铅超富集植物金丝草根系对铅胁迫的响应策略研究

发布时间：2020-10-20 13:04

　　 土壤重金属铅污染因其毒害作用强、影响范围广而备受关注。植物修复技术由于具有原位治理,经济环保等优势,在土壤重金属修复领域应用前景广阔。筛选出合适的铅超富集植物,利用其特殊的耐性机理提高土壤修复效率已成为土壤修复领域研究热点。根系是植物与土壤接触的唯一界面,根系不仅可通过自身形态生理调节适应逆境,还可通过根系代谢等活动形成的特殊根际微环境影响植株生长、重金属离子价态等,很大程度决定了超富集植物对重金属的吸收和拮抗能力。金丝草(Pogonatherum crinitum)是一种铅的超富集植物,课题组前期研究表明金丝草可通过叶片抗氧化系统的响应、提高荧光特性以及细胞区室化作用等方式实现对铅的解毒。但目前对于土壤铅胁迫下金丝草根系形态生理和根际环境的响应尚不清楚,限制了其在铅污染土壤中的应用和修复效率的提高。鉴于此,本论文以铅超富集植物金丝草为试验材料,设置不同浓度铅胁迫试验,测定不同铅胁迫处理下金丝草地上部分和根系形态指标、根系亚细胞铅分布及超微结构、根系抗氧化系统和根际土壤酶活、微生物等指标,分析金丝草根系对铅胁迫的形态和生理响应策略,比较根际与非根际土壤环境因子之间的差异,揭示金丝草根际响应与其耐铅策略之间的互作机理,以期为铅超富集植物对铅胁迫的响应机理研究提供参考。主要研究结果如下:(1)随铅胁迫浓度的增加,金丝草株高、根系形态和生物量指标均呈逐渐下降的趋势。Pb1000mg·kg-1处理下,金丝草株高、叶长、叶宽、根长、根体积等指标与对照无显著差异,其他处理则均显著小于对照(P0.05)。不同铅处理下根平均直径均大于对照,根冠比随铅胁迫浓度的增大呈增大趋势。说明金丝草可通过调整根系直径、增大根系的生物量分配来维持根系发育和功能,提高自身对铅的耐性。(2)随铅胁迫浓度的增加,金丝草地上部和根系铅含量均呈逐渐增长的趋势,且均显著大于对照(P0.05)。金丝草根系亚细胞铅分布中,细胞壁中铅含量所占比例最高,且所占比例随铅胁迫浓度的增加呈增大趋势。超微电镜及能谱分析也表明金丝草根系中Pb颗粒沉淀主要出现在细胞壁上,且随铅胁迫浓度增加,明显增多。说明根系细胞壁对铅的区室化作用是金丝草解毒铅的重要途径之一。(3)铅胁迫对金丝草根系抗氧化和渗透调节物质合成产生了明显影响。随铅胁迫浓度的增加,根系SOD和POD活性呈下降趋势、MDA含量增加,过氧化毒害作用渐显。但根系CAT活性随铅胁迫浓度的增加呈增长趋势;Pb1000mg.kg-1处理下,根系GR、AsA、APX、SS、PRO含量显著高于对照(P0.05);随胁迫浓度增加,根系GR、GSH、AsA、APX和SP含量仍大于对照。表明金丝草根系可通过CAT活性、ASA-GSH循环和渗透调节物质含量的调节,提高自身抗氧化能力。(4)不同铅胁迫处理下,金丝草根际土壤pH均低于非根际,根际土壤酶活性高于非根际。随胁迫浓度增加,金丝草根际土壤pH呈下降趋势;不同铅胁迫处理金丝草根际土壤酸性磷酸酶高于对照、Pb 1000～2000mg.kg-1处理根际土壤脲酶显著高于对照(P0.05)。说明土壤酸性磷酸酶和脲酶在金丝草耐铅过程中可能发挥了一定作用。(5)随铅胁迫浓度增加,金丝草根际土壤可交换态铅含量所占比例逐渐下降,而碳酸盐结合态铅含量所占比例呈上升趋势。说明金丝草可通过根系和根际作用,减少易被植物吸收的可交换态铅含量,从而缓解土壤铅的毒害作用。(6)土壤铅胁迫处理下,金丝草根际土壤细菌shannon、simpon指数低于对照,表明土壤铅胁迫会一定程度抑制金丝草根际土壤细菌群落丰度。无铅和铅处理下根际土壤细菌门、属水平组成相近。与对照相比,Pb 1000～3000mg.kg-1处理下,门水平上金丝草根际土壤拟杆菌门相对丰度增加、放线菌门相对丰度下降;属水平上,丛毛单胞菌属、罗思河小杆菌属相对丰度增加,Dyella属相对丰度显著下降。且Pb 1000～3000mg.kg-1处理下,金丝草根际土壤在门、属水平上分别产生了 11个门和45个属的特有细菌。通过功能分析得出,部分特有细菌与金丝草根系生长、环境感知、环境适应、重金属转运ABC家族和代谢作用等密切相关。(7)金丝草根际土壤脲酶、蔗糖酶与根系生长、生物量呈显著正相关;根际土壤放线菌门、SHA109门、酸杆菌门、蓝细菌门与金丝草根系形态生长、土壤酶活为正相关关系。拟杆菌门、放线菌门、SHA109门、厚壁菌门等与根系SS、GR、ASA、GSH含量呈正相关。说明金丝草根际土壤酶和土壤微生物细菌相互影响,有利于金丝草根系生长和抗逆响应。综上,铅胁迫条件下,金丝草根系可通过根平均直径和根系生物量增加来维持根系生长和基本功能,利用根系细胞壁区隔化作用限制铅离子毒害,诱导根系抗氧化和渗透调节物质含量来清除体内多余活性氧,提高植株抗氧化能力。同时,金丝草可通过根际土壤pH、酶活及微生物细菌的调节,强化对根系生长和抗逆有利的根际效应,实现对铅的解毒,从而适应高浓度铅胁迫环境。
【学位单位】：福建农林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X503.233
【部分图文】：

