电场作用下凤眼莲对铀胁迫的生理生化响应及铀富集的研究

发布时间：2020-04-21 06:38

【摘要】：近年来,伴随着核工业的迅速发展,大量含铀(U)废水被排放到环境中,对人类健康和生态环境造成潜在的危害。与常规物理、化学法相比,植物修复具有成本低、绿色环保、公众接受度高等优点,但又有生长慢、修复效率偏低等缺陷。已经研究证明外源施加低压电场能够促进植物对重金属的修复能力。因此,本研究以凤眼莲(Eichhornia crassipes)为试验材料,通过测定植株抗氧化酶、脯氨酸(Pro)、丙二醛(MDA)、叶绿素(Chl)、叶绿素荧光等生理生化指标及各部位的铀含量,探讨在电场和铀胁迫环境下,水体中铀浓度、电场施加强度、施加时间及施加菌剂等因素对凤眼莲耐受铀污染水体的生理生化响应及铀富集能力和特征的影响,结果表明:(1)铀浓度大于5 mg·L~(-1)时,凤眼莲的MDA含量随着铀胁迫浓度的上升而增加,表明植株受到的氧化胁迫程度越大。外源施加电场并没有改变这种影响趋势,且各组的MDA含量更高,表明可能进一步加剧了植株受到的氧化胁迫。随着铀胁迫浓度的升高,凤眼莲的Pro含量呈正相关的变化,过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)酶活和叶绿素则呈先上升后下降的趋势,表明凤眼莲能够通过提高植株的渗透调节能力和抗氧化能力来应对所受到的氧化胁迫,但植株的抗氧化胁迫能力的提高是与受到的胁迫程度相关的;外源施加电场并没有改变这些指标受铀浓度影响的趋势,但是显著增强了植株的渗透调节能力和抗氧化的能力。此外,凤眼莲对水体中的铀主要富集在根部,且铀浓度越高根的富集量越大,在50 mg·L~(-1)U浓度下最大;外源施加电场则能够显著促进凤眼莲根系对铀的富集能力,在50 mg·L~(-1)U浓度下最大达到1.311 mg·g~(-1) DW,是未施加电场组的7倍。综合来看,电场促进了凤眼莲根系对铀的富集能力,虽然也加剧了植株受到的氧化胁迫,但通过促进抗氧化酶活性和Pro的合成也提高了植株对铀胁迫的耐受能力。(2)在10mg·L~(-1)U胁迫条件下,外源施加电场强度越大,凤眼莲的MDA含量越高,表明植株所受到的氧化胁迫与电场强度呈正相关。但是施加的电场强度在≤0.75 V·cm~(-1)时,植株CAT、POD活性和Pro含量显著上升,且与电场施加强度呈正相关,0.75 V·cm~(-1)则有所下降;叶绿素含量,超氧化物歧化酶(SOD)酶活性则在电场强度≤0.5 V·cm~(-1)时与强度呈正相关,随后有所下降。此外,与未施加电场组相比,凤眼莲对水体中的铀同样主要富集在根部,但各电场强度下植株铀富集能力显著提高了2.3-4.2倍,在0.5V·cm~(-1)时铀富集量达到最大为0.610 mg·g~(-1) DW。因此,外源施加电场强度越大植株在铀胁迫条件下所受到的氧化胁迫程度也会越大,但综合来看外源施加电场强度为0.5-0.75 V·cm~(-1)范围内,是能够显著促进植株渗透调节能力和抗氧化能力从而提高植株对铀的耐受能力的。各外源时间电场强度均能够促进凤眼莲的根系的铀富集能力,在0.5 V·cm~(-1)时的富集能力最高。(3)以2h-10h/d的处理时间施加电场,处理1 d后,凤眼莲的MDA含量随电场每天施加时间的增加而提高;POD、SOD和CAT抗氧化酶活性随施加时间的增加呈先上升后下降的确实,但都高于对照;Pro含量则与电场施加时间呈正相关。连续处理5 d后,与仅有铀胁迫而无电场施加的对照相比,2 h-8 h/d的电场施加时间却降低了植株MDA的含量,且SOD酶活性也呈下降趋势。各处理组植株对铀的富集主要集中在根部,在4 h-8 h/d的电场处理时间下,根部铀富集量相对较高,最大为0.401 mg·g~(-1) DW。综上所述,电场的施加时间对凤眼莲富集铀的能力和耐受胁迫的能力都会产生影响,4h-8h/d的电场施加时间更有利于促进植株的铀富集能力。(4)在施加外源电场和铀胁迫环境下,施加低浓度微生物菌剂对凤眼莲MDA含量影响不显著,但高浓度微生物菌剂则导致植株MDA含量增加,且处理时间越久,增加量越大。总体来看,施加微生物菌剂能促进凤眼莲CAT、POD和SOD酶活性的增加,从而提高植株对氧化胁迫的耐受性,且高浓度菌剂优于低浓度菌剂的效果,枯草芽孢杆菌优于EM混合菌的效果。然而,施加微生物菌剂均在第1 d抑制了凤眼莲的Pro合成,在第5 d则表现为促进植株Pro合成,高浓度枯草芽孢杆菌的效果最好。此外,施加菌剂进一步促进了凤眼莲根系对铀的富集能力,且菌剂浓度越高铀富集量越大,高浓度的枯草芽孢杆菌的效果最为显著,是对照组富集量的339%。因此,施加1.0×107 cfu·mL~(-1)的枯草芽孢杆菌能进一步提高电场作用下凤眼莲的铀富集和适应。
【图文】：

技术路线
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：Q945.78;X503.23

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本文编号：2635481