一种研究重金属在植物体内积累、迁移试验的装置及应用

摘要

本发明涉及植物对重金属污染物吸收、积累和迁移的机理，具体地说是一种研究重金属在植物体内吸收、积累、迁移规律和对植物产生毒害机理的试验装置及其应用。包括植物培养盆及设置在其上的隔板，隔板上开设有多个植物生长槽，每个植物生长槽中插有一组支架，所述每组支架有两片组成，其中一片垂直插入植物生长槽内，另一片的下部垂直插入植物生长槽内，上部向外倾斜与下部垂直面呈45°。本发明装置能应用于小型的室外和室内模拟试验，其结构简单、适用性能强，能控制环境条件，同时采用的培养液可满足植物生长需要。可使植物获得理想、严格的生长环境。并且本发明装置可清晰观察植物生长过程根部和茎叶部分的状况。可根据生长状况随时采集样品，进行分析测定和研究。

权利要求

1.一种研究重金属在植物体内积累、迁移试验的装置，其特征在于：包括植物培养盆（1）及设置在其上的隔板（2），隔板（2）上开设有多个植物生长槽（3），每个植物生长槽（3）中插有一组支架（4），所述每组支架（4）有两片组成，其中一片垂直插入植物生长槽（3）内，另一片的下部垂直插入植物生长槽（3）内，上部向外倾斜与下部垂直面呈45°。

2.按权利要求1所述的研究重金属在植物体内积累、迁移试验的装置，其特征在于：所述支架（4）另一片的下部两侧设置有使两片支架形成空间，便于植物生长发育的相对弯折、形成的棱。

3.按权利要求1所述的研究重金属在植物体内积累、迁移试验的装置，其特征在于：所述支架（4）高出隔板部分的外侧设有遮光膜（5）。

4.按权利要求1所述的研究重金属在植物体内积累、迁移试验的装置，其特征在于：所述隔板（2）直径为14-15 cm，厚度为1-1.2 cm，植物生长槽（3）长10-12 cm，宽1.3-1.6 cm。

5.按权利要求2所述的研究重金属在植物体内积累、迁移试验的装置，其特征在于：所述支架（4）由不同形状的有机玻璃板组成，支架插入培养盆底部，比隔板高出6.5 cm, 有机玻璃板一片为长方形平板，高17.60 cm，宽9.5 cm，厚0.4-0.5 cm，另一片两边设置0.8-1.2 cm高的棱，上部斜面部分高4.0 cm，宽9.5 cm，上部斜面部分与下部垂直面呈45°，下部垂直面高13.60 cm，宽9.5 cm。

6.一种按权利要求1所述的研究重金属在植物体内积累、迁移试验装置的应用，其特征在于：将消毒处理的种子整齐排在装置的支架中间，每个支架排放4-6粒种子；先避光培养，待种子发芽后，进行光照培养；使其植物顺着隔板（2）上开设的植物生长槽（3）中长出，根据需要将培养液换成受污染的重金属溶液，而后待植物在装置中培养后检测植物不同部位的受毒害状况。

7.按权利要求6所述的研究重金属在植物体内积累、迁移试验装置的应用，其特征在于：所述消毒处理即用3% H2O2浸泡种子20-30 min，用蒸馏水冲洗5-10次，再用蒸馏水浸泡种子20 -30h。

8.按权利要求6所述的研究重金属在植物体内积累、迁移试验装置的应用，其特征在于：所述将浸泡好的种子整齐排在支架中间，支架直面置一层滤纸，在滤纸上放入一条脱脂棉，再喷洒少量蒸馏水，然后用消毒镊子夹取浸泡好的种子整齐排在装置支架中间。

9.按权利要求6所述的研究重金属在植物体内积累、迁移试验装置的应用，其特征在于：所述培养盆、隔板和支架用前须用75%酒精消毒，然后置于装有Hoagland营养液的培养盆中。

