植物激素处理对向日葵富集 133 Cs的影响

郭梦露

摘要[目的]探寻高效修复133Cs污染的技术手段。[方法]通过土壤盆栽试验，研究生长素（IAA）、赤霉素（GA）、水扬酸（SA）3种植物激素對超富集植物向日葵吸收和积累133Cs的影响。[结果]133Cs胁迫下，施用植物激素能显著增加向日葵对133Cs的吸收、转运、积累富集。与茎和根相比，叶、花为主要富集133Cs的器官。3种激素作用下的单株累积量总体表现为SA>GA>IAA。[结论]500 mg/L SA处理下，向日葵对133Cs的吸收量、转运系数、富集系数达到最大值。

关键词133Cs；植物激素；植物修复

中图分类号S565.5文献标识码A文章编号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是一种人工放射性核素，半衰期（T/2）长达30.17年，与K属同族元素在化学性质上十分相似，是一种核裂变产物，一旦进入人体，便迅速分布于人体各部位。目前环境中铯（Cs）主要来源于全球大气层核爆炸散落的灰。切尔诺贝利核泄漏事件中近60万人受到大剂量的核辐射，其中Cs的释放量约0.09 EBq[1]，治理Cs污染势在必行。一些报道证实了植物修复放射性污染的可行性，扩大了植物修复的技术覆盖范围。Küpper 等[2]研究成熟叶片中Zn 主要积聚在表皮细胞中，而叶绿素细胞中Zn的含量较低，可见重金属离子被植物吸收后，主要集中在表皮毛、细胞壁、液泡等一些非生理活动区，从而减少了重金属对植株的毒害效应。Broadley等[3]研究90Sr和Cs污染的植物修复时发现，不同种、科、属的植物对放射性核素的积累存在很大差异，而同种植物的不同部位对核素的积累也不同。Dushenkov等[4]对切尔诺贝利核电站泄漏后周围大面积受污染土壤的植物修复研究发现，Cs污染地区苋属植物中反生物量较大，生长良好，富集土壤中的Cs含量也高达20.7%。

植物修复这一环境治理技术，在修复植物的品种筛选、修复机理研究及应用方面都存在不足，合理地使用生长调节剂可以减少污染物对植物生理的不利影响，缓和胁迫的同时维持植物正常的生长发育，更有利于植物对污染元素的吸收、累积和转运。植物调控体内激素水平是其适应重金属胁迫的重要方式[5]。133Cs是137Cs的同位素，化学性质相似，且没有放射性，实验室研究一般选取133Cs作为研究材料，可以直接反映出137Cs的理化性质。为了净化放射性和重金属污染的土壤，强化植物修复受重金属、核素污染土壤的效率，笔者选取生长快、生物量大且具有一定富集力的向日葵（Helianthus annuus L.）为试验材料进行土壤盆栽试验，研究植株在土壤中对Cs的富集能力，为133Cs污染土壤植物修复提供一定的科学依据。

1材料与方法

1.1试验地概况

试验地点设在菏泽学院。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 ℃。试验用土为菏泽学院试验基地样土。将土壤放于避光通风处自然风干、剔除杂物、捣碎、过筛。用pH计分别测土壤的水溶和盐溶pH；土壤有机质测定采用Tyurin的方法[6]；1 g经过研磨过筛的土壤与5 mL去离子水混合均匀，静止后通过电导仪测定土壤电导率。试验土壤的主要理化性质：有机质11.3 g/kg，pH（盐溶）6.68，pH（水溶）7.52，电导率1.31 mS/cm，有效氮47 mg/kg，有效磷43 mg/kg，有效钾101 mg/kg。

1.2试验材料

向日葵俗称葵花子原产北美洲，一年生草本，性喜温暖；耐旱，高1～3 m，茎直立，粗壮，圆形多棱角；四季皆可生长，主要以夏、冬2季为主；花期可达14 d以上；种子含油量极高，为重要的油料作物。向日葵为锶、铯超富集植物，生物量较大，富集核素能力强。该试验选取向日葵作为试验材料，种子购于济南亿禾世纪园林绿化有限公司，为早熟抗旱品种。

