纳米木质素磺酸钠对锌污染下小麦、绿豆种苗生长的影响

兰盾　薛兰兰　王卓　吕建洲

摘 要 通过水培实验，研究木质素磺酸钠及其纳米制剂对小麦、绿豆种苗受到Zn2+污染后的效果对比，并从根长、苗高、发芽率、苗期生长干鲜质量、叶片叶绿素含量等形态与生化指标对小麦和绿豆种苗生长影响做出相应分析。结果表明，纳米木质素磺酸钠对于缓解锌胁迫的效果优于非纳米制剂，当加入量为30 mL时效果最好。适宜浓度的纳米木质素磺酸钠吸附液处理，对小麦、绿豆锌污染下种苗的根长、苗长、发芽率均有明显促进作用，提高苗期生长的鲜干质量，增加叶绿素含量，从而降低对小麦、绿豆苗期所产生的锌胁迫，提高植物对重金属的抗性。

关键词 纳米木质素磺酸钠；锌污染；小麦；绿豆；种苗生长

中图分类号：X173 文献标志码：B 文章编号：1673-890X（2016）01-0-02

随着工农业的发展，重金属在大气、水、土壤中造成了严重的环境污染，锌及其化合物也成为重金属污染源之一。锌污染主要来源于制革、电镀及锌盐生产等过程排放出的含锌废水。近年来，植物体受金属Zn的污染也得到广泛关注，经研究锌可对甜瓜[1]、灰杨[2]、柑橘[3]等作物幼苗生理生化指标产生影响。

木质素（Lignin）是一种广泛存在于植物体内的芳香性高聚物，因其分散性、吸附性和螯合性等特点被广泛应用于各个行业。本文通过纳米技术制备成纳米木质素磺酸钠制剂，以小麦和绿豆幼苗为试验材料，通过对锌污染下小麦、绿豆苗期的形态和生理生化指标的测定，研究和探讨纳米和非纳米木质素磺酸钠吸附锌离子后的处理液对小麦、绿豆种苗生长发育的影响，为锌污染废水的治理和纳米木质素磺酸钠在工农业上的应用，以及防治重金属处理后水体的二次污染提供一定的启发性探索。

1 材料与方法

1.1 试剂与仪器

材料：木质素磺酸钠、氧化锌，小麦与绿豆种子购买于大连普兰店种子公司。

仪器：电子分析天平、磁力搅拌机、超声波清洗机、扫描电子显微镜和红外分光光度计。

1.2 纳米木质素磺酸钠的制备[4]

本试验采用超声波磁力搅拌法制备木质素磺酸钠纳米制剂。用电子天平称取4 g木质素磺酸钠于烧杯中，加入一定量蒸馏水，于25 ℃恒温磁力搅拌器上搅拌3～5 min，使其充分溶解。再称取一定量上述溶液于烧杯中，放入超声波清洗机中超声震荡一定时间，制得纳米木质素磺酸钠。

1.3 材料处理

选取颗粒饱满、大小均一的小麦、绿豆种子，用蒸馏水冲洗干净，再用75%的酒精浸润种子30 s，进行消毒，润洗后用蒸馏水冲洗种子1～3次。然后取样4 mg/mL的纳米木质素磺酸钠和原剂分成10、20、30 mL3组，分别吸附20 mL浓度为50 mg/mL的Zn2+反应液；其中以蒸馏水和360 mg/kg的Zn2+标准液作为对照，浸种1 d。

处理后的种子，用蒸馏水洗净后利用滤纸吸收干净种子表面残留的水，均匀放置于铺有圆形滤纸的培养皿上，各组分别放30粒种子；同时，保持滤纸湿润，后放入光照温度恒定的培养箱中培养。

1.4 测定方法

1.4.1 形态指标测定

在第7天时观察各组苗期的发芽长势，记录发芽数，计算发芽率。第14天时分别测量各组小麦和绿豆幼苗的平均根长、苗长。并在105 ℃下杀青15 min后，恒温75 ℃干燥至质量，测量其干质量。

1.4.2 叶绿素含量测定[5]

