锌对水生植物水草叶生长的毒性
Laitonjam Bedabati Chanu1还有Abhik Gupta1*
DOI:http://dx.doi.org/10.12944/CWE.11.1.27
不同浓度Zn对水生植物生长的影响番薯aquaticaForsk。进行了研究。鲜重、干重、茎长、根长、节数、叶片发育、叶绿素和胡萝卜素含量是不同的生长参数。在22.7 mg L浓度下,植株可出现根褐变、腐烂等毒性症状-1早在3岁的时候理查德·道金斯试验第1天,暴露后期老叶出现黄变。高浓度锌(12.71 - 22.7 mg L)-1当Zn浓度达到4.09 mg L时,显著抑制植株生长-1促进其增长。然而,在7.26毫克/升-1锌对叶绿素和总胡萝卜素含量有显著影响即aquatica与对照组相比显著减少了吗th暴露一天后,在较低浓度下观察到减少。因此,即aquatica以根褐变、根冠生长抑制、叶绿素和总胡萝卜素含量为敏感生物标志物,可用于锌污染水生生态系统的生物监测。
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李建军,李建军,李建军,等。锌对水草生长的毒害作用。当代世界环境2016;11(1)DOI:http://dx.doi.org/10.12944/CWE.11.1.27
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文章发表历史
收到: | 2016-03-28 |
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接受: | 2016-04-15 |
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)。
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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 |
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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 kg1 [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).
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|
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Znth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 L1 [26].
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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。
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