1.3试验方法

设10个处理，分别为施生长素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），施水杨酸100 mg/L（SA1）、500 mg/L（SA2）、1 000 mg/L（SA3），以施用清水为对照（CK），每个处理3次重复，每个处理9株，共计90株。试验采用盆栽方式，2015年3月19日播种向日葵，大田育苗，4月21日待向日葵长出4～6片子叶后移苗，每盆3株，试验用盆直径30 cm、高23 cm，每盆装6 kg土壤，133Cs以水溶液形式均匀混合于土壤中，133Cs的施加形式为CsCl，施加浓度为20 mg/kg，将向日葵苗定植于133Cs处理的土壤中，按不同的处理配制成不同浓度的水溶液，继续培育30 d，5月21日喷施激素处理向日葵叶表面。

试验期间露天栽培，依盆中缺水情况不定期浇水，使土壤中的持水量保持在70%～80%。6月10日向日葵成熟收获植株。

1.4测定项目与方法

1.4.1向日葵各生长指标的测定。

收获的向日葵，用去离子水洗净，沥干水分，将根、茎、叶分开，在105 ℃杀青30 min，70 ℃下烘至恒重（烘约48 h），分别称其干重。向日葵的根、茎、叶、花部生物量利用天平直接称取，株高、主根长、根茎粗和花球直径利用卷尺和游标卡尺测定。

1.4.2133Cs含量的测定。

将烘干的植物样品研磨后，准确称取0.2 g处理样品置于三角瓶中，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硝酸定容到100 mL。采用火焰原子吸收光谱法测定植物样品中133Cs含量，测试仪器为美国PE公司AA700火焰原子吸收光谱仪。

2结果与分析

2.1植物激素处理下133Cs对向日葵生长的影响

2.1.1对向日葵生物量的影响。

从图1可以看出，3种植物激素的处理显著增加了向日葵根、茎、叶、花部的生物量，与对照相比具有显著性差异（P<0.05）。3种激素处理对向日葵生物量的增加作用不一致，对根部生物量的影响为IAA>SA>GA，对茎、叶、花部生物量的影响为GA>SA>IAA。在100 mg/L IAA处理下，根部生物量达到最大值，高于对照163.28%；500 mg/L赤霉素处理下，茎、叶、花部生物量达到最大值，分别为对照的2.12、1.83、1.93倍。

2.1.2

对向日葵生长指标的影响。

由表1可知，各激素处理株高、主根长、茎粗、花球直径最大值分别为72.56 cm、7.93 cm、3.85 mm、4.68 cm，分别比对照高57.26%、131.87%、74.21%、116.67%，与对照有极显著差异（P<0.01）。GA3处理下主根长最短，为4.14 cm，与对照差异极显著（P<0.01）；IAA1处理下，株高最低，为48.82 cm，与CK差异极显著；IAA3处理下，茎粗、花球直径最小，分别为2.35、2.46 cm。100 mg/L的生长素有利于根的生长，500 mg/L的赤霉素对植株茎粗、株高、花球直径的增加作用显著，可见添加激素的浓度过大对植株的生长会产生抑制作用。

2.2植物激素处理下向日葵对133Cs的富集特征

2.2.1

向日葵各器官对133Cs的吸收情况。

从图2可以看出，和对照相比，不同激素处理后，各器官133Cs 含量均高于对照，3种激素对各器官133Cs含量的作用效果总体趋势表现为SA>GA>IAA。SA处理下，在500 mg/L SA浓度处理下，根、茎、叶、花部133Cs 含量达到所有处理的最大值。

2.2.2向日葵对133Cs 的转运特征。

从图3可以看出，各处理下转运系数均小于1.00，与对照相比，3种植物激素处理均提高了133Cs 的转移系数，且叶、花部对133Cs的转运系数显著高于茎部，3种激素的处理效果总体趋势表现为SA>GA>IAA。

茎部转运系数均小于1.00，数值变化范围为0.206～0.283，TF的最小值出现在处理IAA3，与对照差异不显著，最大值出现在处理SA2，其值分别为0.215、0.289，分别为对照的1.04、1.41倍。叶部转运系数均小于1.00，变化范围为0.546～0.631，IAA3處理下，TF的值最小，SA2处理下TF的值达到最大。

