一种用渐尖毛蕨修复土壤重金属铜污染的方法

摘要

本发明是一种用渐尖毛蕨修复土壤重金属铜污染的方法，包括如下步骤：一、证明渐尖毛蕨对重金属铜存在修复能力；二、证明渐尖毛蕨对重金属铜胁迫的安全性。本发明的优点：价格低廉，应用推广面大；持续时间长，可长期使用；耐受性强，无二次污染。

权利要求

1.一种用渐尖毛蕨修复土壤重金属铜污染的方法，其特征是该方法包括如下步骤：（1）证明渐尖毛蕨对重金属铜存在修复能力；具体包括，

1、实验处理设计：

1）取以16株根际长度与株高相近，刚长出 1-2 片小羽叶的渐尖毛蕨幼苗为一组，分四组进行实验，根部用蒸馏水洗净，后再用去离子水冲洗一遍，移入事先装上 500g草炭营养基质的塑料盆中，盆规格为25×15cm，该草炭营养基质包括草炭营养土、蛭石、珍珠岩混合均匀，其重量百分比为草炭营养土：蛭石:珍珠岩=1:1:1；

2）将药品五水硫酸铜配成相应浓度后，添加到草炭营养基质中，用去离子水淋溶 3 天并混合均匀；

所述的药品五水硫酸铜与草炭营养基质配成相应浓度，200mg/kg、400mg/kg和800mg/kg，以及与对照组（CK）各处理重复 4 次；

验证明渐尖毛蕨对重金属铜的吸附：

渐尖毛蕨器官中铜浓度的测定，材料收割时，将植株分为根、叶柄、羽叶三部分，用去离子水冲洗2次后放入培养皿中，于 80℃的烘箱中杀青15分钟，60℃下烘至恒重后，精确称取渐尖毛蕨的根、叶柄、羽叶各0.100g于100ml 的三角烧瓶中，加入10 ml浓 HNO3和 2ml HClO4, 以不加材料的混合酸作空白校正，在已有的四组处理材料中选取三组材料进行实验分析，摇匀过夜,在电热板上缓慢加热消煮至白烟冒尽，液体变清亮为止, 用去离子水定容至 25 ml，使用ICP-MS仪测定，元素含量用相应器官的干重计，数据结果如下：-1

对照组（CK）：羽叶中的元素浓度为1.4±0.06a mg•kg DW，茎中的元素浓度为-1 -1

1.44±0.11a mg•kg DW，根中的元素浓度为9.6±1.9a mg•kg DW；

-1

Cu浓度为200mg/kg：羽叶中的元素浓度为8.82±0.9a mg•kg DW，茎中的元素浓度为-1 -1

2.48±0.21a mg•kg DW，根中的元素浓度为25.28±3.0a mg•kg DW；

-1

Cu浓度为400mg/kg：羽叶中的元素浓度为14.82±2.3a mg•kg DW，茎中的元素浓度为-1 -1

2.20±0.16a mg•kg DW，根中的元素浓度为28.12±4.3a mg•kg DW；

-1

Cu浓度为800mg/kg：羽叶中的元素浓度为32.75±1.1a mg•kg DW，茎中的元素浓度为-1 -1

14.61±0.07a mg•kg DW，根中的元素浓度为35.28±9.24b mg•kg DW；

所述的浓度=均值±标准差，n=3；

研究植物对重金属污染土壤进行修复，不仅要看植物对重金属的耐性和吸收累积能力，还应考虑其向地上部转运重金属的能力；富集系数BF反映了重金属在土壤－植物体系中迁移的难易程度；迁移系数TF通常能够反映出重金属在植物体内的运输与分配情况，渐尖毛蕨对铜的富集系数BF和迁移系数TF结果统计如下：Cu浓度为200mg/kg：富集系数BF为0.03；迁移系数TF为0.44；