说明书

一种研究重金属在植物体内积累、迁移试验的装置及应用

技术领域

[0001] 本发明涉及植物对重金属污染物吸收、积累和迁移的机理研究，具体地说是一种重金属在植物体内积累和迁移的装置及其应用。

背景技术

[0002] 重金属污染导致的环境问题及其对人体产生的毒害现象已引起各界人士的关注。在环境污染方面所说的重金属主要是指汞、砷、镉、铅、铬等生物毒性显著的元素。重金属不能被生物降解，相反却能在食物链的生物放大作用下，成千百倍地富集，最后进入人体。重金属在人体内能和蛋白质及酶等发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可能在人体的某些器官中累积，造成慢性中毒。

[0003] 重金属在植物体内积累过多，会对植物生长发育及其品质产生毒害。重金属对植物的毒害作用是由一系列因素决定的，包括重金属的吸收位点、植物细胞中对重金属结合位点的竞争、重金属离子的特性、离子的有效性以及各种化学作用等。重金属对植物的作用也存在多方面的影响，不仅是生长发育，而是从分子到生理代谢、细胞结构、光合作用、呼吸作用、酶活性等多方面的综合影响。

[0004] 为了深入研究植物对重金属污染物吸收、积累、迁移规律和作用机理，为降低重金属对植物的毒害作用提供理论依据，为治理和修复污染土壤和水体提供有效措施和技术，本研究发明了一种试验装置。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种无二次污染、操作简单的研究重金属污染物在植物体内积累和迁移的试验装置及其应用。

[0006] 为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

[0007] 装置：包括植物培养盆1及设置在其上的隔板2，隔板2上开设有多个植物生长槽3，每个植物生长槽3中插有一组支架4，所述每组支架4有两片组成，其中一片垂直插入植物生长槽3内，另一片的下部垂直插入植物生长槽3内，上部向外倾斜与下部垂直面呈45°。

[0008] 所述支架4另一片的下部两侧设置有使两片支架形成空间，便于植物生长发育的相对弯折、形成的棱。所述支架4高出隔板部分的外侧设有遮光膜5。所述隔板2直径为14-15cm，厚度为1-1.2cm，植物生长槽3长10-12cm，宽1.3-1.6cm。所述支架4由不同形状的有机玻璃板组成，支架插入培养盆底部，比隔板高出6.5cm，有机玻璃板一片为长方形平板，高17.60 cm，宽9.5cm，厚0.4-0.5cm，另一片两边设置0.8-1.2cm高的棱，上部斜面部分高4.0cm，宽9.5cm，上部斜面部分与下部垂直面呈45°，下部垂直面高13.60cm，宽9.5cm。 [0009] 试验装置的应用：将消毒处理的种子整齐排在装置的支架中间，每个支架排放
4-6粒种子；先避光培养，待种子发芽后，进行光照培养；使其植物顺着隔板2上开设的植物生长槽3中长出，根据需要将培养液换成受污染的重金属溶液，而后待植物在装置中培养后检测植物不同部位的受毒害状况。

[0010] 所述消毒处理即用3％H2O2浸泡种子20-30min，用蒸馏水冲洗5-10次，再用蒸馏水浸泡种子20-30h。所述将浸泡好的种子整齐排在支架中间，支架直面置一层滤纸，在滤纸上放入一条脱脂棉，再喷洒少量蒸馏水，然后用消毒镊子夹取浸泡好的种子整齐排在装置支架中间。所述培养盆、隔板和支架用前须用75％酒精消毒，然后置于装有700mL Hoagland营养液的培养盆中。

[0011] 本发明所具有的优点：

[0012] 1.本发明装置能应用于小型的室外和室内模拟试验，其结构简单、适用性能强，能控制环境条件，使研究成为可能。

[0013] 2.环境条件多种、且可控。本发明能够提供不同温度、不同光照条件、不同湿度、植物不同生长时间等环境条件。还可使用于不同种类、不同浓度重金属溶液、不同植物品种对重金属污染物吸收、积累和迁移的机理研究。

[0014] 3.可防止对周围环境造成二次污染。本发明采用的培养盆采用不透明塑料材料，可防止重金属培养液对周围环境造成污染。

[0015] 4.本发明所采用的培养液是常规植物营养液(见刘润进、陈应龙主编，菌根学，科学出版社，2007，p152)可满足植物生长需要。可使植物获得比较理想、比较严格的生长环境。

