壳聚糖对镉污染土壤中油菜生长及镉含量的影响

0 引言

镉（Cadmium，Cd）是广泛存在于自然界的一种重金属微量元素，在地壳中Cd2+的平均含量为0.15～0.20 mg/kg[1].土壤是一个重要的环境介质，接纳大约90%的外源污染物.土壤环境中的镉污染除来源于有色金属矿产开发和冶炼排放的废水、废气、废渣外，还来自煤和石油的燃烧、含镉肥料的施用、电镀、燃料、电池、杀虫剂、塑料等行业排放的废水.镉作为重金属，属于持久性污染物，可通过食物链传递并累积.土壤中镉的存在形态很多，大致可分为水溶性镉和非水溶性镉2大类.络合态和离子态的水溶性镉能被农作物所吸收，对生物危害大；而非水溶性镉不易迁移和难以被植物吸收[2]，但随着条件的改变，二者可互相转化，使环境风险长期存在.难溶性镉可向水溶性镉转化，进而易被植物吸收也是土壤镉污染采用植物修复的科学基础.

天空部分，我选择了渐变滤镜工具，单击曝光滑块前方的减号将其设置为-0.50，其余所有选项也在同时被归零。我从上到下绘制了若干个渐变条，逐步压暗天空。对效果满意之后，我又创建了一个曝光设置为+0.50的渐变，从下往上拖动提亮前景。

利用螯合剂促进普通植物吸收、富集土壤中的重金属是近年发展起来的一种新的土壤组合修复技术[3-8].壳聚糖（Chitosan）是一种甲壳素的脱乙酰基产物，属于天然高分子有机物，在自然界中广泛存在，是地球上第二大可再生自然资源，属于无毒、无污染的动物源激素，可用作螯合剂.壳聚糖作为螯合剂与金属离子有较强的配位能力，可与重金属形成螯合物、从而将与土壤固相结合的金属释放出来，增加土壤中游离金属离子的浓度和活度，有利于金属离子游离到植物根部而被吸收[9-11].壳聚糖在诱导植物修复重金属污染方面具有很大潜力.

3.4.4 优势度指数。各土地利用方式大型土壤动物群落优势度指数（C）退耕湿地＞退耕林地＞农田＞森林＞湿地。

油菜（Brassica campestris L.）为十字花科（Brassicaceae）芸苔属（Brassica）一年生草本植物，直根系.原产我国，现东北、西北、华东、华中、华南和西南地区均有大量栽培，为我国冬种主要油料作物之一，其对重金属的胁迫具有一定的耐受性.本研究用盆栽试验的方法，以油菜为研究对象，用不同浓度的壳聚糖（0、0.25、0.5、1.0、2.0、5.0、10.0、20.0 g/kg）处理镉污染（含 Cd2+ 为 25 mg/kg）土壤2个月，研究壳聚糖辅助下油菜对镉污染土壤的修复能力和油菜生长过程中相关的生长、生理指标的变化.以确定壳聚糖对油菜改良镉污染土壤的能力及适宜浓度，为深入研究植物对镉污染土壤的修复机理提供一定的理论依据.

指导病人深呼吸和有效咳嗽,如痰液黏稠不易咳出,可采用蒸馏水或者生理盐水加抗生素(庆大霉素)和稀化痰液的药物(α-糜蛋白酶)进行雾化吸入,以湿化呼吸道,促进排痰。哮喘病人不适合用超声波雾化吸入,因为颗粒过小,较多的雾滴易进入肺泡或者过饱和的雾液进入到支气管作为异物刺激,引起支气管痉挛,从而加重哮喘症状[8-10]。急性期患者应遵医嘱给予温暖湿化的氧气吸入,避免引起气道干燥痉挛。必要时使用人工呼吸机辅助病人呼吸,减轻病人的呼吸困难。

1 材料与方法

1.1 试验材料

土壤晒干并过筛.污染土壤制备采用人工模拟方法，以CdCl2·2.5H2O配成溶液均匀投加，使土壤中Cd2+浓度为25.00 mg/kg，充分混合，放置两周，稳定后备用.

