鉛富集植物東南景天（Sedum alfredii Hance）對鉛的吸收特性及螯合誘導(dǎo)修復(fù)效應(yīng)研究.pdf

1、東南景天(Sedum alfredii Hance)是我國原生的一種鉛富集植物。本論文以富集生態(tài)型和非富集生態(tài)型東南景天為供試材料，采用水培和土培的方法，運用透射電鏡、ICP-MS、淋洗柱等技術(shù)手段，較系統(tǒng)地對東南景天鉛吸收類型、鉛脅迫下的生理及形態(tài)響應(yīng)、螯合誘導(dǎo)修復(fù)的機(jī)理和應(yīng)用等方面，進(jìn)行了初步的探討，取得的主要研究結(jié)果如下： 1．通過水培實驗研究了東南景天對鉛吸收特點。研究結(jié)果顯示：低鉛(0.01mM)處理水平下，富集生態(tài)

2、型東南景天植物體內(nèi)鉛實際測定濃度高于按照蒸騰率所計算出理論濃度，而非富集生態(tài)型結(jié)果相反。表明在此處理水平下富集生態(tài)型景天對鉛的吸收是以主動吸收為主，而非富集生態(tài)型以被動吸收為主。在0.025、0.05 mM鉛處理水平下，兩種生態(tài)型東南景天對鉛的吸收都是以被動吸收為主。在0.01，0.025和0.05 mM鉛處理水平下，添加代謝抑制劑(CCCP)后，富集生態(tài)型東南景天對鉛的主動吸收比例分別占到總吸收量的33.0％，18.6％和20.5％；

3、而非生態(tài)型則占了18.3％，14.2％和9.8％；低溫(4℃)實驗具有類似結(jié)果。綜上可見：在兩種生態(tài)型東南景天體內(nèi)，同時存在兩種類型吸收機(jī)制(主動吸收、被動吸收)；而這兩種吸收類型在植物對鉛的總吸收量中所占比例，與植物種類和外界鉛處理濃度高低密切相關(guān)。 2．在鉛脅迫下的富集生態(tài)型東南景天比非富集生態(tài)型具有更好的耐性，表現(xiàn)為莖粗壯挺拔、葉片厚實深綠及生物量大。富集生態(tài)型景天在根長、根表面積、根體積等形態(tài)參數(shù)上，受鉛脅迫影響明顯小

4、于非生態(tài)型；而根直徑則不具有很好的鉛脅迫指示作用。隨外界鉛處理水平的不斷提高，兩種生態(tài)型景天體內(nèi)鉛含量隨之增加，且富集生態(tài)型東南景天地上部鉛含量顯著高于非富集生態(tài)型，表現(xiàn)出更強(qiáng)的鉛吸收和轉(zhuǎn)運能力。在0.2 mM水平鉛脅迫下，非富集生態(tài)型東南景天葉肉細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，而富集生態(tài)型景天細(xì)胞結(jié)構(gòu)受害程度比較輕微，對鉛毒害表現(xiàn)出較強(qiáng)的適應(yīng)性。 3．通過溶液培養(yǎng)研究了鉛和EDTA復(fù)合作用對東南景天光合色素及抗氧化系統(tǒng)影響。研究結(jié)果表

5、明，與0.1mM Pb處理相比，EDTA復(fù)合處理使富集生態(tài)型地上部鉛濃度增加了51％。與對照相比，在0.1 mM Pb或Pb/EDTA處理下，富集生態(tài)型東南景天的葉綠素a、b含量無明顯變化，而非富集生態(tài)型則顯著降低，說明富集生態(tài)型景天比非富集生態(tài)型在光合色素變化方面對于鉛毒害具有更為良好的耐性。兩種生態(tài)型東南景天在鉛脅迫下均產(chǎn)生了H<,2>O<,2>過量積累和膜脂(MDA)過氧化結(jié)果，其中非富集生態(tài)型升高作用較生態(tài)型更為顯著。兩種生態(tài)型

6、東南景天葉片和根系中超氧化物歧化酶(SOD)、愈創(chuàng)木酚過氧化物酶(G-POD)、抗壞血酸過氧化物酶(APX)、脫氫抗壞血酸還原酶(DHAR)等抗氧化酶活性在鉛處理下，都有顯著升高趨勢；部分酶活例如SOD、CAT、DHAR等在復(fù)合EDTA處理后，相比單獨鉛處理有所下降。抗氧化物質(zhì)例如谷胱甘肽(GSH)、抗壞血酸(AsA)等在兩種生態(tài)型中，隨著外界鉛和鉛/EDTA復(fù)合處理而顯著提高，且非富集生態(tài)型中含量始終高于生態(tài)型。以上結(jié)果證明抗氧化酶系

