具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的用于矿山废弃地生态修复先锋植物胡枝子的水培方法包括以下步骤：

步骤一、胡枝子种子萌发前处理；

取一定数量大小均匀的二色胡枝子种子平铺放入多层玻璃罐中，然后加入1.5％的双氧水，完全浸泡2h，再将双氧水倒掉，接着加入质量分数为98.3％浓硫酸，完全浸泡5-8min，完全浸泡5-8min是指根据加入浓硫酸后种皮颜色观察而定，时间过长将会直接杀死种子，后期观察到种皮受损、不能萌发，处理时间过短未对种皮充分软化，将会导致种子未能完成吸涨过程，种子不能萌发。然后在自来水管下，打开水管，迅速倒掉多层玻璃罐内浓硫酸，并用大量自来水对多层玻璃罐内种子充分冲洗，以去除种子表皮附着的硫酸，然后在多层玻璃罐中加入蒸馏水，置于4℃冰箱中浸泡12h以上。大量自来水对种子充分冲洗是指必须将种皮表面附着的硫酸冲洗干净，否则后期会导致种子被硫酸腐蚀形成坏种子，影响其他种子萌发。为此，蒸馏水浸泡的12h内还需要偶尔对种子进行冲洗换水，特别是发现蒸馏水有轻微变色时，就必须及时更换新的蒸馏水。

种子萌发前处理时，先采用1.5％的双氧水处理，先软化种皮外层，再采用98.3％浓硫酸，软化并破除软化的种皮，最终提高种子的发芽率，双氧水和浓硫酸的浓度是选取的最佳浓度，是根据多次试验后，种子的最高发芽率来确定的。

其中，多层玻璃罐包括：玻璃罐体1、玻璃支撑棒2以及多个直径依次递减的玻璃板3。玻璃罐体1内的侧壁从上到下横向直径逐渐减小，玻璃罐体1的顶部上盖设有聚四氟乙烯过滤网盖4，聚四氟乙烯过滤网盖4上盖设有玻璃盖5，聚四氟乙烯过滤网盖4和玻璃盖5上的中心位置均开设有容纳玻璃支撑棒2通过的玻璃棒通孔，玻璃盖5的一侧上设置有出水口6，玻璃罐体1的上部外侧壁上两两对称设置有至少四个卡凸7，聚四氟乙烯过滤网盖4的边沿上设置有与卡凸7对应的开口，开口一一对应挂设于卡凸7上，并通过卡箍固定。玻璃罐体1的外侧上设置有杯把8，每个玻璃板3上均开设有多个通孔，玻璃板3外均包裹有聚四氟乙烯过滤网9，每个玻璃板3和聚四氟乙烯过滤网9的中心位置均开设有圆心与玻璃棒通孔的圆心位于同一直线上的中心通孔，且多个玻璃板3分别间隔卡装于玻璃罐体1内，从上到下的中心通孔直径逐渐减小。相邻两个玻璃板3之间的距离为二色胡枝子种子的高度的1.2-1.5倍，保证胡枝子不会在两个玻璃板3之间来回移动，通孔的直径为二色胡枝子种子长度的1-3倍，聚四氟乙烯过滤网9的网孔直径小于二色胡枝子种子的长度。玻璃支撑棒2包括手持部201和支撑部202，支撑部202插设于多个玻璃板中心的中心通孔内，支撑部202从上到下直径逐渐减小，且大小与对应的中心通孔匹配，手持部201通过玻璃棒通孔向外延伸。请参见图1，图1为本发明提供的多层玻璃罐的结构示意图。