壳聚糖，化学式(C6H11NO4)n，脱乙酰度80.0%～95.0%，粘度 50～800 mPa·s，国药集团化学试剂有限公司生产，编号69047438.

在壳聚糖处理浓度为1.00 g/kg时，油菜叶片中叶绿素含量显著（P＜0.05）高于其他处理的.高浓度（＞1.00 g/kg）壳聚糖处理下，油菜叶片中叶绿素含量随壳聚糖处理浓度增加而减小.肉眼观察到个别叶片发黄和叶片有个别黄点出现.这可能是由于受到Cd2+的毒害，叶绿素的合成和光合作用有关的酶受破坏.低浓度（≤1.00 g/kg）壳聚糖处理下，油菜叶片可溶性糖含量随壳聚糖处理浓度增加而显著（P＜0.05）增加.与CK相比，壳聚糖浓度为1.00 g/kg时，油菜叶片可溶性糖含量增加了接近一倍.这可能是低浓度下壳聚糖对土壤中Cd2+的活化程度较低，促进植物对Cd2+吸收的作用还不明显，但由于壳聚糖对土壤中的细菌有抑制作用，且对植物的生长有促进作用[15].在壳聚糖处理浓度为5.00、10.00和20.00 g/kg时，油菜叶片可溶性糖含量呈下降趋势.这可能是高浓度下，壳聚糖总体上表现为解析和活化土壤中的Cd2+，增加其有效活性，促进其在油菜体内的积累，从而干扰抑制代谢途径，导致可溶性糖含量降低.壳聚糖浓度为1.00 g/kg时，植物体内的可溶性蛋白质明显增多，与CK相比，约增加16.6%，但浓度为10.00和20.00 g/kg时，分别比CK的减少了27.43%和29.53%.可见Cd2+在油菜体内大量积累可严重干扰抑制一些酶的代谢，从而严重影响整个代谢途径.这将可能导致农作物减产、矮化、失绿变黄等.

1.2 盆栽试验

油菜：邢华一号，种子购自天津津沽蔬菜种苗站.

叶绿素含量测定采用乙醇提取法[13].可溶性糖测定采用蒽酮比色法[14].可溶性蛋白质测定采用考马斯亮蓝法[14].

定苗60 d后，收集油菜植株并冲洗干净，用定量滤纸吸干样品表面水分后，用自封袋保存好，待测.

将上述土壤分别装入塑料营养盆钵中，充分混匀，每盆装土2.5 kg，每个不同浓度处理重复三次试验.以油菜（邢华一号，甘蓝型油菜）为供试材料，挑选大小、形状较一致的种子，在0.2%高锰酸钾溶液中浸泡处理5min，再用蒸馏水充分洗净，播撒于覆盖着纱布的塑料盆上，将其置于光照培养箱中催芽.发芽后播于花盆中培养，培养温度为28℃，相对湿度为70%，光照强度3500μmol/m-2/s-1.待长成幼苗后，挑取长势、大小一致的植株，去除长势差异较大的植株，每盆定苗12株.盆栽随机排列，放置于外界环境中，定时浇水，按常规田间种植方法管理，观察记录有关数据.

1.3 指标测定

1.3.1 油菜生长指标测定

分别从各处理中随机抽取20株油菜，用刻度尺测量根长和株高，用分析天平测定鲜重和干重.测定干重前先105℃杀青15min, 再置于80℃下烘干至恒重.

项目合规。项目属于公共服务领域，有一定经营性收益。项目已纳入财政部PPP项目库，信息公开符合相关要求。项目手续合规，如规划、可研、土地、环评等齐全有效；资本金符合国家政策要求，非债务性资金。“两评一案”符合规定，“两评”须有论证证据，论证结果已经所属政府财政部门审查同意并发文批复；“一案”已经所属政府同意并发文批复。此外，还应关注本级全部 PPP 项目从一般公共预算列支的财政支出责任，不超过当年本级一般公共预算支出的 10%。

1.3.2 油菜生理指标测定

将壳聚糖粉末分别置于Cd2+污染土壤中，并充分拌匀混合.壳聚糖含量设为0(空白对照，CK)、0.25、0.50、1.00、2.00、5.00、10.00、20.00 g/kg共8个浓度梯度，为避免其他营养元素的影响，试验未作其他施肥.

