克隆植物水花生在化工废水处理中的应用-论文

克隆植物水花生在化工废水处理中的应用-论文

山东化工·l50·SHAND0NGCHEMICALINDUSTRY2015年第44卷克隆植物水花生在化工废水处理中的应用陈金发(西昌学院工程技术学院，四川西昌615013)摘要：克隆植物对水中污染物的去除研究目前方兴未艾。本文以匍匐茎克隆植物水花生为例，论述了水花生在去除水中污染物中的应用现状。结果表明，水花生不仅可以可有效去除工业废水中的N、P、COD，且对水中重金属的也有较好的净化作用。同时，水花生对于重金属也表现出较强的抗性。进一步的研究应注重水花生在化工废水处理中的工程应用。关键词：克隆；水花生；化工废水；吸收中图分类号：TQ09文献标识码：B文章编号：1008—021X(2015)12—0150—031克隆植物分类及生长特性A．philoxeroides比本土的莲子草A．sessilis具有更高的表型克隆植物(clonalplant)是指在自然生境条件下，能通可塑性。空心莲子草在许多的产地可很好地适应不同的光过营养繁殖产生与其亲本在基因型上几乎完全一致的新个照。体的植物。它的多个生理学单位和形态学单位(分株ramet2．1水花生去除水中重金属和片段fragment)共享一个遗传学单位——基株(genet)。2．1．1水花生富集水中重金属植物的克隆生长特征是能够自然产生相关基因类型的重复水花生对于水中Cu，Cr，Cd，Pb，Zn，Fe“等具有较好的单元(分株)，这些分株间通过匍匐茎或根茎相互联系形成一富集能力。如陈勤等。。研究测定与分析了紫湖溪水体、河个克隆群⋯。克隆植物通过营养生长产生的新分株，具有潜底淤泥和河岸土壤以及9种河岸植物的重金属含量，利用污在的独立性，可以在空间上移动从而占据新的生境位点，且染指数法系统评估其污染状况，进而筛选出具有富集与修复各分株间可以通过克隆整合(clonalintegration)相互传递资重金属污染潜力的植物。结果表明，水花生对cu的富集系源和信号，使各种异质性资源得以共享J。克隆整合，亦称数(BCF)和转移系数(TF)均大于1。S．Vajravel等”将水生理整合，它是克隆植物区别于非克隆植物最显著的特征之花生置于不同浓度的铬(25，50，100，150mg／I)溶液中12d。一。结果显示铬富集于空心莲子草的根和芽中，根在150mg／L克隆植物对于环境因子在空间上和／或时间上分布的不铬溶液中富集了111．27mgCr／g干重，而芽富集了751．71均匀性可能的适应假设包括克隆整合，形态可塑性，“克隆分mgCr／g干重。BingzhongDing等发现在cd浓度为10工”和不同生长条件下克隆繁殖和种子生产之问的最佳平mmol／L时，水花生吸收48h后，其叶子中的cd达16．2wg／g衡。克隆植物几乎是所有类型生态系统的组成成分，在干重。JianguoLiu等”将小型人工湿地中的19种湿地植物许多陆地和水生生态系统中都处于优势地位。Ji—YiZhang用于吸收浓度分别为0．5，2．0和5．0mg／L的cd，Pb和zn。等调查了正经历不同年份的自然恢复形成的演替系统中六所有植物平均吸收14．78±1．16mg／kgCd，67．18±5．23mg个沙丘地上的克隆植物。结果显示经过45年的演替，克隆／kg的Pb和174．61±12．55mg／kg的zn。水花生富集了最植物的品种数较低，但生物量从无到3年后总数的49％[63。大含量的cd：28．17±1．56mg／kg。2水花生去除水中污染物H．Deng等将水花生置于20mg／LPb，4．Om#LZnand水花生(Mtemantheraphiloxeroides)，别名空心莲子草、25mg／LFe(in20％Rorisonsolution)中，PbTI=86±6．8，Zn喜旱莲子草等，为水生或湿生多年生宿根性草本植物，具有3740±4．9；FeTI56±5．8，与其他湿地植物如茼草(B．syzi．生命力强、适应性广、生长繁殖迅速的特点。水花生来源gachne)，旱伞草(C．flabelliformis)，茳芏(Cypemsmalaccen于南美洲的巴拉那流域，是一种已引起世界范围内严重经济sis)等相比，其对铅的耐受性属中等，对锌和铁的耐受性较和环境问题的克隆杂草。小。大部分的植物吸收的金属保留在根部，只有小部分的传水花生可以通过克隆整合促进分株在胁迫条件下的定送到芽。植和生长，提高个体分株对于物理扰动的耐受性和帮助基株2．1．2水花生对水中重金属的抗性研究存活以及剧烈环境改变后的恢复。