土壤重金屬鉛污染因其毒害作用強、影響范圍廣而備受關注。植物修復技術由于具有原位治理,經(jīng)濟環(huán)保等優(yōu)勢,在土壤重金屬修復領域應用前景廣闊。篩選出合適的鉛超富集植物,利用其特殊的耐性機理提高土壤修復效率已成為土壤修復領域研究熱點。根系是植物與土壤接觸的唯一界面,根系不僅可通過自身形態(tài)生理調(diào)節(jié)適應逆境,還可通過根系代謝等活動形成的特殊根際微環(huán)境影響植株生長、重金屬離子價態(tài)等,很大程度決定了超富集植物對重金屬的吸收和拮抗能力。金絲草(Pogonatherum crinitum)是一種鉛的超富集植物,課題組前期研究表明金絲草可通過葉片抗氧化系統(tǒng)的響應、提高熒光特性以及細胞區(qū)室化作用等方式實現(xiàn)對鉛的解毒。但目前對于土壤鉛脅迫下金絲草根系形態(tài)生理和根際環(huán)境的響應尚不清楚,限制了其在鉛污染土壤中的應用和修復效率的提高。鑒于此,本論文以鉛超富集植物金絲草為試驗材料,設置不同濃度鉛脅迫試驗,測定不同鉛脅迫處理下金絲草地上部分和根系形態(tài)指標、根系亞細胞鉛分布及超微結構、根系抗氧化系統(tǒng)和根際土壤酶活、微生物等指標,分析金絲草根系對鉛脅迫的形態(tài)和生理響應策略,比較根際與非根際土壤環(huán)境因子之間的差異,揭示金絲草根際響應與其耐鉛策略之間的互作機理,以期為鉛超富集植物對鉛脅迫的響應機理研究提供參考。主要研究結果如下:(1)隨鉛脅迫濃度的增加,金絲草株高、根系形態(tài)和生物量指標均呈逐漸下降的趨勢。Pb1000mg·kg-1處理下,金絲草株高、葉長、葉寬、根長、根體積等指標與對照無顯著差異,其他處理則均顯著小于對照(P0.05)。不同鉛處理下根平均直徑均大于對照,根冠比隨鉛脅迫濃度的增大呈增大趨勢。說明金絲草可通過調(diào)整根系直徑、增大根系的生物量分配來維持根系發(fā)育和功能,提高自身對鉛的耐性。(2)隨鉛脅迫濃度的增加,金絲草地上部和根系鉛含量均呈逐漸增長的趨勢,且均顯著大于對照(P0.05)。金絲草根系亞細胞鉛分布中,細胞壁中鉛含量所占比例最高,且所占比例隨鉛脅迫濃度的增加呈增大趨勢。超微電鏡及能譜分析也表明金絲草根系中Pb顆粒沉淀主要出現(xiàn)在細胞壁上,且隨鉛脅迫濃度增加,明顯增多。說明根系細胞壁對鉛的區(qū)室化作用是金絲草解毒鉛的重要途徑之一。(3)鉛脅迫對金絲草根系抗氧化和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)合成產(chǎn)生了明顯影響。隨鉛脅迫濃度的增加,根系SOD和POD活性呈下降趨勢、MDA含量增加,過氧化毒害作用漸顯。但根系CAT活性隨鉛脅迫濃度的增加呈增長趨勢;Pb1000mg.kg-1處理下,根系GR、AsA、APX、SS、PRO含量顯著高于對照(P0.05);隨脅迫濃度增加,根系GR、GSH、AsA、APX和SP含量仍大于對照。表明金絲草根系可通過CAT活性、ASA-GSH循環(huán)和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的調(diào)節(jié),提高自身抗氧化能力。(4)不同鉛脅迫處理下,金絲草根際土壤pH均低于非根際,根際土壤酶活性高于非根際。隨脅迫濃度增加,金絲草根際土壤pH呈下降趨勢;不同鉛脅迫處理金絲草根際土壤酸性磷酸酶高于對照、Pb 1000～2000mg.kg-1處理根際土壤脲酶顯著高于對照(P0.05)。說明土壤酸性磷酸酶和脲酶在金絲草耐鉛過程中可能發(fā)揮了一定作用。(5)隨鉛脅迫濃度增加,金絲草根際土壤可交換態(tài)鉛含量所占比例逐漸下降,而碳酸鹽結合態(tài)鉛含量所占比例呈上升趨勢。說明金絲草可通過根系和根際作用,減少易被植物吸收的可交換態(tài)鉛含量,從而緩解土壤鉛的毒害作用。(6)土壤鉛脅迫處理下,金絲草根際土壤細菌shannon、simpon指數(shù)低于對照,表明土壤鉛脅迫會一定程度抑制金絲草根際土壤細菌群落豐度。無鉛和鉛處理下根際土壤細菌門、屬水平組成相近。與對照相比,Pb 1000～3000mg.kg-1處理下,門水平上金絲草根際土壤擬桿菌門相對豐度增加、放線菌門相對豐度下降;屬水平上,叢毛單胞菌屬、羅思河小桿菌屬相對豐度增加,Dyella屬相對豐度顯著下降。且Pb 1000～3000mg.kg-1處理下,金絲草根際土壤在門、屬水平上分別產(chǎn)生了 11個門和45個屬的特有細菌。通過功能分析得出,部分特有細菌與金絲草根系生長、環(huán)境感知、環(huán)境適應、重金屬轉(zhuǎn)運ABC家族和代謝作用等密切相關。(7)金絲草根際土壤脲酶、蔗糖酶與根系生長、生物量呈顯著正相關;根際土壤放線菌門、SHA109門、酸桿菌門、藍細菌門與金絲草根系形態(tài)生長、土壤酶活為正相關關系。擬桿菌門、放線菌門、SHA109門、厚壁菌門等與根系SS、GR、ASA、GSH含量呈正相關。說明金絲草根際土壤酶和土壤微生物細菌相互影響,有利于金絲草根系生長和抗逆響應。綜上,鉛脅迫條件下,金絲草根系可通過根平均直徑和根系生物量增加來維持根系生長和基本功能,利用根系細胞壁區(qū)隔化作用限制鉛離子毒害,誘導根系抗氧化和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量來清除體內(nèi)多余活性氧,提高植株抗氧化能力。同時,金絲草可通過根際土壤pH、酶活及微生物細菌的調(diào)節(jié),強化對根系生長和抗逆有利的根際效應,實現(xiàn)對鉛的解毒,從而適應高濃度鉛脅迫環(huán)境。
【學位單位】：福建農(nóng)林大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：X503.233
【部分圖文】：

