多金屬超富集植物圓錐南芥對Pb-Zn-Cd吸收特性及生理特征研究.pdf

1、本研究以新發(fā)現(xiàn)的多金屬超富集植物圓錐南芥(Arabis paniculata Franch)為材料，通過不同的培養(yǎng)方式研究了其對Pb、zn、Cd的吸收特性以及生理特征。主要內(nèi)容包括圓錐南芥對Pb、zn、Cd的吸收和EDTAq(乙二胺四乙酸)對圓錐南芥Pb、Zn、Cd吸收的影響；Pb、Zn、Cd對圓錐南芥的抗氧化系統(tǒng)以及Cd對圓錐南芥氮素代謝的影響等。研究結(jié)果表明： 1．圓錐南芥對土壤中的Pb、zn、Cd有良好的吸收，尤其是對高

2、濃度的Pb、zn、Cd。在Cd處理濃度為10-40 mg·kg<'-1>，Zn為100-800 mg·kg<'-1>，圓錐南芥地上部與地下部Zn、Cd含量均無顯著性差異(P>0.05)，而當Cd濃度≥80，Pb、Zn≥1600 mg·kg<'-1>時，處理間圓錐南芥的地上部與地下部Pb、zn、Cd含量顯著增加(P<0.05)，表明高濃度的Pb、zn、Cd有利于圓錐南芥的吸收、轉(zhuǎn)運。這可能是金屬跨根細胞膜的內(nèi)流(influx)和外流(ef

3、flux)之間的動態(tài)平衡被打破所造成的結(jié)果。 2．Zn-Cd復(fù)合污染下，Zn、Cd不會阻礙圓錐南芥對彼此的吸收。Zn-Cd復(fù)合水培下，在Zn濃度一定時，隨著Cd處理濃度的增加，處理間圓錐南芥的Zn含量無顯著性差異(P>0.05)；同樣，在Cd濃度一定的情況下，隨著Zn濃度的增加，處理間Cd含量也無顯著性差異(P>0.05)。在Zn-Cd復(fù)合土培下，只有高濃度的Zn(800 mg·kg<"-1>)、Cd(80 mg·kg<'-

4、1>)顯著增加彼此的含量，其余均無顯著性差異。表明圓錐南芥對Zn的吸收并未阻礙Cd的吸收，同時對Cd的吸收也未阻礙Zn的吸收。 3．在水培條件下，圓錐南芥老葉中Cd、Zn含量高于其他葉齡葉片中Cd、zn含量，在混合土培中Pb、Zn、Cd含量也屬老葉最高，表明老葉是圓錐南芥貯存金屬的主要器官。Cd在圓錐南芥中的亞細胞分布因部位和濃度不同而不同。葉片中的Cd主要分布在細胞壁和細胞核中，占Cd總量的57-81﹪；根系中主要分布在細胞

5、壁和核糖體中，最高時占全量的88﹪；葉片與根系中的Zn主要分布在細胞壁和細胞核中，最高時占到全量的85﹪。Zn、Cd在圓錐南芥中以多種形態(tài)存在，而水溶態(tài)和脂溶態(tài)有機配位體起關(guān)鍵作用。表明Zn、Cd可與金屬硫蛋白、PCs(植物螯合素)、有機酸、多糖等多種金屬配位體結(jié)合，這一方面有利于Zn、Cd沉積在細胞壁上，另一方面有利于zn、Cd在細胞內(nèi)區(qū)隔化，使植物對Zn、Cd具有較強的耐性，這也可能是圓錐南芥對Zn、Cd的耐受機理之一。

6、4．EDTA對圓錐南芥生長的礦山原位土壤中Pb、Zn、Cd有良好的活化效果，隨著EDTA處理濃度的增加，Pb、Zn、Cd活化量顯著增加(P<0.05)。在EDTA作用下，圓錐南芥地上部Pb、Zn、Cd含量隨著EDTA濃度的增加而增加，但降低了根系中Pb、Zn、Cd含量，提高了圓錐南芥Pb、Zn、Cd的轉(zhuǎn)運系數(shù)，有利于圓錐南芥地上部對Pb、Zn、Cd的累積，這可能與EDTA作用下形成的EDTA-X(X為Cd、Zn、Pb)螯合物易于圓錐南芥

7、的吸收、轉(zhuǎn)運有關(guān)。 5．在Cd土培下，隨著Cd添加濃度的增加，圓錐南芥的生物量、葉片數(shù)、直徑長均呈增加趨勢。Cd添加濃度為240mg·kg<'-1>時，生物量增加了137﹪；葉片數(shù)增加了1.02倍，直徑長比對照增加了130﹪。NO<,3><'->-N和NH<,4><'+>-N呈先降低后升高的變化趨勢，即“U”型變化，而硝酸還原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合酶(GOGAT)、谷氨酸脫氫酶(GDH)活性等均呈倒“U”

8、型變化；表明低濃度的Cd提高了圓錐南芥氮素代謝關(guān)鍵酶的活性，加速了氮素的吸收、轉(zhuǎn)運、同化。此外，在Cd脅迫下，GDH活性均高于對照，且有益的補充了谷氨酸庫、降低了高濃度銨的毒害，保證了圓錐南芥氮素代謝的正常進行。 6．在Cd處理下，圓錐南芥葉片中過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)、抗壞血酸過氧化物酶(APX)的活性隨著Cd處理濃度的增加呈倒“U”型的變化趨勢，表明低濃度的Cd處理，提高了圓錐南芥POD、CAT、APX

9、的活性。與酶變化不同，巰基含量呈“U”型變化，表明高濃度的Cd處理增加了谷胱甘肽(GSH)、酸溶性巰基(A-SH)、總巰基(T-SH)含量。相關(guān)性結(jié)果表明APX與GSH、POD與GSH、CAT與GSH、CAT與A-SH成極顯著的負相關(guān)(P<0.01)，說明抗氧化系統(tǒng)酶和非酶在不同的階段起不同的作用。在低Cd濃度時(≤80 mg·kg<'-1>)，抗氧化酶起主要作用，高濃度時(≥160mg·kg<'-1>，非酶物質(zhì)起主要作用。在Pb處理圓