1.3.3 土壤与油菜中Cd2+含量的测定

壳聚糖对镉污染土壤中油菜生长指标的影响结果见表1.低浓度（≤1.00 g/kg）壳聚糖处理下，油菜根部生长无显著差异（P＞0.05）.壳聚糖添加量≥2.00 g/kg时，油菜根部生长受显著（P＜0.05）抑制，尤其在添加量为20.00 g/kg时，与CK相比，根长下降了43.5%.低浓度（≤1.00 g/kg）壳聚糖对油菜株高有显著（P＜0.05）促进作用，壳聚糖处理浓度为1.0 g/kg时株高达最大.较高浓度（≥1.0 g/kg）壳聚糖处理下，油菜株高随壳聚糖浓度的增加而递减，在壳聚糖浓度为20.00 g/kg时，抑制的作用表现得最明显，出现严重的矮化，与CK相比，株高下降了20%.低浓度（＜1.00 g/kg）壳聚糖处理下，油菜鲜重和干重在各处理间无显著（P＞0.05）差异，壳聚糖处理浓度为1.0 g/kg时油菜鲜重和干重达最大值.较高浓度（＞1.0 g/kg）壳聚糖处理下，油菜鲜重和干重都随着壳聚糖处理浓度的增加而呈降低趋势，一些处理间达显著（P＜0.05）差异水平，在壳聚糖浓度为10.00和20.00 g/kg时，与CK相比，鲜重分别下降了36.4%和59%，这可能是Cd2+在体内大量积累，使得植物内的酶或代谢途径受到抑制，从而使植株的生长受到严重抑制.

2 结果与分析

2.1 壳聚糖对镉污染土壤中油菜生长的影响

土壤和油菜的样品消解和Cd2+含量测定方法参考文献[12]的方法进行.

三是推动通南经济发展区“两脱一增”。该区域主要属于黄桥老区，经济基础比较薄弱，全区大多数经济薄弱村集中在该区域。我们树立杠杆思维、精准思维，着眼于综合改革，推行白米镇大安村产业扶贫试点经验，探索固化“支部+合作社+基地+农户”机制，以市场为导向打造“一镇一特”“一村一品”的农产品，推动通南经济发展区实现“双脱一增”，即经济薄弱村全部脱帽、贫困户全部脱贫，村集体经济收入和农民年均收入稳定增长。

表1 不同浓度的壳聚糖处理对油菜生长指标的影响 Table 1 Effects of different chitosan treatments on the growth index of rape

数据表示：平均值±标准偏差，同一列的不同字母表示各处理间差异显著，Duncan比较，n=20，P=0.05 Data show as: mean ± S.D., the different letters in the same column means significant difference between treatments，Duncan comparation, n=20, P=0.05.

壳聚糖浓度Chitosan content（g/kg）根长Root length(cm)株高Plant height（cm）鲜重（g/株）Fresh weight （g per plant）1.75±0.27 b 1.10±0.37 c 0.70±0.17 d干重（g/株）Dry weight （g per plant）0 13.78±1.29 a 17.96±1.64 de 16.56±1.07b 1.64±0.20 b 0.25 12.04±1.45 ab 18.50±1.04cd 16.36±1.77 b 1.61±0.14 b 0.50 11.86±1.34 ab 20.58±1.09 bc 16.78±2.17 b 1.69±0.27 b 1.00 12.36±0.65 ab 25.74±1.06 a 21.34±1.73a 2.01±0.29 a 2.00 10.00±0.51 bc 21.04±1.81 b 17.44±1.78 b 1.63±0.44 b 5.00 10.00 20.00 10.64±1.47 b 10.36±0.96 b 7.80±0.52 c 20.66±1.07 bc 17.5±0.87 d 14.72±0.51 e 17.66±1.91 b 10.50±1.64 c 6.70±2.10 d

不同壳聚糖浓度处理对油菜幼苗生长的影响见图1.在处理天数相同，处理浓度为1.00 g/kg时，油菜长势明显较旺盛，叶子颜色呈现深绿色，株高也明显增高.浓度为5.00 g/kg的处理组与CK，油菜长势相当.当壳聚糖浓度＞5.00 g/kg时，油菜生长受严重抑制，生长迟缓，叶片褪绿，矮化，而且壳聚糖处理浓度越高，油菜生长受抑制越明显.

