当前世界环境

介绍

随着工业化和城市化进程的加快，自然环境特别是水生生态系统正受到人为活动的干扰。淡水系统水质的下降威胁着其可持续性，已成为主要的环境问题之一。许多工人对印度淡水资源的现状进行了研究，并呼吁将其作为环境问题加以管理。接收水体，特别是湖泊和河流中重金属浓度的增加使情况恶化，并通过沿食物链的生物积累威胁到生物成分，最终影响到人类^{(1 - 5)}．

锌是生物体内与代谢活动相关的必需微量营养物质，其浓度越高，就越具有毒性。据一些科学研究报告，它在印度各种水生生态系统中的浓度已经达到了惊人的水平^{(4, 6 - 9)}．淡水生态系统中锌的主要来源包括电镀工业、冶炼和精炼、采矿、造纸工业、生活污水和农业径流^[10]．偶像和tazias的浸泡也是印度各地湖泊和河流中锌含量增加的主要原因之一^{(11 - 13)}．锌是神像和塔齐亚装饰涂料的主要成分之一，据报道，每年浸泡神像的次数都在增加，这可能会增加重金属的负荷^[14]．

虽然锌是一种微量营养素，但它的含量过高就会造成危害^[15]．对环境方面的日益关注，以及其重要性和毒性之间的狭窄窗口^[16]研究其对水生植物的影响引起了人们的兴趣，水生植物在生态系统功能中起着重要作用。此外，在印度，需要对淡水中的锌污染进行定期检测。因此，本研究旨在探索一种水生大型植物的潜力，番薯aquaticaForsk。用于生物监测和植物毒性研究。这种植物是根据其地理分布、可利用性和适应性选择的。它不仅广泛分布在印度，而且分布在整个南亚、东南亚和东亚^[17]并且很好地适应了广泛的栖息地。据报道，它也生长在世界其他地区，如非洲、澳大利亚和美利坚合众国(奥斯汀，2007年)。^［１８］．此外，它是多年生植物，主要生长在潮湿的土壤、淹没的洪泛平原、沟渠、池塘、运河和缓慢的河流中^[19]由于它的分裂繁殖能力，并且从它的节点上产生不定根和开花和叶子的侧枝，因此很容易培养^［２０］．

利用水生植物对锌的毒性进行了大量的研究。生长受到抑制Eichhornia凤眼莲^［21］，浮萍属gibba^［２２］，芦苇南极光^[23]，虹膜psuedacarus^［２４］，Spirodela polyrhiza^[25]和Salvinia•^[26]．另一项研究报道了锌胁迫对三种水生植物生长的抑制作用。浮萍属小，伊乐藻属植物黄花和Leptodictyum riparium,在那里l . riparium结果表明，在100µM Zn条件下，其抗性最强，生长抑制率为50%^[27]．与此相反，锌的毒性研究答:aquatica是稀缺的。因此，本研究旨在了解和评估锌对这种水生植物的毒性作用。

