序号 | 学生 | 所属学院 | 专业 | 年级 | 项目中的分工 | 成员类型 |
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林子欣 | 园艺学院 | 园艺 | 2020 | 荷花生理指标测定 |
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安芷绮 | 园艺学院 | 园艺 | 2020 | 实验数据统计分析 |
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耿梓越 | 园艺学院 | 园艺 | 2020 | 荷花表型观测和记录 |
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刘萌 | 园艺学院 | 园艺 | 2020 | 样品栽种和养护 |
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吴旻珏 | 园艺学院 | 园林 | 2020 | 资料收集和汇总,植物样品处理 |
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序号 | 教师姓名 | 所属学院 | 是否企业导师 | 教师类型 |
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王彦杰 | 园艺学院 | 否 |
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近年来,由于工业废水的大量不规范排放以及农业生产中大量肥料、农药的使用,水体镉(Cd)等重金属污染已经成为了当今世界面临的重大环境问题之一。水体Cd等重金属污染不仅危害动植物生长,水中的重金属离子还可以随着食物链进行传递,最终在人体中富集,对人们的身体健康造成危害。因此,重金属污染水体的治理迫在眉睫。植物修复技术因其成本低廉、可持续性强等优势,在污染水体修复中被广泛应用。近年来,利用观赏植物进行污染环境的修复,不仅具有生态效益还能美化环境,受到人们越来越多的关注。
荷花为莲科莲属多年生挺水植物,是中国的十大传统名花之一,集观赏价值、经济价值、食用价值、药用价值与生态效益于一身。近年来,研究发现荷花对Cd等重金属具有较高的吸收能力,可以作为植物修复材料用于重金属污染水体的修复和美化。然而荷花品种繁多,不同品种间差异很大。据此,我们希望通过实验对不同浓度镉胁迫下不同品种荷花的表型和生理指标进行测定,并筛选出耐镉、高吸附镉或对镉敏感的荷花品种,为重金属污染水体的修复或检测提供优良的品种参照和理论依据。
(1) 探究不同浓度镉(Cd)胁迫对10个荷花品种生长发育的影响
选取10个荷花花莲品种:‘琴韵’、‘珠峰翠影’、‘凤凰翎’、‘黄鸟’、‘碧云’、‘风卷红旗’、‘中国红?北京’、‘秣陵秋色’、‘伯里夫人’、‘瑶池幻影’,对它们进行3个不同浓度镉处理,分别为:50mg/kg、100mg/kg、200mg/kg。并对实验材料进行叶片和花朵的数量以及大小、立叶高度、立叶数、叶宽、叶片毒害面积、冠幅、开花数、花期、花色等形态指标和叶绿素含量、光合速率等光合生理指标,植物细胞中的活性氧含量、抗氧化酶含量以及细胞膜受损程度的测定、记录和比较,从中筛选出最耐镉胁迫的荷花品种和最不耐镉胁迫的荷花品种。
品种名 | 花色 | 花型 | 株型 |
琴韵 | 粉色 | 单瓣型 | 中株型 |
珠峰翠影 | 白色 | 重瓣型 | 中株型 |
凤凰翎 | 粉色 | 重瓣型 | 小株型 |
黄鸟 | 黄色 | 单瓣型 | 小株型 |
碧云 | 白色 | 重瓣型 | 小株型 |
风卷红旗 | 红色 | 重瓣型 | 大株型 |
中国红·北京 | 红色 | 单瓣型 | 大株型 |
秣陵秋色 | 黄色 | 重瓣型 | 中株型 |
伯里夫人 | 复色 | 重瓣型 | 中株型 |
瑶池幻影 | 粉色 | 单瓣型 | 中株型 |
(2)探究不同浓度镉胁迫对不同荷花品种Cd积累的影响
以试验(1)中筛选出的最耐镉胁迫荷花品种和最不耐镉胁迫荷花品种为试验对象分别测定镉处理下两个品种的根、根状茎、叶、叶柄、花、莲蓬、莲子等各器官中的镉含量,分析这两个荷花品种各器官的镉富集以及转运差异性。
(3)探究不同浓度镉胁迫对不同荷花品种修复Cd水体作用的影响
