性蛋白含量

3.4 Pb对不同组合植物中叶绿素含量的影响

从图3可以看出三种植物在4个组合中，叶绿素含量随Pb处理时间的增加其浓度逐渐下降，且均低于对照.在Pb 处理下旱伞草在A、B、D 组合中叶绿素含量第7d 比第0d（CK）分别下降了13.58%、16.05%、12.88%；与对照相比，Pb 处理第7d时鸢尾叶绿素含量在B、C、D 配植中分别下降了17.14%、14.53%、14.26%；Pb 处理下，再力花叶绿素含量在A、C、D 配植中第7d 比第0d（CK）分别下降了14.63%、18.17%、15.25%.

图3 不同配植叶绿素含量

3.5 Pb对不同组合植物中丙二醛含量的影响

从图4 可得三种植物在不同配植中其丙二醛含量随Pb 处理时间的增加呈上升趋势，且均高于对照.与对照相比，旱伞草在Pb 处理第7d 时其丙二醛含量分别升高了21.68%、22.79%、29.04%，第7d 时D 配植比A、B 配植分别高出10.23%、9.82%；在Pb 处理下，鸢尾丙二醛含量第7d时在B、C、D 组合中比第0d（CK）分别增加了21.70%、21.55%、20.71%；再力花被Pb 处理第3d、5d、7d 时在D 组合中丙二醛含量最高分别为7.86、8.46、8.69µmol/g，相比对照第7d 时再力花丙二醛含量在A、C、D组合分别升高21.50%、24.59%、27.61%.

图4 不同配植丙二醛含量

4 结论与讨论

4.1 结论

本研究发现植物丰富度对植物富集重金属具有促进作用，D>B>C>A.植物在不同组合中各项生理指标变化情况不同，与对照相比，随Pb 对植物处理时间的增加三种植物叶绿素含量均低于对照且逐渐下降，丙二醛含量均高于对照且逐渐上升，三种植物可溶性总糖含量在Pb 处理第3d和第5d时高于对照、第7d时低于对照，随Pb对植物处理时间的增加不同配植中三种植物叶绿素含量逐渐下降且均低于对照，丙二醛含量逐渐上升且均高于对照，不同配植中三种植物可溶性总糖含量在Pb 处理第3d 和第5d 时高于对照、第7d 时低于对照，在Pb 处理下可抑制不同配植中旱伞草可溶性蛋白含量，但能促进不同配植中鸢尾、再力花可溶性蛋白含量.

4.2 讨论

三种植物根部对Pb 的富集效果比叶部好，根部对Pb 的富集效果为鸢尾（0.326）>再力花（0.154）>旱伞草（0.116），已有研究表明，植物根对重金属的富集能力比茎和叶强［11］，王敏等［2］研究指出鸢尾对重金属的富集效果比旱伞草好.鸢尾、再力花和旱伞草三种植物组合配植比两种植物组合配植对Pb 的富集效果好，说明植物对Pb 的吸收与植物种类数量有关，植物在配植模式下会降低重金属对水生植物的毒害作用［12］，也可能是两两配植的植物间存在竞争抑制产生拮抗作用［13］.

可溶性总糖在植物体内起着调节植物渗透压的作用，可溶性总糖含量多少可反映植物的抗逆性强弱［14］.随Pb 处理时间的增加，三种植物在不同配植中可溶性总糖含量都是先增后减，在低浓度下植物可通过调节体内可溶性糖含量来调节自身渗透压以降低Pb对自身的伤害，但随时间的增长Pb对植物的伤害程度增大，植物难以通过自身的调节来维持正常［15］.

蛋白质与各种生命活动都有着密切的联系，细胞与各种代谢都需要蛋白质的参与，是植物细胞调节渗透压的重要生理指标；在一定程度上可以减少外界对植物的伤害［16］.随Pb 处理时间的增加旱伞草可溶性蛋白含量整体呈下降趋势，鸢尾和再力花可溶性蛋白呈上升趋势，可能是在一定耐受范围内植物可通过调节自身蛋白质的含量调节体内渗透压来减小Pb对自身造成的伤害，且与植物的种类有关.

叶绿素的含量影响植物光合作用效率，是反应植物生长状况的重要指标之一［17］；在本试验中随Pb处理时间的增加三种植物叶绿素含量均下降，可能是合成叶绿素相关酶会随Pb作用时间的增加活性降低，从而影响叶绿素的合成，降低植物光合作用能力，合成植物所需有机物减少，从而影响植物的生长［18］.与张彤［19］用Pb2+分别处理姜花、香根草等植物的研究结果相似.

丙二醛是反应植物细胞膜损伤程度的一项生理指标，丙二醛含量越高说明植物受伤害程度越大［20］.本试验中三种植物丙二含量均在Pb 的处理下随时间的增加呈现上升趋势，可能随Pb 处理时间的增加三种植物体内活性氧水平较高，细胞受到氧化伤害较大.与朱旭东［3］、汤茜［21］研究重金属对植物丙二醛含量影响结果相似.