材料与方法

番薯aquaticaForsk。收集自印度阿萨姆邦恰尔县伊隆马拉地区未受污染的池塘，并用自来水冲洗。按标准方法培养砧木^[28]．这些植物在水培盆中种植，直到长出新的枝条。这些新树枝被剪下来，种植在花盆里，盆里的土壤浸泡了50%的霍格兰营养液。营养培养基的pH调节在5.8-6.2范围内。从同一株母株上剪下相同茎高的健康和发育完全的芽，用自来水冲洗，在50%的Hoagland营养培养基中驯化1周，条件为25-27℃，光照12 h，强度为100-120µmol²年代^－112个小时的黑暗期。这些驯化植株暴露于半强度的Hoagland营养培养基中，并添加梯度浓度的锌作为ZnSO₄．7小时₂实际锌浓度:0.23 mg L^－1， 2.27 mg L^－1， 4.09 mg L^－1， 7.26 mg L^－1， 12.71 mg L^－122.7毫克升^－1)，为期15天。对照植株生长在50% Hoagland培养基中，不添加Zn。由于蒸发或蒸腾造成的水分损失通过每周更新溶液来补偿。在15号实验结束时^th当天，将所有对照植株和锌处理植株取下，用蒸馏水洗涤，并轻轻吸去多余水分，然后测量植株鲜重、根长、侧根和叶面积。然后在60度的热风烘箱中烘干⁰C仍然是恒定的重量。其他生长参数如茎长、新叶和节数每隔3天测量一次。计算主根承载侧根的百分比(PRL %)和主根承载侧根数量(LR)与主根承载侧根数量(PRL)之比。所有这些数据都是在植物暴露于Zn之前获得的。利用ImageJ (http://imagej.nih.gov/ij/)软件测量叶面积。所有的叶子都整齐地剪在叶柄上，并适当地展开，以拍摄整个叶子区域的图像。在试验过程中，观察到叶片和根的毒性症状，如根变黑和出现黄化。叶绿素估计，新鲜叶片用80%丙酮匀浆，离心，上清分别在662、645和470 nm分光光度计中对叶绿素a (chl a)、叶绿素b (chl b)和总胡萝卜素进行吸光度测定。这些色素的浓度按标准公式计算^[29]提取液作为空白。

数据集间差异的统计学意义采用单因素方差分析，多重比较采用Tukey检验。所有测试均采用SPSS 20软件进行。

结果与讨论

尽管暴露于较高Zn浓度的植物会出现一些毒性症状，但在所有Zn浓度下的植物都能存活15天的总暴露期。因此，在锌浓度达到22.7 mg L时，植株的存活模式反映了其耐锌能力^－1．在水生植物中，香蒲agustifolia和芋耐被发现是对重金属最耐受的植物^[30]．在Zn浓度为363 mg kg的土壤中，两株均未表现出明显的毒性症状^－1．Eichhornia凤眼莲当暴露于20mg L时^－1Zn未表现出任何形态学上的毒性症状^[31]．本研究表明，在22.7 mg L的浓度下，植物的抗氧化能力较弱^－1在22.7 mg L浓度下，老叶变黄(图1)，根尖明显变黑^－1Zn在3上^{理查德·道金斯}曝光日(图2)。

图1:锌对叶片外观的影响即aquatica; A-对照非褪绿叶;B-褪绿的叶 浓度为22.7 mg L处理的植株的CL)－1锌。 点击此处查看图

图2:锌诱导根变黑即aquatica;控制组A-正常根(NR);B-植物受影响的根(AR) 22.7 mg L处理－1锌。 点击此处查看图

在其他浓度和较长的暴露时间下，也观察到根尖发黑(表1)。单向方差分析显示，7.26 - 22.7 mg L的PR长度显著减少^－1Zn(表1)，可能与根系沿长度逐渐衰减有关。锌200µg ml^－1根系生物量减少虹膜psuedacorus^［２４］．然而，虽然暴露于镉等其他重金属的植物的根尖呈现褐色，但没有报道根部发黑和腐烂等症状^[32]．根尖发黑蚕豆根尖^[33]和根组织的细胞死亡Talinum triangulare^[34]铅积累引起的氧化应激也有报道。因此，这些根系毒性症状可以作为水体锌污染生物监测的工具。12.71 ~ 22.7 mg L处理对新PR发育的抑制导致PRL %和侧根显著降低^－1在7.26 ~ 22.7 mg L处理的植株中，LR: PRL也显著降低(p < 0.05)^－1通过单因素方差分析和多重比较的Tukey检验(表2)揭示了15天暴露结束时的锌含量。锌浓度为0.23和2.27 mg L^－1，另一方面，促进根的生长即aquatica．

表1:根变黑的外观即aquatica暴露于分级浓度的锌(n=5)