图1 不同壳聚糖浓度处理对油菜幼苗生长的影响 Fig 1. Effect of different chitosan content on the growth of rape

2.2 壳聚糖对镉污染土壤中油菜生理指标的影响

壳聚糖对镉污染土壤中油菜生理指标的影响结果见图2.

赏识教育是人性化、人文化素质教育的好理念。通过赏识教育，幼儿教育整体进步指日可待。但是需要注意的是，赏识教育不是对幼儿一味的夸奖，而是认可幼儿的某些合理行为适当地给予鼓励。

图2 不同浓度壳聚糖对镉污染土壤下油菜叶片生理指标的影响 不同字母表示处理间差异显著，Duncan比较，n=5，P=0.05 Fig 2.Effects of different chitosan content on the physiological index of rape leaf under Cd-polluted soil The different letters means significant difference between treatments, Duncan comparation, n=5, P=0.05

试验土壤：采自福建师范大学福清分校后山，为沙壤土，pH 6.4，总氮2.24 g/kg，速效氮24.2 mg/kg，全磷 1.15 g/kg，有效磷 9.03 mg/kg，全钾68 mg/kg，粘粒21.7%，土壤Cd的背景值为6.07 mg/kg[12].

2.3 壳聚糖辅助下油菜和土壤中的Cd2+含量

壳聚糖辅助下油菜和土壤中的Cd2+含量见图3.

图3 壳聚糖辅助下油菜和土壤中Cd2+含量不同字母表示处理间差异显著，Duncan比较，n=5, P=0.05. Fig 3. Cd2+ content in rape root and soil under different chitosan content The different letters means significant difference between treatments,Duncan comparation, n=5, P=0.05.

在低浓度时，油菜植株体内Cd2+的浓度随壳聚糖浓度的升高而缓慢升高；在高浓度时，油菜体内Cd2+ 的浓度随壳聚糖浓度的升高而快速增高，在添加量为10.00和20.00 g/kg时，油菜体内Cd2+的浓度比CK的分别提高了约1.2和1.6倍.

壳聚糖辅助下油菜对Cd2+的吸收能力有显著提高，所以随壳聚糖处理浓度升高，土壤中的Cd2+降低，低浓度（≤1.00 g/kg）壳聚糖处理下，土壤中Cd2+浓度下降不显著（P＞0.05）.壳聚糖浓度为1.00 g/kg时，土壤中的Cd2+显著下降，由于在该浓度下油菜生长情况良好，植物长势旺盛，植株总的重量大，虽然植株体内Cd2+的浓度并不高，但由于其生物量大，总的吸收量增大，从而在总体上从土壤中富集的Cd2+ 较多.

3 讨论

有研究认为壳聚糖使土壤中Cd2+的活度增加，促进Cd2+从土壤运输到植物体内，产生各种生理毒害反应，导致根系活力下降、组织失绿、生长受阻、干物质产量降低等[16,17].低浓度壳聚糖螯合能力较为低下，但其具有抑菌、调节植物生长、抗病诱导、杀菌杀虫、抵御逆境、果蔬保鲜、土壤改良、促进生长、提高产量、改善品质等重要作用[18].低浓度的壳聚糖还能抑制土壤中细菌生长和促进植物的生长，使玉米增产[16].本研究结果与他们的相似，在低浓度（≤1.00 g/kg）壳聚糖辅助下，油菜体内Cd2+的含量虽然有微小的提高，但对油菜生理指标的抑制不显著，反而有促进的迹象.所以在低浓度时，壳聚糖处理对油菜生长有促进作用，并在1.00 g/kg时植物的生长状态达到最好.

