植物激素—螯合剂复合处理对红苋菜富集能力的影响

郭梦露

摘要 [目的]探寻一种高效的土壤污染植物修复技术。[方法]采用植物激素（IAA、GA3、SA）和螯合剂（EDTA）复合处理分别进行叶面喷施和土壤浇灌，研究其对红苋菜修复效率的影响。[结果]复合处理可增加紅苋菜在133Cs、88Sr、Cd胁迫下的生物量，对于133Cs、88Sr、Cd的吸收量、转移系数和富集系数，土壤浇灌相比于叶面喷施显著提高了133Cs、88Sr、Cd 在红苋菜植株内的富集；3种激素和螯合剂的复合处理效果从好到差依次为100 mg/L SA+1.5 mg/kg EDTA、500 mg/L GA3+1.5 mg/kg EDTA、100 mg/L IAA+1.5 mg/kg EDTA。[结论]土壤浇灌100 mg/L SA+1.5 mg/kg EDTA 为最适宜处理，使单株红苋菜对133Cs、88Sr、Cd的富集总量达到最大。

关键词 133Cs；88Sr；Cd；植物激素；螯合剂；植物修复

中图分类号 S181 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2017）01-0079-04

The Effect of Combined Treatments of Phytohormones and Chelating Agents on the Accumulation Capacity in Amaranth

GUO Menglu

（Department of Life Sciences， Heze University， Heze， Shandong 274015）

Abstract [Objective] To discuss a high efficient phytoremediation technology for soil pollution. [Method] By using combined treatments of phytohormones（IAA， GA3， SA） and chelating agents（EDTA）， foliage application and root irrigation were carried out to study the influence on amaranth repair efficiency. [Result] The combined treatment increased biomass of amaranth under 133Cs， 88Sr， Cd stress. The 133Cs， 88Sr， Cd enrichment in amaranth by root irrigation were obviously higher than that by foliage application；The phytoextraction efficiency of phytohormones and chelating agents from best to poor was as following： 100 mg/L SA+1.5 mg/kg EDTA， 500 mg/L GA3+1.5 mg/kg EDTA， 100 mg/LIAA+ 1.5 mg/kg EDTA. [Conclusion] Under the treatment of 100 mg/L SA and 1.5 mg/kg EDTA by soil irrigation， the total absorption dose of 133Cs，88Sr，Cd per plant can achieve the maximum value.

Key words 133Cs；88Sr；Cd；Phytohormones；Chelating agent；Phytoremediation

生物修复、物理修复、化学修复及其联合修复是污染土壤的主要修复技术，植物修复技术是筛选和培育对目标污染物具有超常富集能力的植物，将其种植在被污染的土壤上，伴随植物体自身吸收水分和养分的过程将污染物吸收富集在体内，以期达到清除污染物的目的[1]，是一项高效、经济处理重金属及放射性污染物的新方法。目前，提高植物修复效率的方式主要有加强施肥、添加螯合剂、改善栽培条件、利用根际微生物等。近年来，国内外学者开始研究植物激素和螯合剂共同作用来提高植物的修复效率，众多研究结果表明，植物激素能缓解重金属–螯合剂的植物毒性，提高植物生物量，促进植物的生长发育，螯合剂能协同促进植物对重金属的吸收、转运和积累，显著提高植物的提取效率[2]。Israr等[3]以生长在富含铅土壤中的田箐为试验材料，向植株分别喷洒萘乙酸（NAA）、生长素（IAA）后与乙二胺四乙酸（EDTA）分别进行复合处理，结果表明，芽的含铅量分别为对照的13.52、13.49倍。López等[4]研究表明，生长素的添加能显著提高植物修复效率，IAA能提高植物叶片中的铅浓度，生长素与EDTA复合处理叶片中铅浓度是CK的28.00倍，是EDTA单一处理的6.00倍。目前，植物激素已广泛应用于农业生产中，其通过调节作用改变植物对外界营养物质和水分的需求；螯合剂能够提高土壤中重金属的溶解度，将有机物从金属离子中解吸出来，从而促进重金属、核素从根系向其他部位的转运。周建民等[5]以玉米为试材，研究了螯合剂和吲哚乙酸联合对缓解重金属胁迫的作用，结果表明，联合处理能明显提高玉米地上部Cd、Cu、Zn、Pb的累积量。

红苋菜（Amaranthus mangostanus L.）又称青香苋、野刺苋、荇菜等，是苋科苋属一年生草本植物，分布于我国和印度，其根系发达，适应力强，为富钾植物。研究表明，红苋菜的生物量较大，富集核素能力强，适应鲁西南地区生长，是133Cs、88Sr超富集植物。笔者采用植物激素与螯合剂复合处理超富集植物红苋菜，研究污染土壤的植物修复效率，旨在为土壤重金属污染治理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地点为菏泽学院。气候属于暖温带季风大陆性气候，年平均降水量690 mm，平均气温14.7 ℃。

