專利名稱：一種研究重金屬在植物體內(nèi)積累、遷移試驗(yàn)的裝置及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及植物對重金屬污染物吸收、積累和遷移的機(jī)理研究，具體地說是一種重金屬在植物體內(nèi)積累和遷移的裝置及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
重金屬污染導(dǎo)致的環(huán)境問題及其對人體產(chǎn)生的毒害現(xiàn)象已引起各界人士的關(guān)注。 在環(huán)境污染方面所說的重金屬主要是指汞、砷、鎘、鉛、鉻等生物毒性顯著的元素。重金屬不 能被生物降解，相反卻能在食物鏈的生物放大作用下，成千百倍地富集，最后進(jìn)入人體。重 金屬在人體內(nèi)能和蛋白質(zhì)及酶等發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用，使它們失去活性，也可能在人體的 某些器官中累積，造成慢性中毒。重金屬在植物體內(nèi)積累過多，會對植物生長發(fā)育及其品質(zhì)產(chǎn)生毒害。重金屬對植 物的毒害作用是由一系列因素決定的，包括重金屬的吸收位點(diǎn)、植物細(xì)胞中對重金屬結(jié)合 位點(diǎn)的競爭、重金屬離子的特性、離子的有效性以及各種化學(xué)作用等。重金屬對植物的作用 也存在多方面的影響，不僅是生長發(fā)育，而是從分子到生理代謝、細(xì)胞結(jié)構(gòu)、光合作用、呼吸 作用、酶活性等多方面的綜合影響。為了深入研究植物對重金屬污染物吸收、積累、遷移規(guī)律和作用機(jī)理，為降低重金 屬對植物的毒害作用提供理論依據(jù)，為治理和修復(fù)污染土壤和水體提供有效措施和技術(shù)， 本研究發(fā)明了一種試驗(yàn)裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種無二次污染、操作簡單的研究重金屬污染物在植物體 內(nèi)積累和遷移的試驗(yàn)裝置及其應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下裝置包括植物培養(yǎng)盆1及設(shè)置在其上的隔板2，隔板2上開設(shè)有多個植物生長 槽3，每個植物生長槽3中插有一組支架4，所述每組支架4有兩片組成，其中一片垂直插入 植物生長槽3內(nèi)，另一片的下部垂直插入植物生長槽3內(nèi)，上部向外傾斜與下部垂直面呈 45°。所述支架4另一片的下部兩側(cè)設(shè)置有使兩片支架形成空間，便于植物生長發(fā)育的 相對彎折、形成的棱。所述支架4高出隔板部分的外側(cè)設(shè)有遮光膜5。所述隔板2直徑為 14-15cm,厚度為1-1. 2cm,植物生長槽3長10_12cm，寬1. 3-1. 6cm。所述支架4由不同形狀 的有機(jī)玻璃板組成，支架插入培養(yǎng)盆底部，比隔板高出6. 5cm，有機(jī)玻璃板一片為長方形平 板，高17. 60cm,寬9. 5cm,厚0. 4-0. 5cm,另一片兩邊設(shè)置0. 8-1. 2cm高的棱，上部斜面部分 高4. Ocm,寬9. 5cm,上部斜面部分與下部垂直面呈45°，下部垂直面高13. 60cm,寬9. 5cm。試驗(yàn)裝置的應(yīng)用將消毒處理的種子整齊排在裝置的支架中間，每個支架排放 4-6粒種子；先避光培養(yǎng)，待種子發(fā)芽后，進(jìn)行光照培養(yǎng)；使其植物順著隔板2上開設(shè)的植物 生長槽3中長出，根據(jù)需要將培養(yǎng)液換成受污染的重金屬溶液，而后待植物在裝置中培養(yǎng)后檢測植物不同部位的受毒害狀況。