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我是一株颜值与实力并存的吊兰

已有 3219 次阅读 2019-6-4 09:50 |个人分类:科学书摘|系统分类:观点评述

有诗云:“颜无艳丽丰盈玉,腹有清香气质佳。赏雅唯怜垂瘦骨, 怡情更爱吊兰花” ;


簇生两朵洁无暇,长在寻常百姓家。叶瘦姿轻身婀娜,清心静雅吊兰花”……


吊兰外型美观,深绿色的又细又长的叶子低垂,一阵微风吹过,叶子随风摇曳,吊兰不仅优雅别致,是传统的居室观赏植物之一,可以净化空气,而且它还是土壤修复的小卫士!


近年来,土壤污染问题日益突出,土壤重金属污染已经成为生态系统污染中的典型代表。土壤中重金属污染物的滞留时间长、移动性差、难以被微生物降解,容易在土壤耕层中积累,被生物富集,并能通过食物链对人类健康造成长期的潜在威胁。同时,土壤污染具有隐蔽性或潜伏性、不可逆性和长期性以及分布的不均匀性。一旦土壤被重金属污染,其自然净化和人工治理都非常困难。针对土壤重金属污染开展有效的监测和修复十分迫切。


植物修复成本低、不破坏生态、二次污染易于控制,是土壤修复的绿色技术。选用观赏植物进行土壤修复,赋予了观赏植物更多的价值,也将土壤修复效用与美观相结合。


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吊兰,又称:垂盆草、挂兰、钓兰、兰草、折鹤兰、空气卫士, 西欧又叫蜘蛛草或飞机草,原产于南非。单子叶植物纲、天门冬科、吊兰属多年生常绿草本植物,根状茎平生或斜生,有多数肥厚的根。叶丛生,线形,叶细长,似兰花。有时中间有绿色或黄色条纹。花茎从叶丛中抽出,长成匍匐茎在顶端抽叶成簇,花白色,常2-4朵簇生,排成疏散的总状花序或圆锥花序偶然内部会出现紫色花瓣;蒴果三棱状扁球形,长约5毫米,宽约8毫米,每室具种子3-5颗。花期5月,果期8月。植株有净化空气的作用,全株可入药。


吊兰对镉的耐性与积累特性


Cd是一种生物非必需元素,在环境中具有活性强、移动性大、生物毒性强且持久的特性,易被植物吸收,并通过食物链的富集危及人类健康。20世纪80年代以来,随着电解电镀技术的发展、农业生产中化肥施用量的增加、工业废物和城市垃圾排放量的增大,Cd污染明显增加,Cd污染土壤的治理已迫在眉睫。


与物理化学方法相比,植物修复技术以其安全、廉价等众多优点成为学术界研究的热点。但是,一方面已知重金属超富集植物种类稀少,难以广泛应用;另一方面,相当一部分重金属污染土壤不迫切要求转化为耕地,当前急需解决的是稳定改良基质,实现植被覆盖,以减少对周围环境的影响,但是选用农作物或药用植物可能造成重金属通过食物链富集危害人类健康。


观赏植物由于分布广泛、适应性强及较高的美学价值,已经成为修复物种新的来源。一些具有重金属抗性,可以在Cd污染土壤上良好生长的观赏植物,既可以实现Cd污染土壤的再利用,产生一定的经济价值,又可以避免污染物通过食物链传递危害人类健康。对观赏植物进行筛选,研究其对Cd的耐受与积累特性,探索其在Cd污染土壤修复中应用的可行性,具有重要的理论意义和实践价值。

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吊兰与其他三种观赏植物

对重金属Cd的耐性与积累特性对比


Cd对吊兰和其他三种植物生长的影响比较分析


从表1可以看出:吊兰的各生长指标均表现为在低Cd浓度时上升,在高Cd浓度时下降。其中,吊兰的根长和地上部分长度在5mg·kg–1时达到峰值,分别为对照的1.24和1.01倍,根的鲜重、干重和地上部分的鲜重、干重则在10mg·kg–1Cd浓度下达到峰值,分别为对照组的1.32、1.11倍和1.15、1.35倍;含羞草的根长、根鲜重和地上部分干重在低Cd浓度时上升,在高Cd浓度时下降,其中,根长在5mg·kg–1时达到最大值,为对照的1.11倍,根鲜重和地上部分干重则在10mg·kg–1 Cd浓度下达到峰值,分别为对照组的1.11和1.05倍;白雪姬的根长和地上部分长度同样表现出在低Cd浓度时上升,在高Cd浓度时下降的趋势,并在5mg·kg–1时达到最大值,分别为对照的1.003和1.08倍;含羞草和白雪姬的其他指标以及树马齿苋的全部生长指标均随着Cd浓度的上升而下降。对各植物在不同浓度下的生长指标进行多重比较发现:吊兰除根长之外的所有生长指标均与对照无显著差别;含羞草的大多数生长指标在50mg·kg–1时才与对照有明显差异;白雪姬和树马齿苋的大部分生长指标则在10mg·kg–1时即与对照组有明显差异,其中,树马齿苋的地上部分干重在5mg·kg–1时就与对照有明显差异。


