“身怀绝技”的浮萍.pdf

“身怀绝技”的浮萍 菱透浮萍绿锦池， 夏莺千啭弄蔷薇。 尽日无人看微雨， 鸳鸯相对浴红衣。 蒙蒙丝雨，露水菱叶、铺满池中的浮萍，杜牧笔下的浮萍绿了满池春水，成 就一副清幽而艳丽的画图。半世浮萍随逝水，门前烟雨向东街，自古以来，浮萍 作为一种飘摇不定的植物被多愁善感的文人们所青睐，尽管它经受着风浪的冲蚀 和颠簸，但它从不消沉，并以绿色的执著荡漾着自身的风采。今天，在科学界， 也有着这么一批科学家们对小小浮萍情有独钟，随之而来浮萍的科学价值也逐渐 得到认可。 图1.自然界中的浮萍 浮萍科（Lemnaceae）植物，简称浮萍，共有4个属约40 个种，世界各地均 有分布。大多漂浮生长在水流相对平缓的湖泊河湾水面，通过根或叶状体从水中 吸收所需的氮磷等营养物质。浮萍生长期长，在许多温热带地区可全年生长，繁 殖速度快，2-7天可繁殖一代，生长过程消耗空气中的CO2及水中的N，P，可减 少温室气体、净化水体，吸附水中重金属，还可用于治理及美化环境，构建人工 湿地等。[1] “研究清楚小小一叶浮萍，对人类生存乃至于地球环境都是极其重要 的事。”中国科学院成都生物研究所研究员赵海说，在与相关单位合作中，赵海 团队收集了全球800多种浮萍，建立了国际上最大的浮萍活体种质资源库和数据 库，并通过近年来的研究从中筛选出了能高效治理污水和进行高淀粉积累的浮萍 株系，形成治理环境和能量再利用相结合的可持续发展模式。 能“吃”重金属的浮萍 工业化进程的高速推进给人类带来了巨大的经济和社会效益，同时也遗留下 很多环境问题，尤以重金属污染问题最为突出，而其中又以镉污染最为严重和广 泛. 镉对生物伤害极大，能取代酶活性位点中的关键元素。[2]浮萍作为一种潜在 的超富集植物，具有分布广、适应性强、生长周期短和生物量积累大等优势，但 不同品系浮萍在含镉水体中的生长及镉富集量都存在明显差异。赵海课题组从 219株采自世界各地浮萍品系，包括少根紫萍、多根紫萍和绿萍3属，在30 mg/L 镉浓度下，以10 d内存活为判定标准筛选得到的12株优势品种. 经过在0.5 mg/L 和10 mg/L的镉浓度下进行复筛，比较12株浮萍的生长速率以及镉富集能力，最 终获得少根紫萍（Landoltia punctata）ZH0049。经过系统筛选的浮萍品种排除了 地域差异性，从而更具代表性，能更好地反应浮萍对水体中镉的去除能力。当镉 浓度为3 mg/L时其富集系数、吸收率和去除率分别达到770、66.74%和72.43%， 富集系数达到并超过了镉超富集植物100 mg/kg的标准，由此该少根紫萍可作为 一种有效的超富集植物持续不断地从水体中富集重金属镉。[3] 能“净化”废水的浮萍 中国当前70%江河湖泊被污染，水体污染主要为氮、磷污染。富含氮、磷元 素的污水排放过多会污染水体造成水体富营养化，因此利用水生植物处理污水， 实现对氮磷元素的资源化回收利用已成为环境领域研究的热点. 在众多水生植 物种类中, 浮萍科植物是被研究应用较多的类群之一。[4][5][6][7] 浮萍生长对氮磷 的直接吸收是其净化作用的主要机制之一，而浮萍的生长和氮磷吸收与水体的氮 磷浓度有关。因此研究最适合浮萍生长的氮磷浓度，以及在不同氮磷浓度下浮萍 对污水氮磷的去除显得尤为重要。相关文献研究表明本地绿萍生长速率随氮磷浓 度升高急速下降确实与高浓度NH4+和NH3的毒害作用有关，在适当的pH范围内， 降低水体的pH值可防止NH4+大量转化为NH3，减少对浮萍的毒害作用. 在实际 应用中，若废水的氨氮浓度小于20 mg L-1时，pH 8时本地绿萍的生长较快；当废 水氨氮浓度大于20 mg L-1时，调节pH至6.5可以减小水体中NH3对本地绿萍的毒 害作用，有利于本地绿萍更好地生长。