所述消毒處理即用3% H2O2浸泡種子20-30min，用蒸餾水沖洗5_10次，再用蒸餾 水浸泡種子20-30h。所述將浸泡好的種子整齊排在支架中間，支架直面置一層濾紙，在濾紙 上放入一條脫脂棉，再噴灑少量蒸餾水，然后用消毒鑷子夾取浸泡好的種子整齊排在裝置 支架中間。所述培養(yǎng)盆、隔板和支架用前須用75%酒精消毒，然后置于裝有700mL Hoagland 營養(yǎng)液的培養(yǎng)盆中。本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明裝置能應(yīng)用于小型的室外和室內(nèi)模擬試驗(yàn)，其結(jié)構(gòu)簡單、適用性能強(qiáng)，能 控制環(huán)境條件，使研究成為可能。2.環(huán)境條件多種、且可控。本發(fā)明能夠提供不同溫度、不同光照條件、不同濕度、植 物不同生長時間等環(huán)境條件。還可使用于不同種類、不同濃度重金屬溶液、不同植物品種對 重金屬污染物吸收、積累和遷移的機(jī)理研究。3.可防止對周圍環(huán)境造成二次污染。本發(fā)明采用的培養(yǎng)盆采用不透明塑料材料， 可防止重金屬培養(yǎng)液對周圍環(huán)境造成污染。4.本發(fā)明所采用的培養(yǎng)液是常規(guī)植物營養(yǎng)液(見劉潤進(jìn)、陳應(yīng)龍主編，菌根學(xué)，科 學(xué)出版社，2007，pl52)可滿足植物生長需要。可使植物獲得比較理想、比較嚴(yán)格的生長環(huán)
^Ml O5.本發(fā)明裝置操作方便，可清晰觀察植物生長過程根部和莖葉部分的狀況?？筛?據(jù)生長狀況隨時采集樣品，進(jìn)行分析測定和研究。6.本發(fā)明裝置可使植物種子發(fā)芽或者生長到一定階段后，根據(jù)需要在投加重金屬 的溶液中生長發(fā)育，并且控制溫度、濕度、光照強(qiáng)度等環(huán)境條件，在研究期間可及時觀察植 物受害部位、受害程度、受害機(jī)理以及農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的變化，這些變化包括外部形狀和基因的 變化，也包括從分子到生理代謝、細(xì)胞結(jié)構(gòu)、酶活性等與未受毒害植物的區(qū)別。7.本發(fā)明裝置可便于研究重金屬離子的特性、離子的有效性對植物受毒害的影 響，研究結(jié)果可為降低重金屬對植物的毒害作用提供理論依據(jù)，為治理污染土壤和水體提 供有效措施和技術(shù)。


圖1為本發(fā)明研究植物對重金屬污染物吸收、積累和遷移的機(jī)理裝置結(jié)構(gòu)示意 圖。圖2為圖1的所用隔槽結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖1的所用支架結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明研究結(jié)果柱狀圖。圖5RT-PCR分析結(jié)果圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例1如圖1所示本發(fā)明主要由培養(yǎng)盆1、隔板2和支架4構(gòu)成，夏天可以在室外使用，冬季在光照培養(yǎng)箱中使用，包括植物培養(yǎng)盆1及設(shè)置在其上的隔板2，隔板2上開設(shè)有多個植 物生長槽3，每個植物生長槽3中插有一組支架4，所述每組支架4有兩片組成，其中一片垂 直插入植物生長槽3內(nèi)，另一片的下部垂直插入植物生長槽3內(nèi)，上部向外傾斜與下部垂直 面呈45°所述支架4另一片的下部兩側(cè)設(shè)置棱，使兩片支架形成空間，便于植物生長發(fā)育。 (參見圖3)。所述支架4高出隔板部分的外側(cè)設(shè)有遮光膜5。所述隔板2直徑為14-15cm，厚度為1-1. 2cm,植物生長槽3長10-12cm，寬 1. 3-1. 6cm(參見圖 2)。所述支架4由不同形狀的有機(jī)玻璃板組成，支架插入培養(yǎng)盆底部，比隔板高出 6. 5cm,有機(jī)玻璃板一片為長方形平板，高17. 60cm,寬9. 5cm,厚0. 4-0. 5cm,另一片兩邊 設(shè)置0. 8-1. 2cm高的棱，上部斜面部分高4. Ocm,寬9. 5cm,上部斜面部分與下部垂直面呈 45°，下部垂直面高13. 60cm，寬9. 5cm(參見圖3)。
現(xiàn)以玉米植物為例，在Cd濃度為50uM情況下，選擇了如下環(huán)境條件，光照周期 10h-14h，光照強(qiáng)度為80001UX，溫度18-25°C，相對濕度50-60%。具體為試驗(yàn)前將裝置的培養(yǎng)盆、隔板、支架均用75%酒精消毒，支架置于裝有 700mLHOagland營養(yǎng)液的培養(yǎng)盆中，所述Hoagland營養(yǎng)液配方見表1。玉米種子用前需消 毒處理。消毒液用3% H2O2浸泡種子25min，用蒸餾水沖洗7次，再用蒸餾水浸泡24小時。 支架直面置一層濾紙，在濾紙上噴少許蒸餾水，濾紙上放一條脫脂棉，再噴灑少量蒸餾水， 然后用消毒鑷子夾取浸泡好的種子整齊排在支架中間，每個支架排6粒，用一層脫脂棉蓋 住種子，在室內(nèi)避光培養(yǎng)。待種子發(fā)芽后，光照培養(yǎng)。3天在幼苗上噴灑一次蒸餾水。生長 至15cm時營養(yǎng)液換成700mL Cd溶液，Cd濃度為50uM，其采用分析純CdCl2 · 2. 5H20配制。玉米植株在此溶液中生長24小時后，將植物整株取出，用自來水沖洗干凈，用濾 紙吸干水分，地上部分和地下部分分別放置。樣品烘干后稱重，經(jīng)硝酸高氯酸消解后，用 VarianAA-240原子吸收光譜儀分析測定樣品中Cd濃度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出當(dāng)溶液中Cd濃 度為50uM時，玉米植株只在此溶液中生長24小時，莖葉中Cd濃度就達(dá)到23. 7mg/kg，根中 Cd濃度為373. 7mg/kg，Cd濃度根>>莖葉，(參見圖4)。表IHoagland植物營養(yǎng)液配方藥品名稱母液濃度(g/L)營養(yǎng)液濃度(ml/L)KH2PO41361KNO31015Ca(NO3)22365MgSO4246. 52H3BO42. 861MnCl2 · 4H20 1. 811ZnSO4 · 7H20 0. 221CuSO4 · 5H20 0. 081H2MoO4 · H2O 0. 021EDTA7. 451FeSO4 · 7H20 5. 571實(shí)施例2與實(shí)施例1相比不同之處在于
如圖1所示本發(fā)明主要由培養(yǎng)盆1、隔板2和支架4構(gòu)成，夏天可以在室外使用，冬 季在光照培養(yǎng)箱中使用，包括植物培養(yǎng)盆1及設(shè)置在其上的隔板2，隔板2上開設(shè)有多個植 物生長槽3，每個植物生長槽3中插有一組支架4，所述每組支架4有兩片組成，其中一片垂 直插入植物生長槽3內(nèi)，另一片的下部垂直插入植物生長槽3內(nèi)，上部向外傾斜與下部垂直 面呈45°。所述支架4另一片的下部兩側(cè)設(shè)置棱，使兩片支架形成空間，便于植物6生長發(fā) 育。(參見圖3)。所述支架4高出隔板部分的外側(cè)設(shè)有遮光膜5。
