植物激素處理對向日葵富集 133 Cs的影響

郭夢露

摘要[目的]探尋高效修復133Cs污染的技術手段。[方法]通過土壤盆栽試驗，研究生長素（IAA）、赤霉素（GA）、水揚酸（SA）3種植物激素對超富集植物向日葵吸收和積累133Cs的影響。[結果]133Cs脅迫下，施用植物激素能顯著增加向日葵對133Cs的吸收、轉運、積累富集。與莖和根相比，葉、花為主要富集133Cs的器官。3種激素作用下的單株累積量總體表現為SA>GA>IAA。[結論]500 mg/L SA處理下，向日葵對133Cs的吸收量、轉運系數、富集系數達到最大值。

關鍵詞133Cs；植物激素；植物修復

中圖分類號S565.5文獻標識碼A文章編號0517-6611（2017）12-0017-03

Abstract[Objective]To discuss a high efficient phytoremediation technology for 133Cs pollution. [Method]Pot experiment was adoped to study effects of three exogenous phytohormones on the uptake and accumulation of 133Cs by Helianthus annuus L.， which is a kind of hyperaccumulator plants. [Result]After using phytohormones，the absorptive， transferred and accumulative capacity of 133Cs by the sunflower plants were obviously higher than the control. 133Cs contents were higher in leaves and flowers as compared with stems and roots.The accumulation ability of phytohormones was SA>GA>IAA under the application of three exogenous phytohormones. [Conclusion]The treatment of 500 mg/L SA has maximal absorption dose， transfer coefficient，accumulation factor of 133Cs.

Key words133Cs；Phytohormone；Phytoremediation

137Cs是一種人工放射性核素，半衰期（T/2）長達30.17年，與K屬同族元素在化學性質上十分相似，是一種核裂變產物，一旦進入人體，便迅速分布于人體各部位。目前環境中銫（Cs）主要來源于全球大氣層核爆炸散落的灰。切爾諾貝利核泄漏事件中近60萬人受到大劑量的核輻射，其中Cs的釋放量約0.09 EBq[1]，治理Cs污染勢在必行。一些報道證實了植物修復放射性污染的可行性，擴大了植物修復的技術覆蓋范圍。Küpper 等[2]研究成熟葉片中Zn 主要積聚在表皮細胞中，而葉綠素細胞中Zn的含量較低，可見重金屬離子被植物吸收后，主要集中在表皮毛、細胞壁、液泡等一些非生理活動區，從而減少了重金屬對植株的毒害效應。Broadley等[3]研究90Sr和Cs污染的植物修復時發現，不同種、科、屬的植物對放射性核素的積累存在很大差異，而同種植物的不同部位對核素的積累也不同。Dushenkov等[4]對切爾諾貝利核電站泄漏后周圍大面積受污染土壤的植物修復研究發現，Cs污染地區莧屬植物中反生物量較大，生長良好，富集土壤中的Cs含量也高達20.7%。

植物修復這一環境治理技術，在修復植物的品種篩選、修復機理研究及應用方面都存在不足，合理地使用生長調節劑可以減少污染物對植物生理的不利影響，緩和脅迫的同時維持植物正常的生長發育，更有利于植物對污染元素的吸收、累積和轉運。植物調控體內激素水平是其適應重金屬脅迫的重要方式[5]。133Cs是137Cs的同位素，化學性質相似，且沒有放射性，實驗室研究一般選取133Cs作為研究材料，可以直接反映出137Cs的理化性質。為了凈化放射性和重金屬污染的土壤，強化植物修復受重金屬、核素污染土壤的效率，筆者選取生長快、生物量大且具有一定富集力的向日葵（Helianthus annuus L.）為試驗材料進行土壤盆栽試驗，研究植株在土壤中對Cs的富集能力，為133Cs污染土壤植物修復提供一定的科學依據。