研究表明微生物可以促进植物吸收重金属[19]，传统的螯合剂也可促进植物吸收重金属也早已被试验证实[3-4].而传统螯合剂辅助下的植物修复虽然是有效且经济的方法，但合成的化学试剂，毒性较高、价格昂贵且易造成二次污染，对土壤和环境有一定的负面影响.壳聚糖是环境友好材料，为高能力螯合剂[5-8].壳聚糖施加到含重金属的土壤中，活化了土壤中的重金属，并增加了土壤中重金属的生物有效性[3,4,9,10,20].在Pb污染土壤中施加新型壳聚糖衍生物后能显著增加土壤溶液中Pb的总浓度，提取Pb的浓度可增大130～180倍[10].张伟安等用水溶性巯基壳聚糖对比研究了壳聚糖及其衍生物对被染毒土壤中吸附态Hg的提取能力，结果表明，水溶性巯基壳聚糖对汞的提取率为59.44%，增加了汞的流动性[20].对Pb吸附解吸试验研究壳聚糖对污染棕红壤土中Pb的解吸作用，结果表明壳聚糖能显著提高棕红壤中吸附态Pb的解吸效率，其研究壳聚糖辅助下玉米对铅污染土壤的修复结果表明，壳聚糖施加后能较大的提高玉米对土壤中铅的吸收从而达到修复效果，壳聚糖能将土壤中的大量重金属溶出，在壳聚糖辅助下，玉米具有较强的Pb污染土壤修复能力[9].本研究表明：在高浓度下，油菜对土壤中镉的提取能力随壳聚糖添加量的增加而增加，在添加量为10.00和20.0 g/kg时，油菜体内Cd2+的浓度都比CK的高，土壤中的Cd2+下降.但综合壳聚糖用量、植株的生长情况、经济等各方面的考虑，壳聚糖添加量为1.0 g/kg和5.0g/kg较理想，能在保持植株生长状况良好的情况下，有效提取土壤中的镉，从而改良土壤.

在确保循环水压力不低于正常要求0.3MPa的前提下，开大循环水回凉水塔上部回水阀，关小下部回水阀，开大凉水塔顶部冷却风机，从而降低循环水温度。较往年同期比较循环水温度大约降低3℃，使得1系统3套机组1#、2#、4#制氧机能耗降低。

土壤中的重金属经植物吸收后，可在植株中富集、转运并在植物体内重新分布[21]，从而影响植物光合响应曲线，使最大净光合速率减小[22].重金属污染土壤会破坏植物的光合作用系统，阻碍植物正常生长[23].生长在镉金属污染土壤中的植物吸收了镉，当组织中的Cd2+积累到一定水平时，就会出现毒害症状，包括抑制作物地上部各器官的生长发育，导致作物生长迟缓、褪绿、矮化、产量下降，抑制种子萌发和根系生长，严重时甚至会导致作物死亡[24].本研究表明较高浓度（＞5.00 g/kg）的壳聚糖处理使油菜生长受到抑制，对土壤镉吸收修复能力不再随壳聚糖处理量增加而明显增加.即：虽然植株体内Cd2+的浓度随着壳聚糖的增加而增加，但在增加的同时，植株也受到Cd2+毒害，使得矮化植株和使叶片发黄、可溶性蛋白、可溶性糖的减少，表现为植株体生物量下降.所以在高浓度壳聚糖处理下，植株对土壤中镉的吸收能力仍有提升，但对土壤的修复效果并不理想.

参考文献：

[1] 吕晓男,孟赐福,麻万诸,等.重金属与土壤环境质量及食物安全问题研究[J].中国生态农业学报,2007,15(2):197-200.

[2] 丁竹红,胡忻,尹大.强螯合剂在重金属污染土壤修复中应用研究进展[J]. 生态环境学报，2009，18(2):77-78.

[3] Blaylock MJ, Salt DE, Dushenkov S, et al. Enhanced accumulation of Pb in Indian mustard by soilapplied chelating agents[J]. Environmental Science &Technology, 1997,31(3):860-865.