所述隔板2直徑為14-15cm，厚度為1-1. 2cm,植物生長槽3長10-12cm，寬 1. 3-1. 6cm(參見圖 2)。所述支架4由不同形狀的有機(jī)玻璃板組成，支架插入培養(yǎng)盆底部，比隔板高出 6. 5cm,有機(jī)玻璃板一片為長方形平板，高17. 60cm,寬9. 5cm,厚0. 4-0. 5cm,另一片兩邊 設(shè)置0. 8-1. 2cm高的棱，上部斜面部分高4. Ocm,寬9. 5cm,上部斜面部分與下部垂直面呈 45°，下部垂直面高13. 60cm，寬9. 5cm(參見圖3)?，F(xiàn)以玉米植物為例，在Cd濃度為IOOuM情況下，選擇了如下環(huán)境條件，光照周期 10h-14h，光照強(qiáng)度為80001UX，溫度18-25°C，相對濕度50-60%。具體為試驗(yàn)前培養(yǎng)盆、隔板、支架均用75%酒精消毒，支架置于裝有700mL Hoagland營養(yǎng)液的培養(yǎng)盆中，所述Hoagland營養(yǎng)液配方見實(shí)施例1中表1。玉米種子用前 需消毒處理。消毒液用3% H2O2浸泡種子30min，用蒸餾水沖洗8次，再用蒸餾水浸泡24小 時。支架直面置一層濾紙，在濾紙上噴少許蒸餾水，濾紙上放一層脫脂棉，再噴灑少量蒸餾 水，然后用消毒鑷子夾取浸泡好的種子整齊排在支架中間，每個支架排5粒，在種子上面蓋 一層脫脂棉，在室內(nèi)避光培養(yǎng)。待種子發(fā)芽后，光照培養(yǎng)。2天在幼苗上噴灑一次蒸餾水。 生長至15cm時營養(yǎng)液換成700mL Cd溶液，Cd濃度為IOOuM,其采用分析純CdCl2 · 2. 5H20 配制。玉米植株在此溶液中生長24小時后，將植物整株取出，用自來水沖洗干凈，用 濾紙吸干水分，地上部分和地下部分分別放置。樣品烘干后稱重，經(jīng)硝酸高氯酸消解，用 VarianAA-240原子吸收光譜儀分析測定樣品中Cd濃度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)溶液中Cd 濃度為IOOuM時，玉米植株只在此溶液中生長24小時，莖葉中Cd濃度就達(dá)到了 38. 7mg/kg, 根中Cd濃度為505. 5mg/kg，溶液中不同Cd濃度，在植物體內(nèi)分布也大不相同，根中Cd濃度 >>莖葉。RT-PCR分析結(jié)果表明在Cd脅迫下，金屬轉(zhuǎn)運(yùn)基因Nrampl表達(dá)增強(qiáng)(見圖5)。
權(quán)利要求
一種研究重金屬在植物體內(nèi)積累、遷移試驗(yàn)的裝置及應(yīng)用，其特征在于包括植物培養(yǎng)盆(1)及設(shè)置在其上的隔板(2)，隔板(2)上開設(shè)有多個植物生長槽(3)，每個植物生長槽(3)中插有一組支架(4)，所述每組支架(4)有兩片組成，其中一片垂直插入植物生長槽(3)內(nèi)，另一片的下部垂直插入植物生長槽(3)內(nèi)，上部向外傾斜與下部垂直面呈45°。
2.按權(quán)利要求1所述的重金屬在植物體內(nèi)積累和遷移的試驗(yàn)裝置，其特征在于所述 支架(4)另一片的下部兩側(cè)設(shè)置有使兩片支架形成空間，便于植物生長發(fā)育的相對彎折、 形成的棱。
3.按權(quán)利要求1所述的重金屬在植物體內(nèi)積累和遷移的試驗(yàn)裝置，其特征在于所述 支架(4)高出隔板部分的外側(cè)設(shè)有遮光膜5。
