铵态氮增强植物去除液体甲醛污染中的应用
【技术领域】
[0001]本发明属于植物净化水污染的领域，具体涉及到铵态氮在提高植物净化液体甲醛污染中的新用途。
【背景技术】
[0002]甲醛作为一种基础性化工原料，广泛应用于树脂、塑料、皮革、纸张和纤维等的生产中，这些装置所排废水中都含有甲醛。甲醛具有活泼的化学性质和生物学性质，能与蛋白质、核酸和脂类产生非特异性反应，使其丧失生物功能，因此甲醛毒性极强。长期接触低剂量甲醛可引起慢性呼吸道疾病，引起鼻咽癌、结肠癌、脑癌、月经紊乱、妊娠综合症、新生儿染色体异常、细胞核的基因突变，DNA单链内交连和DNA与蛋白质交连、白血病、青少年记忆力和智力下降等。
[0003]由于甲醛污染的危害很广泛，因此有很多研究致力于开发治理甲醛污染的技术和方法，在众多治理方法中，基于微生物和植物吸收甲醛能力开发的生物反应器是一种行之有效且经济实惠的方法，这类反应器可以用来净化污染在环境中的液态、固态和气态甲醛。在盆栽植物净化甲醛的体系中，甲醛一方面可以通过茎上的皮孔和叶片表皮上的气孔将空气中污染的甲醛吸收进入植物体内，另一方面也可以通过地下部分根吸收污染到土壤中的甲醛。Kim等(2008)的研究表明盆栽八角{Fatsia japonica)和垂叶格{Ficusbenjamina)植株在白天根去除甲醛的量和地上部分相同，但晚上根去除甲醛的量是地上部分的10倍，说明植物根系对甲醛去除有重要的贡献。很多研究结果表明不同植物品种具有不同的甲醛吸收能力。为了更好地利用植物净化甲醛污染，有不少研究考察了植物不同组织和器官吸收甲醛的动力学。Zeng等(2013)的研究表明用液体甲醛处理离体香蕉叶片时叶片对甲醛的吸收量和处理时间的关系为平方根函数，Song等(2010)对模式植物烟草和拟南芥吸收液体甲醛的动力学分析结果说明拟南芥对液体甲醛吸收能力强于烟草，拟南芥植株从甲醛处理液中吸收甲醛的量和处理时间的关系为幂函数。Xu等(2010)等用宏观动力学模型考察在植物、微生物及陶粒等基质构成的生物过滤系统中甲醛降解的动力学过程，通过动力学模型预测该过滤系统清除甲醛的最佳条件和实验值相符。
[0004]氮是植物必需的大量元素之一，通常植物在生长发育过程中吸收的氮高于其他矿质元素，因而氮对植物生长发育的影响较大。铵态氮是植物可利用的一种主要无机氮素形态。有研究表明在水培叶菜时适当的配施铵态氮能够获得更好的产量。高志建等(2015)发现施用铵态氮可以增加叶片气孔导度、降低叶片蒸腾速率、增加叶片水分利用。以往的很多研究结果证实通过遗传操作在转基因植物中过量表达甲醛代谢相关的酶可以提高植物代谢、吸收和净化甲醛的能力。但是用生理生化方法改变植物的甲醛代谢和吸收能力的研究还未见相关报道。因此本研究考察铵态氮的应用是否可以促进黑大豆根系对甲醛的吸收，发掘一种能提高黑大豆根部净化液体甲醛污染能力的增强剂具有重要的环保意义。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种提高液体甲醛净化吸收的增强剂，即铵态氮在增强黑大豆XGlycine max var.)净化液体甲醛污染中的作用。
[0006]为了实现本发明的上述目的，本发明的技术方案如下:
(1)选择云南本地的秋播黑大豆饱满种子用常温去离子水冲洗表皮，之后平铺于垫有湿润滤纸的培养皿中，在25°C恒温下黑暗催芽萌发，待根长出约3cm转移到具有针孔眼的薄泡沫板上，置于盛有Hoagland’ s营养液的黑色塑料盆中，于温度25°C，每天用强度为1200 μ mol.m 2.S 1 (光照强度)的强光照射12 h进行漂浮培养，每隔I天更换一次培养液；
(2)待黑大豆长到两对叶片时选择长势一致的植株称量整株鲜重共8g(4棵植株鲜重)，用75ml不同浓度的NH4Cl溶液(3、6、10mmol/L)预处理12h后，再用75ml 4mmol/L的甲醛溶液替换继续处理，测定不同时间(4、12、24h)溶液中剩余甲醛含量。每个处理设置五个重复；根据测量结果选定NH4Cl预处理的最佳浓度。
[0007](3)用步骤(2)中相同生长情况的黑大豆称量整株鲜重共8g，用10mmol/L NH4Cl溶液75 ml对黑大豆根部进行预处理12h，随后用4mmol/L H13CHO溶液替换处理2h，取根部2g利用13C核磁测定代谢产物；用无任何处理的黑大豆根部2g作为对照CK ;用4mmol/LH13CHO溶液处理2h的根部作为另一个对照。
[0008]本发明提供的铵态氮作为黑大豆根部吸收液体甲醛的促进剂，使用简单方便，成本低廉。铵态氮显著的提高了植物净化废水中甲醛污染的能力，开辟了利用铵态氮促进植物治理甲醛污染的新途径，有助于科技工作者对铵态氮促进植物净化废水中甲醛污染能力的分子机理研究，在植物净化工业生产废水甲醛污染防治领域具有广阔的前景，也开辟了经济作物在污染净化领域发挥新作用的空白。
[0009]本发明的有益效果:本发明所述的铵态氮增强植物根部吸收液体甲醛，具有投入低、操作简单、净化效率高的特点；铵态氮是比较理想的增强植物吸收液体甲醛的促进剂，铵态氮的预处理能够明显提高植物根部对液体甲醛的吸收率，对工业废水甲醛污染防治具有重要意义。
【附图说明】
[0010]图1是不同浓度NH4Cl (3、6、10mmol/L)对黑大豆根部液体甲醛吸收动力学的影响；其中A图为甲醛处理液在4、12、24h时的剩余甲醛含量图为黑大豆根部在4、12、24h时的甲醛吸收量；其中挥发HCHO表示挥发的甲醛含量；吸附HCHO表示杀青黑大豆根部对甲醛的吸附；对照表示未经过任何处理的对照；NH4+-3mM表示3mmol/L NH4Cl，NH4+_6mM表示6mmol/L NH4Cl, NH4+_10mM 表示 10mmol/L NH4Cl ；
图2为13C核磁分析NH4Cl预处理对黑大豆根部暴露在4mmol/L H13CHO溶液中代谢影响的全谱；其中Ref为马来酸内参信号峰，对照为未经任何处理的黑大豆根部；H13CH0 2h表示经过4mmol/L H13CHO处理2h的黑大豆根部！NH4Cl预处理12h + H13CHO 2h表示黑大豆根部先经过10mmol/L NH4Cl预处理12h，随后使用4mmol/L H13CHO溶液替换处理2h ；
图3为本发明中13C核磁分析NH4Cl预处理对黑大豆根部暴露在4mmol/L H13CHO溶液中代谢中间产物的影响，图中所列出代谢中间产物的分别是Icit (异柠檬酸)，Cit (柠檬酸)，FA (甲酸)，Ser (丝氨酸)，Gly (甘氨酸)；其中内参Ref (马莱酸)信号峰为130.66 ppm;