【摘要】：水资源对人类生存至关重要,但随着工业发展和人类活动的加剧,水体重金属污染日益严重。研究表明,水生植物凤眼莲可以对水体中的多种重金属进行有效去除,具备修复水体重金属污染的潜力。本研究通过室内模拟水培凤眼莲幼苗,以不同浓度Cd~(2+)(0、0.5、1、2、3 mg/L)对其进行处理,在不同处理时间(1周、4周、7周)进行取样分析,探讨了Cd胁迫下凤眼莲基本生理指标(生物量、光合作用、Cd富集情况)及其根系分泌和体内小分子有机物(有机酸、氨基酸、可溶性糖)代谢的变化,并通过外源添加草酸和甘氨酸初步验证了这两种物质对凤眼莲富集Cd的影响。主要结论如下:1、Cd胁迫下,凤眼莲的生长发育受到了明显的抑制作用。这种抑制作用体现在降低了凤眼莲的生物量(主要为茎叶部),减弱了凤眼莲的光合作用。就Cd在凤眼莲体内的分布情况来看,凤眼莲根部对Cd的富集量要高于茎叶部,但随着Cd胁迫浓度的升高和胁迫时间的延长,凤眼莲具备将更多的Cd从根部转移到茎叶部的能力。2、Cd的加入会显著降低凤眼莲根系分泌物的pH,同时其TOC和TN的含量也会随之发生变化。草酸和酒石酸是凤眼莲根系分泌物中含量较高的两种有机酸。在Cd胁迫1周时,Cd的加入对这两种酸的分泌起到了一定的促进作用;在Cd胁迫4周时,Cd的加入对这两种酸分泌的影响体现在低浓度促进高浓度抑制;在Cd胁迫7周时,Cd的加入对这两种酸的分泌则是产生了一定的抑制作用。而在凤眼莲体内,草酸、柠檬酸和苹果酸是主要的有机酸,且茎叶部的含量要高于根部。在Cd胁迫1周时,Cd对凤眼莲根内有机酸的影响表现为促进柠檬酸和苹果酸的积累,抑制草酸的积累,对茎叶内有机酸的影响表现为促进草酸的积累,抑制柠檬酸和苹果酸的积累;在Cd胁迫4周时,Cd对凤眼莲根内有机酸的影响表现为抑制草酸和柠檬酸的积累,对茎叶内有机酸的影响表现为促进草酸的积累,抑制柠檬酸的积累;在Cd胁迫7周时,Cd对凤眼莲根内有机酸的影响主要体现在草酸和苹果酸的积累,表现为低浓度促进,高浓度抑制,对茎叶内机酸的影响表现为促进草酸的积累,抑制柠檬酸和苹果酸的积累。相关性分析结果表明,凤眼莲体内Cd含量与有机酸代谢水平之间存在显著相关性。3、在凤眼莲根系分泌物中一共检测出了13种氨基酸成分,甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸是含量较高的三种氨基酸。Cd对凤眼莲根系总氨基酸分泌的影响较为明显,具体表现为:在Cd胁迫1周时,Cd的加入会促进根系氨基酸的分泌;在Cd胁迫4周时,Cd的加入对根系氨基酸的分泌未产生明显影响;在Cd胁迫7周时,Cd的加入抑制了根系氨基酸的分泌。在Cd胁迫1周和4周时,凤眼莲体内均是14种氨基酸被检出,同时Cd对凤眼莲茎叶内氨基酸总量的影响要高于根部,不同的是,在Cd胁迫1周时,Cd的加入会促进氨基酸在茎叶部的积累,在Cd胁迫4周时,Cd的加入则是抑制氨基酸在茎叶部的积累。在Cd胁迫7周时,凤眼莲体内只有12种氨基酸被检测到,半胱氨酸和苯丙氨酸未检测到,Cd的加入对凤眼莲体内氨基酸总量的影响要体现在抑制氨基酸在根部的积累。相关性分析结果表明,凤眼莲体内Cd含量与氨基酸代谢水平之间存在显著相关性。4、在Cd胁迫1周时,凤眼莲根系分泌可溶性糖含量呈现出先升高后降低的趋势,在Cd胁迫4周和7周时,凤眼莲根系分泌可溶性糖含量均呈现出先降低后升高而后再降低的趋势。在Cd胁迫1周时,Cd的加入会促进凤眼莲根内可溶性糖的积累,对茎叶内可溶性糖含量的影响不大。在Cd胁迫4周时,Cd的加入会导致凤眼莲根内可溶性糖含量有所降低,对茎叶内可溶性糖的影响主要表现在高浓度促进(3 mg/L)。在Cd胁迫7周时,Cd的加入会同时促进凤眼莲根和茎叶内可溶性糖的积累。相关性分析结果表明,凤眼莲体内Cd含量与可溶性糖代谢水平之间存在显著相关性。5、外源添加草酸和甘氨酸对凤眼莲富集Cd的影响主要体现在促进Cd在根部的富集,其中甘氨酸的促进作用要强于草酸。
【图文】：
图 1-1 Cd 对植物的毒害及其耐受机理(Rizwan et al, 2018)Figure 1-1 Toxicity of Cd to plants and its tolerance mechanism1.3 根系分泌物的研究概况1.3.1 根系分泌物的组成和分类科学研究者最早关于根系分泌物的研究要追溯到 18 世纪末（1795），，Plenk等人首次发现植物根系会通过向外分泌某些物质对邻近植株产生促生和抑制作用(CurlabdTruelove1986)。最初的研究都受到当时科学技术的限制，只能从宏观上对根系分泌物的性质和作用进行探讨，无法对这些根系分泌物进行更深入的定性和定量分析，这就直接导致了对根系分泌物的作用缺乏系统性的认识。1904 年，Hiltner 首次提出了根际（Rhizosphere）这一概念，并指出根系分泌物的产生是导致根际土壤和非根际土壤理化性质的主要原因(Hiltner1904)。自此以后，关于根系分泌物的研究陆续展开。根系分泌物是指植物在生长发育过程中，通过根系以各种形式向周围环境释放的化学物质的总称。学术界关于根系分泌物的分类尚未形成统一的意见，广义
技术路线图
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X173;X52
【参考文献】
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2599902
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