典型濕地植物對(duì)氨氮、有機(jī)污染物的耐受性及其機(jī)理研究.pdf

1、人工濕地已被廣泛用于多種污水的處理。人工濕地處理各種污水的同時(shí)，污水中攜帶的各類污染物可能對(duì)濕地中生長(zhǎng)的植物造成負(fù)面的影響。氨氮和有機(jī)污染物是污水中常見的污染物成分，研究氨氮和有機(jī)污染物脅迫下濕地植物的污染物耐受性及其機(jī)理，對(duì)于保證人工濕地的處理效果和生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)維持具有重要的意義。
　　 本論文利用植物生理生化研究手段，研究了在氨氮和有機(jī)污染物脅迫下，典型濕地植物蘆葦、浮萍、苦草的生理響應(yīng)機(jī)制，明確了典型濕地植物對(duì)氨氮和有

2、機(jī)污染物的耐受性，探討了典型濕地植物在氨氮和有機(jī)污染物脅迫之后的恢復(fù)規(guī)律;并利用蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)，對(duì)典型濕地植物進(jìn)行了差異蛋白質(zhì)組的比較分析，研究了濕地植物對(duì)氨氮和有機(jī)污染物脅迫的分子抗性機(jī)制。研究結(jié)果如下:
　　 (1)在氨氮、有機(jī)污染物脅迫下，濕地植物的生理活動(dòng)受到了不同程度的影響。如膜系統(tǒng)受到傷害，葉綠素含量降低。但是，植物具有一定的自我防御能力，可以抵抗一定的脅迫。通過研究典型濕地植物生理生化指標(biāo)對(duì)氨氮、有機(jī)污染物脅迫

3、的響應(yīng)規(guī)律，明確了典型濕地植物對(duì)氨氮、有機(jī)污染物的耐受性。
　　 ①蘆葦對(duì)氨氮、有機(jī)污染物具有較高的耐受性。在氨氮濃度、有機(jī)污染物濃度(CODCr)分別為160mgL-1、200mgL-1時(shí)，蘆葦葉綠素含量、膜系統(tǒng)穩(wěn)定性、營(yíng)養(yǎng)元素含量、抗氧化防御系統(tǒng)和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量處于正常水平，說明160mgL-1氨氮、200mgL-1CODCr未對(duì)蘆葦產(chǎn)生脅迫，蘆葦正常生長(zhǎng)。
　　 ②浮萍對(duì)氨氮、有機(jī)污染物具有一定的耐受性。在氨氮濃

4、度、CODCr分別為80mgL-1、400mgL-1時(shí)，浮萍葉綠素含量、膜系統(tǒng)穩(wěn)定性、營(yíng)養(yǎng)元素含量、抗氧化防御系統(tǒng)和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量處于正常水平水平，說明80mgL-1氨氮、400mgL-1CODCr沒有對(duì)浮萍產(chǎn)生脅迫，浮萍正常生長(zhǎng)。
　　 ③苦草對(duì)氨氮、有機(jī)污染物較為敏感，耐受性較低。在氨氮和CODCr濃度分別為2mgL-1、100mgL-1時(shí)，苦草葉綠素含量、膜系統(tǒng)穩(wěn)定性、營(yíng)養(yǎng)元素含量、抗氧化防御系統(tǒng)和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量處于正

5、常水平，說明2mgL-1氨氮、100mgL-1CODCr沒有對(duì)苦草產(chǎn)生脅迫，苦草正常生長(zhǎng)。
　　 (2)植物具有自我修復(fù)能力，在一定限度的脅迫條件下，不會(huì)造成植物的不可逆損傷，在去除脅迫后植物能夠恢復(fù)到正常水平。通過研究蘆葦、浮萍、苦草在去除脅迫之后生理生化指標(biāo)的恢復(fù)規(guī)律，考察了典型濕地植物恢復(fù)能力。
　　 ①320mgL-1氨氮、400mgL-1CODCr脅迫30天后的蘆葦，在去除脅迫后，其相對(duì)電解質(zhì)滲透率、丙二醛、活

6、性氧、葉綠素、營(yíng)養(yǎng)元素含量、抗氧化防御系統(tǒng)、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量恢復(fù)到正常水平;當(dāng)氨氮濃度、CODCr過高(分別≥640mgL-1、800mgL-1)，則超過蘆葦?shù)哪褪芊秶J葦受到不可逆?zhèn)?，在去除脅迫后不可恢復(fù)。
　　 ②160mgL-1氨氮、800mgL-1CODCr脅迫14天后的浮萍，在去除脅迫后，其相對(duì)電解質(zhì)滲透率、丙二醛含量、活性氧含量、葉綠素含量、抗氧化防御系統(tǒng)、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量恢復(fù)到正常水平;當(dāng)氨氮濃度、CODCr過

