【摘要】：蘆竹(Arundo donax L.)又名蘆荻,屬禾本科蘆竹屬多年生高大叢生草本植物。蘆竹具有生物量大、生長迅速、繁殖能力強(qiáng)、對(duì)多種重金屬具有耐性等特點(diǎn)。錳(Mn)是植物生長發(fā)育過程中必不可少的微量元素,參與植物體內(nèi)重要的新陳代謝反應(yīng),但植物體內(nèi)Mn含量過高將制約植物的生長。隨著錳礦資源的開發(fā)利用,其尾礦渣及廢棄地所帶來的環(huán)境污染問題也隨之出現(xiàn)。錳礦廢棄地占用大量的土地,并成為重要的污染源,只有少數(shù)種類的植物能在廢棄地上生長。因此,Mn污染土壤的治理問題已成為一項(xiàng)緊迫而重要的研究課題。本論文以吉首大學(xué)試驗(yàn)基地種植的組培苗蘆竹為研究材料,對(duì)蘆竹側(cè)枝的夏季扦插繁殖特性和不同施肥方式對(duì)蘆竹生物量的影響進(jìn)行了研究;并通過水培試驗(yàn)研究了Mn脅迫下的蘆竹的生理生化特性;通過實(shí)驗(yàn)室溶液培養(yǎng)試驗(yàn)和在湖南湘西瀘溪縣錳礦廢棄地栽培試驗(yàn)研究了蘆竹對(duì)Mn的耐受能力和富集能力。本實(shí)驗(yàn)主要結(jié)果如下:1.蘆竹夏季側(cè)枝扦插繁殖可采用植物生長調(diào)節(jié)劑預(yù)先浸泡的方法,以提高插穗的成活率。選用0.8 mg/L的NAA或1.25 g/L的強(qiáng)力生根劑作為浸泡液,預(yù)處理2 h可以有效提高成活率。0.8 mg/L的NAA作為浸泡液,成活率達(dá)50%;1.25g/L的強(qiáng)力生根劑作為浸泡液,成活率達(dá)43.33%。2.從施肥方式對(duì)蘆竹3年的生物量影響來看,蘆竹單叢生物量以及各部分干、鮮重都受施肥方式的影響。施肥設(shè)計(jì)為第1年施兩次、一次和不施肥,第2、3年均不施肥。結(jié)果表現(xiàn)為第1至2年的生物量是施肥兩次施肥一次不施肥,施肥處理與不施肥處理組差異顯著;第3年的生物量為施肥一次施肥兩次不施肥,各處理組間差異不顯著。蘆竹3年期間生物量呈增長趨勢(shì),但施肥產(chǎn)生的影響至第3年已不顯著。由此建議栽種蘆竹時(shí)施加底肥,一段時(shí)間后追施尿素,第2年再追施一次肥料,其后不再施肥,第3年底可以對(duì)地上部分蘆竹采收利用。3.Mn脅迫對(duì)蘆竹葉的葉綠素含量等指標(biāo)隨時(shí)間變化而產(chǎn)生影響。受Mn脅迫影響較小的為葉綠素含量,影響較大的為相對(duì)電導(dǎo)率和SOD活性。蘆竹葉的相對(duì)電導(dǎo)率在Mn脅迫至32 d時(shí),均有所增加,其中水培液錳濃度為1.0 mmol/L時(shí),蘆竹葉的相對(duì)外滲率最大達(dá)98.90%,與對(duì)照組32.07%差異極顯著;其次為0.2mmol/L和1.4 mmol/L,滲透率分別為59.60%和66.62%,與對(duì)照組差異顯著。脯氨酸和丙二醛在Mn脅迫下的變化趨勢(shì)一致,表現(xiàn)為先下降后緩慢回升再降至最低水平。Mn脅迫對(duì)抗氧化酶的影響表現(xiàn)為POD活性呈先降低后增加的趨勢(shì),至培養(yǎng)結(jié)束,0.2 mmol/L的Mn~(2+)處理活性增加,1.4 mmol/L的Mn~(2+)處理活性下降,說明低濃度Mn對(duì)蘆竹POD活性起促進(jìn)作用,高濃度Mn對(duì)蘆竹POD活性起抑制作用。Mn脅迫對(duì)蘆竹CAT的活性有促進(jìn)作用,且脅迫時(shí)間越長、Mn濃度越高,其促進(jìn)作用越明顯。