[4] Huang JW, Chen J, Berti WR, et al. Phytoremediation of lead-contaminated soils: role of synthetic chelates in lead phytoextraction[J]. Environmental Science & Technology,1997,31(3):800-805.

[5] Vasconcelos MW. Chitosan and chitooligosaccharide utilization in phytoremediation and biofortification programs: current knowledge and future perspectives[J].Frontiers in plant science, 2014(5): 616.

[6] Chhajro A, Rizwan S, Guoyong H, et al. Enhanced accumulation of Cd in castor (Ricinus communis L)by soil-applied chelators[J]. Int J Phytoremediation,2016,18(7):664-670.

[7] Prapagdee B, Wankumpha J. Phytoremediation of cadmium-polluted soil by Chlorophytum laxum combined with chitosan-immobilized cadmium-resistant bacteria[J]. Environmental Science and Pollution Research, 2017,24(23):19249-19258.

[8] TÜrker OC, Baran T. A combination method based on chitosan adsorption and duckweed (Lemna gibba L.)phytoremediation for boron (B) removal from drinking water[J]. Int J Phytoremediation, 2017. doi.org/10.1080/1 5226514.2017.1350137(Aaccepted).

[9] 刘良栋,张伟安,舒俊林.壳聚糖辅助下玉米修复铅污染土壤能力的研究[J].生态毒理学报, 2006,3(1):271-277.

[10] 杨智宽,舒俊林,刘良栋.壳聚糖螯合剂对Pb污染土壤植物修复的促进作用[J].农业环境科学学报，2006,25(1):86-88.

[11] 李增新,王国明,孟韵,等.壳聚糖对污染土壤中吸附态镉的提取效果研究[J].安全与环境学报2008,8(5):51-54.

[12] 林茂兹,林能文,邱雪芬,等.蟛蜞菊对污泥重金属的响应,吸收与富集作用[J].安徽农业大学学报,2012, 39(2): 286-291.

[13] 吴敏,黄诗笺.生命科学导论实验指导[M].北京:高等教育出版社,2001.

[14] 张彩莹,肖连东.生物化学实验[M].北京:化学工业出版社,2009.

[15] 胡文玉,吴坟莲.壳聚糖的性质和用途及其在农业上的应用前景[J].植物生理学通讯,1994,30(4) :294-296.

[16] 杨晓英,杨劲松,黄铮,等.螯合剂对铅污染土壤上玉米幼苗生长及铅积累特性的影响[J]. 农业环境科学学报,2007,26(2):482- 486.

[17] 陆秀君,刁诚轩,邹永田,等.壳聚糖辅助下火炬树修复铅污染土壤潜力及其生长[J].北方园艺,2010(14):34-38.

[18] 刘桂智,朱英波,杜金有,等.壳聚糖在农业上的应用研究进展[J].中国农学通报,2007,23(8):377-381.

[19] 张珣,陈宝楠,孙丽娜.植物-微生物联合修复佳乐麝香与镉复合污染土壤的研究[J].沈阳农业大学学报，2016,47(2):166-172.

[20] 张伟安,汪丘庭,杨智宽.巯基壳聚糖增强污染土壤中汞的提取[J].环境污染与防治,2007,29(6):411-413.

[21] 王历瑶,苏芳莉,孙权,等.重金属锌在芦苇植株中富集、转运及分布特征研究[J].沈阳农业大学学报,2016,47(5):621-626.

[22] Lin M Z, Wang Z W, He L C, et al. Plant photosynthesisirradiance curve responses to pollution show noncompetitive inhibited Michaelis kinetics[J]. PloS one,2015,10(11): e0142712.

[23] Lin M Z, Jin M F. Soil Cu-contamination destroys the photosynthetic systems and hampers the growth of green vegetables[J]. Photosynthetica, 2018(Accepted).

[24] 赵雄,李福燕,张冬明,等.水稻土镉污染与水稻镉含量相关性研究[J].农业环境科学学报,2009,28(11):2236-2240.