根系分泌物对重金属Pb2+吸附影响技术发展

　近年来，随着工业快速发展，使环境中的重金属元素种类繁多，成分复杂，对水、土壤及大气环境的污染亦日益严重，重金属元素不参与生物的代谢活动，然而会逐渐在生物结构中迁移、累积，最终产生毒害作用，其中重金属Pb2+影响较突出。传统水处理方法很多，包括氧化还原、化学沉淀、微生物处理等，但这些方法尚有不足之处，与微生物修复相比，植物修复更适合现场修复。国内外有关植物修复的综述很多，但有关根系分泌物对污水中重金属污染吸附研究很少。
　　DOM是陆地-水生态系统中最为活跃的组分。DOM的组成非常复杂，是既含低分子量物质（如游离的氨基酸、糖类等）又含各种大分子成分（如酶、氨基酸、多酚和腐殖酸等）的混合物。而根系分泌物属于DOM的一种，因此，其自身的理化性质对有机污染物的溶解性及其生物毒性影响明显不同，并且不同的环境条件也会影响植物根系分泌物的成分、数量等。
　　为此，本研究以小麦根系分泌物为对象，通过研究其理化性质特征，以及改变提取根系分泌物过程的环境因素，讨论不同条件下根系分泌物对重金属吸附特征的影响，以阐明其植物修复污水中重金属离子Pb2+的机制。
　　1 材料与方法
　　1.1 材料与仪器
　　植物：小麦（Triticum aestivumLinn）种子购于渝中亨发种子经营有限公司，未经任何重金属污染。
　　试剂：CO（NH2）2（AR），Pb（NO3）2 （AR），C aSO4 （AR），氨苄（Br），蒸馏水自制。
　　仪器：紫外/可见分光光度计（T6新世纪）；原子吸收分光光度计（TAS-990）；智能型数显生化培养箱（LRH-250），调速多用振荡器（HY-4），离心机（TGL-16G）。
　　1.2 实验方法
　　1.2.1根系分泌物的提取
　　将选出的种子先用6%H2O2浸泡20 min，在25 ℃生化培养箱内进行催芽，露白后播种于土壤中。将实验室内培养根长为6～10 cm的小麦幼苗取出，洗净根面后，顺次采用0.2 mmol/LCaSO4和30 mg/L氨苄溶液分别浸泡2 h和0.5 h，然后再用去离子水洗净后，置于生化培养箱（温度25 ℃，光照强度5000Lx）中收集根系分泌物。连续收集1h后，过0.45μm的微孔滤膜，然后于4℃条件下低温保存。
　　1.2.2 不同条件下根系分泌物对重金属离子Pb2+吸附影响
　　1.2.3 不同光照时间下根系分泌物对重金属离子Pb2+吸附的影响
　　提取实验室内培养的小麦幼苗根系分泌物，连续收集48 h，光照时间分别为0、6、12、24、36、48 h，然后将收集液过0.45 μm的微孔滤膜，然后于4℃条件下低温保存。
　　取一定量的浓度为0.02 mmol/L Pb2+溶液加入离心管中，分别加入10 mL不同光照时间下得到的小麦根系分泌物，然后于25 ℃，150 r/min条件下连续振荡8 h后，离心取上清液，用原子分光光度计法测定Pb2+剩余浓度。每次处理重复2次。
　　1.2.3.1 不同光照强度下根系分泌物对重金属离子Pb2+吸附的影响
　　提取实验室内培养的小麦幼苗根系分泌物，连续收集48 h，光照强度分别为0、2500、5000、7500、9000Lx，然后将收集液过0.45 μm的微孔滤膜，然后于4 ℃条件下低温保存。
　　取一定量的浓度为0.02 mmol/L Pb2+溶液加入离心管中，分别加入10 mL不同光照强度下得到的小麦根系分泌物，然后于25 ℃，150 r/min条件下连续振荡8 h后，离心取上清液，用原子分光光度计法测定Pb2+剩余浓度。每次处理重复2次。
　　1.2.3.2 不同温度条件下根系分泌物对重金属离子Pb2+吸附的影响
　　提取实验室内培养的小麦幼苗根系分泌物，连续收集48 h，温度分别为15、20、25、30、40 ℃，然后将收集液过0.45 μm的微孔滤膜，然后于4 ℃条件下低温保存。
　　取一定量的浓度为0.02 mmol/L Pb2+溶液加入离心管中，分别加入10 mL不同温度下得到的小麦根系分泌物，然后于25 ℃，150 r/min条件下连续振荡8 h后，离心取上清液，用原子分光光度计法测定Pb2+剩余浓度。每次处理重复2次。
