3-吲哚乙酸对植物修复重金属污染土壤的增效作用

来源:用户上传      作者:戚琳 宋修超 沈新 陈雅静 张瑞敏 关莹

　　摘要：为探究植物在外源3-吲哚乙酸（IAA）作用下对重金属[铜（Cu）、铅（Pb）、锌（Zn）、镉（Cd）]污染土壤的修复效果，以江苏省某重金属复合污染区土壤为对象，通过盆栽种植紫花苜蓿和黑麦草2种先锋植物，研究3-吲哚乙酸对植物修复重金属污染土壤效果的影响。结果表明：IAA可促进植物在重金属污染的土壤中生长，紫花苜蓿和黑麦草株高、根长和生物量均比不添加IAA的处理显著高;相比于对照，各处理土壤重金属含量降低，其中IAA处理下黑麦草土壤Cu、Zn、Cd含量最低，IAA处理下紫花苜蓿土壤Pb含量最低;IAA作用下土壤重金属去除率和植物体内重金属含量提高，2种植物对4种重金属的生物富集系数（BCF）提高，但紫花苜蓿中Pb和Zn转运系数（TF）降低，黑麦草中Cu和Zn的TF不受IAA影响。综合分析，植物激素IAA可促进植物生长，对植物修复土壤重金属污染具有增效作用。
　　关键词：3-吲哚乙酸;植物修复;重金属;去除率;富集系数;转运系数
　　中图分类号： X53文献标志码： A
　　文章编号：1002-1302（2022）04-0193-05
　　收稿日期：2021-05-14
　　基金项目：江苏开放大学（江苏城市职业学院）“十三五”科研规划课题（编号：18SSW-ZR-Y-17）;江苏省大学生创新创业训练计划（编号：202014000008Y）;江苏省环境工程重点实验室开放基金（编号：HX2017005）。
　　作者介：戚 琳（1987―），女，山西临汾人，硕士，实验师，主要从事环境生态学及土壤修复相关研究。E-mail：qlkatrina@163.com。
　　通信作者：宋修超，博士，助理研究员，主要从事农业废弃物肥料化与基质化利用相关研究。E-mail：xiuchao103@163.com。
　　土壤是动植物和微生物的主要栖息场所，同时是各种污染物的最终归宿[1]。土壤污染具有隐蔽性、滞后性、累积性和不可逆转性等特点，导致其治理难度大、耗时长、恢复代价大[2]。作为典型的无机污染物，重金属毒性强，进入土壤后难降解，能与土壤有机质或矿物质相结合并长期留存于土壤中，最终在土壤中不断积累[3]，同时通过食物链的富集作用危及人类健康，引发生态风险[4-5]。
　　植物修复（phytoremediation）是利用植物及其根际微生物群落的理化或生物过程来吸收、转化、降解、挥发或固定土壤污染物的一种原位生物修复技术[6-7]。相较于传统理化修复方法，植物修复成本低，对环境破坏小、扰动少[8]。然而，大多数超积累植物（hyperaccumulator）适生范围窄、根系浅、生长慢，无法达到快速处理复合污染土壤的目的[9]。因此，植物修复的关键在于促进植物体根部生物量的增加，保证植物在污染土壤中定植并发挥作用。
　　植物激素3-吲哚乙酸（IAA）是植物体内合成的、调控植物生长发育的微量有机物质，能促进植物细胞伸长、分裂和分化生长，提高植物抗逆性、促进植物根系发育和叶片生物量的增加，对植物的生长发育和生理生化有着重要影响[10-11]。IAA用于促进植物生长已具有一定的研究基础[12]，但应用于强化植物修复土壤重金属的报道较少。因此，本研究选取江苏省典型重金属复合污染土壤，筛选先锋植物紫花苜蓿和黑麦草，利用盆栽试验，将IAA应用于土壤重金属污染的植物修复领域，结合3-吲哚乙酸与植物产生的协同效应，以期为重金属污染土壤的植物修复中引入植物激素提供科学依据。
　　1 材料与方法
　　1.1 试验材料
　　紫花苜蓿（Medicago sativa L.）和黑麦草（Lolium perenne L.）种子购自河北景天种业有限公司;吲哚乙酸购于杭州茉钡特生物科技有限公司。
　　供试土壤取自苏北地区某重金属复合污染区，土壤pH值6.5，有机质含量17.3 g/kg，铜（Cu）含量73.4 mg/kg，铅（Pb）含量105 mg/kg，锌（Zn）含量298.6 mg/kg，镉（Cd）含量1.1 mg/kg。使用前风干、磨细并过20目筛，称取5 kg土壤于塑料盆钵中待用。取饱满的种子用10%H2O2消毒，无菌水反复冲洗干净后，均匀铺在培养皿上并覆盖湿润纱布，置于28 ℃培养箱。3～4 d后挑选长势健壮一致的幼苗转移至盆钵，移栽10株/盆，土壤水分含量调节至最大田间持水量的60%左右。IAA用乙醇溶解，加蒸馏水配制成10 mg/L溶液备用。
　　1.2 试验设计
　　本试验于2020年9―10月在江苏城市职业学院屋顶花园进行，共设置5个处理：既不种植物也不添加IAA（CK）、种植紫花苜蓿（P1）、种植紫花苜蓿并添加IAA（P1+I）、种植黑麦草（P2）、种植黑麦草并添加IAA（P2+I），每个处理重复3次，试验周期60 d。添加IAA的处理分别于试验10、30、50 d灌根施用，以防止IAA光解。试验结束采集土壤和植物样品：以土钻随机采8个点/盆，混合均匀装入干净的自封袋中;随机选取5棵/盆整株植株，作为1个植株样品放入信封保存。
　　1.3 分析方法
　　1.3.1 紫花苜蓿和黑麦草株高及生物量测定
　　紫花苜蓿和黑麦草植株用蒸馏水充分洗净，测定其株高及根长;植株于105 ℃杀青30 min，80 ℃烘至恒质量，植株地上部及地下部分别称质量。
　　1.3.2 土壤及植物中重金属含量测定
　　植株样品用粉碎机磨碎过80目尼龙筛，土壤样品自然风干，研磨过100目尼龙筛，用HNO3-HClO4消解植物样，HCl-HNO3-HClO4消解土样[13]，通过7500A 型Aligent电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）测定植物和土壤中的Cu、Zn、Cd、Pb含量。
　　1.3.3 富集系数和转运系数

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