1材料與方法

1.1試驗地概況

試驗地點設在菏澤學院。氣候屬于暖溫帶季風大陸性氣候，年平均降水量690 mm，平均氣溫14.7 ℃。試驗用土為菏澤學院試驗基地樣土。將土壤放于避光通風處自然風干、剔除雜物、搗碎、過篩。用pH計分別測土壤的水溶和鹽溶pH；土壤有機質測定采用Tyurin的方法[6]；1 g經過研磨過篩的土壤與5 mL去離子水混合均勻，靜止后通過電導儀測定土壤電導率。試驗土壤的主要理化性質：有機質11.3 g/kg，pH（鹽溶）6.68，pH（水溶）7.52，電導率1.31 mS/cm，有效氮47 mg/kg，有效磷43 mg/kg，有效鉀101 mg/kg。

1.2試驗材料

向日葵俗稱葵花子原產北美洲，一年生草本，性喜溫暖；耐旱，高1～3 m，莖直立，粗壯，圓形多棱角；四季皆可生長，主要以夏、冬2季為主；花期可達14 d以上；種子含油量極高，為重要的油料作物。向日葵為鍶、銫超富集植物，生物量較大，富集核素能力強。該試驗選取向日葵作為試驗材料，種子購于濟南億禾世紀園林綠化有限公司，為早熟抗旱品種。

1.3試驗方法

設10個處理，分別為施生長素10 mg/L（IAA1）、100 mg/L（IAA2）、1 000 mg/L（IAA3），施赤霉素500 mg/L（GA1）、1 000 mg/L（GA2）、2 000 mg/L（GA3），施水楊酸100 mg/L（SA1）、500 mg/L（SA2）、1 000 mg/L（SA3），以施用清水為對照（CK），每個處理3次重復，每個處理9株，共計90株。試驗采用盆栽方式，2015年3月19日播種向日葵，大田育苗，4月21日待向日葵長出4～6片子葉后移苗，每盆3株，試驗用盆直徑30 cm、高23 cm，每盆裝6 kg土壤，133Cs以水溶液形式均勻混合于土壤中，133Cs的施加形式為CsCl，施加濃度為20 mg/kg，將向日葵苗定植于133Cs處理的土壤中，按不同的處理配制成不同濃度的水溶液，繼續培育30 d，5月21日噴施激素處理向日葵葉表面。

試驗期間露天栽培，依盆中缺水情況不定期澆水，使土壤中的持水量保持在70%～80%。6月10日向日葵成熟收獲植株。

1.4測定項目與方法

1.4.1向日葵各生長指標的測定。

收獲的向日葵，用去離子水洗凈，瀝干水分，將根、莖、葉分開，在105 ℃殺青30 min，70 ℃下烘至恒重（烘約48 h），分別稱其干重。向日葵的根、莖、葉、花部生物量利用天平直接稱取，株高、主根長、根莖粗和花球直徑利用卷尺和游標卡尺測定。

1.4.2133Cs含量的測定。

將烘干的植物樣品研磨后，準確稱取0.2 g處理樣品置于三角瓶中，加入10 mL混合酸（硝酸∶高氯酸體積比3∶1），加蓋過夜。樣品液倒入凱式燒瓶中，在電爐上消解，直至冒白煙，消化液呈無色透明。用0.5 mol/L硝酸定容到100 mL。采用火焰原子吸收光譜法測定植物樣品中133Cs含量，測試儀器為美國PE公司AA700火焰原子吸收光譜儀。

2結果與分析

2.1植物激素處理下133Cs對向日葵生長的影響

2.1.1對向日葵生物量的影響。

從圖1可以看出，3種植物激素的處理顯著增加了向日葵根、莖、葉、花部的生物量，與對照相比具有顯著性差異（P<0.05）。3種激素處理對向日葵生物量的增加作用不一致，對根部生物量的影響為IAA>SA>GA，對莖、葉、花部生物量的影響為GA>SA>IAA。在100 mg/L IAA處理下，根部生物量達到最大值，高于對照163.28%；500 mg/L赤霉素處理下，莖、葉、花部生物量達到最大值，分別為對照的2.12、1.83、1.93倍。