以试验(1)中筛选出的最耐镉胁迫荷花品种和最不耐镉胁迫荷花品种为试验对象,分别测定镉处理后,种植两个荷花品种盆中水体和土壤中的镉含量,分析比较二者对镉污染水体的修复效果。
重金属污染已经成为危害最大的全球性环境污染问题之一。其中,镉污染问题尤为突出,调查发现浙江省每年由于人为原因向环境中释放的镉(Cd)总量能够达到140t左右(李娜等,2021),中国某些地区所种植水稻大米中重金属镉的质量比已经超过了食品安全标准(Li X et al,2020)。关于镉污染的研究自上个世纪以来就从未停止过,人们一直在寻求有效治理的方法。镉具有生物强毒性、存在持久性、生物累积性等特点,可以对土壤和水体环境产生长期不良影响,并且能够通过被污染的土壤以及水体进入到植物体内。研究发现水体中的镉进入植物体后会影响植物的生长发育及代谢过程(魏畅等,2022;郭金凤,2021;张珂等,2022;杨云等,2022),包括抑制种子萌发、根和茎生长、降低光合作用、产生活性氧诱导氧化胁迫等,致使作物产量大幅减少(黄卫等,2022)。而且镉能够污染食物链,通过食物链富集危害生物健康,严重威胁人类和其他生物的生存。日本曾发生的一种慢性镉中毒——"痛痛病",就与人摄食了被镉污染的水源有关。因此,对重金属污染水体的治理迫在眉睫。
近年来,在重金属污染水体的修复研究中,科学家们在物理修复和化学修复等方面都有所突破,例如杨雄等(2020)研究的电化学修复和姜禹奇等(2021)研究的物质炭修复重金属镉污染水体等。而植物修复因其成本更低、能耗更低、不造成二次污染等特点受到人们的关注。在澳大利亚学者开始研究在碱性工业废水中的水生植物对氟化物的吸收本领并予以证实后,利用水生植物修复污染水体就成为了国内外的研究热点(李晶等,2015;Ismael MA et al,2019;葛依立等,2020)。而利用观赏植物进行污染环境修复(Lajayer BA;2019)不仅具有生态效益还能美化环境,成为了许多学者研究的新方向。国内学者王菲、肖雨等(2021)研究了镉胁迫对吊兰及银边吊兰生长和镉富集特性的影响,表明这两种吊兰对镉具有一定的耐性,其中吊兰对Cd的耐受能力强于银边吊兰,可以考虑作为绿化植物用于修复镉污染。由此可见,一些观赏植物可以用于污染环境的修复。
荷花为莲科莲属多年生挺水植物,是中国的十大传统名花之一,集观赏价值、经济价值、食用价值、药用价值与生态效益于一身。荷花种质资源丰富,根据用途可以分为花莲、籽莲和藕莲,具有独特的优越性。近年来的研究发现,荷花具有清除水体有机物和重金属污染的效果,可作为重要的植物修复材料用于水体净化和美化。1999年Vajpayee等人开始利用不同铬(Cr)浓度溶液处理荷花,指出荷花各器官能大量积累Cr,且根中积累量最高,提出荷花具有高效改善污水中Cr的潜能。2009年Mishra评价了荷花对水溶液中Cu的去除能力,发现荷花能够高效地吸收Cu,且在水溶液中对Cu的最大去除率能够达到96%。施沁璇等(2018),探求发现荷花对养殖池塘底泥中Hg、As、Pb、Cd均有较好的富集效应和去除作用。
随着我国对生态环境的高度重视和园林事业的飞速发展,荷花因其观赏价值高、生长速度快、生物量大等特性,已经被广泛应用于湿地景观的营造中。其在重金属污染,水体的美化和修复方面具有很大的应用潜力,但迄今为止关于荷花修复重金属污染水体还有很大的研究空间。荷花品种繁多(原鑫等,2020),达800种以上,且不断地有新品种涌现(陈少周等,2021;邓新义等,2021)。荷花不同品种间差异也很大(黄海军等,2020;刘义平等,2020),无论是形态还是生理性状都有区别,李欣等(2015)曾对荷花不同品种对低温胁迫的生理响应差异进行分析,研究发现‘太湖红莲’抗寒性的增幅大于品种‘荷塘情深’ ,表明了不同荷花抗寒性存在差异是客观事实。江君等(2015)基于3个荷花品种对富营养水体和底泥中氮、磷去除能力进行比较研究,发现其净化能力存在明显差异。
由此可见,对不同荷花品种对镉胁迫的生理响应及耐镉能力的差异性开展研究是很有必要的,有助于我们筛选出耐镉、高吸附镉或对镉敏感的荷花品种,为重金属污染水体的修复或检测提供优良的品种参照和理论依据。
参考文献:
1. 李娜;杨兰芳;邓美华;朱有为;叶国华;沈菁.浙江省人为镉排放源与汇时空格局解析[J].环境科学学报,2021,(06):2498-2509.