[8] 能“产油”的浮萍 你能将一株不起眼的浮萍与当今热门的汽车产业相联系吗？近年来浮萍在 生物能源领域的研究取得新的突破。随着化石能源的日趋匮乏和生态环境负荷日 益加大，世界各国相继把替代能源的发展作为实现经济可持续发展的重要能源政 策。在燃料乙醇生产中原料成本占整个生产成本的70％～80％，且主要来自玉米 等粮食作物，已经威胁到了全球的粮食安全。研究表明浮萍的淀粉积累量已经达 到45.36%，从水面植物浮萍中提取淀粉，形成乙醇燃料，可为机动车提供动力。 相关试验证明水生能源植物浮萍用于可再生能源燃料乙醇生产的可行性，将浮萍 全植物水解后，提取糖液进行燃料乙醇发酵，发酵效率最高达91.83%，既净化水 质，又为能源生产提供原料，实现能源生产和环境治理相耦合的技术发展[1]。跟 以往利用玉米等谷物原料生产生物燃料有所区别的是，浮萍不仅价格低廉，且其 能够利用废水生长并具有极高的生长速度。利用浮萍产生能源物质淀粉可以避免 生物能源领域多年来“要燃料还是要粮食”的争议。因此，专家认为，浮萍作为一 种产能物质具有更好的推广前景。 图2.浮萍积累淀粉机制 浮萍，水纹粼粼处沉浮，微波荡漾中起舞，不喜不忧的再生，悄无声息的离 去。它是世界上最小的开花植物，却身怀众多绝技。浮萍不仅成全了文人墨客笔 下的颠沛流离，更成为科学家眼中的知识花园，其中更多的成果等待科学家们的 进一步探索和采撷。 作者：李琪 中国科学院大学成都生物研究所 参考文献： [1]薛慧玲,水生能源植物浮萍生产燃料乙醇.[J]可再生能源201307 31-7 [2] Pietrini F, Iannelli MA, Montanari R, Bianconi D, Massacci A.Cadmium interaction with thiols and photosynthesis in higher plants [C]/ /Hemantaranjan A. Advances in Plant Physiology Jodhpur. India: Scientifi c Publishers, 2005: 313-326 [3]唐利萍,重金属镉超富集浮萍品种筛选及其对水体中镉的去除效果[J]应用与环 境生物学报 2015，21 ( 5 ) : 830-836 [4] Landesman L, Clifford F, Runbin D. Plant Nutrient Phytoremediation Using Duckweed [M]. Netherlands: Springer-Verlag, 2011. 341-354 [5] Dilek D, Hatice A. Effect of circulation on wastewater treatment by Lemna gibba and Lemna minor (fl oating aquatic macrophytes) [J]. Intern J Phytoremed, 2011, 13 (10): 970-984 [6]种云霄, 胡洪营, 崔理华, 吴启堂, 钱易. 浮萍植物在污水处理中的应用研究 进展[J]. 环境污染治理技术与设备, 2006, 7 (3): 14-18 [7]Chong YX, Hu HY, Cui LH, Wu QT, Qian Y. Application of duckweeds in wastewater treatment [J]. Techn Equip Environ Pollut Control, 2006, 7 (3):14-18] [8]鲍姝等；污水氮磷浓度对云南本地浮萍生长及氮磷去除的影响[J]。应用与环境 生物学报；2014，20 ( 1 ) : 56-62