锌浓度(mg L－1）	根变暗的植物数目
	第三天	一天6	天9	天12	一天15
0.23	0	0	0	1	1
2.27	0	0	0	1	1
4.09	0	1	2	2	2
7.26	0	1	2	3.	3.
12.71	1	2	2	4	5
22.7	3.	5	5	5	5

表2:锌对根长、PR数、PRL %和LR:PRL的影响即aquatica15天后。

锌浓度(mg L－1）	PR长度增加(cm)	不。新PR	PRL %	LR:光杆载荷
控制	23.77±2.43ab	15.67±2.67一个	53.26±14.77美国广播公司	5.81±1.33一个
0.23	39.23±9.68一个	16.33±1.33一个	68.88±6.20ab	5.00±0.25一个
2.27	32±5.04ab	19.33±2.40ab	72.14±10.90一个	3.49±0.60ab
4.09	20.7±2.92b	24±1.15b	40.09±11.25美国广播公司	2.92±0.79ab
7.26	3.33±4.08c	9.67±1.45c	38.15±5.08公元前	0.15±0.88公元前
12.71	-1.97±4.22c	5±1.73cd	32.81±8.88c	-1.20±1.69c
22.7	-4.73±1.17c	1.67±1.20d	-20.21±11.40d	-1.92±1.05c

LR -侧根;PR -主根;PRL % -主根承载侧根的百分比;数值以平均值±SE给出;列中不同上标字母表示差异显著，p < 0.05;' - '每个参数相对于相应的初始值减少

尽管出现了中毒症状即aquatica锌浓度为12.71 ~ 22.7 mg L对鲜重和干重的生长无影响^－10.23 ~ 7.264.09 mg L^－1锌促进了生长(图3和图4)。另一方面，通过Tukey检验的单因素方差分析显示，锌浓度为7.26 - 22.7 mg L^－1对新节数有显著影响(图4)。在22.7 mg L^－1锌含量经单因素方差分析，p < 0.05。锌作为微量元素可能促进了植物的光合作用和蛋白质代谢，从而促进了低锌水平下植物的生长^[35]．的增长Sesuvium portulacastrum当锌浓度达到300 mg kg^{1 [36]}．另一方面，锌浓度为2mM时，茎高明显降低芦苇南极光^[23]．在另一项研究中软水草verticillata0.1和1mg L^－11000 mg L的氧化锌纳米粒子处理3周^－1大大减少了植物的生长^[37]．因此，不同植物对重金属的反应存在很大差异^(38、39)．

图3:锌对西瓜鲜重和干重的影响即aquatica暴露15 d结束时，数值以mean±SE表示;不同上标字母表示p < 0.05 点击此处查看图

图4:锌对茎长和节数增加的影响I.aquatica暴露15 d后;数值以平均值±SE给出;上标不同的值 字母表示p < 0.05 点击此处查看图

本研究结果表明，低浓度Zn可诱导新叶发育，增加叶面积即aquatica浓度越高，叶片生长越受影响(表3)。单因素方差分析显示，对照和22.7 mg L的叶片在新叶数和叶面积方面存在显著差异^－1Zn处理植株p < 0.05。类似的结果在Sesuvium portulacastrum在100 - 600毫克/公斤的土壤中生长^－1锌^[36]．高浓度Zn在12.71 mg L和22.7 mg L处理下显著提高了老叶的脱落率^－1控制项中的Zn。高浓度锌通过干扰光合活性、色素含量和抗氧化系统等关键代谢过程，导致植株生长迟缓和叶片衰老^(40、41)．

表3:锌对冬小麦叶片落叶、新叶和叶面积的影响即aquatica15天后

锌浓度(mg L－1）	不。落下的叶子	不。新叶	总叶面积(cm2）
控制	1.33±0.33ab	3±0abd	29.30±4.3一个
0.23	0.33±0.33一个	2±0广告	33.46±3.65一个
2.27	1.67±0.33ab	2.67±0.33美国广播公司	35.47±1.36一个
4.09	1.67±0.67ab	3.67±0.33公元前	32.37±7.03一个
7.26	3±0.58公元前	2.67±0.88cd	25.14±4.15一个
12.71	3.67±0.33c	2.33±0.33d	17.72±2.99一个
22.7	4.33±0.88c	0±0e	15.65±1.51b