二色胡枝子种子平铺放入多层玻璃罐中以及双氧水和浓硫酸浸泡的方法为：先将所有包裹有聚四氟乙烯过滤网的玻璃板洗净，然后将直径最小的玻璃板放入到玻璃罐体底部卡住，然后在玻璃板上放上二色胡枝子种子，并用手轻轻抹平，然后将直径第二小的玻璃板放入到玻璃罐体内卡住，然后再放上二色胡枝子种子，并用手轻轻抹平，接着将余下的玻璃板依次放入到玻璃罐体中，除了最上层的玻璃板外其余玻璃板上均放上一层二色胡枝子种子，然后将玻璃支撑棒依次插入到玻璃板的中心通孔中固定，然后倒入双氧水浸泡，双氧水必须没过最上层的玻璃板且高出1-1.5cm，盖上聚四氟乙烯过滤网盖和玻璃盖，浸泡2h后，握住杯把，顶住玻璃支撑棒，将玻璃罐体倾斜至水平位置，让双氧水从出水口流出，然后接着打开玻璃盖，倒入浓硫酸，浓硫酸必须没过最上层的玻璃板且高出1-1.5cm，盖上玻璃盖，浸泡5min后，握住杯把，顶住玻璃支撑棒，将玻璃罐体倾斜至水平位置，让浓硫酸从出水口流出，然后打开玻璃盖，对聚四氟乙烯过滤网盖和玻璃罐体内的二色胡枝子种子进行冲洗1min，再拿开聚四氟乙烯过滤网，取出玻璃支撑棒和玻璃板，将种子全部倒入玻璃罐体内，继续冲洗1min，去除种子表皮附着的浓硫酸，最后将水倒尽，向玻璃罐体内倒入没过种子的蒸馏水，置于4℃冰箱中浸泡12h以上。

步骤二、胡枝子幼苗培养；将完成吸涨过程的种子放入衬有湿滤纸的培养皿中，倒置后，放入培养箱中催芽2-3d，保持暗光，衬有湿滤纸的培养皿是指保持培养皿滤纸湿润即可，过于干燥倒置后的种子不能附着于滤纸之上，水分过多可能会引起种子腐烂，倒置是指由于种子萌发的向地性，倒置可以使种子发芽均匀一致，否则会出现较多的异形根。当幼芽长至2-3cm时，培养皿内加入少量蒸馏水，使幼苗处于悬浮态，然后小心移至带有纱网的培养桶中，纱网在装入培养桶之前，先浸入15g/L的白糖水和0.4g/L的高锰酸钾的混合液中1h以上；将培养桶置于人工光照培养室内培养5d，培养桶内盛有pH 4.5的0.5mmol/L CaCl₂溶液，期间保证每日更换CaCl₂培养液，并在其中加入15g/L的白糖；人工光照培养室内温度设为25±2℃，相对湿度控制在65±5％，光强不低于300μmol photon m^–2s^–1，昼夜循环为光照14h/黑暗10h。

其中，培养桶11为顶部开口的圆筒形结构，其一侧底部设置有出水口12，出水口12上堵塞有橡胶塞13，培养桶11内安装有圆形支撑架14，圆形支撑架14的底部设置有多个支撑柱15，圆形支撑架14上开设有多个镂空的架孔16，圆形支撑架14上设置有纱网层17。请参见图2，图2为本发明提供的培养桶的结构示意图。

幼苗移入培养桶之前，先将干净的纱网洗净，晾干，然后将纱网放入到15g/L的白糖水和0.4g/L的高锰酸钾的混合溶液中浸泡1h以上，并在浸泡过程中不断搅拌；接着在培养桶内倒入2.5LCaCl₂溶液，将圆形支撑架放入培养桶中，然后将纱网平铺到圆形支撑架上，最后将幼苗移至纱网上，此时，幼苗的根浸入在溶液中。幼苗移至带有纱网的塑料桶是因为需要保证幼苗生长过程中除根部着水外，子叶等茎以上部位不能长时间浸泡溶液，否则会发生腐烂。

步骤三、胡枝子移植成苗的培养；培养5d后幼苗移入培养装置，培养装置包括多个培养容器和升降装置，培养容器顶部盖设带有孔的PVC盖板，底部设置出液口，棉纱布设置于培养容器内底部，至少全部覆盖住出液口，升降装置与PVC盖板可拆卸连接，PVC盖板上的每个孔内装3-5颗幼苗，通过海绵包裹固定，PVC盖板的内表面上设置有竖直向下的标尺，培养容器中装有特制营养液，每三天换一次，特制营养液的配方随着根系长度的不同会进行更换，培养期间保持通气；培养于人工光照培养室中进行，温度设为25±2℃，相对湿度控制在65±5％，光强不低于300μmol photon m^–2s^–1，昼夜循环为光照14h/黑暗10h；培养20-25d后成苗株高达到约35cm、总根长约1.2m、根表面积约10cm²、根体积约0.08cm³；