分别称量0.2 g新鲜小麦、绿豆叶片，剪碎后研磨成细浆，加入80%丙酮10 mL，提取叶绿素。然后将提取液离心（4 000 r/min，5 min），取其上清液，分别用分光光度计在A663nm和A645nm处测光吸收值，计算叶绿素含量（mg/g Fw）。以上指标重复3次，结果取其平均值。数据最后汇总进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 锌污染后的小麦、绿豆根长、苗高、发芽率的影响

由实验可知，利用体积为30 mL的木质素磺酸钠纳米制剂吸附后，小麦、绿豆的苗期长势达到最佳，与对照组基本一致，且根长、苗高均显著高于原剂组（P<0.05），在施加同等剂量条件下，纳米组的效果好于原剂组。因此，纳米木质素磺酸钠加入量达到30 mL时能显著抑制小麦、绿豆种苗的锌胁迫作用，并且在相同剂量下，纳米木质素磺酸钠制剂要比原剂效果好。其作用原理可能是因为水中的Zn2+在30 mL的纳米吸附剂下吸附效果好。纳米粒子表面存在的羟基能够和某些阳离子键合，从而达到表观上对金属离子或有机物产生吸附作用。

2.2 锌污染对小麦、绿豆鲜质量与干质量的影响

从实验结果可以得出，植株质量增加的趋势与株高增加的趋势总体一致。随着木质素磺酸钠处理液的增加，处理后小麦、绿豆的鲜质量、干质量均增加，并在相同剂量下，纳米组的效果要好于原剂组。当加入30 mL纳米制剂时，鲜质量、干质量达到最大值。由此可得，添加纳米木质素磺酸钠制剂后，能明显降低对植物的锌胁迫作用。

2.3 锌污染对小麦、绿豆叶片叶绿素含量的影响

由实验结果可以得出，纳米制剂吸附后的反应液较原剂吸附后的反应液，受小麦、绿豆的锌胁迫作用小，对叶绿素含量的影响也弱。且加入30 mL纳米制剂的反应液，小麦、绿豆叶片的叶绿素a、叶绿素b含量以及叶绿素总量较其他组影响最小，与360 mg/kgZn2+组相比较，小麦的叶绿素含量分别增加了40%、44.7%、42.2%，而绿豆的分别增加53.3%、50%、52%，可见在同等条件，锌胁迫下小麦、绿豆的叶绿素含量增长相似，说明纳米木质素磺酸钠吸附更加完全，且对环境及植物本身的影响不大，可作为一种绿色环保的有机吸附剂。

3 结论

由以上分析看出：通过小麦、绿豆的苗期试验，加入锌离子处理液后，小麦和绿豆种苗的萌发和生长受到明显抑制，根长、苗高、发芽率、苗期生长干鲜质量和叶片叶绿素含量等形态与生化指标均下降，产生典型的胁迫特征。木质素磺酸钠处理后，根长、苗高、发芽率、苗期生长干鲜质量和叶片叶绿素含量均提高。统计分析可知，相同条件下，纳米木质素磺酸钠对于缓解锌胁迫的效果更优于非纳米制剂，且在加入量为30 mL时，溶液中的锌离子含量最低，对小麦、绿豆苗期所产生的锌胁迫作用小，效果最好。这充分說明，纳米木质素磺酸钠的应用在抵抗植物重金属胁迫方面具有很大的研究空间，对今后绿色农业植物生长调节剂的研发和环境资源的有效利用有深远意义。

参考文献

[1]孙天国，沙伟，接晶.锌胁迫对甜瓜幼苗生理活性的影响[J].北方园艺，2010（16）：51-53.

[2]张莹，魏安智，杨途熙，等.锌胁迫对灰杨幼苗生长和光合特性的影响[J].东北林业大学学报，2011（3）：19-21.

[3]徐春丽，肖家欣，齐笑笑，等.锌胁迫对两种柑橘幼苗光合特性日变化及其相关性的影响[J].生物学杂志，2010（6）：42-45.

[4]张宏.纳米木质素磺酸钠制备及其对Cu2+、Cr6+、Pb2+的吸附性研究[D].大连：辽宁师范大学，2013.

[5]张志良，瞿伟菁.植物生理学实验指导[M].北京：高等教育出版社，2004.

（责任编辑：刘昀）