２．２材料與方法??２＿２＿ｌ試驗材料??試驗于２０１６年５月展開，在福建尤溪鉛鋅礦區(qū)采取金絲草種子，恒溫箱育種發(fā)??芽后移至營養(yǎng)土中繼續(xù)培養(yǎng)，選取高約１２?ｃｍ、長勢一致的幼苗用于試驗。脅迫基??質(zhì)選用洗凈河沙和黃心土按Ｉ?：?３混合，去除雜質(zhì)后過２?ｍｍ篩晾干�；|(zhì)理化性質(zhì)??見表２－１。??表２－１試驗基質(zhì)理化性質(zhì)???Ｔａｂ?２－１?Ｎｕｔｒｉｅｎｔ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｏｉｌ?ｕｓｅｄ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ???Ｈｆｉ有機質(zhì)全氮全磷全鉀速效磷速效鉀?Ｐｂ?Ｚｎ?Ｃｕ???ｇ－ｋｇ＇１?ｇ－ｋｇ＇１?ｇ．ｋｇ－１?ｇ．ｋｇ］?ｍｇ－ｋｇ＇１?ｍｇ－ｋｇ＇１?ｍｇ．ｋｇ－１?ｍｇ－ｋｇ－１?ｍｇｋｇ＇１??５．３?１５．４?０．４６?０．３７?３７．６２?１．４４?３８．１９?１．０３?２．１４?０．３５??６??

由圖３－１可知，隨鉛脅迫濃度增加，金絲草株高、葉長、葉寬和葉面積呈降低??勢，金絲草葉面積則在不同鉛處理下均顯著低于對照（Ｐ＜０．０５）。其中，Ｐｂ?１０００??理下，金絲草株高大于對照，葉長和葉寬則與對照無顯著差異。Ｐｂ?２０００－?３０００??理時，金絲草株高、葉長和葉寬顯著低于對照（Ｐ＜０．０５）。說明鉛脅迫對金絲草??長有一定的抑制作用。??

３．１．１．３不同鉛處理下金絲草生物量比較??由表３－１可知，隨鉛脅迫濃度的增加，金絲草地上部分和根系生物量總體呈先??增后降的趨勢。金絲草地上部分和根系鮮重、干重及全株總質(zhì)量在Ｐｂ?１０００處理時，??且均高于對照，但隨脅迫濃度的繼續(xù)增加，生物量逐漸下降。Ｐｂ?３０００處理下，金??絲草地上和地下部鮮重、干重及全株質(zhì)量均顯著低于對照（Ｐ＜０．０５）。鉛處理下金??絲草根冠比則均大于對照，金絲草根系生物量占比逐漸增加，說明鉛脅迫條件下，??金絲草通過增加根系生物量的分配來適應脅迫環(huán)境。??表３－丨纟５脅迫對金絲草生物量的影響???Ｔａｂ?３－１?Ｔｈｅ?ｂｉｏｍａｓｓ?ｏｆ?Ｐ．?ｃｒｉｎｉｔｕｍ?ｕｎｄｅｒ?Ｐｂ?ｓｔｒｅｓｓ???鉛處理?地上鮮重地上干重?根鮮重?根干重?全株質(zhì)量?根冠比??Ｐｂ?Ｓｈｏｏｔ?ｆｒｅｓｈ?Ｒｏｏｔ?ｄｒｙ?Ｒｏｏｔ?ｆｒｅｓｈ?Ｒｏｏｔ?ｄｒｙ?Ｗｈｏｌｅ?Ｒ?，，??Ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ?ｗｅｉｇｈｔ?（ｇ）?ｗｅｉｇｈｔ?（ｇ）?ｗｅｉｇｈｔ?（ｇ）?ｗｅｉｇｈｔ?（ｇ）?ｐｌａｎｔ?（ｇ）?００?Ｓ?〇〇ｔ??ＣＫ?６．４１±１．１４ａ?２．６１±０．７１ａ２．７５?土?０．５９ａ０．８８?土?０．１９ａ￣￣３．５０±０．８７ａ￣￣０．３４±０．０４ａ??Ｐｂ?１０００?７．５６±０．６９ａ?２．９６?士?０．５４ａ?３．０９±０．１２ａ?１．０１?士?０．１１ａ?３．９８?士?０．５５ａ?０．３５±０．０７ａ??Ｐｂ?２０００?６．１０士?１．２６ａ?２．２０土０．１８ａ?２．４５土０．４６ａ?０．７６土０．１０ａ?３．０６士０．３２ａ?０．３９土０．０３ａ??
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本文編號：2848714