根系分泌物對重金屬Pb2+吸附影響研究

朵建文++王瑾

摘 要：采用溫室培養實驗方法研究了小麥根系分泌物在不同實驗條件下對重金屬Pb2+的吸附的影響。結果表明：小麥根系分泌物對Pb2+有良好的吸附效果，且吸附過程隨條件改變而發生變化；吸附量隨光照時間先增加后趨于平衡；不同光照強度下小麥根系分泌物對Pb2+的吸附的影響很復雜；吸附效果隨著溫度的升高先增加后緩慢減小；隨著CO（NH2）2濃度的增大小麥根系分泌物對Pb2+的吸附量逐步增加，在濃度為0.5%時，達到最高值。

關鍵詞：Pb2+ 根系分泌物 吸附

中圖分類號：X53 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（b）-0005-03

Study on the effect of root exudates on the adsorption of Pb2+

DUO Jian-wen， WANG Jin

（LANZHOU RESOURCES&ENVIRONMENT VOC-TECH COLLEGE，GANSU，LANZHOU，730021）

Abstract：Using greenhouse cultivating experimental methods to study the effects of wheat root exudates under different experimental conditions on the adsorption of Pb2 +.The results show that： the wheat root exudates have good adsorption effect on Pb2+， and the adsorption process as the conditions change； the adsorption capacity increased with the irradiation time increased at first and then tend to balance；effects of different light intensity of wheat root exudates on the adsorption of Pb2+ were very complex； adsorption effect of increasing temperature increased first and then decreased slowly； with the increase concentration of CO（NH2）2， the adsorption of Pb2+ was increased， when the concentration was 0.5%， reaching maximum value.

Key Words：Pb2+ root exudates adsorption

近年來，隨著工業快速發展，使環境中的重金屬元素種類繁多，成分復雜，對水、土壤及大氣環境的污染亦日益嚴重，重金屬元素不參與生物的代謝活動，然而會逐漸在生物結構中遷移、累積，最終產生毒害作用，其中重金屬Pb2+影響較突出。傳統水處理方法很多，包括氧化還原、化學沉淀、微生物處理等，但這些方法尚有不足之處，與微生物修復相比，植物修復更適合現場修復。國內外有關植物修復的綜述很多[1～4]，但有關根系分泌物對污水中重金屬污染吸附研究很少。

DOM是陸地-水生態系統中最為活躍的組分。DOM的組成非常復雜，是既含低分子量物質（如游離的氨基酸、糖類等）又含各種大分子成分（如酶、氨基酸、多酚和腐殖酸等）的混合物[5]。而根系分泌物屬于DOM的一種，因此，其自身的理化性質對有機污染物的溶解性及其生物毒性影響明顯不同，并且不同的環境條件也會影響植物根系分泌物的成分、數量等。

為此，本研究以小麥根系分泌物為對象，通過研究其理化性質特征，以及改變提取根系分泌物過程的環境因素，討論不同條件下根系分泌物對重金屬吸附特征的影響，以闡明其植物修復污水中重金屬離子Pb2+的機制。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

植物：小麥（Triticum aestivumLinn）種子購于渝中亨發種子經營有限公司，未經任何重金屬污染。

試劑：CO（NH2）2（AR），Pb（NO3）2 （AR），C aSO4 （AR），氨芐（Br），蒸餾水自制。

儀器：紫外/可見分光光度計（T6新世紀）；原子吸收分光光度計（TAS-990）；智能型數顯生化培養箱（LRH-250），調速多用振蕩器（HY-4），離心機（TGL-16G）。

1.2 實驗方法

1.2.1根系分泌物的提取

將選出的種子先用6%H2O2浸泡20 min，在25 ℃生化培養箱內進行催芽，露白后播種于土壤中。將實驗室內培養根長為6～10 cm的小麥幼苗取出，洗凈根面后，順次采用0.2 mmol/LCaSO4和30 mg/L氨芐溶液分別浸泡2 h和0.5 h，然后再用去離子水洗凈后，置于生化培養箱（溫度25 ℃，光照強度5000Lx）中收集根系分泌物[6]。連續收集1h后，過0.45μm的微孔濾膜，然后于4℃條件下低溫保存。