7、高(分別≥320mgL-1、1000mgL-1)，則超過浮萍的耐受范圍，浮萍受到不可逆?zhèn)?，在去除脅迫后不可恢復(fù)。
　　 ③4mgL-1氨氮、200mgL-1CODCr脅迫14天后的苦草，在去除脅迫后，其相對(duì)電解質(zhì)滲透率、丙二醛含量、活性氧含量，葉綠素含量、抗氧化防御系統(tǒng)、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量恢復(fù)到正常水平;當(dāng)氨氮濃度、CODCr過高(分別≥8mgL-1、300mgL-1)，則超過苦草的耐受范圍，苦草受到不可逆?zhèn)?，在去除脅迫后不可

8、恢復(fù)。
　　 (3)結(jié)合蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)，對(duì)典型濕地植物進(jìn)行了差異蛋白質(zhì)組比較分析及鑒定，研究了濕地植物對(duì)氨氮和有機(jī)污染物脅迫的分子抗性機(jī)制，同時(shí)，對(duì)典型挺水、漂浮和沉水型濕地植物進(jìn)行耐受能力比較分析。
　　 ①氨氮脅迫對(duì)蘆葦、浮萍和苦草具有類似的傷害機(jī)制。過高濃度的氨氮脅迫會(huì)抑制氮代謝過程中關(guān)鍵酶——谷氨酰胺合成酶和光合作用關(guān)鍵酶—1，5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶的表達(dá)下調(diào)，造成自由氨在體內(nèi)過量積累和光合作用減弱，

9、抑制濕地植物的正常生長(zhǎng)。
　　 ②蘆葦、浮萍和苦草對(duì)氨氮的耐受機(jī)制存在差異。三種濕地植物通過調(diào)節(jié)抗氧化防御相關(guān)蛋白的表達(dá)上調(diào)抵抗氨氮的傷害，其中，蘆葦體內(nèi)上調(diào)表達(dá)的是過氧化氫酶、谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶;浮萍體內(nèi)上調(diào)表達(dá)的是過氧化氫酶、錳超氧化物歧化酶和過氧化物酶;苦草體內(nèi)上調(diào)表達(dá)的是錳超氧化物歧化酶。
　　 ③有機(jī)污染物脅迫對(duì)蘆葦、浮萍和苦草的傷害機(jī)制存在差異。在有機(jī)污染物脅迫下，蘆葦體內(nèi)參與光合作用的1，5-二磷酸核酮糖羧化酶

10、/加氧酶的表達(dá)受抑制，進(jìn)而減弱其光合作用，導(dǎo)致蘆葦?shù)恼ＩL(zhǎng)受阻礙;浮萍和苦草體內(nèi)參與能量代謝的三磷酸腺苷合酶的表達(dá)下調(diào)，導(dǎo)致生物體的三磷酸腺苷的合成受阻，引起能量供應(yīng)不足，植物生長(zhǎng)受到阻礙。
　　 ④蘆葦、浮萍和苦草對(duì)有機(jī)污染物的耐受機(jī)制存在差異。在有機(jī)污染物脅迫下，蘆葦通過上調(diào)尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶的表達(dá)，促進(jìn)糖類物質(zhì)的合成，從而為機(jī)體提供更多的能量，進(jìn)而提高蘆葦對(duì)有機(jī)污染物的耐受能力;浮萍通過上調(diào)甘油醛-3-磷酸脫氫酶

11、和谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶的表達(dá)，提高體內(nèi)的能量供應(yīng)和抗氧化防御能力，進(jìn)而提高浮萍對(duì)有機(jī)污染物的耐受能力;苦草通過上調(diào)谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶的表達(dá)，提高對(duì)有機(jī)污染物的耐受能力。
　　 ⑤就濕地植物對(duì)氨氮的耐受能力而言，蘆葦適合于氨氮濃度不超過160mgL-1的污水處理，浮萍適合于氨氮濃度不超過80mgL-1的污水處理，苦草適合于氨氮濃度不超過2mgL-1的污水處理;就濕地植物對(duì)有機(jī)污染物的耐受性而言，蘆葦適合于CODCr不超過200mgL-1的污