2.1.2

對向日葵生長指標的影響。

由表1可知，各激素處理株高、主根長、莖粗、花球直徑最大值分別為72.56 cm、7.93 cm、3.85 mm、4.68 cm，分別比對照高57.26%、131.87%、74.21%、116.67%，與對照有極顯著差異（P<0.01）。GA3處理下主根長最短，為4.14 cm，與對照差異極顯著（P<0.01）；IAA1處理下，株高最低，為48.82 cm，與CK差異極顯著；IAA3處理下，莖粗、花球直徑最小，分別為2.35、2.46 cm。100 mg/L的生長素有利于根的生長，500 mg/L的赤霉素對植株莖粗、株高、花球直徑的增加作用顯著，可見添加激素的濃度過大對植株的生長會產生抑制作用。

2.2植物激素處理下向日葵對133Cs的富集特征

2.2.1

向日葵各器官對133Cs的吸收情況。

從圖2可以看出，和對照相比，不同激素處理后，各器官133Cs 含量均高于對照，3種激素對各器官133Cs含量的作用效果總體趨勢表現為SA>GA>IAA。SA處理下，在500 mg/L SA濃度處理下，根、莖、葉、花部133Cs 含量達到所有處理的最大值。

2.2.2向日葵對133Cs 的轉運特征。

從圖3可以看出，各處理下轉運系數均小于1.00，與對照相比，3種植物激素處理均提高了133Cs 的轉移系數，且葉、花部對133Cs的轉運系數顯著高于莖部，3種激素的處理效果總體趨勢表現為SA>GA>IAA。

莖部轉運系數均小于1.00，數值變化范圍為0.206～0.283，TF的最小值出現在處理IAA3，與對照差異不顯著，最大值出現在處理SA2，其值分別為0.215、0.289，分別為對照的1.04、1.41倍。葉部轉運系數均小于1.00，變化范圍為0.546～0.631，IAA3處理下，TF的值最小，SA2處理下TF的值達到最大。

2.2.3向日葵對133Cs的富集特征。

從圖4可以看出，與對照相比，3種植物激素處理均增大了133Cs 的富集系數，3種激素的處理效果總體趨勢表現為SA>GA>IAA，各器官對133Cs的富集規律總體表現為根部>花部>葉部>莖部。

根部富集系數普遍高于其他器官，IAA1處理下，富集系數最小，與對照差異不顯著；SA2處理下，根部富集系數達最大，其值分別為9.61、18.28，分別為對照的1.22、2.32倍。500 mg/L的SA處理下，莖部富集系數達到了全部處理的最大值，為對照的2.17倍。葉部富集系數顯著高于莖部，各處理下其值均大于4.00，表明葉部對土壤中的133Cs具有很高的吸收轉運能力。

3結論與討論

3.1植物激素處理下133Cs對向日葵生長的影響

植物激素能促進細胞分裂和伸長，以及新器官的分化和形成，對植物的生長發育和生理生化有重要影響，施加生長素、赤霉素和水楊酸均增加了向日葵在133Cs污染土壤中的生物量，3種激素處理對向日葵生物量的增加作用不一致，其對根部生物量的影響為IAA>SA>GA，對莖、葉、花部生物量的影響為GA>SA>IAA，說明適當濃度的生長素更有利于根的生長，而赤霉素對莖、葉、花部的影響更顯著，且顯著增加地上部和單株向日葵的生物量。植物激素處理下向日葵的株高、主根長、莖粗、花球直徑顯著高于對照，其中激素對主根長的影響總體趨勢表現為IAA>SA>GA，對株高、莖粗的作用效果趨勢為GA>SA>IAA。100 mg/L的生長素有利于根的生長，500 mg/L的赤霉素對植株莖粗、株高、花球直徑的增加作用顯著，激素的添加跟其他的逆境調節因子相似，都有一定的有效作用濃度范圍，在一定的濃度范圍內可以促進植物生長發育，增加植株的生物量，但處理濃度過大反而不利于植株的生長。相近研究如Hadi等[7]研究改進富含鉛土壤中的玉米生長狀況時，分別向玉米植株噴灑IAA、GA3、EDTA，結果顯示，單獨噴灑0.1 mol/L的IAA，0.1 mol/L的GA3均能增加植株的根長、株高，與對照相比顯著提高了玉米的生物量和鉛的吸收量。