1.2.2 不同條件下根系分泌物對重金屬離子Pb2+吸附影響

1.2.3 不同光照時間下根系分泌物對重金屬離子Pb2+吸附的影響

提取實驗室內培養的小麥幼苗根系分泌物，連續收集48 h，光照時間分別為0、6、12、24、36、48 h，然后將收集液過0.45 μm的微孔濾膜，然后于4℃條件下低溫保存。

取一定量的濃度為0.02 mmol/L Pb2+溶液加入離心管中，分別加入10 mL不同光照時間下得到的小麥根系分泌物，然后于25 ℃，150 r/min條件下連續振蕩8 h后，離心取上清液，用原子分光光度計法測定Pb2+剩余濃度。每次處理重復2次。endprint

1.2.3.1 不同光照強度下根系分泌物對重金屬離子Pb2+吸附的影響

提取實驗室內培養的小麥幼苗根系分泌物，連續收集48 h，光照強度分別為0、2500、5000、7500、9000Lx，然后將收集液過0.45 μm的微孔濾膜，然后于4 ℃條件下低溫保存。

取一定量的濃度為0.02 mmol/L Pb2+溶液加入離心管中，分別加入10 mL不同光照強度下得到的小麥根系分泌物，然后于25 ℃，150 r/min條件下連續振蕩8 h后，離心取上清液，用原子分光光度計法測定Pb2+剩余濃度。每次處理重復2次。

1.2.3.2 不同溫度條件下根系分泌物對重金屬離子Pb2+吸附的影響

提取實驗室內培養的小麥幼苗根系分泌物，連續收集48 h，溫度分別為15、20、25、30、40 ℃，然后將收集液過0.45 μm的微孔濾膜，然后于4 ℃條件下低溫保存。

取一定量的濃度為0.02 mmol/L Pb2+溶液加入離心管中，分別加入10 mL不同溫度下得到的小麥根系分泌物，然后于25 ℃，150 r/min條件下連續振蕩8 h后，離心取上清液，用原子分光光度計法測定Pb2+剩余濃度。每次處理重復2次。

1.2.3.3 不同營養條件下根系分泌物對重金屬離子Pb2+吸附的影響

將實驗室內培養根長為6～10 cm的小麥幼苗取出，洗凈根面后，再放入培養液中培養一周，培養液中CO（NH2）2的濃度分別為0、0.5、1.0、1.5、2.0%，之后再順次用0.2 mmoL/LCaSO4和30 mg/L氨芐溶液浸泡2 h和0.5 h，去離子水洗凈后，置人工智能培養箱（溫度25 ℃，光照強度5000 Lx）中收集根系分泌物。連續收集24 h后，過0.45 μm的微孔濾膜，然后于4 ℃條件下低溫保存。

取一定量的濃度為0.02 mmol/L Pb2+溶液加入離心管中，分別加入10 mL不同營養條件下得到的小麥根系分泌物，然后于25 ℃，150 r/min條件下連續振蕩8h后，離心取上清液，用原子分光光度計法測定Pb2+剩余濃度。每次處理重復2次。

2 結果與討論

2.1 不同光照時間下根系分泌物對重金屬離子Pb2+吸附的影響

一般情況下，根系分泌物中大分子組分成分是多糖、多糖醛酸和蛋白質，小分子組分成分主要是質子、有機酸、糖類、酚類和氨基酸等[7]。

小麥根系分泌物對Pb2+的吸附量在光照時間為0～12 h時，隨著時間增加，吸附量明顯提高，在12 h時達到最高值4.53 ?g/g，這是由于小麥為長日照植物，在此條件下產生的根系分泌物有利于增加對Pb2+的吸附量。之后隨著光照時間的增加而趨于平衡（見圖1）。不同光照時間下的吸附量不同，可能是由于較長光照時間下，小麥光和作用良好，根系分泌物含量逐漸增多，而隨著時間逐步延長，小麥將處于逆境生長，違背了正常生態環境，因此分泌的根系分泌物種類物質含量與正常光照條件下產生的有所不同，吸附量逐漸趨于平穩甚至有下降趨勢。

