美洲商陆（Phytolacca americana L.）对Mn、Cd、Cu的积累特性和EDDS螯合诱导植物修复研究

发布时间：2020-06-08 22:57

【摘要】：美洲商陆(Phytolacca americana L.)是在我国发现的一种新的Mn超积累植物,它不仅可以超量积累Mn和Cd在其地上部,还具有适应性强、分布广泛、生物量大、生长较快等特点。美洲商陆是研究植物对Mn、Cd等金属耐性和超量积累机理的好材料,同时也是一种较为理想的植物修复候选材料。本文从中国南方六省区41个地区和日本东京采集1276份美洲商陆样品及相应的土壤样品,分析发现美洲商陆叶片中Mn、Cd、Cu、Pb和Zn五种元素含量与土壤中对应元素均呈显著的正相关,Pearson目关系数分别为0.626(p0.001)、0.985(p0.001)、0.403(p0.01)、0.908(p0.001)和0.890(p0.001)。不同种群美洲商陆对五种金属元素的生物积累因子(美洲商陆叶片与土壤中金属含量的比值)差异很大。在五种元素中,对Mn的生物积累因子的平均值是最高的,而且变异系数也最大,这说明美洲商陆对Mn积累能力最强,且不同种群对Mn的积累能力有很大差异,其中以上虞(SY)种群的生物积累因子最高,达18.6。在野外采样调查的基础上,选取了紫金山(MX)、铜官山(TG)、永顺(YS)、东京(JT)和汤山(TS)五个种群的美洲商陆,以研究不同种群美洲商陆在实验室条件下对Mn和Cd的耐性与积累特性。如以每个种群中不同Mn处理幼苗的根系净增长值、地上部和根系干重、叶绿体色素含量占各自对照处理观测值的百分数为Mn耐性指标,结果显示美洲商陆的Mn耐性在五个种群之间没有显著差异,种群与Mn处理不存在互作。10mM Mn处理的美洲商陆茎和叶片Mn含量在不同种群之间差异尽管在统计上达到显著水平,但种群间茎和叶片Mn含量的变异系数均小于10%。结果还显示野外Mn生物积累因子最高达18.6的上虞种群(SY)与Mn生物积累因子仅为0.08的吉首种群(JS)对Mn耐性和积累能力相似。不同种群对Cd的耐性和积累也表现出相似的规律,种群间生物量及色素含量等耐性指标变异系数小于15%,而Cd积累量的变异系数小于20%。同样,50μM Cd处理下的美洲商陆叶片Cd含量在不同种群之间存在显著差异(P0.05),但种群间叶片Cd含量的变异系数最大为6%。这些研究结果表明,不同种群美洲商陆对Mn、Cd的积累特性尚未发生不同生态型的分化。此外,我们的研究结果还显示,降低营养液的pH值可以降低美洲商陆根系的Mn含量,但对叶片的Mn含量没有显著影响。在野外采样过程中发现美洲商陆能在很多铜矿附近旺盛生长,为此本文也研究了美洲商陆对Cu和Cd耐性和积累特点。研究结果显示10μM Cd可以显著抑制美洲商陆根系的伸长,15μM Cd可以完全抑制根系的伸长。而Cd只有在200μM处理下才能使美洲商陆根系停止伸长。随着Cu处理浓度的增大美洲商陆叶片叶绿素含量下降、Fo增大、Fv和Fm减小,而Cd处理对这些指标影响很小。分析结果还显示美洲商陆将Cu主要积累在根系,对Cu的吸收主要发生在处理初期(48h处理的0-8h和20天处理的0-4天)。美洲商陆对Cd的积累是持续的,在20天的处理时间内,根系和地上部Cd含量随处理时间的延长而持续增加。各器官中Cd含量也是以根系最高,随着处理时间的增长,根系与叶片Cd含量比值减小。进一步对Cu和Cd在美洲商陆体内的分布情况进行研究发现,在Cu处理下,在成熟叶片中,Cu在边缘部分含量较高,而在叶片中央和叶脉含量较低,而在根系中Cu主要积累在侧根中,在肉质主根中含量很低,甚至低于叶片Cu含量。Cd也表现出类似的规律,但是Cd在侧根中的含量与主根Cd含量的比值(5.8)要远小于Cu(22.8)。Cu和Cd在亚细胞分布方面表现相似,在各器官中主要存在于包括液泡在内的细胞可溶性组分中。很多污染土壤同时被多种金属污染,为了使美洲商陆可以修复包含Cu污染在内的多种金属污染的土壤,论文还研究了利用可降解生物螯合剂EDDS诱导污染土壤的植物修复及其环境风险。在土培实验中,Cu污染土壤上生长的美洲商陆虽然生物量只有玉米的一半,然而地上部Cu含量却是玉米的4倍,提取效率要高于玉米。在施力口EDDS两天后施加热水的处理下,美洲商陆地上部Cu含量为玉米的3倍多,最高含量达到241mg kg-1,显示美洲商陆在重金属污染土壤的植物修复中有较高潜力。植物在溶液培养条件下,在含有10μM Cd的营养液中添加5μM EDDS可以显著缓解Cu对美洲商陆的毒害,降低美洲商陆地上部Cu含量,当EDDS添加量增加到20μM时,可以完全消除Cu毒害的效果,同时也降低了根系Cu的含量。田间条件下,在Cu污染的土壤上施加EDDS可以显著地提高玉米对Cu的提取效率。适当地密植可以提高单位面积的Cu提取量。施加EDDS后,检测了0-60cm土壤剖面上金属总含量、可溶性金属以及可溶性有机碳的动态变化,结果表明施加3mmol kg-1的EDDS后,EDDS对于土壤可溶性金属的影响限于土壤表层0-30cm之内,影响时间在主要在22天之内。土壤中可溶性金属、EDDS含量随着处理时间的延长和土壤深度的增加不断减少,在EDDS施加28天后,土壤可溶性金属和可溶性有机碳含量接近对照水平,表明EDDS已经基本降解,在整个实验过程中,并没有发生由EDDS引起的金属元素的淋滤。
【图文】：

采样点,样点,采样地点

金属积累情况进行调查，样点分布如下：湖南10个、江苏2个、广西8个、安徽3个、江西11个、浙江7个、R本东京1个（图2.1)。共42个样点，采集有效土壤、植物样品各1276份。采样地点、采样环境、采样的数量以及GPS定位详见表2.1。37

频率分布直方图,美洲商陆,生物积累,种群

populations大多数种群的美洲商陆对Cd的生物积累因子都小于0.5 (图2.2)，江西大余西华山妈矿（XW)种群最大，达到2.46,其余三个Cd生物积累因子超过1的样点分别是铜陵测子山（SZ)为1.10、贵溪冶炼厂（GY)为1.08和上饶金山金矿（JK)为1.20。而这些样点土壤和叶片Cd含量都很低，，只有部分样点只有少数样品Cd含量在火焰法AAS的检测范围之内。美洲商陆对Cu的生物积累因子普遍较低（图2.3)，在所有种群中，美洲商陆叶片平均Cu含量仅为38 mg kg -1。在各个种群中，平均值最高的种群为江西贵溪冶炼厂(GY)，叶片Cu含量达到253 mg kg入而该样点土壤Cu平均含量为823 mg kg人其次为安徽铜陵铜官山（TG)种群，美洲商陆叶片平均Cu含量达到124 mg kg人?
【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X173

【共引文献】