镍对水培条件下波士顿蕨的生理生态效应

摘要

背景目的:近年来快速的城市化导致了重金属污染的增加。多年来，人类接触各种环境污染物的情况急剧增加。本研究探讨了微量镍浓度对高肾鼠的影响，并确定了其作为水体中镍的生物指示剂的适用性。材料与方法:将15株高肾松(Nephrolepis exaltata)植物分别暴露于浓度为0.01、0.1和1ppm的镍溶液和对照中60天。测定了0、30、60 d时蕨类植物的根长、茎长和叶长。进行了叶片化学成分的测定和枯绿坏死检查。结果:经0.01 ppm处理60 d后，高肾松根长增加;在0.1 ppm和0.01 ppm处理下，第60天叶片长度增加。在低浓度(0.1 ppm和0.01 ppm)下，高肾松的叶绿素产量显著增加。高浓度的高肾松有明显的毒性征象(黄化、叶子脱落和坏死)。 Conclusion: This study revealed that Nephrolepis exaltata cannot be used as a bio-indicator of Nickel in the environment since it shows toxicity at ≥ 1 ppm. However, the study revealed little sensitivity of the Nephrolepis exaltata (Boston fern) to trace amounts of Ni metal.

关键字

生态生理，污染，重金属，肾病，镍毒性，水培溶液

介绍

近年来快速的城市化导致了重金属污染的增加。人类暴露于各种环境这些年来，污染物急剧增加。大量的金属积聚在沉积物中，最终通过海洋进入食物链水或渗入地下水。以重金属为例，这些环境污染物也可被视为微量元素，因为它们在各种环境基质中以微量浓度(ppb范围至小于10ppm)存在[1]。根据环境法规指导方针的标准，金属离子的最大允许浓度约为1ppm。总限值不应超过5ppm。镍就是这些污染物中的一个例子，当镍过量时，人们发现它会抑制植物的发芽、叶绿素的产生和蛋白质[2]。此外，一些动物实验研究表明，长期接触镍会增加癌症发病率[3.]。植物修复是一种经济有效的植物修复方法，近年来被广泛应用于水体和土壤污染的处理。它是利用植物从环境中清除重金属。蕨类植物属于较低维管植物纲蕨类植物，具有通常具有分枝脉系统的叶子。它们有能力在组织内积累和代谢一些重金属[4，5]。使用蕨类植物去除这些重金属已被证明比大多数传统方法更好。植物已被用作预测和识别环境胁迫的非常敏感的工具。肾松是一种多年生植物;它可以在干湿季节使用，并且能够积累大量的生物量，可以适应食草动物的相互作用。它通常被称为普通剑蕨，而在约鲁巴语中被称为“omu”[6]。“Omu”可以作为一个生态指标，例如，Asplenium bulbiferum(母脾草)，只生长在永久流水附近，通常在瀑布内或附近。Reginaldo报告说，铜和镍等微量金属是一类重要的环境污染物，它们可以在生物体的组织中积累，从而产生毒性作用。在这方面，一些调查描述了在生态毒理学应用中使用植物作为生物指示生物来评估重金属在污染或干扰环境中的影响。

生物指标用于测定单一污染物的生物效应、测定多种污染物对生物体的协同和拮抗作用，以及早期识别污染物对植物的损害和对人类的毒性危险[7，8]。因此，开展本研究工作的目的之一就是探讨高肾松是否可以作为一种生物指示剂。

材料与方法

样本收集

Nephrolepis exaltata是从流经约瑟夫·阿约·巴巴罗拉大学的阿里兰河岸边采集的(图1)，离大学的主发电机房很近。植物样品是借助手铲获得的(图2)。还收集了受污染的水的重金属样本分析。

实验设计

将收集的高肾松分别放入20个容器中。20个容器分别装有从流经约瑟夫·阿约·巴巴罗拉大学的河流中采集的3000毫升水样，被分为4组，分别为A、B、C和G组。G组为对照组，不含重金属。镍作为氯盐供给植物(NiCl)₂.6H₂O).制备原液浓度。引入的浓度以ppm为单位，分别用100ml、10ml和0ml稀释。30天后，用蒸馏水代替采样点的水样。在植物暴露于制备的镍浓度之前，用原子吸收光谱法定量测定了植物体内的初始镍浓度。蕨类植物被放置3周以适应环境。驯化后，测量根、芽、叶的长度，在水培溶液中引入镍之前，各组之间不会有显著差异。观察长度变化和颜色变化，每隔30天进行一次，为期60天。

将含有N:P:K(5:1:50)的生长促进剂(Plantzyme农业可溶性肥料)5ml用5l去离子水稀释后，每30天加入100ml溶液，放入20个容器中。

播前操作

所有玻璃器皿/塑料器皿均浸泡在1m HNO中_3.使用前先用去离子水冲洗24小时，然后用Barnstead E-pure®水冲洗。用蒸馏水轻轻冲洗收集到的大肾松，去除根部残留的任何形式的土壤。然后，将它们轻轻地放入种植容器中。测定了生长参数(根长、茎长、叶长、湿重、干重)。