2.2 不同光照強度下根系分泌物對重金屬離子Pb2+吸附的影響

隨光強的變化，小麥根系分泌物對Pb2+的吸附量在3 ?g/g處上下波動，這是小麥對日照強度的反應并不敏感所致。無光照和光照強度為9000 Lx時的吸附量基本相同，均為3 ?g/g左右。光強為5000 Lx和7500 Lx時，吸附量較高，約為4 ?g/g（見圖2）。由此可知，無光照或弱光照條件下，根系分泌物成分不利于Pb2+的吸附，這可能是由于小麥喜光，而在無光照或弱光照逆境條件下，產生的根系分泌物種類與正常條件不同，不利于Pb2+的吸附。

2.3 不同溫度條件下根系分泌物對重金屬離子Pb2+吸附的影響

由圖3可以發現，隨著溫度的升高，小麥根系分泌物對Pb2+的吸附量先增大后緩慢減少。在20 ℃時吸附量最大，為4.28 ?g/g，由于小麥根系生長的最適溫度為16～20 ℃，而在40 ℃時，已接近其耐受上限，因此可能影響了其根系分泌物的分泌，導致吸附量達到最低點，幾乎無修復效果。又由于冬小麥屬耐寒植物，因此，高溫逆境最不利于吸附重金屬離子，而20 ℃左右為最適溫度。

2.4 不同營養條件下根系分泌物對重金屬離子Pb2+吸附的影響

小麥根系分泌物的吸附效果隨著CO（NH2）2濃度的增大而先增大后減小。尿素濃度為正常值時，吸附量最大，CO（NH2）2濃度為零時，溶解量最小（見圖4）。小麥生長過程中需要大量補充氮、磷等營養元素，低于正常值時，不利于自身生長，產生的根系分泌物對Pb2+的吸附效果不明顯，在最低濃度CO（NH2）2營養條件下產生的根系分泌物成分最有利于Pb2+吸附。

3 結語

（1）根系分泌物對重金屬離子Pb2+的吸附是一個動態的過程，隨著小麥生長條件的改變，根系分泌物的成分和數量都可能發生改變。

（2）小麥根系分泌物對Pb2+的吸附量隨光照時間先增加后趨于平衡，在12 h時達到最大值；不同光照強度下小麥根系分泌物對Pb2+的吸附的影響很復雜；吸附效果隨著溫度的升高先增加后緩慢減小，在20 ℃時達到最大值；隨著CO（NH2）2濃度的增大小麥根系分泌物對Pb2+的吸附量逐步增加，在濃度為0.5%時，達到最高值。

參考文獻

[1] Black，H.Absorbing possibilities ： phytoremediation.Environmental HealthPerspectives， 1995.103：1106-1108.

[2] Zhao，Z.Q.，J.F.Niu，X.Quan..Progress in phytoremediation of toxic metals from the environment.Research of Environmental Sciences.2000，13：54-57.

[3] Bruce， E.P. Phytoremediation of contaminated soil and ground water at hazardous waste sites.Ground Water Issue.2001.EPA/540/S-01/500.

[4] Sang，W.L.，F.X.Kong..Progress of study on phytoremediation.Advance in Environmental Science. 1999，7：40-44.

[5] Chefetz B，Hadar Y，Chen Y.Dissolved organic carbon fractions formed during composting of municipal solid waste：properties and significance[J].Acta hydrochim. Hydrobiol，1998，26（3）：172-179.

[6] 郭平，王瑾，康春莉，等，根系分泌物對五氯酚的增溶作用和影響機制[J].環境化學，2009，28（4）：519-523.