2.魏畅;焦秋娟;柳海涛;张静静;申凤敏;姜瑛;张雪海;孙娈姿;杨芳;刘振.镉暴露条件下玉米生长及根系构型分级特征研究[J].草业学报,2022,31(03):101-113.
3.郭春凤;刘玲;唐凤雪;戴慧芳;刘海燕;杨俊文.常见湿生植物对镉、铅污染水环境的修复效果研究[J].植物科学学报,2021,(05):535-542.
4.张珂;高楠;张凌基;刘可欣;厉萌萌;王凯;马闯;张宏忠.镉对不同品种小麦种子萌发及幼苗生长的影响[J].轻工学报,2022,37(01):118-126.
5.杨云;王晨骄;郭嘉航;官会林;李蕾;唐光美;黄晶心.镉胁迫对鬼针草和狼尾草种子萌发及幼苗生长的影响[J].云南师范大学学报(自然科学版),2022,42(01):58-63.
6.黄卫,庄荣浩,刘辉等.农田土壤镉污染现状与治理方法研究进展[J].湖南师范大学自然科学学报, 2022,45(1):49-56.
7.杨雄,刘立虎,彭启川,谭文峰,邱国红.电化学修复重金属污染水体与土壤的基础研究[C].中国环境科学学会会议论文集,2020
8.姜禹奇,都琳.生物质炭修复重金属镉污染水体的研究[J].中国资源综合利用,2021,39(02):201-204
9.李晶,栾亚宁,孙向阳,等.水生植物修复重金属污染水体研究进展[J].世界林业研究,2015,28(02):31-35.
10.葛依立,陈心胜,黄道友,等.湿地植物水蓼(Polygonum hydropiper L.)对镉的富集特征及生理响应[J].生态毒理学报,2020,15(02):190-200
11.王菲,肖雨,程小毛等.镉胁迫对吊兰及银边吊兰生长及镉富集特性的影响[J].应用生态学报, 2021,32(05):1835-1844.
12.施沁璇,孙博怿,胡晓波,盛鹏程,罗毅志.水生植物对养殖池塘重金属污染底泥的修复作用[J].安全与环境学报,2018,18(05):1956-1962.
13.原鑫,李文玲,刘召强,吴芳芳,刘艺平,孔德政.荷花品种表型性状遗传多样性分析[J].江苏农业科学,2020,48(16):188-193
14.陈少周;杜凤凤;丁跃生;刘晓静;姚东瑞.观赏荷花新品种‘陶令诗篇’[J].园艺学报,2021,(S2):2945-2946.
15.邓新义;董丽丽;宇胜.观赏荷花新品种‘凌云’[J].园艺学报,2021,(05):1051-1052.
16.黄海军,刘敏,薛梦洁,徐迎春,王彦杰.荷花品种的耐盐性评价[J].山东林业科技,2020,(06):16-22.
17.刘艺平;吴芳芳;贺丹;庄苑;孔德政.基于花色表型的荷花品种数量分类[J].浙江大学学报(农业与生命科学版),2020,46(03):319-326.
18.李欣,江君,徐君,李静会,姜红卫.经低温锻炼后荷花不同品种对低温胁迫的生理响应差异分析[J]. 植物资源与环境学报,2015,24(4):76-82
19.Li X, Zhang J, Gong Y, et al. Heavy metals in food crops: Health risks, fate, mechanisms, and management[J]. Environ Int ,2019, 125:365-385
20.Ismael MA, Elyamine AM, Moussa MG, Cai MM, Zhao XH, Hu CX(2019) Cadmium in plants: uptake, toxicity, and its interactions with selenium fertilizers. Metallomics 11:255–277.