至培養(yǎng)結(jié)束時(shí),1.0 mmol/L和1.4 mmol/L的Mn~(2+)濃度下SOD活性持續(xù)下降至最小值,其中1.4 mmol/L的Mn~(2+)濃度下SOD活性僅為對(duì)照的16.67%,這表明該Mn~(2+)濃度對(duì)蘆竹SOD酶活性起抑制作用,甚至可能破壞了蘆竹體內(nèi)的SOD保護(hù)酶的系統(tǒng)平衡。4.Mn脅迫能夠改變蘆竹葉的光合作用特性。蘆竹在Mn脅迫下的凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)和蒸騰速率(Tr)均表現(xiàn)為下降,胞間二氧化碳濃度(Ci)則表現(xiàn)為上升。Pn在第二輪光合測(cè)定時(shí),于Mn濃度0.6 mmol/L時(shí)開始出現(xiàn)顯著下降,表明長期處于中、高錳環(huán)境下的蘆竹光合代謝過程發(fā)生了抑制和損傷變化。在Mn濃度為1.0 mmol/L時(shí),Pn出現(xiàn)最小值,但Tr并非最小,而是與其相鄰濃度下的值保持相對(duì)穩(wěn)定,故推測(cè)在高錳濃度脅迫下,蘆竹蒸騰作用保持相對(duì)穩(wěn)定是因?yàn)橥ㄟ^蒸騰作用從根部吸收更多的水分和營養(yǎng)元素參與代謝,以緩解Mn的毒害作用,這也可能是蘆竹對(duì)錳具有耐性的原因之一。隨著錳濃度的上升,Pn下降,Ci上升,表明光合速率下降的主要原因是非氣孔限制。5.通過測(cè)定溶液培養(yǎng)和錳礦廢棄地種植的蘆竹在不同Mn濃度處理下水上(地上)部分和水下(地下部分)Mn含量,以及蘆竹對(duì)Mn的富集系數(shù)(BAC)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)(BTC),發(fā)現(xiàn)蘆竹對(duì)Mn具有很好的耐性,但沒有達(dá)到超富集植物的標(biāo)準(zhǔn),不屬于Mn的超富集植物。實(shí)驗(yàn)表明蘆竹水下(地下)部分Mn含量較高,尤其是水培試驗(yàn)中水下部分Mn含量遠(yuǎn)高于水上部分,在Mn濃度為0.1 mmol/L時(shí),水下部分Mn的含量顯著高于對(duì)照,且超過10000 mg/kg;在Mn濃度為1.0 mmol/L,水下部分Mn含量達(dá)25960 mg/kg。當(dāng)Mn濃度大于1.0 mmol/L時(shí),雖然蘆竹對(duì)Mn的吸收量和積累量開始下降,但仍顯著高于對(duì)照,表明即使在高濃度Mn處理下,蘆竹依然保持較高的吸收特性和積累特性,且植物并未表現(xiàn)出明顯的中毒癥狀,由此說明蘆竹對(duì)Mn具有耐性。錳礦廢棄地蘆竹種植實(shí)驗(yàn)中,雖然1/3土樣、1/2土樣處理的蘆竹地上部分的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均1,但地上部分Mn的含量并未超過10000 mg/kg,因此按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)不屬于Mn的超富集植物。同時(shí),由實(shí)驗(yàn)可知,兩種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)下,蘆竹的高度和生物量表現(xiàn)一致,都是隨著Mn濃度的增加,高度和生物量的積累減少。綜合所述,本論文對(duì)Mn脅迫下蘆竹的生理生化特性、生長特性以及Mn含量進(jìn)行了分析,結(jié)果均表明蘆竹是Mn的耐性植物,雖未達(dá)超富集植物標(biāo)準(zhǔn),但根據(jù)蘆竹的生物量大、根系發(fā)達(dá)、繁殖迅速、適應(yīng)能力強(qiáng)等特征,仍然可以考慮作為錳礦廢棄地生態(tài)修復(fù)的優(yōu)良物種。由于錳礦廢棄地土致密,緊實(shí),通氣性能差,且呈強(qiáng)酸性,電導(dǎo)率高,肥力偏低,建議在用蘆竹修復(fù)錳礦廢棄地時(shí),適量滲入土樣,以增加土壤通氣性能,促進(jìn)植物生長和生態(tài)修復(fù)。