[7] 韋朝陽，陳同斌.重金屬超富集植物及植物修復技術研究進展[J].生態學報，2001（21）：1196-1203.endprint

1.2.3.1 不同光照強度下根系分泌物對重金屬離子Pb2+吸附的影響

提取實驗室內培養的小麥幼苗根系分泌物，連續收集48 h，光照強度分別為0、2500、5000、7500、9000Lx，然后將收集液過0.45 μm的微孔濾膜，然后于4 ℃條件下低溫保存。

取一定量的濃度為0.02 mmol/L Pb2+溶液加入離心管中，分別加入10 mL不同光照強度下得到的小麥根系分泌物，然后于25 ℃，150 r/min條件下連續振蕩8 h后，離心取上清液，用原子分光光度計法測定Pb2+剩余濃度。每次處理重復2次。

1.2.3.2 不同溫度條件下根系分泌物對重金屬離子Pb2+吸附的影響

提取實驗室內培養的小麥幼苗根系分泌物，連續收集48 h，溫度分別為15、20、25、30、40 ℃，然后將收集液過0.45 μm的微孔濾膜，然后于4 ℃條件下低溫保存。

取一定量的濃度為0.02 mmol/L Pb2+溶液加入離心管中，分別加入10 mL不同溫度下得到的小麥根系分泌物，然后于25 ℃，150 r/min條件下連續振蕩8 h后，離心取上清液，用原子分光光度計法測定Pb2+剩余濃度。每次處理重復2次。

1.2.3.3 不同營養條件下根系分泌物對重金屬離子Pb2+吸附的影響

將實驗室內培養根長為6～10 cm的小麥幼苗取出，洗凈根面后，再放入培養液中培養一周，培養液中CO（NH2）2的濃度分別為0、0.5、1.0、1.5、2.0%，之后再順次用0.2 mmoL/LCaSO4和30 mg/L氨芐溶液浸泡2 h和0.5 h，去離子水洗凈后，置人工智能培養箱（溫度25 ℃，光照強度5000 Lx）中收集根系分泌物。連續收集24 h后，過0.45 μm的微孔濾膜，然后于4 ℃條件下低溫保存。

取一定量的濃度為0.02 mmol/L Pb2+溶液加入離心管中，分別加入10 mL不同營養條件下得到的小麥根系分泌物，然后于25 ℃，150 r/min條件下連續振蕩8h后，離心取上清液，用原子分光光度計法測定Pb2+剩余濃度。每次處理重復2次。

2 結果與討論

2.1 不同光照時間下根系分泌物對重金屬離子Pb2+吸附的影響

一般情況下，根系分泌物中大分子組分成分是多糖、多糖醛酸和蛋白質，小分子組分成分主要是質子、有機酸、糖類、酚類和氨基酸等[7]。

小麥根系分泌物對Pb2+的吸附量在光照時間為0～12 h時，隨著時間增加，吸附量明顯提高，在12 h時達到最高值4.53 ?g/g，這是由于小麥為長日照植物，在此條件下產生的根系分泌物有利于增加對Pb2+的吸附量。之后隨著光照時間的增加而趨于平衡（見圖1）。不同光照時間下的吸附量不同，可能是由于較長光照時間下，小麥光和作用良好，根系分泌物含量逐漸增多，而隨著時間逐步延長，小麥將處于逆境生長，違背了正常生態環境，因此分泌的根系分泌物種類物質含量與正常光照條件下產生的有所不同，吸附量逐漸趨于平穩甚至有下降趨勢。

2.2 不同光照強度下根系分泌物對重金屬離子Pb2+吸附的影響

隨光強的變化，小麥根系分泌物對Pb2+的吸附量在3 ?g/g處上下波動，這是小麥對日照強度的反應并不敏感所致。無光照和光照強度為9000 Lx時的吸附量基本相同，均為3 ?g/g左右。光強為5000 Lx和7500 Lx時，吸附量較高，約為4 ?g/g（見圖2）。由此可知，無光照或弱光照條件下，根系分泌物成分不利于Pb2+的吸附，這可能是由于小麥喜光，而在無光照或弱光照逆境條件下，產生的根系分泌物種類與正常條件不同，不利于Pb2+的吸附。