1.2 试验材料

供试植物为红苋菜。试验试剂：133Cs的施加形式为CsCl，88Sr的施加形式为Sr（NO3）2，Cd的施加形式为Cd（NO3）2·4H2O；EDTA、IAA、赤霉素（GA3）、水杨酸（SA），均为化学分析纯试剂。

1.3 试验设计

试验采用盆栽方式，2015年3月18日播种红苋菜，大田育苗，4月19日待红苋菜长出4～6片子叶后移苗，每盆3株。将红苋菜苗分别定植于20 mg/kg 133Cs、20 mg/kg 88Sr、20 mg/kg Cd处理的土壤中，继续培育30 d。5月19日进行植物激素与螯合剂的复合处理。复合处理的施用方式分为叶面喷施和根系浇灌2种，3种激素IAA、GA3、SA的添加浓度分别为100、500、100 mg/L，与1.5 mg/kg EDTA分别配成7种不同浓度的水溶液。其中，以施用清水为对照处理（表1）。每处理重复3次，共设21组。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 红苋菜生长指标的测定。6月11日收获红苋菜，用去离子水洗净，沥干水分，将根、茎、叶分开，于105 ℃杀青30 min，70 ℃下烘至恒重（约48 h），分别称量干重。 红苋菜的根、茎、叶部生物量利用天平直接称取，株高和主根长、根茎粗利用卷尺和游标卡尺测量。

1.4.2

133Cs、88Sr、Cd含量的测定。将烘干的植物样品研磨后，准确称取0.2 g样品置于三角瓶中，加入10 mL混合酸（硝酸 ∶高氯酸体积比3 ∶1），加盖过夜。样品液倒入凯式烧瓶中，在电炉上消解，直至冒白烟，消化液呈无色透明。用0.5 mol/L硝酸定容至100 mL。采用火焰原子吸收光谱法测定植物样品中88Sr和133Cs含量，测试仪器为美国PE公司AA700火焰原子吸收光谱仪。

1.5 数据统计

采用Microsoft Excel 2003软件进行数据处理，采用DPSv 7.05软件进行单因素方差分析（Oneway ANOVA）及在0.05水平下进行Duncan多重比较。

2 结果与分析

2.1 复合处理对红苋菜生长的影响

2.1.1 对红苋菜生物量的影响。

由表2可知，复合处理可增加红苋菜根、茎、叶地上部及单株的生物量；根系浇灌方式下红苋菜各部分生物量大于叶面喷施方式。叶部的生物量高于茎部、根部。JSA处理根部生物量为CK的4.48倍；JGA处理茎、叶部的生物量达到最大，分别高于CK 28906%、315.28%。JGA处理下，地上部、单株生物量达到最高值，高于CK 304.83%、306.85%。可见，根系浇灌下，500 mg/L GA3+1.5 mg/kg EDTA处理红苋菜植株的生物量最大。

2.1.2 对红苋菜农艺性状的影响。

由表3可知，复合处理红苋菜的株高、茎粗、主根长与CK差异极显著。各处理中，以JIAA处理的主根长最大，为CK的4.95倍；最大株高、茎粗均出现在JGA处理，分别高于CK 65.17%、82.55%。复合处理中，PGA

处理的主根长最小；PIAA、JIAA处理的株高、茎粗最小，分别仅为CK的1.43、1.51倍和1.45、1.58倍。各复

合处理对主根长处理的影响从大到小依次为100 mg/L IAA+1.5 mg/kg EDTA、100 mg/L SA+1.5 mg/kg EDTA、500 mg/L GA3+1.5 mg/kg EDTA，对株高、茎粗的影响从大到小依次为500 mg/L GA3+1.5 mg/kg EDTA、100 mg/L SA+1.5 mg/kg EDTA、100 mg/L IAA+1.5 mg/kg EDTA。

2.2 复合处理对红苋菜富集133Cs、88Sr、Cd的影响

2.2.1 对积累133Cs、88Sr、Cd的影响。

从图1可以看出，各处理根、茎、叶部Cd含量从大到小依次为500 mg/L GA3+15 mg/kg EDTA、100 mg/L SA+1.5 mg/kg EDTA、100 mg/L IAA+1.5 mg/kg EDTA、CK，叶面喷施方式的修复效率小于根系浇灌方式，叶部的Cd含量显著高于根、茎部（P<0.05）。IAA+1.5 mg/kg EDTA处理根、茎、叶部Cd含量最小，分别为CK的1.39、1.85、1.18倍。500 mg/L GA+1.5 mg/kg EDTA处理下，根、茎、叶部的Cd含量最大，分别高于CK 8513%、184.62%、23.37%。