21.Lajayer BA, Moghadam NK, Maghsoodi MR, Ghorbanpour M, Kariman K (2019) Phytoextraction of heavy metals from contaminated soil,water and atmosphere using ornamental plants: mechanisms and efficiency improvement strategies. Environ Sci Pollut Res 26:8468–848
植物修复技术因价格低廉且具有可持续性备受关注,而利用观赏植物修复污染环境不仅具有生态效益且具有美化作用,但是目前针对观赏水生植物修复污染水体的研究还比较少。本研究以荷花不同品种为研究对象,拟评价其耐镉性,筛选合适的品种,用于重金属污染水体的净化。因此本项目在材料选择及针对问题方面创新。
1.技术路线图
2.拟解决的问题
用不同浓度的镉对不同品种的荷花进行正式的盆栽实验,观察记录荷花表型,测定相关指标,对数据进行处理分析,比较不同荷花品种各项特性优劣势,并总结不同荷花品种对镉胁迫的生理响应及耐镉能力评价。以筛选出耐镉、高吸收镉或对镉敏感的荷花品种,用于抗镉、修复水体镉污染或者检测水体镉污染程度等方面。
3.预期成果
通过不同品种荷花对镉浓度的敏感度、吸收与转化的不同,可以得出不同品种荷花的优劣势特点,筛选出其最适合的应用类型,为植物修复不同情景提供优良品种参照和理论依据,并撰写1篇文章。
2022.3查阅文献、制定实验方案
2022.4-2022.5 植物材料的种植、养护
2022.6 -10 实验材料处理、指标观测
2022.11-2023.3进行数据整理、撰写结题报告、撰写文章
1.项目组已收集相关资料,前期工作准备充分,理论基础和实验原理清楚。项目组专业交叉,成员包括园林和园艺两个专业的学生,使该项目能够兼顾水体净化和景观效果。项目组成员吃苦耐劳,组员之间团结协作,学习成绩优良,组长绩点3.27,在本专业排名为第21名。项目组成员已经学习了一些实验的相关知识,例如:植物学、土壤肥料学、生物化学等,同时也在在积极学习植物生理学等其他相关知识。大家在学习过程中进行了实验操作的学习,组长曾经在百合实验室和葡萄实验室进行过实验操作的学习,组员曾进行过PCR体外扩增DNA实验,能够对植物材料进行处理,对实验器材的使用也有一定的了解。
2.近年来,指导教师主要从事荷花等观赏植物的生理生态研究,主持国家自然科学基金项目2项、江苏省自然科学基金项目1项、江苏省农业科技自主创新项目1项,主持或参加其他项目多项,发表高质量论文20余篇。她在荷花治理水污染方面颇有造诣,能够为我们项目的开展提供研究思路、实验方法及技术等方面的全面指导,对我们实验的开展具有指导性作用。
3.课题组在白马及龙潭基地建有30亩基地,收集荷花资源700份,为本实验开展提供了材料及场地保证。
4.场地与设备完善:园艺学院拥有良好的园艺设施和园艺植物栽培实验室,可以共享实验所需器材。
缺少的条件:购买化学试剂和耗材等实验必须用具的费用。
拟解决途径:申请项目以解决经费问题。
开支科目 | 预算经费(元) | 主要用途 | 阶段下达经费计划(元) | |
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前半阶段 | 后半阶段 | |||
预算经费总额 | 1500.00 | 无 | 900.00 | 600.00 |
1. 业务费 | 1000.00 | 无 | 600.00 | 400.00 |
(1)计算、分析、测试费 | 600.00 | 实验化学试剂 | 400.00 | 200.00 |
(2)能源动力费 | 0.00 | 无 | 0.00 | 0.00 |
(3)会议、差旅费 | 300.00 | 往返种植基地交通费 | 150.00 | 150.00 |
(4)文献检索费 | 100.00 | 文献检索及复印 | 50.00 | 50.00 |
(5)论文出版费 | 0.00 | 无 | 0.00 | 0.00 |
2. 仪器设备购置费 | 0.00 | 无 | 0.00 | 0.00 |
3. 实验装置试制费 | 0.00 | 无 | 0.00 | 0.00 |
4. 材料费 | 500.00 | 荷花栽植器皿购买 | 300.00 | 200.00 |