2.3 不同溫度條件下根系分泌物對重金屬離子Pb2+吸附的影響

由圖3可以發現，隨著溫度的升高，小麥根系分泌物對Pb2+的吸附量先增大后緩慢減少。在20 ℃時吸附量最大，為4.28 ?g/g，由于小麥根系生長的最適溫度為16～20 ℃，而在40 ℃時，已接近其耐受上限，因此可能影響了其根系分泌物的分泌，導致吸附量達到最低點，幾乎無修復效果。又由于冬小麥屬耐寒植物，因此，高溫逆境最不利于吸附重金屬離子，而20 ℃左右為最適溫度。

2.4 不同營養條件下根系分泌物對重金屬離子Pb2+吸附的影響

小麥根系分泌物的吸附效果隨著CO（NH2）2濃度的增大而先增大后減小。尿素濃度為正常值時，吸附量最大，CO（NH2）2濃度為零時，溶解量最?。ㄒ妶D4）。小麥生長過程中需要大量補充氮、磷等營養元素，低于正常值時，不利于自身生長，產生的根系分泌物對Pb2+的吸附效果不明顯，在最低濃度CO（NH2）2營養條件下產生的根系分泌物成分最有利于Pb2+吸附。

3 結語

（1）根系分泌物對重金屬離子Pb2+的吸附是一個動態的過程，隨著小麥生長條件的改變，根系分泌物的成分和數量都可能發生改變。

（2）小麥根系分泌物對Pb2+的吸附量隨光照時間先增加后趨于平衡，在12 h時達到最大值；不同光照強度下小麥根系分泌物對Pb2+的吸附的影響很復雜；吸附效果隨著溫度的升高先增加后緩慢減小，在20 ℃時達到最大值；隨著CO（NH2）2濃度的增大小麥根系分泌物對Pb2+的吸附量逐步增加，在濃度為0.5%時，達到最高值。

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[6] 郭平，王瑾，康春莉，等，根系分泌物對五氯酚的增溶作用和影響機制[J].環境化學，2009，28（4）：519-523.

[7] 韋朝陽，陳同斌.重金屬超富集植物及植物修復技術研究進展[J].生態學報，2001（21）：1196-1203.endprint

1.2.3.1 不同光照強度下根系分泌物對重金屬離子Pb2+吸附的影響

提取實驗室內培養的小麥幼苗根系分泌物，連續收集48 h，光照強度分別為0、2500、5000、7500、9000Lx，然后將收集液過0.45 μm的微孔濾膜，然后于4 ℃條件下低溫保存。

取一定量的濃度為0.02 mmol/L Pb2+溶液加入離心管中，分別加入10 mL不同光照強度下得到的小麥根系分泌物，然后于25 ℃，150 r/min條件下連續振蕩8 h后，離心取上清液，用原子分光光度計法測定Pb2+剩余濃度。每次處理重復2次。

1.2.3.2 不同溫度條件下根系分泌物對重金屬離子Pb2+吸附的影響

提取實驗室內培養的小麥幼苗根系分泌物，連續收集48 h，溫度分別為15、20、25、30、40 ℃，然后將收集液過0.45 μm的微孔濾膜，然后于4 ℃條件下低溫保存。

取一定量的濃度為0.02 mmol/L Pb2+溶液加入離心管中，分別加入10 mL不同溫度下得到的小麥根系分泌物，然后于25 ℃，150 r/min條件下連續振蕩8 h后，離心取上清液，用原子分光光度計法測定Pb2+剩余濃度。每次處理重復2次。

1.2.3.3 不同營養條件下根系分泌物對重金屬離子Pb2+吸附的影響

將實驗室內培養根長為6～10 cm的小麥幼苗取出，洗凈根面后，再放入培養液中培養一周，培養液中CO（NH2）2的濃度分別為0、0.5、1.0、1.5、2.0%，之后再順次用0.2 mmoL/LCaSO4和30 mg/L氨芐溶液浸泡2 h和0.5 h，去離子水洗凈后，置人工智能培養箱（溫度25 ℃，光照強度5000 Lx）中收集根系分泌物。連續收集24 h后，過0.45 μm的微孔濾膜，然后于4 ℃條件下低溫保存。

取一定量的濃度為0.02 mmol/L Pb2+溶液加入離心管中，分別加入10 mL不同營養條件下得到的小麥根系分泌物，然后于25 ℃，150 r/min條件下連續振蕩8h后，離心取上清液，用原子分光光度計法測定Pb2+剩余濃度。每次處理重復2次。

