一种通过形态指标鉴定重金属耐性植物的方法

摘要

本发明涉及重金属污染防治领域，特别是涉及一种通过形态指标鉴定重金属耐性植物的方法。本发明通过将植株置于含有梯度浓度的重金属培养液中培养，测定其形态指标，利用特定公式计算得出筛选综合评价均值，从而根据均值筛选得到重金属耐性植物，不仅分析可信度高，而且可以筛选对多种重金属具有耐性的植物。

说明书

技术领域

本发明涉及重金属污染防治领域，特别是涉及一种通过形态指标鉴定重金属耐性植物的方法。

背景技术

重金属通过食物链在人体中聚集、沉淀产生毒害作用，威胁人类健康。其中，铅因用途范围广、储量大、产量高等特点，位列三大重金属污染物，它主要沉积在骨骼中，对血红细胞和脑、肾、神经系统功能产生毒性作用；镉具十分强的生物毒性，人体镉中毒时会出现全身疼痛的“痛痛病”症状。重金属污染主要来源于人类活动，包括采矿、工业、农业等，其污染防治已成为社会重点关注对象之一。生物修复技术具安全环保、二次污染小、成本低等特点，是修复重金属污染的研究热点。植物修复技术是重要修复手段之一，主要利用植物细胞壁交联、液泡富集、蛋白络合等途径吸收、沉淀重金属等途径进行修复。因此寻找有效的方法来筛选更多重金属耐性植物是非常必要的。

目前，常用的筛选方法包括微量分析法和野外试纸初步诊断法；而微量分析法由于取样量少，且样本采集地点不一定都被污染，因而分析可信度较低；而野外试纸初步诊断法虽然筛选方法效率较高，但对重金属测定的种类受到限制。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种通过形态指标鉴定重金属耐性植物的方法。本发明提供的方法不仅分析可信度高，而且可以筛选对多种重金属具有耐性的植物。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种通过形态指标鉴定重金属耐性植物的方法，包括以下步骤：

将植株置于含有梯度浓度的重金属培养液中，培养14～16d；

从开始培养至培养结束，测定不同浓度重金属培养液中植株的形态指标；

将某一形态指标某一浓度下的培养结束的测定值减去开始培养的测定值，得到X

将X

其中，式Ⅰ和式Ⅱ中，μ(X

将含有重金属的培养液中培养植株的所有处理值求平均值，得到综合评价均值；

当综合评价均值＞0.5时，属于重金属耐性植物。

优选的，当含有重金属的培养液中培养的植株某一形态指标计算得到的X

当含有重金属的培养液中培养的植株某一形态指标计算得到的X

优选的，所述形态指标包括：株高、叶片数和分枝数。

优选的，所述形态指标还包括：含水率、根长比和根重比；当形态指标为含水率、根长比和根重比时，所述X

优选的，所述重金属包括镉、铅、汞、铬、镍、铍和砷中的一种或多种。

优选的，当重金属为镉、铅、汞、铬、镍、铍或砷时，不同重金属培养液中重金属离子的浓度包括：0mg/L、10mg/L、20mg/L、40mg/L、80mg/L和160mg/L；

当重金属为镉、铅、汞、铬、镍、铍和砷中的任意多种混合时，同一重金属培养液中不同重金属的浓度相同，不同重金属培养液中任意重金属的浓度包括：0mg/L、20mg/L、40mg/L、80mg/L和160mg/L。

优选的，所述重金属培养液的基础培养液包括1/2霍格兰营养液。

优选的，所述重金属培养液中还添加蛭石。

优选的，培养的方法包括水培法。

优选的，培养的条件包括：温度为24～26℃，湿度为55％～65％，光照强度为1400～1600Lx，光暗时间比为7:5。

有益效果：

本发明提供了一种通过形态指标鉴定重金属耐性植物的方法，包括以下步骤：将植株置于含有梯度浓度的重金属培养液中，培养14～16d；从开始培养至培养结束，测定不同浓度重金属培养液中植株的形态指标；将某一形态指标某一浓度下的培养结束的测定值减去开始培养的测定值，得到X