7、統(tǒng)在不同生態(tài)型東南景天抵御鉛脅迫過程中起著非常重要的調(diào)節(jié)作用，在等劑量的條件下，外源性的：EDTA刺激，能夠在一定程度上緩解植物鉛毒害癥狀。 4．研究了EDTA對東南景天生長和鉛吸收轉(zhuǎn)運影響及其與生長素(IAA)協(xié)同作用。研究結(jié)果表明，隨著EDTA處理水平的提高(<0.2mM)，對兩種生態(tài)型東南景天生長影響并不明顯；而兩生態(tài)型景天對鉛的吸收轉(zhuǎn)運量卻隨之而相應(yīng)增大，其中富集生態(tài)型景天比非富集生態(tài)型在EDTA作用下對鉛吸收轉(zhuǎn)運能力

8、提高更為顯著。但是，在0.1 mM Pb/0.2 mM EDTA和0.1 mM Pb/0.4 mM EDTA處理下，兩種生態(tài)型景天生物量和地上部鉛含量顯著降低。這表明，EDTA對東南景天鉛吸收的促進(jìn)作用具有最大臨界濃度：在這個濃度水平上，EDTA可以與鉛恰好螯合，使其對鉛的吸收和轉(zhuǎn)運促進(jìn)作用最大；一旦外源性施加的EDTA超過與鉛能夠螯合的量，則其本身將會對植物造成毒害，從而嚴(yán)重影響植物對鉛的吸收以植物本身的生長。通過EDTA與IAA聯(lián)用

9、發(fā)現(xiàn)，IAA的施加一方面促進(jìn)了植物的生長，尤其是根系形態(tài)方面，包括根長、根表面積和根體積等參數(shù)；另一方面，在添加0.01和0.1 mM IAA后，富集生態(tài)型景天地上部鉛積累量則相比0.2 mMPb/0.2 mMEDTA處理增加了33.1％和83.7％，差異顯著。在非生態(tài)型中，也有類似的實驗規(guī)律，但其增長幅度顯著小于生態(tài)型。 5．通過對鉛污染土壤螯合誘導(dǎo)植物修復(fù)模式優(yōu)化的研究表明，對于低鉛(400mg kg<'-1>)污染土壤，

10、5 mM EDTA處理劑量，在一次性施加條件下，處理10天，能夠取得最佳的修復(fù)效果；而對于高鉛(1200 mg kg<'-1>)污染土壤，將10mMEDTA分成5份并分別在處理的第1、2、3、4、5天依次加入的條件下處理7天，效果最好。從修復(fù)后環(huán)境影響來看，即使在植物收獲30天后，殘留EDTA對鉛有效性的影響依然較大：在低鉛土壤中，在施加1、5、10 mM EDTA處理條件下，植物收獲30天后土壤中水溶態(tài)鉛濃度相比收獲日分別下降了60.

11、3％、39％和48.4％，而高鉛土壤中則分別下降了50.6％、45.9％和46.2％，可見有效態(tài)鉛含量仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于無EDTA處理土壤。在淋洗柱實驗中，表層土(<15cm)有效態(tài)的鉛和DOC含量最高，然后隨著土層的深入而不斷減少。在表層土下45cm處，EDTA對土壤環(huán)境的影響，基本達(dá)到穩(wěn)定。 6．利用室內(nèi)和土培試驗比較了人工螯合劑與天然有機(jī)酸對重金屬復(fù)合污染土壤的修復(fù)效果。模擬試驗研究結(jié)果表明，土壤中水溶態(tài)重金屬濃度隨著人工螯合劑

12、施加劑量的提高而顯著增加；而在天然有機(jī)酸處理下，則僅在高處理水平(10mM)下才能使得其有效態(tài)濃度顯著提高。隨著螯合劑提取時間增加，水溶態(tài)重金屬濃度表現(xiàn)出先升高后下降的趨勢。通過盆栽試驗研究了人工螯合劑和天然有機(jī)酸對鉛、鋅、銅、鎘復(fù)合污染土壤的修復(fù)效果，A工螯合劑和天然有機(jī)酸濃度為5mM、10mM，處理時間為10天。研究結(jié)果表明，富集生態(tài)型東南景天比非富集生態(tài)型對重金屬和螯合劑脅迫具有更強(qiáng)的耐性，其生物量明顯高于非生態(tài)型。與對照相比，在