2 結果與討論

2.1 不同光照時間下根系分泌物對重金屬離子Pb2+吸附的影響

一般情況下，根系分泌物中大分子組分成分是多糖、多糖醛酸和蛋白質，小分子組分成分主要是質子、有機酸、糖類、酚類和氨基酸等[7]。

小麥根系分泌物對Pb2+的吸附量在光照時間為0～12 h時，隨著時間增加，吸附量明顯提高，在12 h時達到最高值4.53 ?g/g，這是由于小麥為長日照植物，在此條件下產生的根系分泌物有利于增加對Pb2+的吸附量。之后隨著光照時間的增加而趨于平衡（見圖1）。不同光照時間下的吸附量不同，可能是由于較長光照時間下，小麥光和作用良好，根系分泌物含量逐漸增多，而隨著時間逐步延長，小麥將處于逆境生長，違背了正常生態環境，因此分泌的根系分泌物種類物質含量與正常光照條件下產生的有所不同，吸附量逐漸趨于平穩甚至有下降趨勢。

2.2 不同光照強度下根系分泌物對重金屬離子Pb2+吸附的影響

隨光強的變化，小麥根系分泌物對Pb2+的吸附量在3 ?g/g處上下波動，這是小麥對日照強度的反應并不敏感所致。無光照和光照強度為9000 Lx時的吸附量基本相同，均為3 ?g/g左右。光強為5000 Lx和7500 Lx時，吸附量較高，約為4 ?g/g（見圖2）。由此可知，無光照或弱光照條件下，根系分泌物成分不利于Pb2+的吸附，這可能是由于小麥喜光，而在無光照或弱光照逆境條件下，產生的根系分泌物種類與正常條件不同，不利于Pb2+的吸附。

2.3 不同溫度條件下根系分泌物對重金屬離子Pb2+吸附的影響

由圖3可以發現，隨著溫度的升高，小麥根系分泌物對Pb2+的吸附量先增大后緩慢減少。在20 ℃時吸附量最大，為4.28 ?g/g，由于小麥根系生長的最適溫度為16～20 ℃，而在40 ℃時，已接近其耐受上限，因此可能影響了其根系分泌物的分泌，導致吸附量達到最低點，幾乎無修復效果。又由于冬小麥屬耐寒植物，因此，高溫逆境最不利于吸附重金屬離子，而20 ℃左右為最適溫度。

2.4 不同營養條件下根系分泌物對重金屬離子Pb2+吸附的影響

小麥根系分泌物的吸附效果隨著CO（NH2）2濃度的增大而先增大后減小。尿素濃度為正常值時，吸附量最大，CO（NH2）2濃度為零時，溶解量最?。ㄒ妶D4）。小麥生長過程中需要大量補充氮、磷等營養元素，低于正常值時，不利于自身生長，產生的根系分泌物對Pb2+的吸附效果不明顯，在最低濃度CO（NH2）2營養條件下產生的根系分泌物成分最有利于Pb2+吸附。

3 結語

（1）根系分泌物對重金屬離子Pb2+的吸附是一個動態的過程，隨著小麥生長條件的改變，根系分泌物的成分和數量都可能發生改變。

（2）小麥根系分泌物對Pb2+的吸附量隨光照時間先增加后趨于平衡，在12 h時達到最大值；不同光照強度下小麥根系分泌物對Pb2+的吸附的影響很復雜；吸附效果隨著溫度的升高先增加后緩慢減小，在20 ℃時達到最大值；隨著CO（NH2）2濃度的增大小麥根系分泌物對Pb2+的吸附量逐步增加，在濃度為0.5%時，達到最高值。

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[6] 郭平，王瑾，康春莉，等，根系分泌物對五氯酚的增溶作用和影響機制[J].環境化學，2009，28（4）：519-523.

[7] 韋朝陽，陳同斌.重金屬超富集植物及植物修復技術研究進展[J].生態學報，2001（21）：1196-1203.endprint