另外，本发明提供的方法不仅简便，可根据筛选综合评价均值直接筛选出重金属耐性植物，而且可操作性强，适用性广。

附图说明

图1为实施例1中铅胁迫下各项形态指标收获时的测定值与初始测定值的差值，横坐标中Pb-10表示培养液中Pb

图2为实施例1中镉胁迫下各项形态指标收获时的测定值与初始测定值的差值，横坐标中Cd-10表示培养液中Cd

图3为实施例1中铅-镉复合胁迫下各项形态指标收获时的测定值与初始测定值的差值，横坐标中H-20表示培养液中Cd

图4为实施例1中铅胁迫下水蓼含水率情况图；

图5为实施例1中镉胁迫下水蓼含水率情况图；

图6为实施例1中铅-镉复合胁迫下水蓼含水率情况图；

图7为实施例1中铅胁迫下水蓼根长比和根重比情况图；

图8为实施例1中镉胁迫下水蓼根长比和根重比情况图；

图9为实施例1中铅-镉复合胁迫下水蓼根长比和根重比情况图。

具体实施方式

本发明提供了一种通过形态指标鉴定重金属耐性植物的方法，包括以下步骤：将植株置于含有梯度浓度的重金属培养液中，培养14～16d；从开始培养至培养结束，测定不同浓度重金属培养液中植株的形态指标；将某一形态指标某一浓度下的培养结束的测定值减去开始培养的测定值，得到X

其中，μ(X

本发明将植株置于含有梯度浓度的重金属培养液中，培养14～16d，优选为培养15d。如无特殊说明，本发明所述重金属培养液的制备原料并没有限定，采用本领域技术人员所熟知市售商品即可。

在本发明中，所述重金属优选包括镉和/或铅；当重金属为镉或铅时，不同重金属培养液中Cd

当重金属为镉和铅时，不同重金属培养液中Cd

在本发明中，培养的方法优选包括水培法；培养的温度优选为24～26℃，更优选为25℃；培养的湿度优选为55％～65％，更优选为60％；培养的光照强度优选为1400～1600Lx，更优选为1500Lx；光暗时间比优选为7:5；培养的装置优选包括人工智能气候培养箱。本发明对所述培养装置的来源没有限定，采用本领域技术人员所熟知的市售商品即可。本发明所述的水培法具有以下优势：1)适用于大部分植物，适用范围广；2)操作简便，且重金属在培养体系中分布均匀；3)实验结束后培养液容易处理；4)通过特定的培养条件模拟植物的生长环境，增加了实验结果的可行性和普适性。

在本发明中，培养前优选包括对植株进行前处理；所述前处理优选包括：挑选株高、茎粗、叶片数基本一致的植株，剪去根、叶、茎尖部分，采用上述培养方法在不含重金属的培养液中培养15d。本发明通过对植株进行前处理可以最大程度上消除由于植株本身(如株高、叶片、根长)等条件变化造成的误差。

本发明从开始培养至培养结束，测定不同浓度重金属培养液中植株的形态指标；将某一形态指标某一浓度下的培养结束的测定值减去开始培养的测定值，得到X

在本发明中，所述形态指标优选包括株高、叶片数、分枝数、含水率、根长比和根重比；当形态指标为含水率、根长比和根重比时，所述X

在本发明中，当含有重金属的培养液中培养的植株某一形态指标计算得到的X

当含有重金属的培养液中培养的植株某一形态指标计算得到的X

将含有重金属的培养液中培养植株的所有处理值(即含有重金属的培养液中培养植株不同形态指标在不同浓度下的处理值)求平均值，得到综合评价均值；当综合评价均值＞0.5时，属于重金属耐性植物。

在本发明中，当综合评价均值＞0.5时，综合评价均值优选与植物对重金属的耐性成正相关。

本发明通过将植株置于含有梯度浓度的重金属培养液中培养，测定其形态指标，利用特定公式计算得出筛选综合评价均值，从而根据均值筛选得到重金属耐性植物，不仅分析可信度高，而且可以筛选对多种重金属具有耐性的植物；另外，本发明提供的方法不仅简便，可根据筛选综合评价均值直接筛选出重金属耐性植物，而且可操作性强，适用性广。

为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种通过形态指标鉴定重金属耐性植物的方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

一种通过形态指标鉴定重金属耐性植物的方法，由以下步骤组成：

材料：水蓼，2020年6月采自青海省大通县。

仪器：人工智能气候培养箱，电子游标卡尺，生物照明装置，温度-湿度计，分析天平，烘箱。

试剂：氯化镉(AR)，乙酸铅(AR)，霍格兰培养液

材料前处理：挑选株高、茎粗、叶片数基本一致的植株，剪去根、叶、茎尖部分，置于人工智能气候培养箱中培养，培养条件为1/2霍格兰营养液，模拟白天(25℃，光照1500Lx，14h，湿度60％)与夜晚(25℃，光照0Lx，10h，湿度60％)培养，使用玻璃广口瓶进行培养(广口瓶含10g蛭石)，培养15天后挑选长势基本一致的植株进行实验。

