一种湿地植物水培根系根表覆铁膜的方法

摘要

本发明提供一种植物水培根系根表覆铁膜的方法，包括一下步骤，S1.制备铁膜诱导液：将厌氧水解酸化液，密封条件下厌氧酸化到pH=5、氧化还原电位为450~500，加入100~140mg/L的亚铁离子，形成铁膜诱导液，S2.组织培养：将植物的根系放入完全培养液中培养4~7天，S3.用铁膜诱导液替换完全培养液，再培养5~10天，即得根系根表覆铁膜的植物。通过本方法培育的植物，在根系会附着有一层磷吸附能力很强的铁膜，可以用于提高污水中磷的去除率。

说明书

技术领域

本发明涉及植物培育领域，更具体地，涉及一种湿地植物水培根系根表覆铁膜的方法。

背景技术

水稻等湿地植物根表经常会覆盖一层棕红色铁氧化物胶膜，被称为铁膜，它的主要成分是无定形和弱结晶态氧化铁，是湿地内部土壤中铁在土壤和植物根表之间迁移转化的结果。铁是地壳丰量元素，湿地土壤都含有较多的铁，同时铁也是活跃变价元素，易发生氧化还原反应，在湿地内部厌氧区，土壤或基质颗粒中三价氧化铁，被有机污水或植物分泌小分子有机酸在微生物作用下催化还原为溶解性亚铁离子，亚铁离子迁移到湿地表层植物根系附近，被植物根系释放出的氧气等氧化性物质氧化为三价铁，并重新沉积在植物根表或附近基质颗粒上即形成铁膜。铁膜具有氧化铁的特性，可以吸附磷、砷、铅等多种物质，对于水稻的磷吸收及污染物在湿地迁移转化影响等方面具有重要的意义，是目前农业、环境相关领域研究的热点。为了更好地研究根表铁膜的特性，通常需要在实验室利用水培系统人工诱导铁膜生成；此外，具有发达的根系和较强泌氧能力的湿地植物水培根系系统也经常用于污水处理和污染水体修复，根表若能大量覆盖铁膜也可有效提高系统对磷、砷等污染物去除能力。

目前水培湿地植物根系的铁膜诱导主要利用含亚铁离子且pH接近中性的无机培养液诱导。这种方式下，由于植物只有根系部分浸入培养液中，上部仍需暴露在空气中进行光合作用维持活性，因此，培养液很难与空气完全隔开，空气中的氧气可大量溶于培养液中，由于亚铁离子在pH中性范围内极易被培养液中溶解氧氧化，因此很多亚铁离子直接被培养液中氧快速氧化后形成三价氢氧化铁沉淀，部分沉降在根表，大部分沉降在培养液底部，亚铁离子被水中的氧氧化形成的氢氧化铁沉降在植物根表，看上去也像铁膜，但它与根接合不牢固，极易被水冲掉，只有扩散到根细胞壁表面被根释放氧气氧化形成的氧化铁才能形成比较牢固的铁膜；而且，大量的亚铁离子快速的被氧氧化成氢氧化铁后同时有大量H⁺离子产生，导致培养液缓冲能力失效，pH快速下降，植物根部受害，整株植物死亡，致使铁膜诱导失败；为了避免亚铁离子被溶解到水中的氧氧化，现有的改进方式是尽量将培养液和空气隔绝，然后向其中通入氮气吹走溶解氧，维持培养液的无氧环境，但这种方式只适用于少量植株（1-2株）的根表铁膜诱导，大量植物根表铁膜诱导的话则需要设置较多的诱导体系和提供大量的氮气，费用较高且操作繁琐，因此根表铁膜诱导仍需要更好的改进方法。

