商陸錳富集特性及其對錳脅迫的生理響應(yīng).pdf

1、錳礦開采和冶煉過程形成了大量的礦山廢棄地，對當(dāng)?shù)氐拇髿狻⑼寥?、水體造成嚴重污染。利用超富集植物清除土壤和水體環(huán)境中的金屬和類金屬污染——植物修復(fù)技術(shù)以其潛在的高效、廉價及其環(huán)境友好性獲得了廣泛關(guān)注，超富集植物是植物修復(fù)的基礎(chǔ)。因此，篩選生長迅速、適應(yīng)性強、生物量大的錳超富集植物，并深入探討植物的錳超富集機制，是開展錳污染環(huán)境植物修復(fù)的關(guān)鍵科學(xué)問題。
　　 垂序商陸是我國首次報道發(fā)現(xiàn)的錳超富集植物。本研究以新發(fā)現(xiàn)的商陸屬植物商陸為

2、研究對象，開展植物錳富集特性研究，以期篩選新的錳超富集植物，擴充錳超富集植物種質(zhì)資源庫，驗證錳超富集特性是否為商陸屬植物的固有特性。這對于加快中亞熱帶錳尾礦廢棄地生態(tài)恢復(fù)和重金屬污染場地修復(fù)具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。
　　 通過溫室營養(yǎng)液培養(yǎng)，利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)研究商陸的錳富集特性。結(jié)果表明：商陸具有較強的錳耐性。5000μmol·L-1錳處理條件下，商陸生長狀況良好，但隨著錳處理濃度的增加，商

3、陸的生長開始受到影響，高錳處理條件下(10000μmol·L-1Mn)商陸生長減緩，生物量明顯減少，在錳處理35天時表現(xiàn)出植物錳中毒癥狀，但仍能完成整個生命周期，這表明商陸對Mn有較強耐性。
　　 隨著生長介質(zhì)Mn濃度的升高，商陸葉、莖和根中Mn含量均增加。商陸不同組織器官對Mn的吸收存在明顯差異，葉片對Mn的富集能力最強，是商陸體內(nèi)Mn的主要積累部位，其次是根、莖。當(dāng)錳處理水平為10000μｍol·L-1時，葉錳含量達到最高的

4、24210mg·kg-1（干重）。商陸的錳生物富集系數(shù)隨生長介質(zhì)錳供應(yīng)水平的增加而減小，但在15000μmol·L-1Mn處理時葉錳富集系數(shù)仍高達18.6。商陸不同器官的錳累積量均表現(xiàn)為隨著Mn處理濃度的增加，先增大后下降。不同錳處理條件下，商陸吸收的Ca、Mg、Fe、Cu、Zn變化不顯著，未表現(xiàn)出營養(yǎng)元素缺乏的現(xiàn)象。這表明，商陸可能是一種新的錳超富集植物，在高錳水平下能維持必需營養(yǎng)元素的正常水平可能是其能超累積錳的機制之一。
　

5、　 通過分析商陸不同組織器官的顯微結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，在高Mn脅迫下商陸組織結(jié)構(gòu)基本正常，使得養(yǎng)分物質(zhì)和金屬離子由根際通過木質(zhì)部進行運輸，首先進入根表皮細胞，由皮層薄壁細胞運輸?shù)街兄S管組織，通過導(dǎo)管向植物地上部分運輸。在Mn脅迫下，商陸各部分細胞都沒有發(fā)生顯著的變化和破壞，表現(xiàn)出了對Mn的極強耐性。然而，商陸不同組織細胞出現(xiàn)了一定的生理結(jié)構(gòu)調(diào)整，導(dǎo)管細胞變大增粗，有利于水溶態(tài)Mn向葉片的運輸；葉片柵欄組織的變化則有利于光和作用產(chǎn)生更多可以與M

6、n螯合的有機酸。
　　 利用透射電子顯微鏡研究商陸不同組織器官的超微結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，與對照相比，1000μmol·L-1Mn處理時，商陸葉莖根細胞結(jié)構(gòu)和細胞器未發(fā)現(xiàn)明顯損傷，結(jié)構(gòu)和功能完整；當(dāng)Mn供應(yīng)水平為10000μmol·L-1時，商陸葉和根細胞結(jié)構(gòu)和部分細胞器（如線粒體和葉綠體）開始出現(xiàn)損傷；Mn處理下商陸的葉細胞中發(fā)現(xiàn)存在一類不明黑色物質(zhì)，可能是高Mn脅迫下商陸自身的解毒機制使超量吸收的Mn在細胞內(nèi)形成生物活性低的沉積物或結(jié)晶