超积累植物东南景天根系对重金属的吸收积累及根际细菌群落特征

发布时间：2020-12-16 15:18

　　植物对重金属的超积累作用及其调控机制是当今国内外土壤修复领域研究的热点和难点,也是优化重金属污染土壤植物萃取技术的核心要素。植物根际微环境中重金属的生物学过程是影响重金属从土壤向植物迁移的重要限制因子,深入研究土壤环境中超积累植物根系对重金属的吸收积累过程及其主控因子,尤其是根际微生物的重要作用,对于揭示植物超积累重金属的关键机制、推动植物萃取技术在污染环境修复中的实际应用具有重要的理论与现实意义。东南景天（Sedum alfredii Hance）是我国原生的锌镉超积累及铅富集植物,其对多种重金属具有很强的耐性和积累能力,是应用于污染土壤绿色植物修复技术的一种良好潜在材料。然而,目前有关东南景天超积累重金属的生理与分子机制研究多集中于超积累植物对重金属的转运与储存过程,对其根土微界面重金属的生物学过程及其在植物超积累重金属中的作用仍知之甚少。本研究以超积累生态型与非超积累生态型东南景天作为供试材料,综合运用同步辐射X射线荧光（SR-XRF）、X射线吸收光谱（SR-XAS）等高通量金属组学技术,原位分析了东南景天根系微观尺度上重金属的迁移转化过程,以期明确超积累植物对重金属的根系吸收过... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：142 页