Cu浓度为400mg/kg：富集系数BF为0.16；迁移系数TF为0.66；

Cu浓度为800mg/kg：富集系数BF为0.17；迁移系数TF为1.94；

以上数据表明：渐尖毛蕨对铜的富集系数较低，但迁移系数较高，说明渐尖毛蕨能将的吸附重金属铜转移入渐尖毛蕨自身体内储存，可见渐尖毛蕨是有效的吸附材料，并且渐尖毛蕨的生物量较大，可以通过种群优势来进行实际操作，由此可说明渐尖毛蕨对土壤铜污染是具有有效的修复意义；

（2）证明渐尖毛蕨对重金属铜胁迫的安全性；具体包括，

1、实验准备，

对渐尖毛蕨亚细胞水平铜分布的测定，取渐尖毛蕨的根、叶柄、羽叶鲜样用去离子水冲洗 2 次；渐尖毛蕨的各个部分分别称取 0.100g,，用 10ml 的预冷的匀浆液，该匀浆液为:0.25mmol/L蔗糖、50mmol/L顺丁烯二酸盐缓冲液、1mmol/L MgCl2和 10mmol/L半胱氨酸；匀浆液的 pH 为 7.8；所有匀浆过程和分离过程温度均控制在4℃；

2、具体实验步骤如下：

1）匀浆液及组织的体积为 10ml，然后转入两支 5ml 离心管中；

2）将组织匀浆液在高速冷冻离心机中用 300r/min转速离心40s，下部沉淀、底层碎片为细胞壁组分；

3）上清液以 20000r/min离心 45 min,底层碎片为细胞器组分，上层清液为胞液组分，上清液包括胞液及液泡内大分子有机物及无机离子；

4）将分离后的细胞壁、胞液和细胞器组分采用体积比为 HNO3:HClO4=5:1的方法消煮后待测，元素含量用相应器官的干重计；数据结果如下，羽叶细胞：

对照组（CK）：胞液中的元素浓度为0.44±0.64a mg/kg DW，细胞壁中的元素浓度为

0.36±0.21a mg/kg DW，细胞器中的元素浓度为0.22±0.71a mg/kg DW；

Cu浓度为200mg/kg：胞液中的元素浓度为7.49±2.29a mg/kg DW，细胞壁中的元素浓度为6.23±2.89a mg/kg DW，细胞器中的元素浓度为2.62±0.42a mg/kg DW；

Cu浓度为400mg/kg：胞液中的元素浓度为10.09±2.55a mg/kg DW，细胞壁中的元素浓度为7.35±2.92a mg/kg DW，细胞器中的元素浓度为2.72±0.42a mg/kg DW；

Cu浓度为800mg/kg：胞液中的元素浓度为13.33±2.86a mg/kg DW，细胞壁中的元素浓度为10.03±3.81a mg/kg DW，细胞器中的元素浓度为4.45±0.43a mg/kg DW；

茎细胞：

对照组（CK）：胞液中的元素浓度为1.00±0.02a mg/kg DW，细胞壁中的元素浓度为

1.02±0.03a mg/kg DW，细胞器中的元素浓度为0.53±0.05a mg/kg DW；

Cu浓度为200mg/kg：胞液中的元素浓度为1.61±0.34a mg/kg DW，细胞壁中的元素浓度为2.73±1.73a mg/kg DW，细胞器中的元素浓度为0.76±0.08a mg/kg DW；

Cu浓度为400mg/kg：胞液中的元素浓度为1.80±0.66a mg/kg DW，细胞壁中的元素浓度为3.93±1.16a mg/kg DW，细胞器中的元素浓度为3.42±1.07b mg/kg DW；

Cu浓度为800mg/kg：胞液中的元素浓度为4.2±1.43a mg/kg DW，细胞壁中的元素浓度为6.44±2.61a mg/kg DW，细胞器中的元素浓度为7.4±1.10ab mg/kg DW；

根细胞：

对照组（CK）：胞液中的元素浓度为1.20±0.17a mg/kg DW，细胞壁中的元素浓度为

1.32±0.05a mg/kg DW，细胞器中的元素浓度为0.92±0.09a mg/kg DW；

Cu浓度为200mg/kg：胞液中的元素浓度为6.16±0.14b mg/kg DW，细胞壁中的元素浓度为16.88±2.67a mg/kg DW，细胞器中的元素浓度为3.6±0.32b mg/kg DW；