２．２材料与方法??２＿２＿ｌ试验材料??试验于２０１６年５月展开，在福建尤溪铅锌矿区采取金丝草种子，恒温箱育种发??芽后移至营养土中继续培养，选取高约１２?ｃｍ、长势一致的幼苗用于试验。胁迫基??质选用洗净河沙和黄心土按Ｉ?：?３混合，去除杂质后过２?ｍｍ筛晾干。基质理化性质??见表２－１。??表２－１试验基质理化性质???Ｔａｂ?２－１?Ｎｕｔｒｉｅｎｔ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｏｉｌ?ｕｓｅｄ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ???Ｈｆｉ有机质全氮全磷全钾速效磷速效钾?Ｐｂ?Ｚｎ?Ｃｕ???ｇ－ｋｇ＇１?ｇ－ｋｇ＇１?ｇ．ｋｇ－１?ｇ．ｋｇ］?ｍｇ－ｋｇ＇１?ｍｇ－ｋｇ＇１?ｍｇ．ｋｇ－１?ｍｇ－ｋｇ－１?ｍｇｋｇ＇１??５．３?１５．４?０．４６?０．３７?３７．６２?１．４４?３８．１９?１．０３?２．１４?０．３５??６??

由图３－１可知，随铅胁迫浓度增加，金丝草株高、叶长、叶宽和叶面积呈降低??势，金丝草叶面积则在不同铅处理下均显著低于对照（Ｐ＜０．０５）。其中，Ｐｂ?１０００??理下，金丝草株高大于对照，叶长和叶宽则与对照无显著差异。Ｐｂ?２０００－?３０００??理时，金丝草株高、叶长和叶宽显著低于对照（Ｐ＜０．０５）。说明铅胁迫对金丝草??长有一定的抑制作用。??

３．１．１．３不同铅处理下金丝草生物量比较??由表３－１可知，随铅胁迫浓度的增加，金丝草地上部分和根系生物量总体呈先??增后降的趋势。金丝草地上部分和根系鲜重、干重及全株总质量在Ｐｂ?１０００处理时，??且均高于对照，但随胁迫浓度的继续增加，生物量逐渐下降。Ｐｂ?３０００处理下，金??丝草地上和地下部鲜重、干重及全株质量均显著低于对照（Ｐ＜０．０５）。铅处理下金??丝草根冠比则均大于对照，金丝草根系生物量占比逐渐增加，说明铅胁迫条件下，??金丝草通过增加根系生物量的分配来适应胁迫环境。??表３－丨纟５胁迫对金丝草生物量的影响???Ｔａｂ?３－１?Ｔｈｅ?ｂｉｏｍａｓｓ?ｏｆ?Ｐ．?ｃｒｉｎｉｔｕｍ?ｕｎｄｅｒ?Ｐｂ?ｓｔｒｅｓｓ???铅处理?地上鲜重地上干重?根鲜重?根干重?全株质量?根冠比??Ｐｂ?Ｓｈｏｏｔ?ｆｒｅｓｈ?Ｒｏｏｔ?ｄｒｙ?Ｒｏｏｔ?ｆｒｅｓｈ?Ｒｏｏｔ?ｄｒｙ?Ｗｈｏｌｅ?Ｒ?，，??Ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ?ｗｅｉｇｈｔ?（ｇ）?ｗｅｉｇｈｔ?（ｇ）?ｗｅｉｇｈｔ?（ｇ）?ｗｅｉｇｈｔ?（ｇ）?ｐｌａｎｔ?（ｇ）?００?Ｓ?〇〇ｔ??ＣＫ?６．４１±１．１４ａ?２．６１±０．７１ａ２．７５?土?０．５９ａ０．８８?土?０．１９ａ￣￣３．５０±０．８７ａ￣￣０．３４±０．０４ａ??Ｐｂ?１０００?７．５６±０．６９ａ?２．９６?士?０．５４ａ?３．０９±０．１２ａ?１．０１?士?０．１１ａ?３．９８?士?０．５５ａ?０．３５±０．０７ａ??Ｐｂ?２０００?６．１０士?１．２６ａ?２．２０土０．１８ａ?２．４５土０．４６ａ?０．７６土０．１０ａ?３．０６士０．３２ａ?０．３９土０．０３ａ??
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本文编号：2848714