【學(xué)位授予單位】：吉首大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X53;X173
【圖文】：

圖 2.1 不同施肥方式下蘆竹干、鮮重的變化Fig. 2.1 Variation of dry and fresh weight of Arundo donax under different fertilization method注：分別比較不同施肥處理下地下根莖、地上莖和葉的干、鮮重，圖中不同小寫字母表示同指標(biāo)不同施肥處理間差異顯著（P < 0.05）由圖 2.1 還可計(jì)算出單叢蘆竹的整體生物量，該生物量由地下根莖、地上莖葉構(gòu)成。不施肥處理組第 1 年為 418 g/叢（干重，下同），第 2 年 1595 g，第 34082 g，各年間增長量相差極其顯著。施肥一次處理組第 1 年為 807 g，第 2 年

使用 Excel 2003 進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，用 GraphPad Prism 5.0 軟件進(jìn)行繪圖、差異性分析等。.3 結(jié)果與分析3.1 Mn2+脅迫對(duì)蘆竹葉綠素總含量隨時(shí)間變化的影響葉綠素是綠色植物進(jìn)行光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，它的含量是決定綠色植物光用強(qiáng)弱的關(guān)鍵生理指標(biāo)。從圖 3.1 可以看出，前 24 d，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長，度下蘆竹葉中葉綠素含量均為先增加后減少，至第 32d 時(shí)，Mn2+濃度為 0.2、00mmol/L 時(shí)葉綠素含量有所回升，但增加的幅度小，1.4mmol/L 葉綠素含量繼少，各處理間差異不顯著。整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間，培養(yǎng)至第 16 d 時(shí)，葉綠素含量達(dá)理下的最大值，此時(shí) Mn2+濃度為 0.6mmol/L 時(shí)葉綠素含量為 42.8mg/g，接近組的 43.6mg/g。各培養(yǎng)階段加錳的實(shí)驗(yàn)組均較對(duì)照組低，除第 24 天 0.2mmo與對(duì)照差異顯著，其余差異均不顯著。說明 Mn2+濃度對(duì)蘆竹葉中葉綠素的含有產(chǎn)生影響。

第 3 章 重金屬錳對(duì)蘆竹生理生化特性的影響率有差異但不顯著。加錳處理的第 2、3 周，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長，蘆竹對(duì)錳產(chǎn)生了一定的適應(yīng)性，在這段期間加錳與不加錳，以及不同錳濃度對(duì)蘆竹葉的相對(duì)電導(dǎo)率產(chǎn)生的差異很小且不顯著。至第 4 周，蘆竹葉的相對(duì)電導(dǎo)率均有所增加，其中水培液錳濃度為 1.0mmol/L 時(shí)，蘆竹葉的相對(duì)外滲率最大達(dá) 98.90%，與對(duì)照組32.07%差異極顯著，其次為 0.2mmol/L 和 1.4mmol/L，滲透率分別為 59.60%和66.62%，與對(duì)照組差異顯著。由此發(fā)現(xiàn)隨著錳脅迫的時(shí)間的延長，錳對(duì)蘆竹葉的相對(duì)電導(dǎo)率會(huì)產(chǎn)生影響。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2775882