采用水培法进行培养(广口瓶含10g蛭石)，设置浓度梯度镉(cd)、铅(pb)分别设置0mg/L、10mg/L、20mg/L、40mg/L、80mg/L和160mg/L浓度梯度，另设浓度梯度为Cd

形态指标测定：开始培养后，测定第1d和第15d的植株株高、叶片数和分枝数，并且收获后测定植株总长、根长、植株总鲜重、根鲜重和植株干重，并计算含水率、根长比(根长比＝根长/植株总长)和根重比(根重比＝根鲜重/植株总鲜重)。

将某一形态指标某一浓度下的培养结束的测定值减去开始培养的测定值，三次重复计算得到的差值求平均值，得到X

表1 经不同浓度重金属培养液培养不同时间的株高的测定结果(单位：cm)

表2 经不同浓度重金属培养液培养不同时间的株高的测定结果(单位：cm)

表3 经不同浓度重金属培养液培养不同时间的株高的测定结果(单位：cm)

表4 经不同浓度重金属培养液培养不同时间的叶片数的测定结果(单位：片)

表5 经不同浓度重金属培养液培养不同时间的叶片数的测定结果(单位：片)

表6 经不同浓度重金属培养液培养不同时间的叶片数的测定结果(单位：片)

表7 经不同浓度重金属培养液培养不同时间的分枝数的测定结果(单位：枝)

表8 经不同浓度重金属培养液培养不同时间的分枝数的测定结果(单位：枝)

表9 经不同浓度重金属培养液培养不同时间的分枝数的测定结果(单位：枝)

表10 经不同浓度重金属培养液培养结束后的根长比的测定结果(根长和总根长单位：cm，根长比单位：％)

表11 经不同浓度重金属培养液培养结束后的根长比的测定结果(根长和总根长单位：cm，根长比单位：％)

表12 经不同浓度重金属培养液培养结束后的根长比的测定结果(根长和总根长单位：cm，根长比单位：％)

表13 经不同浓度重金属培养液培养结束后的根重比和含水率的测定结果(根重、总根重和干重单位：g，含水率单位：％)

表14 经不同浓度重金属培养液培养结束后的根重比和含水率的测定结果(根长和总根长单位：cm，根重、总根重和干重单位：g，根长比单位：％，含水率单位：％)

表15 经不同浓度重金属培养液培养结束后的根重比和含水率的测定结果(根长和总根长单位：cm，根重、总根重和干重单位：g，根长比单位：％，含水率单位：％)

表1～表15中0表示培养液中不含重金属，Pb-10表示培养液中Pb

将X

将所有处理值求平均值，得到综合评价均值，评价结果见表16。

收获时各处理的株高、叶片数、分枝数的测定值与初始测定值的差值见图1～图3，收获后各处理组植株的含水率、根长比和根重比的测定值见图4～图9；

由图1、图4和图7可知，单重金属Pb

由图2、图5和图8可知，单重金属Cd

由图3、图6和图9可知，复合污染下，20mg/L组大于CK组，约为CK组的2倍，而40mg/L组、160mg/L组受到严重抑制，倒伏情况严重，其中，40mg/L组抑制作用最强；叶片增长均受到抑制作用，均低于CK组，抑制作用强弱为20mg/L>80mg/L>40mg/L>160mg/L；分枝数统计中，20mg/L组与CK组相同，其余胁迫均受抑制作用且大致表现为“0”增长植物耐重金属能力增强了；各组含水率均明显低于CK组，各梯度的含水率基本相同；160mg/L处理根长比略高，其余处理均产生抑制作用，在80mg/L处理下抑制作用最强；根重比中，在20mg/L处理下表现为抑制作用，其余处理表现为促进作用，在160mg/L处理下促进作用最强，约为CK组的1.6倍；可见，除植株存在部分倒伏情况外，其余生长指标基本正常，表明水蓼是两种重金属复合污染较好的耐性植物。

表16 不同处理不同形态指标的处理值和均值

表16中Pb-10表示培养液中Pb

由表16可以看出水蓼的综合评价均值均大于0.5，可见水蓼对于铅、镉及复合污染均有耐性，这与图1～9根据形态指标分析的结果相同，且对于复合污染的耐性大于镉污染大于铅污染。

综上所述，本发明通过将植株置于含有梯度浓度的重金属培养液中培养，测定其形态指标，利用特定公式计算得出筛选综合评价均值，从而根据均值筛选得到重金属耐性植物，不仅分析可信度高，而且可以筛选对多种重金属具有耐性的植物；另外，本发明提供的方法不仅简便，可根据筛选综合评价均值直接筛选出重金属耐性植物，而且可操作性强，适用性广。

虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。