其中，培养装置21包括多行横向排列的培养容器22和升降装置，培养容器22的外侧壁均涂成黑色。每个培养容器22的顶部盖设有PVC盖板23，PVC盖板23上开设有7个孔24，用于装幼苗，PVC盖板23的内表面上设置有竖直向下的标尺25，培养容器22的底部设置有出液口26，棉纱布27设置于培养容器22内底部通过石头或者挂钩固定，棉纱布27至少全部覆盖住出液口26。

升降装置包括盖板升降机构28、竖直滑轨29以及横向升降机构30。盖板升降机构28包括多个对称扶杆31，对称扶杆31相互对称设置于每行培养容器22的前后两侧，且均分别通过卡件32与对应的PVC盖板23可拆卸连接，设置于每行培养容器22两侧的两个对称扶杆31的两端均通过平衡杆33平衡连接，且对称扶杆31的两端端部分别插入两端端板34上的端板滑轨35中，通过端板电机36带动进而在端板滑轨35上上下移动。竖直滑轨29设置有两个，底部分别固定于两个端板34的中部，顶部分别与顶部电机37连接。横向升降机构30包括横板38，其两端插设于两个竖直滑轨29之间，横板38通过中部电机39带动在竖直滑轨29上上下移动，横板38底部固定安装有多个平行设置的植物光照灯40，两个顶部电机37以及中部电机39均固定安装于人工培养室的顶壁上。请参见3-6，图3为本发明提供的培养装置的侧视结构示意图；图4为图3中的盖板升降机构的俯视结构示意图；图5为图3中的端板的结构示意图；图6为图3中的培养容器的结构示意图。

胡枝子移植成苗培养时，先在培养容器内底部铺上棉纱布并固定，然后倒入特制营养液；再将3-5棵幼苗通过海绵包裹，固定插设在PVC盖板上的孔内；PVC盖板上开设有透气孔，透气管插入透气孔中伸入培养容器内，保证培养容器内通气(每分钟产生3-5个气泡)；然后启动端板电机带动对称扶杆进而带动PVC盖板下移，盖设在培养容器顶部，幼苗根部浸入到培养容器内的特制培养液中；特制培养液每三天换一次，每次更换先打开培养容器的出液口，特制营养液透过棉纱布后从出液口连接的出液管流出，然后通过顶部电机带动竖直滑轨进而通过端板带动对称扶杆最后带动PVC盖板上移，给培养容器内倒入新的营养液，在此期间可观察所有幼苗的根部生成状况，最后再通过顶部电机将PVC盖板盖回培养容器上；在培养期间，可通过中部电机带动植物光照灯上下移动，来调整光照到幼苗子叶上的距离，通过空气温度控制器和空气湿度控制器来分别调节培养室内的温度和湿度，空气温度控制器和空气湿度控制器可安装于竖直滑轨外侧，也可放置于培养室内角落上。

特制营养液包括三种，pH均调节为4.5，当更换特制营养液时，通过PVC盖上的标尺量出单根长不超过10cm，则向培养容器中倒入第一种营养液，当单根长在10cm到15cm时，倒入的营养液为第二种营养液，单根长超过15cm时，倒入第三种营养液。

第一营养液包括：95wt％营养液A和5wt％营养液B；第二营养液包括：85wt％营养液和15wt％营养液B；第三营养液包括：50wt％营养液A和50wt％营养液C；营养液A包括：5mmol/L KNO₃、5mmol/L Ca(NO₃)₂、2mmol/L MgSO₄、1mmol/L NH₄H₂PO₄、20μmol/L Na-FeEDTA、3μmol/L HBO₃、0.5μmol/L MnCl₂、0.2μmol/L CuSO₄、0.4μmol/L ZnSO₄、0.1μmol/LCoCl₂以及1μmol/L(NH₄)₆Mo₇O₂₄；营养液B的制作方法为：将10g芥菜、30g玉米须、30g去皮芦荟叶、30g西红柿以及50g土豆洗净，加入pH为6.0的1L淘米水后打碎成泥得到混合液(如果没有淘米水也可直接采用自来水，效果略差)，将混合液倒入高压灭菌锅中，加热到121℃，加热时间为10min，然后对混合液进行过滤，得到滤液，稀释10倍即得到营养液B；营养液C的制作方法为：取待移植地的矿山废弃地的表层土壤300g，加入1L水，然后搅拌10min，再静置20min，取上层悬浊液，得到营养液C。

