一種利用離子束輻照提高黑麥草對水體去氮磷效率的方法

專利名稱：一種利用離子束輻照提高黑麥草對水體去氮磷效率的方法
技術領域：
本發明屬于富營養化水體生物治理技術領域，特別涉及通過離子束輻照誘變提高黑麥草 對富營養化水體中氮磷去除效率的方法。
背景技術：
中國專利ZL91100234.0提出的"一種水上種植植物的方法"以浮床無土種植技術為依 托，依據陸生植物生長需要吸收營養物質的特性，把經過篩選和專門培育的一些適宜陸生 植物(糧食、花卉、蔬菜)種植到富營養化為主體的污染水域的水面上，最終通過收獲植 物體的形式，將氮、磷等營養物質及吸附積累在植物體內和根系表面的污染物搬離水體， 從而使從而實現水體變清、保護水環境的目的。該技術在利用陸生植物修復受污染水體方 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 著對污水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，難以直接推廣應用等問題。因此，如何提高陸生植物對 富營養化水體中氮磷的去除效率成為快速高效修復受污染水體的技術難點。
《離子束生物技術引論》(余增亮著，安徽科學技術出版社，1998)所介紹的離子束誘 變技術是生物品種改良的方法，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，并被應用于作物品種改良與微生物誘變研究。但目前尚未見到利用 離子束輻照誘變黑麥草對富營養化水體中氮磷去除效率的報道。
浮床無土種植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 —浮床陸生植物而言，由于還存在著主要是通過自然篩選的辦法來選擇陸生植物，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陸生植物 種類或品種并不多,尤其是尚存在著自然條件下許多陸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提高黑麥草對富營養化水體中氮磷去除 效率的方法，以克服現有技術利用陸生植物對富營養化水體中的氮磷的去除效率低、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黑麥草對富營養化水體中氮磷去除效率的方法，包括將黑麥草種子育苗后，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扦插黑麥草苗后移至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黑麥草的干種子，再將黑麥草種子育苗；所 述采用離子束輻照處理黑麥草干種子的條件為將黑麥草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25keV，脈沖注量D(r2.6xl(^ions/cm2，離子注入劑量 范圍為3.9-7.8xl016 ions/cm2。
與現有技術相比，當對超過三萬粒數量級的黑麥草干種子分期分批分別采用對干種子注 入能量劑量分別為25keV 3.9-7.8xl016 ions/cm2范圍進行輻照處理時，均能重復地表現出黑 麥草幼苗植株鮮樣質量、分蘗數、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，在注入能量劑量為25keV 3.9-7.8xl016 ions/cm2的N+注入處理黑麥草對富營養化水體中總氮總磷的去除率分別為 88.70%-99.48%、 91.64%-98.89%，凈去除率分別為78.70%-84.32%、 87.64%-90.45%，明顯 高于未經離子束處理對照組的總氮總磷去除率82.39%-94.03%、 85.09%-93.77%和凈去除率 72.39%-78.87%、 81.09%-85.33% (實測值)，從而證明了利用篩選出的N+離子注入能量為 25keV，注入劑量范圍為3.9-7.8xl016 ions/cm2，.對黑麥草進行輻照誘變，可顯著提高黑麥 草對富營養化水體中氮磷的吸收去除能力。
具體實施例方式
以下通過實施例對本發明的內容進一步詳細地加以說明。 實施例l:
首先，精選籽粒飽滿均一、新近采收的一年生黑麥草風干后的干種子，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，種子胚部暴露在花泥之 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D『2.6xl013 ions/cm2。離子注入劑量選為3.9-7.8xl016 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黑麥草的水培載體，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的孑L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。
黑麥草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黑麥草種子
播種于土壤里進行育苗，待其平均苗高長至12-15 cm，多數須根己長出且處于分蘗前期時， 先在標準的霍格蘭溶液中預培養1周，再移栽至預先放有模擬污水的水箱里連續培養4周， 每隔1周分別按照《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 總磷的去除率、凈去除率的變化。
通過多批分別連續4周的水培實驗發現，在注入能量劑量為25keV 5.2x1016 ions/cm2的 N+注入處理黑麥草對富營養化水體中總氮總磷的去除率、凈去除率分別高達88.70%、 91.64%和78.70%、 87.64%，明顯高于未經離子束處理對照組的總氮總磷去除率、凈去除率 82.39% 、 85.09%和72.39%、 81.09%，從而證明了利用篩選出的N+離子注入能量為25keV， 注入劑量為5.2xl0"ions/cm2，應用離子束對一年生黑麥草進行輻照誘變，可顯著提高一年 生黑麥草對富營養化水體中氮磷的吸收去除能力。
實施例2:
首先，精選籽粒飽滿均一新近采收的多年生黑麥草風干后的干種子，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，種子胚部暴露在花泥之外 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D『2.6xl013 ions/cm2。離子注入劑量范圍選為3.9-7.8xl016 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黑麥草的水培載體，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的孑L，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。
黑麥草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黑麥草種子播種于土壤里進行育苗，待其平均苗高長至12-15 cm,多數須根已長出且處于分蘗前期時， 先在標準的霍格蘭溶液中預培養1周，再移栽至預先放有模擬污水的水箱里連續培養12周， 每隔1周分別按照《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 總磷的去除率、凈去除率的變化。
通過通過多批分別連續12周的水培實驗發現，在注入能量劑量為25keV 7.8x1016 ions/cm2的N+注入處理多年生黑麥草對富營養化水體中總氮總磷的去除率、凈去除率分別 高達99.48% 、 98.89%和84.32%、卯.45%，明顯高于未經離子束處理對照組的總氮總磷去 除率、凈去除率94.03% 、 93.77%和78.87%、 85.33% (實測值)，從而證明了利用篩選出 的N+離子注入能量為25keV，注入劑量為7.8xl016ions/Cm2，應用離子束對多年生黑麥草進 行輻照誘變，可顯著提高多年生黑麥草對富營養化水體中氮磷的吸收去除能力。
權利要求
1、一種利用離子束輻照誘變提高黑麥草對富營養化水體中氮磷去除效率的方法，包括將黑麥草種子育苗后，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扦插黑麥草苗后移至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黑麥草的干種子，再將黑麥草種子育苗；所述采用離子束輻照處理黑麥草干種子的條件為將黑麥草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25keV，脈沖注量D0＝2.6×1013ions/cm2，離子注入劑量范圍為3.9-7.8×1016ions/cm2。
全文摘要
本發明公開了一種利用離子束誘變提高黑麥草對水體去氮磷效率的方法，特征是將黑麥草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25keV，脈沖注量D₀＝2.6×10¹³ions/cm²，劑量范圍3.9-7.8×10¹⁶ions/cm²；將育成的幼苗移栽于浮床無土栽培漂浮載體上適應性培養后，按株行距4-6cm扦插黑麥草苗漂浮在富營養化水體上水培；對總氮總磷去除率分別達88.70％-99.48％和91.64％-98.89％，凈去除率78.70％-84.32％和87.64％-90.45％，明顯高于未經離子束處理對照組的去除率。本發明投資成本低，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C02F3/32GK101305690SQ20081012318
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, 江鳳娟, 鄭家傳 申請人:中國科學技術大學