表1 四种观赏植物的生长指标


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在土壤重金属胁迫环境下,植物根系是最先接触重金属的部位,可以对重金属进行吸收或排斥。敏感植物在重金属胁迫下,会抑制根系的生长,导致植物生长缓慢、生物量小,而耐性植物则没有影响或影响较小,因此根系耐性指数(TI)是用来反映植物体对重金属耐性大小的一个非常重要的指标(严明理等,2009)。分别计算四种植物在不同Cd浓度下的耐性指数发现:吊兰、含羞草和白雪姬的耐性指数均在低浓度时上升,在高浓度时下降,在5mg·kg–1浓度下达到峰值,并且在Cd浓度低于100mg·kg–1时,吊兰和含羞草的耐性指数均大于100;树马齿苋的耐性系数则随着Cd浓度的上升而不断下降,相关系数为–0.956*,呈显著负相关。吊兰、含羞草、白雪姬和树马齿苋的平均耐性指数分别为101.00、105.57、81.35和79.88。由此可见,吊兰和含羞草对Cd的耐性较强,白雪姬和树马齿苋对Cd的耐性相对较弱。


Cd对吊兰与其他三种植物光合色素含量影响比较分析


光合色素是作物光合作用的物质基础,其含量高低是判定植物光合作用强弱的一个重要生理指标(杜天庆等,2009)。从表2可以看出:吊兰、含羞草和树马齿苋的叶绿素a、b的含量均表现为在低Cd浓度时上升,在高Cd浓度时下降。吊兰和含羞草的叶绿素a、b的含量均在10mg·kg–1时达到峰值,分别为对照的1.14、1.11倍和1.26、1.09倍,而在最大胁迫浓度100mg·kg–1时分别为对照的83.68%、81.51%和83.74%、69.83%;树马齿苋的叶绿素a、b的含量则在5mg·kg–1时达到峰值,分别为对照的1.06和1.05倍,在100mg·kg–1时分别为对照的60.64%和51.26%;白雪姬的叶绿素a、b的含量则随着Cd胁迫的加重而不断下降,在100mg·kg–1时其叶绿素a、b的含量分别为对照的69.34%和60.82%。四种植物类胡萝卜素含量的变化趋势与叶绿素有较大差异,吊兰和含羞草的类胡萝卜素含量均在低Cd浓度时上升,在高Cd浓度时下降,但在各处理浓度下均与对照组无显著差异;白雪姬和树马齿苋的类胡萝卜素均则随着Cd浓度的上升而升高,相关系数分别为0.959**和0.959**,并在50mg·kg–1时与对照组差异明显。

 

表2 Cd对四种植物的光合色素含量的影响

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分别计算各植物中类胡萝卜素占总色素的百分比(xc%)和在不同处理下叶绿素a和b的比值(a/b)发现:随着Cd添加浓度的上升,xc%和a/b值大多呈现出上升的趋势,在100mg·kg–1浓度下吊兰、含羞草、白雪姬和树马齿苋的xc%值分别为对照的1.13、1.11、3.99和5.52倍,a/b值则分别为对照的1.01、1.20、1.14和1.18倍。这表明在Cd胁迫条件下,叶绿素a受破坏程度可能低于叶绿素b,类胡萝卜素几乎没有受到破坏。


作者简介


王友保,安徽师范大学教授,博士生导师,安徽师范大学生态学本科专业、生态学硕士学位点负责人,安徽省高校优秀中青年骨干教师,安徽省植物学会理事,教育部科技论文在线评审特聘专家,《环境科学与技术》杂志理事。近年来先后主持或参加国家自然科学基金项目、教育部科学技术研究重点项目、安徽省高校自然科学基金重点项目及其它研究项目10余项,主要从事植物生态学与污染生态学研究工作。



本文摘编自王友保著《吊兰对土壤镉污染的耐性与修复》,内容有删减,题目为编者所加。


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吊兰对土壤镉污染的耐性与修复

王友保 著

责任编辑:胡凯  许蕾

ISBN 9787030602046


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《吊兰对土壤镉污染的耐性与修复》在对土壤重金属污染现状、危害及其植物修复进行分析的基础上,从吊兰对镉的耐性与积累特性,外源调节剂作用下吊兰对镉的耐性与积累特性,吊兰对铜-镉、镉-锌-铅复合污染土壤的修复能力,以及栽培吊兰对土壤镉污染土壤微生物多样性的影响等方面系统介绍了观赏植物吊兰对土壤镉污染的耐性与修复能力,为将观赏植物应用于重金属污染土壤修复提供参考。


(本期编辑:安 静)


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