鎘脅迫下白骨壤酚酸變化及對互花米草化感作用的研究.pdf

1、近年來，隨著地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，越來越多的重金屬污染物排入并匯集于海陸交錯帶的紅樹林生態(tài)系統(tǒng)，使得紅樹林濕地面臨著愈加嚴(yán)重的重金屬污染;互花米草也在我國沿海表現(xiàn)出極強的擴散能力和適應(yīng)能力，不僅侵占了大量紅樹林宜林灘涂，包圍了紅樹林，而且逐年正以驚人的速度擴散，造成紅樹林的更新受阻并開始逐漸退化。
　　 酚酸化感物質(zhì)是一類重要的次生代謝產(chǎn)物。在重金屬污染脅迫下，植物體內(nèi)產(chǎn)生的酚酸物質(zhì)含量增加，一方面釋放到環(huán)境中的酚酸還可以抑制周圍

2、其它植株的生長，另一方面植物體內(nèi)以及根系分泌的各種酚酸物質(zhì)可通過還原、配位和酸化等反應(yīng)來緩沖脅迫對植物的傷害以及活化根際土壤中的難溶性養(yǎng)分，促進(jìn)植物對養(yǎng)分的吸收和利用。
　　 目前國內(nèi)外對紅樹林這一特殊生態(tài)系統(tǒng)中重金屬污染的研究已經(jīng)有比較廣泛的研究報道，但紅樹林根際沉積物中酚酸對重金屬污染脅迫會產(chǎn)生怎樣的影響，尤其是酚酸化感物質(zhì)在紅樹林濕地這種特殊生態(tài)環(huán)境對互花米草的化感作用的研究還未見報道。
　　 本研究以福建漳江口紅

3、樹林濕地沉積物為研究對象，選擇該區(qū)域三種常見的重金屬元素(Cd、Fe、Mn)，研究污染河口紅樹林濕地重金屬的形態(tài)分布和酚酸的組成分布，探討沉積物理化性質(zhì)及酚酸對沉積物重金屬生物有效性的影響;結(jié)合水培盆栽試驗，探尋白骨壤（Avicennia marina）幼苗體內(nèi)酚酸對重金屬Cd脅迫的響應(yīng);最后通過研究酚酸對互花米草（Spartina alterniflora）種子萌發(fā)及幼苗生長的化感效應(yīng)來從化感方面探討互花米草入侵紅樹林的機制。為控制互

4、花米草進(jìn)一步入侵紅樹林生態(tài)系統(tǒng)提供新的科學(xué)理論依據(jù)。本研究主要結(jié)論如下:
　　 1.漳江口紅樹林濕地沉積物中不同位置重金屬含量對比研究表明:Cd在林內(nèi)的含量高于林緣及林外光灘。造成這一差異的原因是沉積物中有機質(zhì)含量、機械組成、Fe、Mn含量等多種因素綜合作用的結(jié)果。紅樹林濕地柱狀樣沉積物分析表明，Cd含量基本穩(wěn)定，差異不明顯。
　　 2.重金屬Cd在紅樹林濕地不同位置沉積物中的形態(tài)分配存在較大差異。林外光灘和林緣可交換態(tài)

5、和碳酸鹽結(jié)合態(tài)、有機質(zhì)及硫化物結(jié)合態(tài)比例較高，林內(nèi)以殘渣態(tài)為主要結(jié)合形態(tài)，其他幾種結(jié)合態(tài)比例均較低。重金屬結(jié)合形態(tài)還會隨著沉積物深度的增加而變化，F(xiàn)e/Mn氧化物結(jié)合態(tài)隨著沉積物深度的增加而增加。相關(guān)分析表明:沉積物中Cd的Fe/Mn氧化物結(jié)合態(tài)與沉積物中pH存在顯著相關(guān)關(guān)系，有機質(zhì)及硫化物結(jié)合態(tài)則受沉積物中有機質(zhì)、總C/N比和TS含量以及沉積物機械組成共同制約。
　　 3.用改進(jìn)的高效液相色譜法(色譜條件為:Agilent12

6、00型高效液相色譜及其色譜工作站，Hypersil-ODS，HC-C18(2)，Analytical4.6×250 mm反向色譜柱，流動相為2％乙酸溶液(pH2.6)+甲醇混合液(75％:25％)，流速為1 ml·min-1，進(jìn)樣量為100μl，柱溫25±2℃，檢測波長為280 nm和320 nm，能有效分離檢測對羥基苯甲酸、香草酸、丁香酸、綠原酸、咖啡酸和阿魏酸）對漳江口紅樹林沉積物中酚酸化感物質(zhì)的含量與分布進(jìn)行了研究，探討了植物根際

7、、林內(nèi)和林外不同區(qū)域沉積物中酚酸的分布。沉積物中均可檢測到對羥基苯甲酸、香草酸、丁香酸和綠原酸，在林緣和林內(nèi)可檢測到阿魏酸;沉積物不同區(qū)域酚酸分布不同，酚酸含量從多到少的順序為:林內(nèi)＞林緣＞林外，林內(nèi)又表現(xiàn)為:根際＞非根際;6種酚酸含量在林內(nèi)通常表現(xiàn)出隨著沉積物深度的增加而增加的趨勢，其中對羥基苯甲酸含量最高。沉積物中酚酸與Cd的形態(tài)分配呈一定的相關(guān)性，分析表明林內(nèi)沉積物中部分酚酸的含量與Cd的水溶態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)、Fe/Mn氧化物結(jié)合