Cu浓度为400mg/kg：胞液中的元素浓度为10.08±1.59ab mg/kg DW，细胞壁中的元素浓度为26.68±3.69a mg/kg DW，细胞器中的元素浓度为6.56±0.18ab mg/kg DW；

Cu浓度为800mg/kg：胞液中的元素浓度为36.84±3.12a mg/kg DW，细胞壁中的元素浓度为51.52±6.39a mg/kg DW，细胞器中的元素浓度为13.48±0.02a mg/kg DW；

所述的浓度=均值±标准差，

以上数据可知，在亚细胞水平，渐尖毛蕨累积的铜主要集中在胞液和细胞壁里，随着铜浓度的升高，液泡水平和细胞壁水平铜浓度积累也随之增加；因为液泡和细胞壁能起到保护细胞的作用，所以重金属在这两个区域聚集，说明了渐尖毛蕨对重金属铜存在抵御作用，能有效的保护渐尖毛蕨的正常生理生长，进一步说明渐尖毛蕨是一种安全的修复土壤铜污染的材料； 同时后期观察，28、56天后，胁迫后的渐尖毛蕨仍能萌出新拳卷叶，证明渐尖毛蕨对重金属铜存在御性，通过轮伐处理后，实现治理土壤铜污染。

说明书

一种用渐尖毛蕨修复土壤重金属铜污染的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及的是一种用渐尖毛蕨修复土壤重金属铜污染的方法，属于重金属土壤污染修复技术领域。

背景技术

[0002] 20世纪50年代以来,全球化环境问题开始引起人类的关注｡从上世纪五六十年代日本相继出现的水俣病(Hg污染)､骨痛病(Cd污染)､哮喘病(SO2和重金属粉尘复合污染)，到七十年代美国南加利福尼亚海岸重金属事件的发生,重金属污染引起的环境问题越发严重｡据报道,2009年到2010年,我国的重金属中毒事件高达31起｡针对这一问题，2011年初,国务院正式批复了《重金属污染综合防治“十二五”规划》的重金属专项整治规划｡

[0003] 随着工农业生产的快速发展，环境中重金属污染日趋严重。含铜矿产的开采、冶炼厂三废的排放、含铜杀菌剂的长期大量使用和城市污泥的堆肥利用，使土壤含铜量达到原始土壤的几倍甚至几十倍，远远超出了土壤环境的承载力，对植物、动物和土壤微生物产生危害，严重威胁到生态系统的稳定和人类的安全。

[0004] 蕨类植物是植物界中的一个特殊类群，其种类繁多，分布广泛，繁衍方式多，对各种极端恶劣环境的适应能力强，所蓄积的污染物种类繁多，选择性差，因此，在土壤修复和水体净化中具有较高的实用价值。此外，蕨类植物的生活周期具有明显的世代交替。由于孢子体和配子体各自独立生活，并且都能蓄积重金属污染物，蕨类植物修复技术的独特性日益为人们所关注。

发明内容

[0005] 本发明提出的是一种用渐尖毛蕨修复土壤铜污染的方法，其目的旨在修复土壤中的重金属铜对土壤的污染。

[0006] 本发明的技术解决方案：一种用渐尖毛蕨修复土壤铜污染的方法，包括如下步骤：

[0007] 一、证明渐尖毛蕨对重金属铜存在修复能力；

[0008] 二、证明渐尖毛蕨对重金属铜胁迫的安全性。

[0009] 本发明的优点：价格低廉，应用推广面大；持续时间长，可长期使用；耐受性强，无二次污染。

具体实施方式

[0010] 一种用渐尖毛蕨修复土壤铜污染的方法，包括如下步骤：

[0011] 一、证明渐尖毛蕨对重金属铜存在修复能力；

[0012] 二、证明渐尖毛蕨对重金属铜胁迫的安全性。

[0013] 所述的步骤一，证明渐尖毛蕨对重金属铜存在修复能力；具体包括，[0014] 1、实验处理设计：

[0015] 1）取以16株根际长度与株高相近，刚长出 1-2 片小羽叶的渐尖毛蕨幼苗为一组，分四组进行实验，根部用蒸馏水洗净，后再用去离子水冲洗一遍，移入事先装上 500g草炭营养基质的塑料盆中，盆规格为25×15cm，该草炭营养基质包括草炭营养土、蛭石、珍珠岩混合均匀，其重量百分比为草炭营养土：蛭石:珍珠岩=1:1:1；