如对于去叶的外界干扰，通过研究水花生愈伤组织对重金属的响应，国内一些研水花生可通过克隆整合补偿生物量的去除和通过极大提高究者发现水花生愈伤组织对于Pb“，cr6，№等具有一定的它的生长和光合作用，改变生物量分配模式和运送母系补贴抗性。如王娟等研究水花生愈伤组织对随着Pb“胁迫的响以减缓负面影响j。水花生也可通过克隆植物的表型可塑应，发表随着Ph浓度的增加，水花生愈伤组织光合色素和性更好地适应环境。如在湿地群落中，入侵的空心莲子草可溶性蛋白含量逐渐下降；超氧阴离子和过氧化氢含量呈上收稿日期：2015—03—02作者简介：陈金发(1976一)，福建莆田人，副教授，主要从事污染控制与循环经济研究。n第12期陈金发：克隆植物水花生在化工废水处理中的应用·l51·升趋势，丙二醛含量表现为先升后降；超氧化物歧化酶、过度时水花生去除水体中总氮('IN)、总磷(rI甲)及悬浮物(ss)氧化物酶活性同样呈现先升后降趋势，过氧化氢酶活性则的效果较明显，水花生初始投放密度为2kg／m和4kg／m2为逐渐下降的趋势。水花生低浓度Pb具有一定的抗时，TIN最大去除率分别为26．4％和38．4％；TP最大去除率性-l。田秀丽等发现cI．6胁迫打破了水花生愈伤组织内分别为45．3％和32．9％；SS最大去除率分别为44．5％和PAs正常代谢，激发了合成多胺PAs相关酶的活性，从而抑81．4％。制了降解多胺PAs相关酶的活性，导致PAs大量积累，其中3结论游离态亚精胺f—spa和游离态精胺f—Spin及结合态PAs克隆植物在去除水中污染物表现出其独特的优势，一方和束缚态PAs含量增加有利于维持膜系统的完整性和稳定面得益于其较强的繁殖能力，另一方面克隆植物在污染物耐性，较高的内源PAs在提高愈伤组织抵抗cr6胁迫能力的过受性方面也表现良好。进一步的研究应放在克隆植物吸收程中发挥重要作用】6。。康宜宁等研究了Hg胁迫对水花生污染物的作用机制和处理后植物的恰当处理上，以利于在化致密型愈伤组织叶绿素含量、可溶性蛋白含量、活性氧水平、工废水水处理工程上的推广应用。抗氧化酶活性及细胞超微结构的影响。结果表明随着Hg施参考文献加浓度的增加，总叶绿素、叶绿素a、叶绿索b、可溶性蛋白含[1]YanX，WangHW，WangQF，eta1．Riskspreading，量呈先升后降趋势，叶绿素a／叶绿素b逐渐下降；超氧化物habitatselectionanddivisionofbiomassinasubmerged歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性先升后降，而过氧elonalplant：Responsestohetemgeneouscopperpollution化氢酶(CAT)活性呈逐渐下降趋势；同时，超氧阴离子0[J]．EnvironmentalPollution，2013，174：114—120．产生速率、丙二醛(MDA)和过氧化氢(H202)含量均呈逐[2]王洪义，王正文，李凌浩，等．不同生境中克隆植物的繁渐上升趋势Ⅲ。殖倾向[J]．生态学杂志，2005，24(6)：670—676．徐君等¨通过研究ca在细胞壁中的累积以及植物络[3]施建敏，叶学华，陈伏生，等．竹类植物对异质生境的合素(PCs和总抗氧化能力T—AOC水平的变化，说明了水适应表型可塑性[J]．生态学报，2014，34(20)：5687—花生对镉具有较强的抗性。5695．2．1．3水花生制吸附荆去除水中重金属[4]ElizabethACPrice，ChristopherMarshal1．ClonalplantsXueSongWang等”将水花生用去离子水清洗去杂质，andenvironmentalhetemgenelty[J]．PlantEcology，1999，太阳下烘干后磨碎至<150岬制成吸附剂用于吸附水中的141(1／2)：3—7．AJ(III)，在25℃和pH值3．5时最大吸附量为51．54m#g。[5]BrianWilsey．Clonalplantsinaspatiallyheterogeneousen—此外XueSongWang等_知水花生用去离子水洗净后，在60~Gvironment：efectsofintegrationonSerengetigrasslandre·下烘干一夜后磨碎制成吸附剂用于吸附水中的Ni(II)，znspongetodefoliationandurine～hitsfromgrazingmalnmal8(II)和cr(VI)。结果表明该种吸附剂对Ni(II)，Zn(II)和[J]．