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浅谈水环境中微纳米对黄菖蒲促长

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摘要:探究微纳米气泡水对黄菖蒲生长发育的影响.发现微纳米气泡拥有水体存活时间长、含氧量高、比表面大、爆破时产生微小电位差等特点对植物有优异的促生长作用.选用微纳米气泡水培育的黄菖蒲幼苗为实验组,普通自来水培育的幼苗作为对比,通过测定实验组与对照组黄菖蒲植物的植株基本指标:根长分布、叶绿素含量、相对电导率以及超氧阴离子产生速率,对比含氧微纳米气泡水与普通水培育条件下黄菖蒲几项指标,实验组植物均优于对照组,充氧微纳米气泡水有利于黄菖蒲生长.因此微纳米气泡与黄菖蒲协同作用在水治理方面的应用具有进一步研究的意义.

关键词:微纳米气泡;黄菖蒲;促进作用

微纳米气泡水,是一种新型的水体充氧技术,指气泡发生的时候直径在数十纳米和五十微米之间的微小气泡.在水中通入微纳米气泡,可有效分离水中固体杂质、快速提高水体氧浓度、杀灭水中有害病菌、降低固液界面摩擦系数,从而在气浮净水技术、水体增氧、臭氧水消毒和微纳气泡减阻等领域比宏观气泡有更高的效率,应用前景也更为广阔.植物中黄菖蒲对吸收污水中的复合有机物、富营养化元素(氮,磷)、微量金属元素等都有着很好的效果.同时,由于黄菖蒲植株具有耐寒,生命力顽强,成本较低等优点,是治理水体富营养化很好的选择.探究微纳米气泡水对植株叶片叶绿素含量、干鲜比、相对电导率以及超氧阴离子产生速率等的影响,从而利用黄菖蒲等水生植物治理改善水环境污染现状.

1实验部分

1.1主要试剂和仪器

新一代微纳米气泡发生装置(YL-200S型,豫莱(上海)环保科技发展有限公司),曝气石(30mm),智能光照培养箱(MGC-350型,郑州生元仪器有限公司),真空干燥箱(DZF型,北京中兴伟业仪器有限公司),紫外分光光度计(UV-1750型,岛津企业管理(中国)有限公司),分析天平(FA-2004N型,上海精密仪器仪表有限公司),循环水式真空泵(SHZ-D(III)型,郑州市巩义华玉仪器厂),电导率仪(HI-9812型,哈纳沃德仪器(北京)有限公司).亚硫酸钠(天津市科密欧化学试剂有限公司),氯化钴(天津市科密欧化学试剂有限公司),磷酸氢二钠(天津市光复科技发展有限公司),磷酸二氢钠(天津市光复科技发展有限公司),盐酸羟胺(天津市科密欧化学试剂有限公司),对氨基苯磺酸(上海三爱思试剂有限公司),α⁃萘胺(天津市光复精细化工研究所),亚硝酸钠(天津市科密欧化学试剂有限公司),氯化钠(天津市光复科技发展有限公司),乙醇(95%).

1.2实验步骤

1.2.1叶绿素含量测定称取一定质量的实验组和对照组黄菖蒲叶片,将两组叶片用蒸馏水清洗干净后,用剪刀剪碎放入100mL烧杯中,后添加15mL乙醇[1].用保鲜膜封口放入恒温箱中,设置40℃,浸泡约24h,黄菖蒲叶片呈白色,乙醇溶液为绿色后取出,冷却至室温.将两组黄菖蒲叶绿素提取液定容50mL容量瓶,摇匀静置10min,分别测量波长在663、645和470nm处的吸光度.

1.2.2相对电导率测定剪刀剪取一定质量的实验组和对照组黄菖蒲叶片,剪成小块后分别放入抽滤瓶中抽气15min,后将两组叶片分别放到烧杯中密封,再放入恒温箱,30℃,静置12h,取出后用电导率仪测量两组电导率.将两组叶片和溶液分别定容至20mL容量瓶中,然后放入约100℃的水浴锅中,分别测量水浴后1、4、16h的电导率.

1.2.3超氧阴离子产生速率测定研磨一定质量的实验组和对照组黄菖蒲叶片,将研磨液多次用磷酸缓冲溶液润洗后转移到离心管里,在高速离心机中以12000r/min的转速离心15min.离心完毕后取上清液0.5mL并添加0.5mL0.05mol/L磷酸缓冲液和1mL10mmol/L盐酸羟胺溶液,密封好后放入恒温箱,25℃,静置1h,再加入1mL17mmol/L对氨基苯磺酸和1mL7mmol/Lα⁃萘胺溶液,混合均匀后放入恒温箱,25℃,静置30min,再用分光光度仪测量实验组和对照组在530nm处的吸光值.