发明内容

本发明的目的在于开发一种植物根表面附着铁膜的方法。

根据发明目的，本发明提供一种植物水培根系根表覆铁膜的方法，包括以下步骤，

S1. 制备铁膜诱导液：将厌氧水解酸化液，密封条件下厌氧酸化到pH=5、氧化还原电位为-450~-500，形成铁膜诱导液。

S2. 组织培养：将植物的根系放入完全培养液中培养4~7天，

S3. 铁膜的诱导：用铁膜诱导液替换完全培养液，加入100~140mg/L的亚铁离子，再培养植物根系5~7天，即得根表覆铁膜的植物。

    所述的植物为湿地植物。

    所述的厌氧水解酸化液，按浓度计单位为mg/L，包含以下组分：

KNO3600~700MgSO4.7H2O500~550Ca(NO₃)2.4H2O900~1000H3BO32.5~3.0MnSO₄.H2O3~4CuSO₄.7H2O0.01~0.2ZnSO₄.7H2O0.15~0.3（NH4）6MO7O24.4H2O0.01~0.2C6H12O61000~1500水稻土过滤液（或水解酸化母液）*100-200

*水稻土过滤液用于初次配置时提供水解酸化菌，配制方法：选取1kg水稻土（栽培水稻5年以上农田土壤），加入5L自来水混匀，静止12小时，取上层清液用定性滤纸过滤后的滤液。水解酸化母液是指已经配制好低温保存的水解酸化液。

    所述的完全培养液，按浓度计单位为mg/L，包含以下组分：

KNO3600~700MgSO4.7H2O500~550Ca(NO₃)₂.4H2O900~1000H₃BO₃2.5~3.0MnSO₄.H₂O3~4CuSO₄.7H₂O0.01~0.2ZnSO₄.7H₂O0.15~0.3（NH4）6MO7O24.4H2O0.01~0.2NH4H2PO4100~150EDTA-Fe40~45

本发明的有益效果如下：

1. 可在较小体积的装置内实现大量植物根表铁膜的诱导。

2. 诱导形成的根表铁膜牢固，不易被水浸泡冲刷掉。

3.植物活性基本不受影响，诱导过程中不易出现死亡植株。

4．诱导过程不需使用较昂贵的氮气，诱导的经济投入较小。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步详细说明本发明。

（1）              铁膜诱导液配置，选取1个10L的带盖塑料桶，按表1配方配置10L诱导液加入其中，然后拧紧盖子，放置在实验室30℃的培养箱中，每2天拧开盖子使用便携式pH计和ORP仪监控诱导液pH和ORP下降情况，4-5天后，pH和ORP分别下降到5和-450mV左右，将塑料桶放置到15℃冷藏箱中，停止其水解酸化过程，并保存待用。

（2）              在室温可达到20-30℃的日光温室中，利用容积10L左右高30cm的塑料圆水桶，放入5L完全培养液（配方见表2），构建水培溶液系统。

实施案例1：

    选取健壮的香蒲植株5株，将下部横走根茎清洗干净，并清除已沉积铁膜的老根，浸入上述水培液中，上部茎叶露出水面，培养2周左右，其中每5天更换一次培养液，期间横走根茎长出较多白色新毛根和根茎。然后利用5L铁膜诱导液替代塑料圆筒中的完全培养液，然后按120mg/L亚铁离子的浓度加入硫酸亚铁试剂，开始铁膜诱导，5天后原来白色根表逐渐出现棕红色铁膜覆盖，随机剪取3克生有铁膜的毛根，利用去离子水冲洗后，测定其铁膜量平均可达到61gFe/kg根的水平；诱导结束后植株生长较健壮，茎叶维持绿色，未出现衰亡迹象。

实施案例2：

    选取健壮的水稻植株5株，将根茎清洗干净，并清除已沉积铁膜的老根，浸入上述水培液中，上部茎叶露出水面，培养2周左右，其中每5天更换一次培养液，期间横走根茎长出较多白色新毛根。然后利用5L铁膜诱导液完全替代塑料圆筒中的完全培养液，然后按100mg/L亚铁离子的浓度加入硫酸亚铁试剂，开始铁膜诱导，5天后原来白色根表逐渐出现棕红色铁膜覆盖，随机剪取3克生有铁膜的毛根，利用去离子水冲洗后，测定其铁膜量平均可达到56gFe/kg根的水平；诱导结束后所有植株生长较健壮，茎叶维持绿色，未出现衰亡迹象。