从图2、3可以看出，各处理红苋菜各部位对133Cs、88Sr的吸收能力不同Cs、Sr从大到小依次为100 mg/L SA+1.5 mg/kg EDTA、500 mg/L GA3+1.5 mg/kg EDTA、100 mg/L IAA+1.5 mg/kg EDTA、CK，根系澆灌处理的修复效率大于叶面喷施方式。不同复合处理红苋菜各部位133Cs、88Sr含量均显著高于CK（P<0.05），各部位对133Cs的吸收量显著高于88Sr（P<005）。100 mg/L IAA+1.5 mg/kg EDTA处理苋菜的根、茎、叶对133Cs、88Sr的吸收量最小，100 mg/L SA+1.5 mg/kg EDTA处理根、茎、叶对133Cs、88Sr的吸收量最大，各部位对133Cs的最大吸收量分别为0.761、0966、1.675 mg/g，分别为CK的1.87、1.65、1.69倍。

2.2.2 對转运133Cs、88Sr、Cd的影响。

由表4可知，复合处理红苋菜地上部133Cs、88Sr、 Cd的转运系数大于CK，根系浇灌方式相比于叶面喷施方式可提高转运水平。 JGA处理的Cd转运系数和133Cs转运系数最大。100 mg/L IAA+1.5 mg/kg EDTA处理下，地上部对Cd、133Cs、88Sr的转运系数均为最小。JSA处理88Sr转运系数最大，较CK高出64.21%。可见，100 mg/L IAA+1.5 mg/kg EDTA处理下，红苋菜地上部转运Cd、133Cs、88Sr的能力最低，500 mg/L GA3+1.5 mg/kg EDTA复合处理下，地上部对Cd的转运系数最大，而100 mg/L SA+1.5 mg/kg EDTA复合处理地上部对88Sr的转运系数达最大。

2.2.3 对富集133Cs、88Sr、Cd的影响。

由表5可知，复合处理133Cs、88Sr、Cd的富集系数均大于CK，根系浇灌方式相比于叶面喷施激素极显著提高了各部分转运133Cs、88Sr、Cd的能力。100 mg/L IAA+1.5 mg/kg EDTA复合处理下，地上部转运Cd的能力最低，而500 mg/L GA3+1.5 mg/kg EDTA复合处理下，地上部富集系数最高，说明地上部对Cd转运的能力最大。从133Cs、88Sr富集系数来看，3种复合处理从大到小依次为100 mg/L SA+1.5 mg/kg EDTA、500 mg/L GA3+1.5 mg/kg EDTA、100 mg/L IAA+1.5 mg/kg EDTA、CK；红苋菜地上部对133Cs、88Sr的富集系数显著高于根部，PIAA处理的富集系数最小，与CK差异极显著，分别为CK的1.11、1.24倍，而JSA处理的富集系数最大。

3 结论与讨论

（1）该研究表明，植物激素与螯合剂复合处理可增加红苋菜根、茎、叶部的生物量，能提高红苋菜的株高、主根长、茎粗，根系浇灌方式相比于叶面喷施方式更有利于红苋菜的生长，复合处理对红苋菜总生物量的促进作用从大到小依次为500 mg/L GA3+1.5 mg/kg EDTA、100 mg/L SA+1.5 mg/kg EDTA、100 mg/L IAA+1.5 mg/kg EDTA。

（2）激素与螯合剂复合处理对Cd的吸收能力从大到小依次为500 mg/L GA3+1.5 mg/kg EDTA、100 mg/L SA+1.5 mg/kg EDTA、100 mg/L IAA+1.5 mg/kg EDTA、CK。复合处理对红苋菜各部分133Cs、88Sr含量从大到小依次为100 mg/L SA+1.5 mg/kg EDTA、500 mg/L GA3+1.5 mg/kg EDTA、100 mg/L IAA+1.5 mg/kg EDTA、CK。Shahandeh等[6]研究表明，添加外源柠檬酸和草酸处理向日葵和印度芥菜，其嫩枝铀积累量增加了150倍 。Huang等[7]利用柠檬酸处理中国白菜和印度芥菜，结果表明，其地上部分对土壤中铀的吸收量显著增加，为对照铀吸收量的1 000倍。Chang等[8]在铀污染的土壤中施用柠檬酸研究植物的积累效应，结果表明，油菜根部积累铀量高达3 500 mg/kg，印度芥菜叶部累积的铀量达2 000 mg/kg，显著高于对照。

（3）该研究得出，IAA、GA3、SA与EDTA的复合处理显著增加了红苋菜各部分的生物量，加快了植株的生长发育，增加了133Cs、88Sr、Cd在植株体内的积累量，加大了植株各部分对133Cs、88Sr、Cd的转运和富集。这可能是由于添加螯合剂能够活化土壤中的重金属，提高重金属的生物有效性，促进植物吸收，同时植物激素能缓解重金属-螯合剂的植物毒性，促进植物根系伸长，增加植物生物量，协同螯合剂促进植物对重金属的吸收、转运和积累，从而显著提高植物提取效率，但有关协同强化植物修复的机理仍有待进一步研究。

参考文献

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