【学位级别】：博士

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中文摘要
ABSTRACT
主要缩略词表
第一部分 文献综述
    第一章 超积累植物对重金属的吸收及根际转化
        1.1 引言
        1.2 超积累植物对重金属的吸收及影响因素
            1.2.1 根系生长及构型
            1.2.2 离子相互作用
            1.2.3 根际环境
            1.2.4 重金属形态
        1.3 超积累植物对根际重金属形态转化的影响
            1.3.1 根际环境的酸化
            1.3.2 分泌植物螯合肽
            1.3.3 根际微生物的作用
        1.4 研究展望
    第二章 超积累植物根际微生物与重金属的相互作用机制
        2.1 引言
        2.2 根际微生物在植物修复重金属污染土壤中的作用机制
            2.2.1 根际微生物对重金属的溶解
            2.2.2 微生物对重金属的固定
            2.2.3 根际微生物对植物的促生机制
        2.3 重金属对根际微生物的影响
            2.3.1 重金属对土壤微生物的毒性机制
            2.3.2 重金属对微生物群落多样性和组成的影响
        2.4 超积累植物根际微生物群落的研究方法及进展
        2.5 研究展望
    第三章 研究目的、内容与技术路线
        3.1 研究目的及意义
        3.2 研究内容
        3.3 技术路线
第二部分 试验研究
    研究Ⅰ 超积累植物东南景天根系对重金属镉/铅的吸收积累特征
        第四章 东南景天根系对镉的吸收和积累特征
            4.1 引言
            4.2 材料与方法
                4.2.1 植物预培养
                4.2.2 根系镉及相关元素的μ-XRF分布
                4.2.3 根、茎、叶横切面中镉及相关元素的μ-XRF分布
                4.2.4 XAS样品制备
                4.2.5 根系镉形态的XAS测定
            4.3 结果与分析
                4.3.1 根尖镉的分布及与其它元素的相关性
                4.3.2 镉在根尖不同部位的含量
                4.3.3 侧根对重金属的吸收
                4.3.4 根横切面中镉及其它元素的分布特征
                4.3.5 根系中镉的结合形态
            4.4 讨论
        第五章 东南景天根系对铅的吸收和积累特征
            5.1 引言
            5.2 材料与方法
                5.2.1 植物预培养及处理
                5.2.2 植物铅含量测定
                5.2.3 根系铅及相关元素的μ-XRF分布
                5.2.4 根、茎横切面中铅及相关元素的μ-XRF分布
                5.2.5 XAS样品制备
                5.2.6 根系铅形态的XAS测定
            5.3 结果与分析
                5.3.1 根系和地上部铅的分配特点
                5.3.2 铅在根系的分布及与其它元素的相关性
                5.3.3 铅在根尖不同部位的含量
                5.3.4 根横切面中铅及其它元素的分布特征
                5.3.5 根系中铅的赋存形态
                5.3.6 根系中铅赋存形态的微区变化
            5.4 讨论
    研究Ⅱ 超积累植物东南景天根际细菌群落与重金属镉/铅的相互作用
        第六章 镉污染土壤中东南景天根际细菌群落结构特征
            6.1 引言
            6.2 材料与方法
                6.2.1 植物与土壤材料准备
                6.2.2 盆栽试验
                6.2.3 土壤采集,植物收获和元素测定
                6.2.4 DNA提取,细菌16S扩增和MiSeq测序
                6.2.5 16S测序数据分析和处理
            6.3 结果与分析
                6.3.1 植物生长与镉提取
                6.3.2 细菌群落α-多样性
                6.3.3 细菌群落结构
                6.3.4 超积累东南景天根际特异细菌群落组成
                6.3.5 关键细菌与土壤镉污染水平、植物生长和镉积累的相关性
            6.4 讨论
        第七章 铅污染土壤中东南景天根际细菌群落结构特征
            7.1 引言
            7.2 材料与方法
                7.2.1 植物与土壤材料准备
                7.2.2 盆栽试验
                7.2.3 土壤采集,植物收获和元素测定
                7.2.4 DNA提取,细菌16S扩增和MiSeq测序
                7.2.5 16S测序数据分析和处理
            7.3 结果与分析
                7.3.1 植物生长与铅提取
                7.3.2 细菌群落α-多样性
                7.3.3 细菌群落结构
                7.3.4 超积累东南景天根际特异细菌群落组成
            7.4 讨论
    研究Ⅲ 复合重金属污染土壤中超积累植物东南景天根际微环境特征
        第八章 镉铅等金属复合污染土壤中东南景天根际微环境特征
            8.1 引言
            8.2 材料与方法
                8.2.1 土壤、植物材料准备和盆栽试验
                8.2.2 土壤采集、植物收获和土壤性质测定
                8.2.3 根系μ-XRF样品制备及分析
                8.2.4 DNA提取,细菌16S扩增和MiSeq测序
                8.2.5 16S测序数据分析和处理
                8.2.6 PICRUSt功能预测
            8.3 结果与分析
                8.3.1 植物生长和重金属提取
                8.3.2 微生物生物量和酶活性
                8.3.3 根际细菌群落结构
                8.3.4 细菌群落结构与土壤环境变量的相关性
                8.3.5 HE根际特异细菌
                8.3.6 细菌群落的预测功能潜力
            8.4 讨论
        第九章 综合讨论与研究展望
            9.1 综合讨论
            9.2 主要创新点
            9.3 研究展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间主要成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]Biosorption mechanisms involved in immobilization of soil Pb by Bacillus subtilis DBM in a multi-metal-contaminated soil[J]. Jun Bai,Xiuhong Yang,Ruiying Du,Yanmei Chen,Shizhong Wang,Rongliang Qiu.  Journal of Environmental Sciences. 2014(10)
[2]Improved cadmium uptake and accumulation in the hyperaccumulator Sedum alfredii:the impact of citric acid and tartaric acid[J]. Ling-li LU,Sheng-ke TIAN,Xiao-e YANG,Hong-yun PENG,Ting-qiang LI.  Journal of Zhejiang University-Science B（Biomedicine & Biotechnology）. 2013(02)
[3]重金属超积累植物的研究进展[J]. 罗青龙,任珺,陶玲,杨倩.  能源与环境. 2008(06)
[4]一种新的铅富集植物——富集生态型东南景天(英文)[J]. 何冰,杨肖娥,倪吾钟,魏幼璋,龙新宪,叶正钱.  Acta Botanica Sinica. 2002(11)
[5]Sedum alfredii H:A new Zn hyperaccumulating plant first found in China[J]. YANG Xiao’e, LONG Xinxian, Nl Wuzhong & FU ChenxinCollege of Natural Resource and Environmental Sciences, Zhejiang University, Hangzhou 310029, China; College of Biology Sciences, Zhejiang University, Hangzhou 310029, China.  Chinese Science Bulletin. 2002(19)
[6]复合污染与交互作用研究——农业环境保护中研究的热点与难点[J]. 陈怀满,郑春荣.  农业环境保护. 2002(02)

博士论文
[1]质外体途径在超积累植物东南景天镉吸收与运输中的作用及其调控机制[D]. 陶琦.浙江大学 2017
[2]污染土壤重金属分子形态及其根际转化机制研究[D]. 杨建军.浙江大学 2011
[3]东南景天对铅的耐性和富集特性及其对铅污染土壤修复效应的研究[D]. 何冰.浙江大学 2003



本文编号：2920370