生长参数的测量

高肾松生物量的测定:在水培溶液中引入肾松之前，在其生长期间和之后，测量并记录了生长参数，包括根的长度，芽的长度，叶的长度和颜色。用游标卡尺测量根、茎、叶的长度。

干重测量:一部分干燥的蕨类植物材料在硝酸混合物中消化_3.)和高氯酸(HClO4)，用Barnstead E-pure®水(18.2 m_cm)稀释至25 mL¹;Barnstead/Thermolyne Corp, Dubuque, IA, USA) (Miller 1998)。用Akure联邦科技大学中央实验室的火焰原子吸收光谱仪(Buck AGP 170)分析提取物中的各种元素。还收集了废水样本进行分析。在0.1 M HNO中配制标准品和稀释液_3.为了解释任何矩阵效应。所有玻璃器皿/塑料器皿浸泡在1m HNO中_3.使用前先用去离子水冲洗24小时，然后用Barnstead E-pure®水冲洗。

湿重测量:每处理组取蕨类植物样品1 g，用于叶绿素含量分析。

叶色、黄化、坏死检查:颜色、黄萎病和坏死也可通过目视检查观察到。

化学参数:叶绿素含量(叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b)测定采用紫外/可见分光光度计(光谱实验室22Pc)。用Rowan法分析了叶片的化学成分[9]。测定叶绿素a、b和a+b。叶绿素的主要功能是吸收光和转移光能源转化成化学能，用于生产葡萄糖和二氧化碳。自光合作用取决于叶片中叶绿素a和叶绿素b等色素对光的吸收，因此叶绿素含量分析。

Post-planting操作:生长参数测量与种植前操作相同。

实验室分析

高肾松生物量测定:在种植前、种植中、种植后分别测定根长、茎长、叶长。这些实验一式三次，并计算平均值。

叶片化学成分的测定:用紫外/可见分光光度计(Spectrum lab 22Pc)在649、664和665 nm处读取所得溶液的吸光度。在649、664和665 nm处测量提取液的吸收，并根据Rowan et al.(1989)使用的公式计算叶绿素a、b和a+b的浓度。测定叶绿素含量的步骤如下:用电子称量秤称重1克(1克)湿叶片，定量地转移到刻度试管中，然后用铝箔包裹起来，以防止太阳辐射穿透试管。加入10 ml乙醇提取叶片中的叶绿素。在20℃的冰箱中保存24小时，完成叶绿素的提取。采用紫外/可见分光光度计(Spectrum lab 22Pc)测定叶绿素含量。以乙醇为空白，将紫外/可见分光光度计标定为零(0)。校准后，比色皿(含植物提取液)置于紫外分光光度计(Spectrum lab 22Pc)内，取读数。同时，做了3个重复，吸光度取平均值。计算叶绿素含量的公式见表1。

表1。叶绿素含量计算。

金属吸收测定:试验方案是根据标准制定的，生长抑制期为7天，为期8周。在暴露于不同浓度的金属中7天后，测量了蕨类植物的生长情况。在本研究中，Ni以NiCl的形式提供₂.6H₂O. 20肾松叶轻轻放置于透明塑料装有不同浓度金属溶液的容器。试验条件与培养时相同。

统计分析

采用SPSS 17软件对结果进行统计评价。采用方差分析(双向方差分析< 0.05)检验与GenStat版本8.1.0.152的显著性差异[10]。结果显示，在60天内，对照组和各组之间存在差异。均数比较采用Fisher 's least significant difference (LSD)检验方法。采用Duncan相关系数(r, p < 0.05)检验植株间的相关性。

结果与讨论

的生长响应Nephrolepis exaltata不同处理的根、芽和叶的长度不同治疗从第0天到第60天(图3)。高肾松的Ni浓度分别为1ppm、0.1 ppm和0.01 ppm^{2 +}治疗方法。在1ppm镍溶液处理下生长的高肾松根在第0天和第60天的根系生长差异显著(图3)。在0.1 ppm的浓度下，蕨类植物的根长度明显增加。当镍含量为0.01 ppm时，蕨类植物的根长略有增加。的拍摄长度Nephrolepis exaltata与第0天相比，0.1 PPM和0.01 PPM在第60天显著降低。在1 ppm的镍处理下，高肾松在第60天的叶长比第0天减少得更显著。第60天，在1 ppm的Ni浓度下生长的高肾松叶片长度明显减少。Nephrolepis exaltata0.01 ppm的Ni处理比其他处理降低幅度更大。

一般来说，在低浓度(≤1 ppm)下，高铁肾松根对镍的耐受性较高，这一结果得到了[11，他报告说，浮萍属gibba耐受镍含量高达0.5 ppm。根、芽和叶对不同镍处理的响应与处理天数相比存在差异。生态系统中Ni的含量严重影响植物的生长发育[j]。12，13]。水和水的污染问题污染近年来由于工业化和城市化而愈演愈烈[14]。镍对植物的毒性作用包括梢生长减少和叶面积减少[15]。