8、態(tài)呈顯著正相關(guān)，與有機質(zhì)及硫化物結(jié)合態(tài)呈顯著負(fù)相關(guān)。
　　 4.采用水培盆栽實驗，探討了重金屬Cd對白骨壤幼苗體內(nèi)酚酸含量的影響。結(jié)果表明白骨壤各器官酚酸含量對不同濃度Cd的響應(yīng)不同，通常表現(xiàn)為隨著Cd處理濃度升高而降低，隨著處理時間的增加而增加。同一濃度處理水平下，酚酸在各個器官含量表現(xiàn)為:葉＞莖＞根。這可表明，重金屬Cd污染均可使得紅樹植物幼苗各器官中對羥基苯甲酸、香草酸、丁香酸、綠原酸、咖啡酸和阿魏酸含量發(fā)生變化。相關(guān)分析

9、表明白骨壤幼苗體內(nèi)酚酸葉綠素含量呈顯著正相關(guān)，與體內(nèi)Cd積累量、PPO活性及葉綠素a/b比值呈負(fù)相關(guān)。
　　 5.不同濃度Cd處理不同時間對白骨壤幼苗PAL活性、PPO活性、葉綠素含量以及葉綠素a/b比值均有一定的影響。在同一濃度處理水平下，葉中的PAL活性、PPO活性在幼苗體內(nèi)表現(xiàn)為:葉＞根;葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量均隨著Cd處理濃度的增加而減少，且Cd對葉綠素b的抑制作用更大，葉綠素a/b比值在低濃度Cd脅迫時隨處理時

10、間增加而增加，在高濃度時呈現(xiàn)先上升后降低又上升的趨勢。這可表明，不同濃度Cd均可造成白骨壤幼苗PAL、PPO活性的變化，均可降低葉片中葉綠素含量，這可能是造成體內(nèi)酚酸含量變化的原因之一。
　　 6.不同濃度Cd處理白骨壤幼苗不同時間后，幼苗根、莖、葉中Cd積累量明顯高于對照，各器官Cd的積累濃度為:根＞莖＞葉，且對Cd的吸收累積隨著Cd處理濃度的增加而增加，其中葉中Cd積累量在兩種濃度Cd處理下隨著處理時間的增加先表現(xiàn)出先增加后

11、減少又增加的趨勢，這與白骨壤具鹽腺及具有腺體功能的表皮毛有關(guān)。這可表明，Cd在植物體內(nèi)的逐步積累可能是造成體內(nèi)酚酸含量變化的原因之一。
　　 7.采用濾紙濕潤法培養(yǎng)法，探究4種酚酸和混合酸對互花米草種子的萌發(fā)、幼苗胚芽及胚根長度的化感效應(yīng)。大體上，酚酸在0.2-25 mg·L-1對胚芽的萌發(fā)率及胚芽長度表現(xiàn)為化感促進(jìn)效應(yīng)，且隨著化感物質(zhì)濃度的增加，化感作用的強度也逐漸減弱，酚酸對胚根的萌發(fā)率表現(xiàn)出低濃度促進(jìn)，高濃度則無明顯影響，

12、對胚根長度表現(xiàn)出低濃度促進(jìn)高濃度抑制的趨勢;不同濃度混合酸表現(xiàn)出低濃度促進(jìn)，高濃度則對種子萌發(fā)和胚芽長度無明顯影響，但對幼苗胚根長度則均表現(xiàn)出化感抑制效應(yīng)，且隨著處理濃度的增加抑制作用越強。這可表明，單個酚酸化感物質(zhì)可促進(jìn)互花米草胚芽及胚根的萌發(fā)和生長，但相對于胚芽，對胚根的化感促進(jìn)作用較低，但混合酸則具有明顯的化感抑制效應(yīng)。
　　 8.不同酚酸一定濃度可促進(jìn)互花米草幼苗的成活率及生長。部分酚酸對互花米草幼苗成活率的表現(xiàn)出較強的

13、化感促進(jìn)效應(yīng)，對幼苗根長和株高表現(xiàn)為低濃度促進(jìn)、高濃度抑制，對幼苗葉片數(shù)的化感效應(yīng)不明顯，可促進(jìn)生物量的積累;不同濃度混合酸均顯著降低互花米草成活率，對根長、株高和生物量表現(xiàn)為低濃度促進(jìn)，高濃度抑制。這可表明，單個酚酸化感物質(zhì)一定濃度可促進(jìn)互花米草幼苗的成活率及生長狀況，酚酸混合后則在高濃度時對互花米草的成活及生長具有化感抑制效應(yīng)。
　　 以上結(jié)果表明:Cd污染增加了白骨壤幼苗各器官酚酸含量，在白骨壤吸收紅樹林底泥沉積物中Cd后