芦竹的扦插、生长及其对重金属锰的耐受性研究

发布时间：2020-07-30 17:54

【摘要】：芦竹(Arundo donax L.)又名芦荻,属禾本科芦竹属多年生高大丛生草本植物。芦竹具有生物量大、生长迅速、繁殖能力强、对多种重金属具有耐性等特点。锰(Mn)是植物生长发育过程中必不可少的微量元素,参与植物体内重要的新陈代谢反应,但植物体内Mn含量过高将制约植物的生长。随着锰矿资源的开发利用,其尾矿渣及废弃地所带来的环境污染问题也随之出现。锰矿废弃地占用大量的土地,并成为重要的污染源,只有少数种类的植物能在废弃地上生长。因此,Mn污染土壤的治理问题已成为一项紧迫而重要的研究课题。本论文以吉首大学试验基地种植的组培苗芦竹为研究材料,对芦竹侧枝的夏季扦插繁殖特性和不同施肥方式对芦竹生物量的影响进行了研究;并通过水培试验研究了Mn胁迫下的芦竹的生理生化特性;通过实验室溶液培养试验和在湖南湘西泸溪县锰矿废弃地栽培试验研究了芦竹对Mn的耐受能力和富集能力。本实验主要结果如下:1.芦竹夏季侧枝扦插繁殖可采用植物生长调节剂预先浸泡的方法,以提高插穗的成活率。选用0.8 mg/L的NAA或1.25 g/L的强力生根剂作为浸泡液,预处理2 h可以有效提高成活率。0.8 mg/L的NAA作为浸泡液,成活率达50%;1.25g/L的强力生根剂作为浸泡液,成活率达43.33%。2.从施肥方式对芦竹3年的生物量影响来看,芦竹单丛生物量以及各部分干、鲜重都受施肥方式的影响。施肥设计为第1年施两次、一次和不施肥,第2、3年均不施肥。结果表现为第1至2年的生物量是施肥两次施肥一次不施肥,施肥处理与不施肥处理组差异显著;第3年的生物量为施肥一次施肥两次不施肥,各处理组间差异不显著。芦竹3年期间生物量呈增长趋势,但施肥产生的影响至第3年已不显著。由此建议栽种芦竹时施加底肥,一段时间后追施尿素,第2年再追施一次肥料,其后不再施肥,第3年底可以对地上部分芦竹采收利用。3.Mn胁迫对芦竹叶的叶绿素含量等指标随时间变化而产生影响。受Mn胁迫影响较小的为叶绿素含量,影响较大的为相对电导率和SOD活性。芦竹叶的相对电导率在Mn胁迫至32 d时,均有所增加,其中水培液锰浓度为1.0 mmol/L时,芦竹叶的相对外渗率最大达98.90%,与对照组32.07%差异极显著;其次为0.2mmol/L和1.4 mmol/L,渗透率分别为59.60%和66.62%,与对照组差异显著。脯氨酸和丙二醛在Mn胁迫下的变化趋势一致,表现为先下降后缓慢回升再降至最低水平。Mn胁迫对抗氧化酶的影响表现为POD活性呈先降低后增加的趋势,至培养结束,0.2 mmol/L的Mn~(2+)处理活性增加,1.4 mmol/L的Mn~(2+)处理活性下降,说明低浓度Mn对芦竹POD活性起促进作用,高浓度Mn对芦竹POD活性起抑制作用。Mn胁迫对芦竹CAT的活性有促进作用,且胁迫时间越长、Mn浓度越高,其促进作用越明显。至培养结束时,1.0 mmol/L和1.4 mmol/L的Mn~(2+)浓度下SOD活性持续下降至最小值,其中1.4 mmol/L的Mn~(2+)浓度下SOD活性仅为对照的16.67%,这表明该Mn~(2+)浓度对芦竹SOD酶活性起抑制作用,甚至可能破坏了芦竹体内的SOD保护酶的系统平衡。4.Mn胁迫能够改变芦竹叶的光合作用特性。芦竹在Mn胁迫下的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)均表现为下降,胞间二氧化碳浓度(Ci)则表现为上升。Pn在第二轮光合测定时,于Mn浓度0.6 mmol/L时开始出现显著下降,表明长期处于中、高锰环境下的芦竹光合代谢过程发生了抑制和损伤变化。在Mn浓度为1.0 mmol/L时,Pn出现最小值,但Tr并非最小,而是与其相邻浓度下的值保持相对稳定,故推测在高锰浓度胁迫下,芦竹蒸腾作用保持相对稳定是因为通过蒸腾作用从根部吸收更多的水分和营养元素参与代谢,以缓解Mn的毒害作用,这也可能是芦竹对锰具有耐性的原因之一。随着锰浓度的上升,Pn下降,Ci上升,表明光合速率下降的主要原因是非气孔限制。5.通过测定溶液培养和锰矿废弃地种植的芦竹在不同Mn浓度处理下水上(地上)部分和水下(地下部分)Mn含量,以及芦竹对Mn的富集系数(BAC)和转运系数(BTC),发现芦竹对Mn具有很好的耐性,但没有达到超富集植物的标准,不属于Mn的超富集植物。实验表明芦竹水下(地下)部分Mn含量较高,尤其是水培试验中水下部分Mn含量远高于水上部分,在Mn浓度为0.1 mmol/L时,水下部分Mn的含量显著高于对照,且超过10000 mg/kg;在Mn浓度为1.0 mmol/L,水下部分Mn含量达25960 mg/kg。当Mn浓度大于1.0 mmol/L时,虽然芦竹对Mn的吸收量和积累量开始下降,但仍显著高于对照,表明即使在高浓度Mn处理下,芦竹依然保持较高的吸收特性和积累特性,且植物并未表现出明显的中毒症状,由此说明芦竹对Mn具有耐性。锰矿废弃地芦竹种植实验中,虽然1/3土样、1/2土样处理的芦竹地上部分的富集系数和转运系数均1,但地上部分Mn的含量并未超过10000 mg/kg,因此按相关标准不属于Mn的超富集植物。同时,由实验可知,两种实验设计下,芦竹的高度和生物量表现一致,都是随着Mn浓度的增加,高度和生物量的积累减少。综合所述,本论文对Mn胁迫下芦竹的生理生化特性、生长特性以及Mn含量进行了分析,结果均表明芦竹是Mn的耐性植物,虽未达超富集植物标准,但根据芦竹的生物量大、根系发达、繁殖迅速、适应能力强等特征,仍然可以考虑作为锰矿废弃地生态修复的优良物种。由于锰矿废弃地土致密,紧实,通气性能差,且呈强酸性,电导率高,肥力偏低,建议在用芦竹修复锰矿废弃地时,适量渗入土样,以增加土壤通气性能,促进植物生长和生态修复。
【学位授予单位】：吉首大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X53;X173
【图文】：

