铀的富集植物筛选及其对U、Cd的吸收富集特性和生理生化响应研究

发布时间：2017-12-10 23:08

  本文关键词：铀的富集植物筛选及其对U、Cd的吸收富集特性和生理生化响应研究

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【摘要】：土壤铀污染问题日趋严峻,同时,土壤铀污染往往伴随多种重金属的共同作用和生态效应的综合响应。植物修复技术以其安全环保,操作简单,不引起土壤二次污染等特点在修复土壤铀污染方面受到广泛关注和应用。本试验以29种常见植物为试验材料,采用模拟盆栽试验,在铀污染浓度150 mg/kg条件下,运用主成分综合分析法对不同植物U吸收,转运和富集能力进行评价,以期筛选出生物量大,铀富集特性好,抗铀胁迫能力强的富集植物。然后以筛选得到的富集植物为试验材料,以U及U的伴生重金属Cd为胁迫条件,在U、Cd单一及其复合处理下研究富集植物的生长发育,对U、Cd元素吸收、转运和富集能力及其生理生化特征。为修复土壤铀镉污染提供科学的理论依据和技术支持。研究结果表明:(1)在铀胁迫浓度150 mg/kg条件下,植物生物量大小因植物种类和作用部位的差异而不同。白掌(S.kochii),萝卜(R.sativus L.)和罐罐菜(B.juncea var.napiformis(Pailleux et Bois)Kitamura)各部位生物量在铀胁迫条件下表现为促进作用;金边虎尾兰(S.trifasciata Prain),芸苔(B.rapa L.var.oleifera DC.)和莴笋(L.sativa L.var.angustata Irish ex Bremer)生物量则表现为抑制作用。其中以罐罐菜地上部生物量增加最多,豌豆(P.sativum)地下部生物量增加最多。不同植物对铀元素的吸收、转运和富集的能力差异较大,其中以水芹(O.javanica(Bl.)DC.)地上部铀含量最高1082.06 mg/kg,吊竹梅(Z.pendula)地下部铀含量最高2543.72 mg/kg,两者分别具有最大地上部铀富集系数7.21和地下部铀富集系数16.96,但两者铀富集量相对较小,其中以罐罐菜地上部铀富集量最大475.99μg,豆瓣绿(P.tetraphylla)地下部铀富集量最大535.70μg。所有供试植物除罐罐菜铀转运系数3.05,莴笋铀转运系数1.25外,其余均小于1。因此不同植物在同浓度铀胁迫条件下的生物量积累效应和铀富集特性是不同的,且普遍表现为铀转运能力差现象。(2)运用主成分分析结合隶属函数法对表征植物铀富集特性和生物量积累效应的各指标进行科学量化和综合评价,最终确定水芹和吊竹梅为铀的富集植物。吊竹梅和水芹综合评价D值较高,表明两者铀富集特性较好,在铀污染土壤修复方面具有较好的潜在利用价值。(3)富集植物生长发育在U、Cd单一及其复合处理下的变化情况表现为不同种重金属元素在相同处理浓度下对不同种植物及同种植物的不同部位的生长发育影响不同;同种重金属元素在不同处理浓度下对不同种植物及同种植物的不同部位的生长发育影响也不同。随处理浓度的增加,在U、Cd单一处理下,水芹、吊竹梅的株高、茎粗和生物量积累受到抑制,而根长在处理浓度15 mg/kg条件下表现为促进作用而在150 mg/kg条件下抑制,且U抑制作用大于Cd。U-Cd复合处理与U、Cd单一处理效果一致,抑制水芹和吊竹梅的生长,并在U150+Cd150复合处理下生长最差,元素间表现为拮抗作用。此外吊竹梅对U、Cd单一及其复合处理耐受性大于水芹,表明吊竹梅对U、Cd元素的耐受性较好。(4)富集植物对U、Cd元素的吸收,转运和富集能力在U、Cd单一及其复合处理下的胁迫响应表现为植物地下部大于地上部,地下部富集系数大于1大于地上部,转运系数小于0.5,因此,地下部是植物富集U、Cd元素的主要器官。植物对U、Cd元素的吸收、富集特性因重金属元素种类与数量,处理浓度高低与组成,植物种类和作用部位的不同而存在较大差异。在U、Cd单一处理下,水芹吸收U元素能力较好而吊竹梅吸收Cd元素能力较好;同浓度处理下水芹U、Cd富集量大于吊竹梅。在U-Cd复合处理下,富集植物U、Cd含量,富集系数,转运系数和富集量在U150+Cd15处理下表现为吊竹梅大于水芹,其余复合处理下均表现为水芹大于吊竹梅。因此水芹在U单一和U-Cd复合污染土壤的修复中具有较好的修复潜力,吊竹梅在Cd单一和U150+Cd15复合污染土壤的修复中具有较好的修复潜力。(5)富集植物生理生化特征在U、Cd单一及其复合处理下的胁迫响应:U、Cd元素处理浓度越高,富集植物胁迫效应越显著,且U胁迫效应大于Cd。除富集植物根系活力表现为低浓度促进高浓度抑制作用外,随处理浓度的增加,水芹和吊竹梅叶片叶绿素含量降低,叶片相对电导率升高,细胞膜脂过氧化过程加剧,MDA含量增加,细胞膜透性增强,细胞膜结构受损伤,植物体内抗氧化防御活动增强,SOD,POD,CAT酶活性增加。因此,富集植物在U、Cd胁迫条件下对U、Cd元素仍具有较高的吸收和富集能力。
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X53;X173
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本文编号：1276229