总体而言，本研究中除0.1 ppm和0.01 ppm处理外，其余处理对高肾松叶绿素含量均有负影响。[的结果是一致的。]16他的研究课题是“甘露醇可以减轻模拟酸雾和荧光蒽对日本红松幼松的负面影响”(p . densiflora摘要。调查。)”。他发现，即使在很短的暴露时间内，单独用酸雾和加荧光蒽处理的幼苗对常绿植物的损害也很明显。在本研究中，只有0.1 ppm和0.01 ppm的Ni表现出叶绿素含量的显著增加。在0.1 ppm和0.01 ppm的镍处理下，高铁肾蕨叶绿素含量的增加可能是重金属引入对其有益的结果。由于Ni的氧化态为+2，当植物开始经受任何形式的胁迫时，它可能取代了叶绿素分子中的Mg原子，后者也具有+2的氧化态。也有可能镍只增加了叶绿素的产生，尤其是叶绿素a。

Chl测定于第0天和第60天。a+b和Chl。A /b列于表2和图4。的背影。与对照相比，0.1 ppm处理的高肾松60天后a+b含量显著增加。较低的Chl。a+b和Chl。一个背影。在1 ppm的镍浓度下，高肾松叶肉类囊体的比例可能是由于高肾松的光系统活性降低的结果[16]。

表2。叶绿素含量- Chl。A, b, A +b和A /b(前后)inNephrolepis exaltata的叶样品。注:上下箭头分别表示增加和减少。A: 1ppm的镍，B: 0.1 ppm的镍，C: 0.01 ppm的镍。

可见的黄化和坏死症状

重金属已被发现对蕨类植物造成明显的症状[2]。然而，在本研究中，镍对高肾松的损伤非常小。暴露于不同浓度镍后60天及60天后出现明显的黄化和坏死症状。分别在浓度为1ppm、0.1 ppm和0.01 ppm时对高肾松素造成明显的损害(图5)。暴露于Ni环境1-60天后，观察到高铁肾鼠叶片褪绿(叶片由绿色变为黄色)和叶片脱落(叶片脱离菌落)。黄化可能是由于缺铁造成的，也可能是由于植物吸收了一些重金属而产生的[17]。镍对蕨类植物毒性较小;但在培养基中分别添加1ppm和0.1 ppm的镍，处理60天后会造成明显的损害(萎黄和叶片脱落)。当同一组的其他蕨类植物也有类似的效果时，这一点更为明显。在1ppm浓度下生长的蕨类植物比在0.1 ppm和0.01 ppm浓度下生长的蕨类植物表现出稍强的褪绿和坏死效应。然而，在1ppm镍中生长的蕨类植物的褪绿作用显示在图5。在0.1 ppm浓度下生长的蕨类植物的褪绿效应大于坏死效应。然而，在0.1 ppm中生长的一些蕨类植物的坏死效应也显示在图5。0.01 ppm镍对蕨类植物的影响很小。在研究中[18的症状图1研究表明，与对照处理相比，暴露于氟蒽(FLU)和菲菲(PHE)的松树幼苗的针叶发生了高度的黄化和红褐色坏死。

结论和未来建议

介绍了含镍水培溶液的处理方法Nephrolepis exaltata蕨类植物对蕨类植物的生长有显著的正向和负向影响。镍在1ppm时对蕨类植物的毒性更大，如图所示图3和表2。根和叶的长度均明显减小。

在低浓度(0.1 ppm和0.01 ppm)下，高肾松的叶绿素产量显著增加。然而，在高肾松中可以看到明显的毒性迹象(黄化、叶子脱落和坏死)，尤其是在1ppm的镍中生长时(图5)。因此，高肾松不能作为环境中镍的生物指示物。然而，这项研究表明，波士顿蕨类植物对微量镍污染物敏感。

进一步的研究也可以通过增加所使用的Ni的浓度强度来进行。在水培条件下，其他蕨类植物可以代替高铁肾蕨作为试验植物来评估镍的生理反应。

确认

该研究由研究小组的捐款自筹资金，尼日利亚Ikeji-Arakeji Osun-State的Joseph Ayo Babalola大学管理层通过提供研究所需的试剂和设备提供协助。因此，这一研究工作的巨大贡献得到了高度认可。

意义的声明

本研究发现了镍浓度增加(≥0.1 ppm)对高肾蕨的有害影响，因为它暴露了镍对蕨类植物叶片化学成分的毒性作用。研究表明，波士顿蕨类植物(Nephrolepis exaltata)可以从受污染的水中吸收微量的镍，从而通过土壤食物这增加了饮用水和可食用食品的供应机会，减少了疾病的传播，甚至减少了生物体的死亡。

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