吊兰根系分泌物组成对铅胁迫的响应及其对铅污染土壤修复效果的影响

发布时间：2020-03-22 06:34

【摘要】：根系分泌物是根系与土壤进行物质交换的重要媒介,它不但影响植物根际环境,参与植物营养物质的输送,也对重金属污染土壤的修复也具有十分重要的作用。当植物根系受到把不同程度的逆境胁迫时,通常会改变根系分泌物的组成来适应逆境生存。吊兰,隶属于百合科吊兰属,对重金属铅胁迫具有良好的耐性,探讨铅胁迫下,吊兰根系分泌物组成变化及其对铅污染土壤修复效果的影响,可以为铅污染土壤修复提供新方法,新思路。为此本文通过水培实验,研究不同铅胁迫强度下,吊兰形态学指标、生理指标,根系分泌物组成等的响应,并分析了吊兰根系分泌物的特定组分伞花烃和叶绿醇对重金属铅污染土壤酶活性、微生物种类和数量及土壤中铅生物有效性的影响,为揭示吊兰对铅污染的耐性机制,以及铅属污染土壤的植物修复提供参考。主要结论如下:(1)通过在铅胁迫(0,50,100,200 mg/L)条件下的水培实验研究发现,在3生长时期(15d、30d、60d)内,随着铅胁迫强度的加大,吊兰的鲜重、株高、根长等生长指标以及吊兰的SOD和POD活性整体表现为低浓度促进,高浓度抑制。吊兰植株对铅离子的转移能力较小,根部是铅的主要富集部位。铅处理15d时,植株受到损害较小,细胞膜透性变化不大,但随着处理时间的延长,细胞膜损害逐渐加重。MDA变化趋势与细胞膜变化趋近一致。当处理60d时,植株生长减缓,甚至出现枯黄、萎蔫等中毒现象,SOD、POD等保护酶活性急剧下降。对比三个时间段可以发现,吊兰在铅胁迫强度为50 mg/L,处理时间为30d时,长势最好,保护酶活性最高,根部的富集效果最佳。(2)对根系分泌物乙酸乙酯提取相的GC-MS分析表明,吊兰根系分泌物的主要成分为苯基、烃类和酯类化合物。在处理15d时,共检测出相对含量较高的化合物21种,30d和60d时则均检测出35种化合物。在吊兰的根系分泌物中,种类最多的是烃类化合物。同时,在吊兰对铅离子富集较多的处理组,均检测出了叶绿醇;而其他处理组均检测出具有抗菌消炎效果的伞花烃。(3)将吊兰根系分泌物特定组分伞花烃和叶绿醇分别加入铅污染的土壤中,在两个时期内(7d、21d)测定土壤中过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶活性及土壤铅有效态含量。结果发现,在土壤中添加伞花烃会抑制土壤酶的活性,抑制作用的大小表现为:碱性磷酸酶脲酶蔗糖酶过氧化氢酶;添加叶绿醇对土壤过氧化氢酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶活性具有促进作用,对土壤脲酶的活性具有抑制作用,且各种酶对叶绿醇的敏感程度不同,其中碱性磷酸酶最为敏感。另一方面,土壤中添加伞花烃和叶绿醇均可有效降低土壤中有效态铅的含量,降低铅的活性,从而减小铅对土壤生物的毒害作用。其中,土壤中重金属铅浓度为600mg/kg,伞花烃浓度为100 mg/kg时,土壤中铅有效态含量最低。(4)添加伞花烃和叶绿醇的土培实验中,土壤酶活性随着培养时间的不同,也表现出不同的变化。随着处理时间的延长,添加伞花烃的土壤中,各种土壤酶的活性逐渐增加,同时铅有效态含量提高。说明随着培养时间的延长,伞花烃被土壤中的微生物适应,消耗或分解,从而使土壤酶活提高,同时也促进了土壤中的铅向有效态转化;伞花烃对土壤酶的作用效果随处理时间的延长逐渐减弱。添加叶绿醇的处理组,随着叶绿醇浓度的逐渐升高,土壤中的蔗糖酶和碱性磷酸酶活性均呈现上升趋势,铅离子有效态降低,说明叶绿醇可以有效的提高土壤酶的活性同时降低土壤在铅的有效态,随着培养时间的延长,叶绿醇对铅污染土壤的修复效果逐渐降低。(5)通过土培实验可以发现,短时间培养下,添加伞花烃和叶绿醇对铅污染土壤的修复效果更好,测定培养7d土壤中的微生物,添加伞花烃的处理组,细菌、真菌、放线菌的数量均呈降低趋势;添加叶绿醇后,不添加铅离子或铅离子浓度为600 mg/kg时,叶绿醇对细菌和放线菌数量表现为低促高抑,真菌数量呈上升趋势;当土壤中铅离子浓度达到1200 mg/kg细菌和放线菌数量呈显著降低趋势,真菌数量仍呈上升趋势。
【图文】：

铅胁迫,保护机制,植株

POD 活性均高于 15d，培养 60d 的各处理组中，POD 活性均和 15d 的 POD 活性。当植物处于逆境胁迫的状态下时，SOD 会率先启动保护机制，在本实验 15d 和 30d 时，SOD 均呈现先上升后下降的趋势；随处理时间的延长，吊兰植株中 SOD 活性呈下降趋势，随铅胁迫强度的增加逐渐趋于稳定原因可能是，当吊兰植株受到重金属铅胁迫时，保护酶系统的抵抗能力增减少植株受损程度；同时可能会促进植物自身分泌产生一些有利于自身要的物质（林海等, 2017）。长时间高浓度铅胁迫逐渐超出吊兰防御阈值体内的保护酶系统遭到破坏，体内的 SOD 活性开始出现下降的趋势。其防御作用可以阻止高浓度氧自由基积累（尚宏芹等, 2018），在本实验和 30d 时，植株体内的 POD 活性随铅胁迫强度的增加呈先升高后下降其原因可能是低强度的铅胁迫激活了植物体内的 POD 保护机制，，但随强度的加强，有害物质积累增加，POD 活性逐渐下降；在处理 60d 时，呈上升趋势，且均高于前期处理，其原因可能是长期处于重金属铅胁迫植株已经适应逆境环境，保护机制全面开启，保护植株免受伤害。

铅胁迫,铅离子浓度,电导率,实验组

图 2-2 铅胁迫对吊兰过氧化物酶（POD）活性的影响Fig. 2-2 The effect of Pb stress on activity of POD of C. comosum2.3 铅胁迫对吊兰细胞膜透性及 MDA 含量的影响比较了不同时期，不同铅离子浓度处理对吊兰叶片电导率影响如图2随铅离子浓度的升高，吊兰植株叶片电导率升高。处理 15d 时，实验组与无显著性差异（P>0.05）。随着处理时间的延长，电导率呈先下降后上升的在铅离子浓度为 50mg/L 时，电导率最小，实验组间存在显著性差异（P但实验组与对照组间无显著性差异（P>0.05）。在处理 60d 时，实验组电别比对照组增加了 55.53%、61.26%、62.69%，与对照组间差异性显著（P
【学位授予单位】：安徽师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q945.78;X53

【参考文献】