一種利用離子束輻照提高水蕹菜對水體去氮效率的方法

專利名稱：一種利用離子束輻照提高水蕹菜對水體去氮效率的方法
技術領域：
本發明屬于富營養化水體生物治理技術領域，特別涉及利用離子束輻照誘變提高水蕹菜 對富營養化水體中氮去除效率的方法。
背景技術：
中國專利ZL91100234.0提出的"一種水上種植植物的方法"依據水生植物生長需要吸 收營養物質的特性，應用生態浮床栽培種植技術，以環境友好型高分子材料為生長支撐固 定載體和基質，利用現代農藝措施和生態工程技術綜合集成的水面植物栽培技術，在以富 營養化為主體的污染水域種植各種適宜的水生植物，在收獲水生植物產品、美化水域景觀 的同時，通過水生植物根系的吸附和吸收作用，富集轉化水中氮、磷元素，并最終以收獲 植物體的形式將其移離水體，從而實現削減氮磷營養鹽、凈化水域、保護水環境的目的。 該技術在利用植物治理富營養化的水域方面雖取得了一定的效果，但由于在自然條件下植 物受自身遺傳特性及環境因子所限，存在著對富營養化水體中氮磷的去除能力有限，凈化 效率不高，抗逆性不強，經濟效益低下或難以產生直接的經濟效益和易產生后遺癥，尚未 形成一套較為完整的水域表面種植水生高等植物方法，難以直接推廣應用等問題。因此， 如何提高水生植物對富營養化水體中氮磷的去除效率成為快速高效修復富營養化水體的技 術瓶頸。
據《離子束生物技術引論》(余增亮著，安徽科學技術出版社，1998)介紹，離子束生 物工程能夠顯著地提高生物的變異率，獲得損傷輕、突變率高、突變譜廣的誘變結果，并 已被應用于作物品種改良與微生物誘變選育。但至今還未見利用離子束輻照誘變水蕹菜對 富營養化水體中氮去除效率的報道。
生態浮床技術作為一種富營養化水體原位生物治理技術，已經成功地應用于各種富營養 化水體的治理當中，但就該技術吸收利用富營養化水體中氮磷營養鹽污染物質的主體一生 態浮床植物即水生植物而言，由于還存在著主要是通過自然篩選的辦法來選擇水生植物， 比較費時費力，加上自然環境中可供直接選擇利用的并且能夠高效凈化富營養化水體的水 生植物種類或品種并不多,尤其是尚存在著自然條件下許多水生植物種類及品種對富營養化 水體中氮磷的去除效率低下等問題
發明內容
本發明的目的是提供一種利用離子束輻照誘變水蕹菜對富營養化水體中氮去除效率的 方法，以克服現有技術利用水生植物對富營養化水體中氮的去除效率低、抗逆性差、不能 快速地凈化富營養化水體的缺陷。
本發明利用離子束輻照誘變提高水蕹菜對富營養化水體中氮的去除效率方法，包括將 水蕹菜種子育苗后，將幼苗移栽于浮床人工基質無土栽培漂浮載體上進行適應性培養，再 在泡沫塑料浮板上按株行距不小于4 cm扦插水雍菜苗后移至于富營養化水體水面上進行漂 浮水培；其特征在于先采用離子束輻照處理水蕹菜的干種子，再將水蕹菜種子育苗；所 述采用離子束輻照處理水蕹菜的干種子的條件為將水蕹菜種子胚部外露朝向離子束入射
的方向，采用N+離子束輻照，能量為20-30 keV，脈沖注量Df2.6xl013 ions/cm2，離子注 入劑量范圍為3.12-6.5xl016 ions/cm2。
與現有技術相比，當對超過二萬粒數量級的水蕹菜干種子分期分批分別采用N+離子注 入能量為20-30keV且注入劑量為3.12-6.5><1016 ions/cm2范圍進行輻照處理時，均能重復地 表現出水蕹菜幼苗植株鮮樣質量、根系鮮樣質量、根長、次生根數的生長生物學特征參數 均有明顯的當代生長刺激效應；浮床栽培種植結果表明，在注入能量劑量范圍為20-30keV 3.12-6.5xl016 ions/cm2的N+注入處理水蕹菜對富營養化水體中總氮的去除率為 84.78%-86.96、凈去除率為74.78%-76.96%，明顯高于未經離子束處理對照組的總氮去除率 81.30%和凈去除率71.30% (實測值)，從而證明了利用篩選出的N+離子注入能量為 20-30keV，注入劑量范圍為3.12-6.5xl016ions/cm2，.對水蕹菜進行輻照誘變可顯著提高水蕹 菜對富營養化水體中氮的吸收去除能力。
具體實施例方式
以下通過實施案例對本發明的內容進一步詳細地加以說明。 實施例1:
首先，精選籽粒飽滿均一新近收獲泰國柳綠水蕹菜品種水蕹菜種子風干后，將其插入并 固定在直徑為180mm的輻照盤里或盛有花泥的直徑為90mm培養皿中，種子胚部露在花泥 之外以便能直接接受離子束輻照。輻照所用低能離子束由中國科學院等離子體物理研究所 離子束生物工程裝置產生，其離子注入類型選擇N+離子束，能量選為25keV，束流15mA， 靶室真空度10—3 Pa。采用脈沖式輻照，每次脈沖間隔時間為10s，脈沖注量Df2.6xl013 ions/cm2。離子注入劑量選為3.9x1016 ions/cm2。
配制人工模擬富營養化水體使其所含總氮總磷的濃度分別為4.62 mg/1和0.55 mg/1。其 中NH4-N組分占總氮含量的1/4采用NH4CI進行配制，N03-N組分占總氮含量的3/4采用KN03進行配制，總磷組分采用KH2P04進行配制。
選用厚3cm的聚乙烯泡沫塑料板為水蕹菜的水培載體，每個種植扳裁剪大小為33 cm x 32 cm,并按株行距5 cm打直徑lcm的孔，每排打3個孔，連續打3排，共9個孔。在35L水箱 內加入30L模擬污水，然后將扦插有實驗植物苗的泡沫塑料載體直接放浮于培養水箱的水 面上。每天以蒸餾水補充因自然蒸發和植物蒸騰作用所損耗的水量。試驗均在自然光照和 自然溫度下進行。
水蕹菜的育苗與移栽分別將經離子束輻照處理的和未經離子束輻照處理的水蕹菜種子 播種于土壤里進行育苗，待其平均苗高長至5-10cm，多數子葉已張開時，先在標準的霍格 蘭溶液中預培養6天，再移栽至預先放有模擬污水的水箱里連續培養14天，每隔1天分別 按照《過硫酸鉀氧化紫外分光光度法》(GB 11894-1989)分析測定水體中總氮的去除率和凈
去除率的變化。
通過連續14天的水培實驗發現，在注入能量劑量為25keV 3.9x1016 ions/cm2的N+注入 處理水蕹菜對富營養化水體中總氮的去除率、凈去除率分別高達86.96%和76.96%,明顯高 于未經離子束處理對照的總氮去除率81.30%和凈去除率71.30%，從而證明了利用篩選出的 N+離子注入能量為20-30keV，注入劑量范圍是3.12-6.5><1016 ions/cm2，應用離子束對水蕹 菜進行輻照誘變，可顯著提高水蕹菜對富營養化水體中氮的吸收去除能力。
實施例2:
精選籽粒飽滿均一新近收獲江西吉安水蕹菜品種種子風干后，將其插入并固定在直徑為
180mm的輻照盤里或盛有花泥的直徑為90mm培養皿中，種子胚部露在花泥之外以便能直 接接受離子束輻照。輻照所用低能離子束由中國科學院等離子體物理研究所離子束生物工 程裝置產生，其離子注入類型選擇N+離子束，能量選為20keV，束流15mA，靶室真空度 10-3 Pa。采用脈沖式輻照，每次脈沖間隔時間為10s，脈沖注量Dcr2.6xlCPions/cm2。離子 注入劑量選為4.68x1016 ions/cm2。
配制人工模擬富營養化水體使其所含總氮總磷的濃度分別為4.62 mg/1和0.55 mg/1。其 中NH4-N組分占總氮含量的1/4采用NH4CI進行配制，N03-N組分占總氮含量的3/4采用 KN03進行配制，總磷組分采用KH2P04進行配制。
選用厚3cm的平整聚乙烯泡沫塑料板為水蕹菜的水培載體，每個種植扳裁剪大小為33 cm x32cm，并按株行距5cm打直徑lcm的孔，每排打3個孔，連續打3排，共9個孔。在35L水 箱內加入30L模擬污水，然后將扦插有實驗植物苗的泡沫塑料載體直接放浮于培養水箱的 水面上。每天以蒸餾水補充因自然蒸發和植物蒸騰作用所損耗的水量。試驗均在自然光照和溫度下進行。
水蕹菜的育苗與移栽分別將經離子束輻照處理的和未經離子束輻照處理的水蕹菜種子
播種于土壤里進行育苗，待其平均苗高長至5-10cm，多數子葉已張開時，先在標準的霍格 蘭溶液中預培養6天，再移栽至預先放有模擬污水的水箱里，連續培養14天，每隔l天分 別按照《過硫酸鉀氧化紫外分光光度法》(GB 11894-1989)分析測定水體中總氮的去除率、 凈去除率的變化。