数值以平均值±SE给出;列中不同上标字母表示差异有统计学意义，p < 0.05

本研究表明，低锌浓度(0.23和2.27 mg L)对植物生长有显著影响^－1)提高了叶片CHL - a含量即aquatica7.26 ~ 22.7 mg L对其影响显著^－15上锌浓度^th单因素方差分析显示，p < 0.05。在随后暴露的几天中，观察到chl A含量的剂量和时间依赖性降低(图5)。chl b和总胡萝卜素含量也观察到类似的结果(图6和7)。叶绿素和总胡萝卜素含量可以被认为是有效的生物标志物，因为在7.26 mg L时获得了显着下降^－15后Zn^th曝光日。此外，在此浓度下，直到实验结束才观察到叶子变黄等症状。叶绿素含量随叶片变黄而显著降低芦苇南极光1000 mg L处理^－1氧化锌纳米颗粒^[37]尽管该剂量远高于本研究中显示出显著效应的锌的剂量。Chl a, Chl b和类胡萝卜素含量Salvinia•在10 mg L^{1 [26]}．

图5:锌对黄芩叶片chl a含量的影响即aquatica暴露第5、10、15天;数值以平均值±SE给出;不同上标字母表示p < 0.05 点击此处查看图

图6:锌对黄芩叶片chl b含量的影响即aquatica暴露第5、10、15天;数值以平均值±SE给出;不同上标字母表示差异显著(p < 0.05) 点击此处查看图

图7:锌对紫花苜蓿叶片总胡萝卜素含量的影响即aquatica暴露第5、10、15天;数值以平均值±SE给出;不同上标字母表示p < 0.05 点击此处查看图

因此，本研究的结果显示即aquatica可以成功地应用于受Zn污染的水生生态系统的毒性研究，阈值约为12 mg L^－1以根褐变、根冠生长减少和色素含量为生物监测工具。该植物具有较强的抗锌生存能力和对多种生境的适应性，在锌污染地区的植物修复等研究中具有广阔的应用前景。