步骤四、成苗移植前处理；将成苗和棉纱布从培养装置中迁出，对成苗进行修剪、摘芽、蘸泥浆，再将从培养容器中刚取出的棉纱布包裹在成苗的四周侧面上，等待移植。

实施例1

选用江西二色胡枝子作为研究材料，挑选外观一致的胡枝子种子，先用1.5％双氧水浸泡2h、再用98.3％浓硫酸浸泡，然后用蒸馏水冲洗干净，接着在蒸馏水中浸泡12h。

将胡枝子种子放入衬有滤纸的培养皿中培养2d，保持暗光，待到种子露出2-3cm的根时，将其移入0.5mmol/L CaCl₂溶液中，放在浸过15g/L的白糖水和0.4g/L的高锰酸钾的混合液的纱网上培养，培养5d两片子叶完全展开后，将幼苗移入体积为盛有特制培养液2.5L培养装置中培养，当单根长不超过10cm，则向培养容器中倒入第一种营养液，当单根长在10cm到15cm时，倒入的营养液为第二种营养液，单根长超过15cm时，倒入第三种营养液。本申请中的每种营养液均用1.0mol/L HCl调节为pH 4.5，每三天换一次，期间保持营养液通气。植物生长室条件：温度为25+2℃，相对湿度为75％，光强为300μmol photon m^–2s^–1，昼夜循环为光14h/黑暗10h。20d后收获，测株高、称重，根系扫描仪上测定总根长、总根表面积、总根体积和平均根直径等参数。各项参数请参见表1，根系扫描图请参见图7。

表1胡枝子生物量和根系各参数表

经过大数据统计，培养20-25d后成苗株高达到约35cm、总根长约1.2m、根表面积约10cm²、根体积约0.08cm³。

最后将成苗和棉纱布从培养装置中迁出，对成苗进行修剪、摘芽、蘸泥浆，再将从培养容器中刚取出的棉纱布包裹在成苗的四周侧面上，等待移植，注意包裹时，只包裹四周侧面，不包裹成苗底部的部分。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：本发明是利用室内温控培养技术，对矿山废弃地生态修复先锋植物载体二色胡枝子进行由种子开始培养至成苗的技术方法。本发明可为矿山废弃地移植修复快速培育出修复载体、节省一定的时间成本，而且也能通过本技术方法实施，培育出具备较大生物量的胡枝子成苗，更好地解决植物幼苗期抗逆能力较弱的问题，为实现了矿山废弃地土壤重金属污染的快速生态修复、新的生态系统尽早重新构建的目标打下良好基础，同时利用本发明技术方法也可在其他矿山废弃地修复植物的培养中推广应用。

本发明相比于现有技术来讲：(1)突破了现有胡枝子种子自然状态萌发种皮软化时间较长，导致整个生态修复历程较长的矿山废弃地生态修复的短板。同时，通过本技术方法实施，培育出具备一定生物量的胡枝子成苗，更好地解决通常植物幼苗期抗逆能力较弱的问题，提高了快速完成矿山废弃地生态修复的成功几率。(2)为矿山废弃地生态修复的快速进行提供了一条操作便捷、简单易行、易于推广应用的新思路，同时利用本发明技术方法也可在其他矿山废弃地修复植物的培养中推广应用。

本发明中所用到的多层玻璃罐、培养桶以及培养装置等设备，均是自主设计，能更好的贴合本水培方法，使得培养效果事半功倍；本发明中的三种特制培养液，是根据矿山的环境来配制的，让胡枝子在育苗的过程中，在不影响其生长的情况下，为后续对矿山环境的适应打下基础，从而不会出现移植到矿山后由于环境不适出现大批量死亡的情况，提高了移植的成活率。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。