2.2.3向日葵对133Cs的富集特征。

从图4可以看出，与对照相比，3种植物激素处理均增大了133Cs 的富集系数，3种激素的处理效果总体趋势表现为SA>GA>IAA，各器官对133Cs的富集规律总体表现为根部>花部>叶部>茎部。

根部富集系数普遍高于其他器官，IAA1处理下，富集系数最小，与对照差异不显著；SA2处理下，根部富集系数达最大，其值分别为9.61、18.28，分别为对照的1.22、2.32倍。500 mg/L的SA处理下，茎部富集系数达到了全部处理的最大值，为对照的2.17倍。叶部富集系数显著高于茎部，各处理下其值均大于4.00，表明叶部对土壤中的133Cs具有很高的吸收转运能力。

3结论与讨论

3.1植物激素处理下133Cs对向日葵生长的影响

植物激素能促进细胞分裂和伸长，以及新器官的分化和形成，对植物的生长发育和生理生化有重要影响，施加生长素、赤霉素和水杨酸均增加了向日葵在133Cs污染土壤中的生物量，3种激素处理对向日葵生物量的增加作用不一致，其对根部生物量的影响为IAA>SA>GA，对茎、叶、花部生物量的影响为GA>SA>IAA，说明适当浓度的生长素更有利于根的生长，而赤霉素对茎、叶、花部的影响更显著，且显著增加地上部和单株向日葵的生物量。植物激素处理下向日葵的株高、主根长、茎粗、花球直径显著高于对照，其中激素对主根长的影响总体趋势表现为IAA>SA>GA，对株高、茎粗的作用效果趋势为GA>SA>IAA。100 mg/L的生长素有利于根的生长，500 mg/L的赤霉素对植株茎粗、株高、花球直径的增加作用显著，激素的添加跟其他的逆境调节因子相似，都有一定的有效作用浓度范围，在一定的浓度范围内可以促进植物生长发育，增加植株的生物量，但处理浓度过大反而不利于植株的生长。相近研究如Hadi等[7]研究改进富含铅土壤中的玉米生长状况时，分别向玉米植株喷洒IAA、GA3、EDTA，结果显示，单独喷洒0.1 mol/L的IAA，0.1 mol/L的GA3均能增加植株的根长、株高，与对照相比显著提高了玉米的生物量和铅的吸收量。

3.2植物激素處理下向日葵对133Cs的富集特征分析

3种植物激素处理均提高了133Cs在向日葵植株内的积累量，且增加了133Cs的转运、富集系数，显著高于对照，3种植物激素（IAA、GA、SA）的最佳施加浓度，分别为100、500、500 mg/L。500 mg/L SA处理下，向日葵植株对133Cs的吸收量、转运系数、富集系数均达到最高值。

向日葵的根、茎、叶、花部对133Cs的吸收能力与激素的种类和水平有关，3种激素的处理效果总体趋势表现为SA>GA>IAA，富集系数均大于1.00，与对照相比，3种植物激素处理均提高了133Cs的转移、富集系数，茎部对133Cs的富集能力显著低于根、叶、花部，根部对133Cs的富集能力普遍高于其他部位，可能由于植株通过根膜从土壤或水中吸收元素，首先在根部组织间蓄积、传输，最终结合于特定部位。而地上部对133Cs的富集总量显著高于根部，说明向日葵植株对133Cs的富集主要集中在地上部。10 mg/L的生长素处理下，各器官转运133Cs的能力最低，而500 mg/L的水杨酸处理显著提高了各器官133Cs的转运能力，更有助于133Cs从根部到茎、叶、花部的迁移。相近研究如López 等[8]联合施加0.12 mmol/L EDTA和100 μmol/L IAA处理显著增加了紫花苜蓿叶片中铅的含量，是铅单一处理下富集量的29倍，是EDTA 单一处理下的7倍。Wang等[9]研究认为，外施SA处理决明，可以增加决明根系对Al3+的吸收富集。

参考文献

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