[0016] 5.本发明装置操作方便，可清晰观察植物生长过程根部和茎叶部分的状况。可根据生长状况随时采集样品，进行分析测定和研究。

[0017] 6.本发明装置可使植物种子发芽或者生长到一定阶段后，根据需要在投加重金属的溶液中生长发育，并且控制温度、湿度、光照强度等环境条件，在研究期间可及时观察植物受害部位、受害程度、受害机理以及农产品品质的变化，这些变化包括外部形状和基因的变化，也包括从分子到生理代谢、细胞结构、酶活性等与未受毒害植物的区别。 [0018] 7.本发明装置可便于研究重金属离子的特性、离子的有效性对植物受毒害的影响，研究结果可为降低重金属对植物的毒害作用提供理论依据，为治理污染土壤和水体提供有 效措施和技术。

[0019] 图1为本发明研究植物对重金属污染物吸收、积累和迁移的机理装置结构示意图。

[0020] 图2为图1的所用隔槽结构示意图。

[0021] 图3为图1的所用支架结构示意图。

[0022] 图4为本发明研究结果柱状图。

[0023] 图5RT-PCR分析结果图

[0024] 下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

[0025] 实施例1

[0026] 如图1所示本发明主要由培养盆1、隔板2和支架4构成，夏天可以在室外使用，冬季在光照培养箱中使用，包括植物培养盆1及设置在其上的隔板2，隔板2上开设有多个植物生长槽3，每个植物生长槽3中插有一组支架4，所述每组支架4有两片组成，其中一片垂直插入植物生长槽3内，另一片的下部垂直插入植物生长槽3内，上部向外倾斜与下部垂直面呈45°所述支架4另一片的下部两侧设置棱，使两片支架形成空间，便于植物生长发育。(参见图3)。所述支架4高出隔板部分的外侧设有遮光膜5。

[0027] 所述隔板2直径为14-15cm，厚度为1-1.2cm，植物生长槽3长10-12cm，宽1.3-1.6cm(参见图2)。

[0028] 所述支架4由不同形状的有机玻璃板组成，支架插入培养盆底部，比隔板高出6.5cm，有机玻璃板一片为长方形平板，高17.60cm，宽9.5cm，厚0.4-0.5cm，另一片两边设置0.8-1.2cm高的棱，上部斜面部分高4.0cm，宽9.5cm，上部斜面部分与下部垂直面呈
45°，下部垂直面高13.60cm，宽9.5cm(参见图3)。

[0029] 现以玉米植物为例，在Cd浓度为50uM情况下，选择了如下环境条件，光照周期10h-14h，光照强度为8000lux，温度18-25℃，相对湿度50-60％。

[0030] 具体为：试验前将装置的培养盆、隔板、支架均用75％酒精消毒，支架置于装有700mLHoagland营养液的培养盆中，所述Hoagland营养液配方见表1。玉米种子用前需消毒处理。消毒液用3％H2O2浸泡种子25min，用蒸馏水冲洗7次，再用蒸馏水浸泡24小时。
支架直面置一层滤纸，在滤纸上喷少许蒸馏水，滤纸上放一条脱脂棉，再喷洒少量蒸馏水，然后用消毒镊子夹取浸泡好的种子整齐排在支架中间，每个支架排6粒，用一层脱脂棉盖住种子，在室内避光培养。待种子发芽后，光照培养。3天在幼苗上喷洒一次蒸馏水。生长至15cm时营养

[0031] 液换成700mL Cd溶液，Cd浓度为50uM，其采用分析纯CdCl2·2.5H2O配制。 [0032] 玉米植株在此溶液中生长24小时后，将植物整株取出，用自来水冲洗干净，用滤纸吸干水分，地上部分和地下部分分别放置。样品烘干后称重，经硝酸高氯酸消解后，用VarianAA-240原子吸收光谱仪分析测定样品中Cd浓度。实验结果可以看出当溶液中Cd浓度为50uM时，玉米植株只在此溶液中生长24小时，茎叶中Cd浓度就达到23.7mg/kg，根中Cd浓度为373.7mg/kg，Cd浓度根＞＞茎叶，(参见图4)。

