一種植物微域葉綠素?zé)晒夥y定重金屬對植物脅迫的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于重金屬污染分析技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種快速檢測土壤中重金屬對植物危害的方法，具體涉及一種采用植物新鮮葉片微域葉綠素?zé)晒夥焖贆z測土壤中重金屬對植物脅迫的方法。
【背景技術(shù)】
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[0002]隨著金屬礦產(chǎn)資源的開采利用，重金屬元素通過大氣和污水灌溉進(jìn)入農(nóng)田，嚴(yán)重影響農(nóng)作物產(chǎn)量和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，危及人體健康。因此，不論從食品安全和土壤環(huán)境管理角度、還是從污染土壤修復(fù)角度，重金屬在土壤-植物系統(tǒng)中的迀移轉(zhuǎn)化研宄都是必不可少的。傳統(tǒng)的研宄方法是借助大量的盆栽實驗和煩瑣的化學(xué)分析來完成。即通過加入不同濃度的重金屬模擬污染土壤，盆栽植物，然后通過對土壤和植物體內(nèi)重金屬的存在形態(tài)和含量等的化學(xué)分析獲取研宄信息。顯而易見，傳統(tǒng)的研宄方法，不僅需要大量的盆栽實驗獲取大量的植物樣本，而且生長的植物要遭到破壞。除此之外，還要進(jìn)行耗時、費力、花費大的化學(xué)分析。因此，尋找一種簡便、快速、有效、經(jīng)濟(jì)的測定方法，在不損害植物生長的條件下研宄土壤植物系統(tǒng)中的重金屬迀移轉(zhuǎn)化動態(tài)，對于推動土壤環(huán)境化學(xué)研宄的深入發(fā)展具有重大的理論意義和現(xiàn)實意義。
[0003]通常，植物通過短波刺激主要產(chǎn)生藍(lán)(F440)、綠(F520)、紅(F690)和遠(yuǎn)紅外(F735)四個熒光譜帶，當(dāng)植物生長受到干旱、寒冷、光強度、病原侵害等脅迫時，發(fā)出植物熒光強度會減少，不同的譜帶衰減差異往往與影響因素有關(guān)；當(dāng)植物受到污染土壤中重金屬的危害時，植物體內(nèi)重金屬含量往往會升高，破壞葉片的葉綠素結(jié)構(gòu)并降低葉綠素含量。因此，植物葉綠素?zé)晒饪梢杂脕碇苯臃从持参锸苤亟饘俚拿{迫和危害情況，或許也能用來間接地反映引起植物熒光變化的重金屬的量(植物吸收重金屬的量)。短波激發(fā)源是該方法的關(guān)鍵，目前，用于激發(fā)植物葉綠素?zé)晒獾募ぐl(fā)源是多種多樣的，激發(fā)波長也各不相同，最多的是利用He-Ne激光源激發(fā)源，其激發(fā)波長為632.Snm ;或氬離子激光器的激發(fā)波長為448nm等。由于以往所用的激發(fā)波長較長，能量較低，所以只能獲得F450nm和690nm或690nm和735nm兩個熒光波帶，只能用F450/F690或F690/F735反映植物生理學(xué)脅迫程度(干旱、寒冷、光強度、病原侵害等)。
[0004]目前，已有研宄成果使用He-Cd激光器激發(fā)波長為325nm，獲得了 450nm、690nm和735nm三個植物熒光波帶，用F450/(F690+F735)比值直接反映植物受重金屬脅迫和危害程度；以He-Cd激光器作為激發(fā)光源，激發(fā)植物葉綠素?zé)晒?，同時獲得3個植物熒光波帶，并用F450/(F690+F735)比值定量的反映植物受重金屬脅迫程度的研宄已由本申請人于2011年申請的201110198388.7號專利公開了相關(guān)的技術(shù)內(nèi)容，但是He-Cd激光器激發(fā)波長為單一的325nm，雖能同時獲得了 450nm、690nm和735nm三個植物熒光波帶，但實驗條件要求較高，對禾本科植物葉片測定較為準(zhǔn)確，對于茄果類葉片、闊葉樹木葉片等，操作不當(dāng)易帶來較大的誤差。
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，尋求設(shè)計一種不破壞植物生長、便于快速、準(zhǔn)確、動態(tài)監(jiān)測的激光誘導(dǎo)植物熒光測定土壤重金屬對植物脅迫和危害的新方法，以新鮮植物葉片為檢測對象，以氙燈為短波激發(fā)源，激發(fā)植物葉綠素?zé)晒?，獲得450nm、690nm和735nm三個植物熒光波帶；再以F450/(F690+F735)比值作為植物對重金屬吸收的定量基礎(chǔ)，在不損害植物生長的前提下，測定植物熒光，通過植物葉綠素?zé)晒獾乃p間接地反映植物受土壤中重金屬的危害，以推動環(huán)境化學(xué)研宄的深入發(fā)展和重金屬污染植物的適時動態(tài)監(jiān)測。以氙燈作為激發(fā)光源與以往的以He-Cd激光器激發(fā)波長為325nm作為激發(fā)光源相比，激發(fā)波長不是單一的，而是可調(diào)的，這樣根據(jù)不同的植物葉片，可以通過微調(diào)激發(fā)光源的激發(fā)波長，實現(xiàn)獲得較窄450nm、690nm和735nm三個植物熒光波帶；再以峰值F450/(F690+F735)計算時，誤差較小，使得該方法更廣泛地應(yīng)用于各類植物葉片的測定。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及的測定工藝步驟包括:
[0007](I)待測植物樣品的采集與預(yù)處理:先選擇無明顯傷害的植物葉片，用不銹鋼剪刀剪下所需待測植物葉片部位，所采葉片面積應(yīng)大于測定所需面積2倍以上，將待測植物葉片放在石英玻璃板上，用洗耳球吹去植物葉片表面浮土；若表面浮土過多，用軟毛刷輕輕刷去浮土，或用濕紗布輕輕擦拭，不得用水沖洗；然后將植物葉片和石英玻璃片一同放在避光盒中待測；根據(jù)植物葉片性質(zhì)不同，待測時間有不同，一般要求從采樣到測試完畢，時間控制在30分鐘至60分鐘內(nèi)，植物葉片含水率越高，其待測時間越短；
[0008](2)激光誘導(dǎo)植物葉片熒光測定:先取待測植物葉片的代表性部位，分別剪下面積為1.0?2.0cm2的葉片，用酯膠基沿葉片邊沿2個點至4個點固定在儀器固定支架上，不要觸碰待測區(qū)域；調(diào)節(jié)測定環(huán)境溫度為20°C，在避光或紅光條件下，選擇氙燈作為植物熒光直接激發(fā)源，采用平行光源，根據(jù)不同的植物葉片種類，激發(fā)波長在325nm范圍內(nèi)微調(diào)，光斑面積為0.5mm X 0.5mm，激發(fā)出F450、F690、F735三個較窄的熒光波段，用350到800nm波長記錄光致發(fā)光強度；
[0009](3)檢測結(jié)果表征:確定植物葉片受重金屬脅迫或危害的表現(xiàn)量為A，其中A =F450/ (F690+F735)，式中的F450、F690和F735分別是熒光強度譜圖在450nm，690nm和735nm處的峰高，計算出的A值越大，說明待測植物葉片受重金屬的脅迫或危害越嚴(yán)重，實現(xiàn)對各類植物葉片受重金屬危害的測定。
[0010]本發(fā)明在實施測定時，采集的植物葉片應(yīng)嚴(yán)禁與易污染物質(zhì)或環(huán)境接觸，以防干擾測定準(zhǔn)確度；若測定周期要求在30分鐘內(nèi)完成，而植物葉片量過大，分批在測定前采樣，切忌大量采樣放入冰箱保存，以避免葉片失水、凍傷和污染；測定不同的植物葉片時，光斑盡量避開植物的葉脈；激發(fā)波長的選定需參考F450、F690和F735熒光波帶的峰型，盡量使峰型呈銳峰，以減少計算誤差。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:一是植物熒光的激發(fā)源由現(xiàn)有技術(shù)的He-Cd激發(fā)源改為氙燈激發(fā)源，其光電參數(shù)一致性好，工作狀態(tài)受外界影響??；具有高效的電光轉(zhuǎn)換效率，可輸出高能量的平行光，光功率50W，光功率密度&二是擴(kuò)大了應(yīng)用范圍，由于現(xiàn)有技術(shù)的He-Cd激發(fā)源僅可測定禾本科植物葉片如黑麥草，而對于茄果類植物葉片往往獲得的F450、F690和F735三個熒光波帶峰型較鈍，使計算誤差較大；氙燈激發(fā)源的激發(fā)波可調(diào)，不同的植物均可得最優(yōu)的450nm，690nm和735nm三個銳峰，計算結(jié)果誤差最?。蝗歉倪M(jìn)了測定方法和植物葉片表面浮土預(yù)處理方法，對所有植物葉片測定結(jié)果均無明顯影響；其測定工藝簡單，設(shè)計原理可靠，使用操作方便，測定準(zhǔn)確率高，應(yīng)用范圍廣，測定環(huán)境友好。
【附圖說明】
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[0012]圖1為本發(fā)明實現(xiàn)對植物葉片測定時的工藝流程框圖。
【具體實施方式】
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[0013]下面通過實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0014]實施例1:本實施例通過培養(yǎng)實驗、盆栽實驗、比較實驗，在不破壞植物生長的條件下，以氙燈為激光源，系統(tǒng)地實施對不同的植物、不同重金屬、不同土壤中激光誘導(dǎo)的植物熒光的光譜特征、定量方法和影響因素，具體的實施過程見圖1 ;本實施例涉及氙燈激發(fā)光源的光譜特性、儀器操作條件確定，其氙燈激光源在波長325nm.，狹縫寬度0.05_，激發(fā)光通過l/5m長的雙單色儀(Oriel 77225)，用350到800nm波長記錄光致發(fā)光強度。
[0015]實施例2:本實施例涉及不同重金屬脅迫下不同植物葉片的光譜特征參數(shù)，以霍格蘭營養(yǎng)液為水培營養(yǎng)液，分別加入0-10.0m