2结果与讨论

2.1叶绿素含量

叶绿素是一类与植物光合作用过程有关的色素[2],在光合作用过程中光吸收过程中起到核心作用.它从光中吸收能量,然后能量被用来将二氧化碳转变为碳水化合物.光合作用是植物生长必不可缺的一个过程[3].因此,叶绿素的含量是表现黄菖蒲植株生长状况的重要指标.图1为叶绿素含量测定图,实验组类胡萝卜素为4.67mg/L含量高于对照组2.77mg/L约40.8%,实验组叶绿素a为17.77mg/L高出对照组10.35mg/L约41.7%,实验组叶绿素b为2.61mg/L高出对照组1.44mg/L约44.8%.由此可见,充氧微纳米气泡水对黄菖蒲叶绿素合成具有积极促进作用,可用于营养液栽培[4]。

2.2相对电导率

相对电导率是反映植物膜系统状况的一个重要生理指标[5].不利的生存环境、植物叶片的损伤、或者植物细胞的损伤等因素均会使膜蛋白受伤而造成胞质的胞液外渗,导致植株的相对电导率增大[6].因此,相对电导率的大小可以作为植株生长品质的测试指标之一[7].图2为实验组与对照组伤害率对比图,从图中可以看出实验组的相对电导率及相应的抗逆性上表现更好.实验组的相对电导率(伤害率)为5%、6.67%,对照组为8.75%、9%,对照组在膜透性的增大程度上高于实验组,其抗逆性较实验组弱.

2.3植物根长

图3为根长分布图,从图中可以看出黄菖蒲的根长都呈现出正态分布的规律.此外,相较于对照组,实验组黄菖蒲的根长在5cm以上的根的数量远大于对照组,根长较短的根的数量少于对照组.这一结果表明充氧微纳米气泡水培养的实验组黄菖蒲的生长状况好于对照组.

2.4超氧阴离子产生速率

植物各种器官的损伤、腐化、老化、死亡等总是随着植物器官细胞内部结构的破坏产生[8],通过细胞内的大量电解质渗漏出来,从而使蛋白质流失.很多研究结果表明,细胞衰老过程中膜的破坏是由细胞中(特别是线粒体和叶绿体)产生的自由基(如O-2、NO-2等)使膜脂中的不饱和脂肪酸发生过氧化作用而造成的.膜脂过氧化作用中产生的自由基,不仅能连续诱发膜脂过氧化作用,而且还可以使蛋白质脱H+而产生蛋白质自由基,使蛋白质分子发生链式聚合,从而使细胞膜变性,最终导致细胞损伤、衰老和死亡.简单来说就是超氧阴离子产生速率越高,植物本身死亡速度越快.图4为超氧阴离子产生速率图,从图中可以看出在实验组和对照组黄菖蒲大小相近、长势相似的实验条件下,实验组氧自由基的含量远低于对照组,即实验组黄菖蒲超氧阴离子浓度明显低于对照组.我们可以得出结论,充氧微纳米气泡水培养的黄菖蒲相比于对照组有着很大的优势.充氧微纳米气泡水对黄菖蒲的生长有着积极的意义.

3结论

通过对植株干鲜比、叶绿素含量、相对电导率大小以及超氧阴离子产生速率这些生长发育指标的测定结果来看,以充氧微纳米气泡水作为培养液的实验组黄菖蒲都优于对照组.究其本质原因,充氧微纳米气泡水改善了黄菖蒲的根部生长环境,为黄菖蒲的根系提供了充足的氧,促进了黄菖蒲根系各种营养物质、矿物质的转化以及微生物的活动,对黄菖蒲吸收营养物质起到了积极的影响,促进了黄菖蒲的生长发育.由此可见,使用充氧微纳米气泡水培育黄菖蒲可以节约时间和成本,使黄菖蒲更快的投入到治理水体富营养化这一保护环境的工程中.

参考文献:

[1]张怀斌,李怀祥,马丽英.叶绿素锌钠盐的制备及其稳定性[J].化学研究,2012,23(5):1-4.

[2]赵会娥,贺立源,章爱群,等.铝胁迫对植物光合作用的影响及其机理的研究进展[J].华中农业大学学报,2008,27(1):155-160.

[3]康洁.几种花卉植物光合色素和根系活力日变化及相关性分析[J].江苏农业科学,2016,45(5):287-289.

[4]卓晓锋.新型微纳米气泡发生装置的改进及在处理含铬(Ⅵ)废水中的应用[D].开封:河南大学,2014.

[5]陈爱葵,韩瑞宏,李东洋,等.植物叶片相对电导率测定方法比较研究[J].广东第二师范学院学报,2010,30(5):88-91.

[6]钟胜.抗寒相关基因CBF3、ICE1以及AtGolS3的转基因拟南芥耐寒效果评价[D].海口:海南大学,2008.

[7]禄鑫.高温胁迫对报春花叶片细胞膜透性的影响[J].天津农业科学,2012,18(2):140-141.

[8]王勇,庆伟霞,杨玉霞,等.分光光度法测定二氢黄酮化合物对超氧阴离子自由基的清除作用[J].化学研究,2013(5):441-443.

作者:张扬 付学港 武军杰 吴秀茹 王新海 河南大学 单位:化学化工学院

浅谈水环境中微纳米对黄菖蒲促长责任编辑:张雨    阅读:人次