　　1.2.3.3 不同营养条件下根系分泌物对重金属离子Pb2+吸附的影响
　　将实验室内培养根长为6～10 cm的小麦幼苗取出，洗净根面后，再放入培养液中培养一周，培养液中CO（NH2）2的浓度分别为0、0.5、1.0、1.5、2.0%，之后再顺次用0.2 mmoL/LCaSO4和30 mg/L氨苄溶液浸泡2 h和0.5 h，去离子水洗净后，置人工智能培养箱（温度25 ℃，光照强度5000 Lx）中收集根系分泌物。连续收集24 h后，过0.45 μm的微孔滤膜，然后于4 ℃条件下低温保存。
　　取一定量的浓度为0.02 mmol/L Pb2+溶液加入离心管中，分别加入10 mL不同营养条件下得到的小麦根系分泌物，然后于25 ℃，150 r/min条件下连续振荡8h后，离心取上清液，用原子分光光度计法测定Pb2+剩余浓度。每次处理重复2次。
　　2 结果与讨论
　　2.1 不同光照时间下根系分泌物对重金属离子Pb2+吸附的影响
　　一般情况下，根系分泌物中大分子组分成分是多糖、多糖醛酸和蛋白质，小分子组分成分主要是质子、有机酸、糖类、酚类和氨基酸等。
　　小麦根系分泌物对Pb2+的吸附量在光照时间为0～12 h时，随着时间增加，吸附量明显提高，在12 h时达到最高值4.53 ?g/g，这是由于小麦为长日照植物，在此条件下产生的根系分泌物有利于增加对Pb2+的吸附量。之后随着光照时间的增加而趋于平衡（见图1）。不同光照时间下的吸附量不同，可能是由于较长光照时间下，小麦光和作用良好，根系分泌物含量逐渐增多，而随着时间逐步延长，小麦将处于逆境生长，违背了正常生态环境，因此分泌的根系分泌物种类物质含量与正常光照条件下产生的有所不同，吸附量逐渐趋于平稳甚至有下降趋势。
　　2.2 不同光照强度下根系分泌物对重金属离子Pb2+吸附的影响
　　随光强的变化，小麦根系分泌物对Pb2+的吸附量在3 ?g/g处上下波动，这是小麦对日照强度的反应并不敏感所致。无光照和光照强度为9000 Lx时的吸附量基本相同，均为3 ?g/g左右。光强为5000 Lx和7500 Lx时，吸附量较高，约为4 ?g/g（见图2）。由此可知，无光照或弱光照条件下，根系分泌物成分不利于Pb2+的吸附，这可能是由于小麦喜光，而在无光照或弱光照逆境条件下，产生的根系分泌物种类与正常条件不同，不利于Pb2+的吸附。
　　2.3 不同温度条件下根系分泌物对重金属离子Pb2+吸附的影响
　　由图3可以发现，随着温度的升高，小麦根系分泌物对Pb2+的 吸附量先增大后缓慢减少。在20 ℃时吸附量最大，为4.28 ?g/g，由于小麦根系生长的最适温度为16～20 ℃，而在40 ℃时，已接近其耐受上限，因此可能影响了其根系分泌物的分泌，导致吸附量达到最低点，几乎无修复效果。又由于冬小麦属耐寒植物，因此，高温逆境最不利于吸附重金属离子，而20 ℃左右为最适温度。
　　2.4 不同营养条件下根系分泌物对重金属离子Pb2+吸附的影响
　　小麦根系分泌物的吸附效果随着CO（NH2）2浓度的增大而先增大后减小。尿素浓度为正常值时，吸附量最大，CO（NH2）2浓度为零时，溶解量最小（见图4）。小麦生长过程中需要大量补充氮、磷等营养元素，低于正常值时，不利于自身生长，产生的根系分泌物对Pb2+的吸附效果不明显，在最低浓度CO（NH2）2营养条件下产生的根系分泌物成分最有利于Pb2+吸附。
　　3 结语
　　（1）根系分泌物对重金属离子Pb2+的吸附是一个动态的过程，随着小麦生长条件的改变，根系分泌物的成分和数量都可能发生改变。
　　（2）小麦根系分泌物对Pb2+的吸附量随光照时间先增加后趋于平衡，在12 h时达到最大值；不同光照强度下小麦根系分泌物对Pb2+的吸附的影响很复杂；吸附效果随着温度的升高先增加后缓慢减小，在20 ℃时达到最大值；随着CO（NH2）2浓度的增大小麦根系分泌物对Pb2+的吸附量逐步增加，在浓度为0.5%时，达到最高值。
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