通過連續14天的水培實驗發現，在注入能量劑量為20keV 4.68x1016 ions/cm2的N+注入 處理水蕹菜對富營養化水體中總氮的去除率、凈去除率分別高達85.65%和75.65%，明顯高 于未經離子束處理對照的總氮去除率、凈去除率81.30%和71.30%，從而證朋了利用篩選出 的N+離子注入能量為20-30keV，注入劑量范圍是3.12-6.5xl016 ions/cm2，應用離子束對水 蕹菜進行輻照誘變，可顯著提高水蕹菜對富營養化水體中氮的吸收去除能力。
實施例3:
精選籽粒飽滿均一新近收獲白梗水蕹菜品種種子風干后，將其插入并固定在直徑為 180mm的輻照盤里或盛有花泥的直徑為90mm培養皿中，種子胚部露在花泥之外以便能直 接接受離子束輻照。輻照所用低能離子束由中國科學院等離子體物理研究所離子束生物工 程裝置產生，其離子注入類型選擇N+離子束，能量選為30keV，束流15mA，靶室真空度 10—3Pa。采用脈沖式輻照，每次脈沖間隔時間為10s，脈沖注量D(r2.6xlC^ions/cm2。離子 注入劑量選為3.12xl016ions/cm2。
配制人工模擬富營養化水體使其所含總氮總磷的濃度分別為4.62 mg/1和0.55 mg/l。其 中NH4-N組分占總氮含量的1/4采用NH4CI進行配制，N03-N組分占總氮含量的3/4采用 KN03進行配制，總磷組分采用KH2PCU進行配制。
選用厚3cm的聚乙烯泡沫塑料板為水蕹菜的水培載體，每個種植扳裁剪大小為33 cm x 32 cm，并按株行距5 cm打直徑lcm的孔，每排打3個孔，連續打3排，共9個孔。在35L水箱 內加入30L模擬污水，然后將扦插有實驗植物苗的泡沫塑料載體直接放浮于培養水箱的水 面上。每天以蒸餾水補充因自然蒸發和植物蒸騰作用所損耗的水量。試驗均在自然光照和 溫度下進行。
水蕹菜的育苗與移栽分別將經離子束輻照處理的和未經離子束輻照處理的水蕹菜種子 播種于土壤里進行育苗，待其平均苗高長至5-10cm，多數子葉已張開時，先在標準的霍格 蘭溶液中預培養6天，再移栽至預先放有模擬污水的水箱里，連續培養14天，每隔l天分 別按照《過硫酸鉀氧化紫外分光光度法》(GB 11894-1989)分析測定水體中總氮的去除率和凈去除率的變化。
通過連續14天的水培實驗發現，在注入能量劑量為30keV 3.12x1016 ions/cm2的N+注入 處理水蕹菜對富營養化水體中總氮的去除率、凈去除率分別高達84.78%和74.78%，明顯高 于未經離子束處理對照的總氮去除率、凈去除率81.30%和71.30%，從而證明了利用篩選出 的N+離子注入能量為20-30keV，注入劑量范圍是3.12-6.5xl016 ions/cm2，應用離子束對水 蕹菜進行輻照誘變，可顯著提高水蕹菜對富營養化水體中氮的吸收去除能力。
權利要求
1、一種利用離子束輻照誘變提高水蕹菜對富營養化水體中氮的去除效率方法，包括將水蕹菜種子育苗后，將幼苗移栽于浮床人工基質無土栽培漂浮載體上進行適應性培養，再在泡沫塑料浮板上按株行距不小于4cm扦插水雍菜苗后移至于富營養化水體水面上進行漂浮水培；其特征在于先采用離子束輻照處理水蕹菜的干種子，再將水蕹菜種子育苗；所述采用離子束輻照處理水蕹菜的干種子的條件為將水蕹菜種子胚部外露朝向離子束入射的方向，采用N+離子束輻照，能量為20-30keV，脈沖注量D0＝2.6×1013ions/cm2，離子注入劑量范圍為3.12-6.5×1016ions/cm2。
全文摘要
本發明公開了一種利用離子束誘變提高水蕹菜對水體去氮效率的方法，特征是將水蕹菜種子胚部外露朝向離子束入射方向，采用N⁺離子束輻照，能量為20-30keV，脈沖注量D₀＝2.6×10¹³ions/cm²，離子注入劑量范圍為3.12-6.5×10¹⁶ions/cm²；然后將該種子育成的幼苗移栽于浮床人工基質無土栽培漂浮載體上進行適應性培養，再在載體浮板上按株行距不小于4cm均勻扦插水雍菜苗后漂浮在富營養化水體上進行水培；總氮的去除率達84.78％-86.96、凈去除率74.78％-76.96％，明顯高于未經離子束處理對照組去除率。本發明具有投資成本低，處理過程簡易，可用于富營養水體的快速高效修復。
文檔編號A01H1/06GK101305691SQ20081012318
公開日2008年11月19日 申請日期2008年6月17日 優先權日2008年6月17日
發明者俞漢青, 吳躍進, 淼 李, 鄭家傳 申請人:中國科學技術大學