3.2植物激素處理下向日葵對133Cs的富集特征分析

3種植物激素處理均提高了133Cs在向日葵植株內的積累量，且增加了133Cs的轉運、富集系數，顯著高于對照，3種植物激素（IAA、GA、SA）的最佳施加濃度，分別為100、500、500 mg/L。500 mg/L SA處理下，向日葵植株對133Cs的吸收量、轉運系數、富集系數均達到最高值。

向日葵的根、莖、葉、花部對133Cs的吸收能力與激素的種類和水平有關，3種激素的處理效果總體趨勢表現為SA>GA>IAA，富集系數均大于1.00，與對照相比，3種植物激素處理均提高了133Cs的轉移、富集系數，莖部對133Cs的富集能力顯著低于根、葉、花部，根部對133Cs的富集能力普遍高于其他部位，可能由于植株通過根膜從土壤或水中吸收元素，首先在根部組織間蓄積、傳輸，最終結合于特定部位。而地上部對133Cs的富集總量顯著高于根部，說明向日葵植株對133Cs的富集主要集中在地上部。10 mg/L的生長素處理下，各器官轉運133Cs的能力最低，而500 mg/L的水楊酸處理顯著提高了各器官133Cs的轉運能力，更有助于133Cs從根部到莖、葉、花部的遷移。相近研究如López 等[8]聯合施加0.12 mmol/L EDTA和100 μmol/L IAA處理顯著增加了紫花苜蓿葉片中鉛的含量，是鉛單一處理下富集量的29倍，是EDTA 單一處理下的7倍。Wang等[9]研究認為，外施SA處理決明，可以增加決明根系對Al3+的吸收富集。

參考文獻

[1] ROCA，M C，VALLEJO V R.Effect of soil potassium and calcium on caesium and strontium uptake by plant roots[J].Journal of environmental radioactivity，1995，28（2）：141-159.

[2] KPPER H，ZHAO F J，MCGRATH S P.Cellular compartmentation of zinc in leaves of the hyperaccumulator Thlaspi caerulescens[J].Plant Physiol，1999，119（1）：305-311.

[3] BROADLEY M R，WILLEY N J.Differences in root uptake of radiocaesium by 30 plant taxa[J].Environ Pollut，1997，97（1/2）：11-15.

[4] DUSHENKOV S.Trends in phytoremediation of radionuclides[J].Plant and soil，2003，249（1）：167-175.

[5] PANG J，CHAN G S Y，ZHANG J，et al.Physiological aspects of vetiver grass for rehabilitation in abandoned metalliferous mine wastes[J].Chemosphere，2003，52：1559-1570.

[6] SOUDEK P，VALENOV S，VAVRKOV Z，et al.137Cs and 90Sr uptake by sunflower cultivated under hydroponic conditions[J].Journal of environmental radioactivity，2006，88（3）：236-250

[7] HADI F，ALI N，AHMAD A.Enhanced phytoremediation of cadmiumcontaminated soil by Parthenium hysterophorus plant：Effect of gibberellic acid（GA3）and synthetic chelator，alone and in combinations[J].Bioremediation journal，2014，18（1）：46-55.

[8] LPEZ M L，PERALTAVIDEA J R，BENITEZ T，et al.Enhancement of lead uptake by alfalfa （Medicago sativa）using EDTA and a plant growth promoter[J].Chemosphere，2005，61（4）：595-598.

[9] WANG H H，SHAN X Q，WEN B，et al.Effect of indole3acetic acid on lead accumulation in maize（Zea mays L.）seedlings and the relevant antioxidant response[J].Environ Exp Bot，2007，61（3）：246-253.