[0033] 表1Hoagland植物营养液配方

[0034] 药品名称 母液浓度(g/L) 营养液浓度(ml/L)

[0035] KH2PO4 136 1

[0036] KNO3 101 5

[0037] Ca(NO3)2 236 5

[0038] MgSO4 246.5 2

[0039] H3BO4 2.86 1

[0040] MnCl2·4H2O 1.81 1

[0041] ZnSO4·7H2O 0.22 1

[0042] CuSO4·5H2O 0.08 1

[0043] H2MoO4·H2O 0.02 1

[0044] EDTA 7.45 1

[0045] FeSO4·7H2O 5.57 1

[0046] 实施例2

[0047] 与实施例1相比不同之处在于：

[0048] 如图1所示本发明主要由培养盆1、隔板2和支架4构成，夏天可以在室外使用，冬季在光照培养箱中使用，包括植物培养盆1及设置在其上的隔板2，隔板2上开设有多个植物生长槽3，每个植物生长槽3中插有一组支架4，所述每组支架4有两片组成，其中一片垂直插入植物生长槽3内，另一片的下部垂直插入植物生长槽3内，上部向外倾斜与下部垂直面呈45°。所述支架4另一片的下部两侧设置棱，使两片支架形成空间，便于植物6生长发育。(参见图3)。所述支架4高出隔板部分的外侧设有遮光膜5。

[0049] 所述隔板2直径为14-15cm，厚度为1-1.2cm，植物生长槽3长10-12cm，宽1.3-1.6cm(参见图2)。

[0050] 所述支架4由不同形状的有机玻璃板组成，支架插入培养盆底部，比隔板高出6.5cm，有机玻璃板一片为长方形平板，高17.60cm，宽9.5cm，厚0.4-0.5cm，另一片两边设置0.8-1.2cm高的棱，上部斜面部分高4.0cm，宽9.5cm，上部斜面部分与下部垂直面呈
45°，下部垂直面高13.60cm，宽9.5cm(参见图3)。

[0051] 现以玉米植物为例，在Cd浓度为100uM情况下，选择了如下环境条件，光照周期10h-14h，光照强度为8000lux，温度18-25℃，相对湿度50-60％。

[0052] 具体为：试验前培养盆、隔板、支架均用75％酒精消毒，支架置于装有700mL Hoagland营养液的培养盆中，所述Hoagland营养液配方见实施例1中表1。玉米种子用前需消毒处理。消毒液用3％H2O2浸泡种子30min，用蒸馏水冲洗8次，再用蒸馏水浸泡24小时。支架直面置一层滤纸，在滤纸上喷少许蒸馏水，滤纸上放一层脱脂棉，再喷洒少量蒸馏水，然后用消毒镊子夹取浸泡好的种子整齐排在支架中间，每个支架排5粒，在种子上面盖一层脱脂棉，在室内避光培养。待种子发芽后，光照培养。2天在幼苗上喷洒一次蒸馏水。生长至15cm时营养液换成700mL Cd溶液，Cd浓度为100uM，其采用分析纯CdCl2·2.5H2O配制。

[0053] 玉米植株在此溶液中生长24小时后，将植物整株取出，用自来水冲洗干净，用滤纸吸干水分，地上部分和地下部分分别放置。样品烘干后称重，经硝酸-高氯酸消解，用VarianAA-240原子吸收光谱仪分析测定样品中Cd浓度。实验结果可以看出，当溶液中Cd浓度为100uM时，玉米植株只在此溶液中生长24小时，茎叶中Cd浓度就达到了38.7mg/kg，根中Cd浓度为505.5mg/kg，溶液中不同Cd浓度，在植物体内分布也大不相同，根中Cd浓度＞＞茎叶。RT-PCR分析结果表明在Cd胁迫下，金属转运基因Nramp1表达增强(见图5)。