PlantEcology，2002，159：15-22．Cr(vi)具有很好的吸附效果。[6]ZhangJY，WuYx．ChangesindiversityandimportanceYuYang等空心莲子草洗净后切碎成3～5cm的小ofelonalplantsduringsanddunesuceessioninnortheastern断，之后在80℃条件下干燥24h，空心莲子草生物碳在限氧，China[J]．EcologicalResearch，2014，29(3)：393—600cc，升温速率为1O℃条件下热解3h得生物碳。该种399．碳APB的对铅的最大吸附量达257．12ms／g，是普通活性炭[7]李如忠，李峰，周爱佳．巢湖十五里河水花生生长区沉的5．3倍。积物及间隙水中营养盐的基本特性[J]．环境科学，2．2水花生去除水中其他污染物2012，33(9)：3014—3023．水花生在其他水中污染物的去除上也表现出了较好的[8]YouWH，YuD，XieD，eta1．TheinvasiveplantAlter-去除率。如Chong—BangZhang等采用水花生对污水中nantheraphiloxeroidesbenefitsfromclonalintegrationinre-的有机物和N、P的去除效果进行了研究。污水水质指标：sponsetodefoliation[J]．Flora，2014，209(11)：666—COD，=132．51mg／L，BOD=79．51mg／L，TN=79．73673．mg／L，TP：34．52mg／L，NH4一N=38．05mg／LandNO3[9]PanXY，GengYP，ZhangWJ，eta1．Theinfluenceof一N=39．63mg／L，水花生植物浮床经过120d的处理后去abiotiestressandphenotypieplasticityonthedistributionof除率分别为39．74-2．7％，69．74-4．4％，86．04-5．5％，invasiveAltemantheraphiloxeroidesalongariparianzone82．3±4．5％，85．7±2．1％，71．64-6．7％。杨雁等选[J]．ActaOeeologica，2006，30(3)：333—341．择了五个品种的水稻、空心菜、茭白、和水花生用于去除水体[10]陈勤，沈羽，方炎明，等．紫湖溪流域重金属污染风中磷。结果表明，水花生对水体中总磷(TP)、水溶性总磷险与植物富集特征[J]．农业工程学报，2014，30(14)：(DTP)的去除率为这几种植物中最高，分别达到84．07％和198—205．88．81％。朱泽聪等研究了水花生在不同投放密度下净[11]VajravelS，SaravananP．Accumulationofchromiumand化富营养化湖水的效果，结果表明：夏季高温条件下，低屏密itsefectsonhysiologiealandbiochemicalparametersofn山东化工·l52·SHANDONGCHEMICALINDUSTRY2015年第44卷Ahemantheraphiloxeroidesseedlings[J]．JournalofPhar-[19]WangXS，ZhangB．SorptionofA1(III)fromaqueousmacyResearch，2013，7(7)：633—639．solutionbyfreshmaerophytealligatorweed：equilibrium中0_【×5[123DingBZ，ShiGx，XuY，eta1．Physiologicalresponsesandkinetics[J]．Desalination，2010，250(2)：485—辩跎阶他ofAhernantheraphiloxemides(Mart．)Grisebleavesto489．cadmiumstress[J]．EnvironmentalPollution，2007，147[20]WangxS，TangYP，TaoSR．Kinetics，equilibriumand(3)：800—803．thermodynamicstudyonremovalofCr(VI)fromaqueous[13]LiuJG，DongY，XuH，eta1．AccumulationofCd，Pbsolutionsusinglow—costadsorbentAlligatorweed[J]．