[0016] 2）将药品五水硫酸铜配成相应浓度后，添加到草炭营养基质中，用去离子水淋溶3 天并混合均匀；

[0017] 所说的药品五水硫酸铜与草炭营养基质配成相应浓度，200mg/kg、400mg/kg和800mg/kg，以及与对照组（CK）各处理重复 4 次；

[0018] 2、实验证明渐尖毛蕨对重金属铜的吸附：

[0019] 渐尖毛蕨器官中铜浓度的测定，材料收割时，将植株分为根、叶柄、羽叶三部分，用去离子水冲洗2次后放入培养皿中，于 80℃的烘箱中杀青15分钟，60℃下烘至恒重后，精确称取渐尖毛蕨的根、叶柄、羽叶各0.100g于100ml 的三角烧瓶中，加入10 ml浓 HNO3和2ml HClO4, 以不加材料的混合酸作空白校正，在已有的四组处理材料中选取三组材料进行实验分析，摇匀过夜,在电热板上缓慢加热消煮至白烟冒尽，液体变清亮为止, 用去离子水定容至 25 ml，使用ICP-MS仪测定，元素含量用相应器官的干重计，数据结果见表2：

[0020] 表 2 铜在渐尖毛蕨器官中的分布

[0021]

[0022] 注：浓度=均值±标准差，n=3；

[0023] 研究植物对重金属污染土壤进行修复，不仅要看植物对重金属的耐性和吸收累积能力，还应考虑其向地上部转运重金属的能力；富集系数BF反映了重金属在土壤－植物体系中迁移的难易程度；迁移系数TF通常能够反映出重金属在植物体内的运输与分配情况，渐尖毛蕨对铜的富集系数BF和迁移系数TF结果统计见表4：

[0024] 表3渐尖毛蕨对铜的富集系数BF和迁移系数TF

[0025]

[0026] 表3数据表明：渐尖毛蕨对铜的富集系数较低，但迁移系数较高，说明渐尖毛蕨能将的吸附重金属铜转移入渐尖毛蕨自身体内储存，可见渐尖毛蕨是有效的吸附材料，并且渐尖毛蕨的生物量较大，可以通过种群优势来进行实际操作，由此可说明渐尖毛蕨对土壤铜污染是具有有效的修复意义。

[0027] 所述的步骤二、证明渐尖毛蕨对重金属铜胁迫的安全性，具体包括，[0028] 1、实验准备，

[0029] 对渐尖毛蕨亚细胞水平铜分布的测定，取渐尖毛蕨的根、叶柄、羽叶鲜样用去离子水冲洗 2 次；渐尖毛蕨的各个部分分别称取 0.100g,，用 10ml 的预冷的匀浆液，该匀浆液为:0.25mmol/L蔗糖、50mmol/L顺丁烯二酸盐缓冲液、1mmol/L MgCl2和 10mmol/L半胱氨酸；匀浆液的 pH 为 7.8；所有匀浆过程和分离过程温度均控制在4℃；

[0030] 2、具体实验步骤如下：

[0031] 1）匀浆液及组织的体积为 10ml，然后转入两支 5ml 离心管中；

[0032] 2）将组织匀浆液在高速冷冻离心机中用 300r/min转速离心40s，下部沉淀、底层碎片为细胞壁组分；

[0033] 3）上清液以 20000r/min离心 45 min,底层碎片为细胞器组分，上层清液为胞液组分，上清液包括胞液及液泡内大分子有机物及无机离子；

[0034] 4）将分离后的细胞壁、胞液和细胞器组分采用体积比为 HNO3:HClO4=5:1的方法消煮后待测，元素含量用相应器官的干重计；数据结果见表4，

[0035] 表4 铜在渐尖毛蕨亚细胞水平的分布

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