芦竹,鲜重,方式,不同施肥处理

图 2.1 不同施肥方式下芦竹干、鲜重的变化Fig. 2.1 Variation of dry and fresh weight of Arundo donax under different fertilization method注：分别比较不同施肥处理下地下根茎、地上茎和叶的干、鲜重，图中不同小写字母表示同指标不同施肥处理间差异显著（P < 0.05）由图 2.1 还可计算出单丛芦竹的整体生物量，该生物量由地下根茎、地上茎叶构成。不施肥处理组第 1 年为 418 g/丛（干重，下同），第 2 年 1595 g，第 34082 g，各年间增长量相差极其显著。施肥一次处理组第 1 年为 807 g，第 2 年

芦竹,叶绿素含量,标准误差,均值

使用 Excel 2003 进行数据计算，用 GraphPad Prism 5.0 软件进行绘图、差异性分析等。.3 结果与分析3.1 Mn2+胁迫对芦竹叶绿素总含量随时间变化的影响叶绿素是绿色植物进行光合作用的物质基础，它的含量是决定绿色植物光用强弱的关键生理指标。从图 3.1 可以看出，前 24 d，随着培养时间的延长，度下芦竹叶中叶绿素含量均为先增加后减少，至第 32d 时，Mn2+浓度为 0.2、00mmol/L 时叶绿素含量有所回升，但增加的幅度小，1.4mmol/L 叶绿素含量继少，各处理间差异不显著。整个实验期间，培养至第 16 d 时，叶绿素含量达理下的最大值，此时 Mn2+浓度为 0.6mmol/L 时叶绿素含量为 42.8mg/g，接近组的 43.6mg/g。各培养阶段加锰的实验组均较对照组低，除第 24 天 0.2mmo与对照差异显著，其余差异均不显著。说明 Mn2+浓度对芦竹叶中叶绿素的含有产生影响。

芦竹,叶质,标准误差,均值

第 3 章重金属锰对芦竹生理生化特性的影响率有差异但不显著。加锰处理的第 2、3 周，随着培养时间的延长，芦竹对锰产生了一定的适应性，在这段期间加锰与不加锰，以及不同锰浓度对芦竹叶的相对电导率产生的差异很小且不显著。至第 4 周，芦竹叶的相对电导率均有所增加，其中水培液锰浓度为 1.0mmol/L 时，芦竹叶的相对外渗率最大达 98.90%，与对照组32.07%差异极显著，其次为 0.2mmol/L 和 1.4mmol/L，渗透率分别为 59.60%和66.62%，与对照组差异显著。由此发现随着锰胁迫的时间的延长，锰对芦竹叶的相对电导率会产生影响。

【参考文献】