4.按權(quán)利要求1所述的重金屬在植物體內(nèi)積累和遷移的試驗(yàn)裝置，其特征在于所述 隔板(2)直徑為14-15cm，厚度為1-1. 2cm，植物生長槽(3)長10_12cm，寬1. 3-1. 6cm。
5.按權(quán)利要求2所述的重金屬在植物體內(nèi)積累和遷移的裝置，其特征在于所述支架 (4)由不同形狀的有機(jī)玻璃板組成，支架插入培養(yǎng)盆底部，比隔板高出6. 5cm，有機(jī)玻璃板 一片為長方形平板，高17. 60cm,寬9. 5cm,厚0. 4-0. 5cm，另一片兩邊設(shè)置0. 8-1. 2cm高的 棱，上部斜面部分高4. 0cm,寬9. 5cm,上部斜面部分與下部垂直面呈45°，下部垂直面高 13. 60cm，寬 9. 5cm0
6.一種按權(quán)利要求1所述的研究重金屬在植物體內(nèi)積累、遷移試驗(yàn)裝置的應(yīng)用，其特 征在于將消毒處理的種子整齊排在裝置的支架中間，每個支架排放4-6粒種子；先避光培 養(yǎng)，待種子發(fā)芽后，進(jìn)行光照培養(yǎng)；使其植物順著隔板2上開設(shè)的植物生長槽3中長出，根據(jù) 需要將培養(yǎng)液換成受污染的重金屬溶液，而后待植物在裝置中培養(yǎng)后檢測植物不同部位的 受毒害狀況。
7.按權(quán)利要求6所述的研究重金屬在植物體內(nèi)積累、遷移試驗(yàn)裝置的應(yīng)用，其特征在 于所述消毒處理即用3% H202浸泡種子20-30min，用蒸餾水沖洗5_10次，再用蒸餾水浸 泡種子20-30h。
8.按權(quán)利要求6所述的研究重金屬在植物體內(nèi)積累、遷移試驗(yàn)裝置的應(yīng)用，其特征在 于所述將浸泡好的種子整齊排在支架中間，支架直面置一層濾紙，在濾紙上放入一條脫脂 棉，再噴灑少量蒸餾水，然后用消毒鑷子夾取浸泡好的種子整齊排在裝置支架中間。
9.按權(quán)利要求6所述的研究重金屬在植物體內(nèi)積累、遷移試驗(yàn)裝置的應(yīng)用，其特征在 于所述培養(yǎng)盆、隔板和支架用前須用75%酒精消毒，然后置于裝有Hoagland營養(yǎng)液的培 養(yǎng)盆中。
全文摘要
本發(fā)明涉及植物對重金屬污染物吸收、積累和遷移的機(jī)理，具體地說是一種研究重金屬在植物體內(nèi)吸收、積累、遷移規(guī)律和對植物產(chǎn)生毒害機(jī)理的試驗(yàn)裝置及其應(yīng)用。包括植物培養(yǎng)盆及設(shè)置在其上的隔板，隔板上開設(shè)有多個植物生長槽，每個植物生長槽中插有一組支架，所述每組支架有兩片組成，其中一片垂直插入植物生長槽內(nèi)，另一片的下部垂直插入植物生長槽內(nèi)，上部向外傾斜與下部垂直面呈45°。本發(fā)明裝置能應(yīng)用于小型的室外和室內(nèi)模擬試驗(yàn)，其結(jié)構(gòu)簡單、適用性能強(qiáng)，能控制環(huán)境條件，同時采用的培養(yǎng)液可滿足植物生長需要?？墒怪参铽@得理想、嚴(yán)格的生長環(huán)境。并且本發(fā)明裝置可清晰觀察植物生長過程根部和莖葉部分的狀況?？筛鶕?jù)生長狀況隨時采集樣品，進(jìn)行分析測定和研究。
文檔編號A01G7/00GK101803541SQ200910300400
公開日2010年8月18日 申請日期2009年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月13日
發(fā)明者劉宛, 臺培東, 姚德明, 鞏宗強(qiáng), 張海榮, 李曉軍 申請人:中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所