andZnby19wetlandplantspeciesinconstructedwetlandChemicalEngineeringJournal，2009，148(2)：217—[J]．JournalofHazardousMaterials，2007，147(3)：947225．—953．[21]YangY，WeiZB，ZhangXL，eta1．BiocharfromAlter-[14]DengH，YeZH，WongMH．Lead，zincandironnantheraphiloxeroidescouldremovePb(II)eficiently(Fe“)tolerancesinwetlandplantsandrelationtoroota—[J]．BioresourceTechnology，2014，171：227-232．natomyandspatialpatternofROL[J]．Environmental[22]ZhangCB，LiuWL，PanXC，eta1．ComparisonofandExperimentalBotany，2009，65(2)：353—362．efectsofplantandbiofilmbacterialcommunityparameters[15]王娟，施国新，张乐乐，等．水花生愈伤组织对Pbonremovalperformancesofpollutantsinfloatingisland胁迫的响应[J]．湖泊科学，2011，23(2)：281—286．systems[J]．EcologicalEngineering，2014，73：58—63．[16]田秀丽，施国新，徐君，等．cr6胁迫对水花生(Alter-[23]杨雁，李永梅，王自林，等．漂浮栽培水生植物对入滇nantheraphiloxeroides)愈伤组织多胺代谢的影响[J]．河流污水中磷的去除效果研究[J]．农业环境科学学湖泊科学，2011，23(6)：955—960．报，2010，29(9)：1763—1769．[17]康宜宁，吴婷婷，施国新，等．汞对水花生愈伤组织生理[24]朱泽聪，胡春华，胡维平．水花生投放密度对富营养及超微结构的毒性效应[J]．环境科学学报，2012，30化湖水净化效果影响的试验研究[J]．海洋湖沼通报，(12)：25o6—2510．2008(4)：49—55．[18]徐君，贾荣，施国新，等．镉在水花生叶片中的亚细胞分布及其毒理学[J]．应用生态学报，2012，23(4)：(本文文献格式：陈金发．克隆植物水花生在化工废水处理中】070一】076．的应用[J]．山东化工，2015，44(12)：150—152．)(上接第149页)1)在煤气完全燃烧时，烟气温度最高为1837．54℃；在气。这是由于驰放气H含量高，反应速度快，火焰短而亮，0【值为1．4时，NO含量最高为3147．42×10—6，煤气贫氧辐射能力强，热力型NOx生成量大。与贫煤气贫化不同，驰(0l<1．0)和富氧(仅>1．4)燃烧使NO含量降低。放气贫化烟气温度逐步上升，在研究区间内升高了6．59，2)废气循环淡化了燃气和空气浓度，减缓了燃烧强度，主要是因为驰放气含水量远低于贫煤气(见表1)，吸热量在研究范围(30％一70％)内NO含世降低94．31％。小。3)焦炉煤气贫化有助于NO减少．贫掺混效果远好于驰放气。参考文献[1]杨俊峰，康婷，关岚，等．焦炉加热时过量空气系数对氮氧化物生成量的影响[J]．燃料与化工．2014，45(4)：13一l6．[2]LIX，GRACEJR，WATKINSONAP，eta1．Equilibriummodelingofgasification：afreeenergyminimization印一proachanditsapplicationtocirculationfluidizedbedcoalgasifier[J]．Fuel，2001，80(2)：195—207．[3]BERTLINGH．Newdevelopmentofheatingsystemofcokeovenbatery[C]．[s．1．]：IronmakingConferenceProceed．图4驰放气掺混比例对烟气NO含量和温度的影响ings，1988，47：119—124．3结论以焦炉煤气、贫煤气、驰放气为加热煤气，利用Gibbs自(本文文献格式：张建社。张合宾．焦炉复合煤气加热氮氧化由能最小原理对焦炉NOx生成进行了热力学分析，主要结论物形成模拟研究[J]．山东化工，2015，4(12)：148—149。如下：152．)