鸣谢

LBC谨此感谢印度新德里大学教育资助委员会在研究期间以教资会- bsr奖学金的形式提供资助。

参考文献

1. 库志强，陈志强，陈志强，陈志强。湖泊微量元素污染的生物监测研究——以印度古吉拉特邦纳尔萨罗瓦尔鸟类保护区为例。湖沼学杂志生态学报，65(1):9-16(2006)。
   CrossRef
2. Kaur, S. & Mehra, P.，流经印度德里的亚穆纳河段夏季和冬季重金属的评估。环境与生态学杂志生态学报，3(1):149-165(2012)。
   CrossRef
3. Das, S, Mitra, A, Zaman, S, Pramanick, P.， Chaudhuri, T.R. & Raha, a.t.，《恒河三角洲下游食用鱼类中锌、铜、铅和镉的含量》，美国生物药理学、生物化学与生命科学杂志生态学报，3(1):8-19(2014)。
4. 古普塔，S.K, Chabukdhara, M, Kumar, P.， Singh, J. & Bux, F.，印度贡提河金属污染的生态风险评价:生物监测方法，生态毒理学与环境安全中文信息学报，11:49-55(2014)。
   CrossRef
5. 陈志强，陈志强，陈志强，陈志强，马哈拉施特拉邦河流水质污染的成因及影响研究进展，化学与环境科学研究杂志生态学报，3(6):1-4(2015)。
   CrossRef
6. Begum, A.， Ramaiah, M.， Harikrishna, Khan, I.和Veena, K.，高韦里河水的重金属污染和化学特征。电子化学杂志生态学报，6(1):47-52(2009)。
7. 苏布拉曼尼亚，R.， Nesakumari, C.S.A.和Thirunavukkarasu, N.，库姆河水质和重金属污染状况，泰米尔纳德邦，印度。世界环境研究与技术杂志生态学报，3(4):483-489(2013)。
8. 李建军，李建军，李建军，等。长江三角洲3个主要水库沉积物中重金属的分布及其对商业鱼类生物积累的影响。生态毒理学与环境安全中文信息学报，13:145-151(2015)。
9. 陈建军，陈建军，陈建军，陈建军。重金属污染对热带河口水体蓝藻群落结构的影响。海洋学科学通报，3(1):1000137,doi:10.4172/2332-2632.1000137(2015)。
10. http://www.atsdr.cdc.gov/substances/toxsubstance.asp?toxid=54/(2016年2月29日访问)。
11. Reddy, m.v.， Babu, k.s.， Balaram, V.和Satyanarayan, M.，富营养化Hussainsagar湖地表水重金属和其他元素污染的影响评估(海得拉巴，印度)。环境监察及评估科学通报，18(4):391 - 391(2012)。
12. 偶像浸泡对海洋和淡水水体的影响。应用科学研究进展生态学报，3(4):1905-1909(2012)。
13. Malik, D.， Singh, S.， Thakur, J.， Singh, R.K.， Kaur, A.和Nijhawan, S.，亚穆纳河的重污染:反思。国际当代微生物学与应用科学杂志生态学报，3(10):856-863(2014)。
14. 城市湖泊管理背景下的偶像浸入个案研究。http://parisaraganapati.net/archives/83(2016年2月24日访问)。
15. 李建民，李建民，李建民，李建民，林林总总，重金属对植物的毒性研究进展。环境化学快报生态学报，8:199-216(2010)。
    CrossRef
16. Dibofori-Orji, A.N.和Edori, O.S，《在繁忙的高速公路旁出售的加工木薯粉(garri)中重金属(Pb, Cd, Cr, Fe, Zn)的分析》，应用科学研究档案浙江农业学报，7(2):15-19(2015)。
17. Khumanleima Chanu, H. & Gupta, A.，铜中毒后细胞坏死的适应性反应番薯aquatica及其在植物修复中的应用前景。植物生理学报生态学报，36,3275-3281(2014)。
    CrossRef
18. 奥斯汀，d.f.，水菠菜(番薯aquatica一种野生的食物。民族植物学研究与应用中文信息学报，5,123-146(2007)。
19. Prasad, k.n.， Shivamurthy, G.R.和Aradhya, s.m.，番薯aquatica一种未被充分利用的绿叶蔬菜:综述。国际植物学杂志生态学报，4(1):123-129(2008)。
    CrossRef
20. Edi, h.h.， & Ho, B.W.C，番薯aquatica作为香港的蔬菜作物。经济植物学科学通报，23(1):32-36(1969)。
21. Hasan, S.H, Talat, M. & Rai, S.，水葫芦对水溶液中镉和锌的吸附(Eichhornia凤眼莲）.生物资源技术中文信息学报，28(2):918-928(2007)。
22. [3] M.重金属(镉、铜和锌)的毒性和去除浮萍属gibba．生态毒理学与环境安全生态学报，72(6):1774-1780(2009)。
23. 董绍军，陈建军，陈建军，陈建军，陈建军芦苇南极光这是对锌中毒的反应。实验植物学杂志生态学报，62(6):2169-2178(2011)。
24. 陈志强，陈志强，陈志强，陈志强，陈志强，陈志强，陈志强虹膜psuedacorus植物生理学报科学通报，34:1217-1228(2012)。
25. 胡春春，刘彦，李晓，李敏，浮萍的生物化学反应(Spirodela polyrhiza)到氧化锌纳米颗粒。环境污染与毒理学档案中文信息学报，64:643-651(2013)。
26. 胡春春，刘晓明，李晓明，赵艳，黄花苜蓿生长及生化指标的评价Salvinia•暴露于氧化锌纳米颗粒与植物锌积累。环境科学与污染研究中文信息学报，21(2014):732-739。
    CrossRef
27. Basile, A.， Sorbo, S.， Conte, B.， Cobianchi, R. C.， Trinchella, F.， Capasso, C.和Carginale, V.，三种水生植物对重金属的毒性、积累和去除。国际植物修复杂志生态学报，14(4):374-387(2012)。
28. Göthberg, A.，格里格，M.，霍尔姆，K. & Bengtsson, b . e .。，Influence of nutrient levels on uptake and effects of mercury, cadmium, lead in Water spinach.环境质量杂志， 33:1247-1255(2004)。
29. Lichtenthaler, H.K. & Wellburn, a.r.，叶片在不同溶剂中的总类胡萝卜素和叶绿素a和b的测定。生化学会汇刊， 11, 591-592(1983)。
30. Chayapan, P.， Krautrachue, M.， Meetam, M.， Pokethitiyook, P.，改良剂对湿地植物生长和镉、锌吸收的影响，香蒲augustifolia和芋耐来自被污染的沉积物。国际植物修复杂志科学通报，17:900-906(2015)。
31. Mishra, V.K.和Tripathi, b.d.，利用水葫芦从水溶液中积累铬和锌(Eichhornia凤眼莲）.危险物质杂志生物工程学报，34(2):1059-1063(2009)。
32. 贾马尔，Q.，杜兰尼，P.，可汗，K.，穆尼尔，S.， Hussain, S.，穆尼尔，K. & Anees, M.，重金属积累及其毒性效应:综述。生物分子科学杂志生态学报，1(1-2):27-36(2013)。
33. Shahid, M.， Pinelli, E.， Pourrut, B.， Silvestre, J.和Dumat, C.，铅诱导的遗传毒性蚕豆根尖与金属细胞摄取和初始物种形成有关的根。生态毒理学与环境安全生态学报，74(1):78-84(2011)。
34. 郭志强，陈志强，陈志强，陈志强，陈志强，陈志强Talinum triangulare通过分析抗氧化反应和细胞水平的DNA损伤。环境科学与污染研究生态学报，20:4551-4561(2013)。
35. Srivastava, S.， Mishra, S.， Dwivedi, S.， Tripathi, r.d.， Tandon, P.K. & Gupta, d.k.软水草verticillata．Biologia杆菌生态学报，53(4):789-792(2009)。
    CrossRef
36. Kalaikandhan, R.， Vijayarengan, P.， Sivasankar, R.和Mathivanan, S.，铜和锌对植物形态参数的影响Sesuvium portulacastrum国际当代研究与学术评论杂志科学通报，2(3):105-120(2014)。
37. 宋宇，李淑娟，氧化锌纳米颗粒对水生植物的毒性和积累软水草verticillata和芦苇南极光:叶型依赖性反应。环境科学与污染研究， DOI 10.1007/s11356-015-5982-5(2016)。
    CrossRef
38. 杨，J.，谭，n.f.y。[3]叶忠。湿地植物根系孔隙度、径向氧损失和铁斑块与锌耐受性和积累的关系。植物的土壤中文信息学报，34(4):815-828(2014)。
39. 林,yf。[3]王晓明，王晓明，王晓明，植物锌镉胁迫响应的分子机制。细胞和分子生命科学中文信息学报，69:3187-3206(2012)。
    CrossRef
40. 李建民，李建民，李建民，李建民，林林总总，重金属对植物的毒性研究进展。环境化学快报生态学报，8:199-216(2010)。
41. Gomes, m.p.， Duarte, d.m.， Carneiro, m.m.l.c.， Barreto, l.c.， Carvalho, M.， Saores, a.m.， Guilherme, L.R.G.和Garcia, Q.S，锌耐受性调节Myracrodruom urundeuva植物。植物生理与生物化学[j] .中国科学:自然科学，2013。
    CrossRef