【摘要】：近些年,水體砷污染問題日趨嚴(yán)重,其治理已成為國內(nèi)外共同面臨的難題。植物修復(fù)技術(shù)是目前最有前景的土壤或水體污染修復(fù)技術(shù),是土壤學(xué)、植物學(xué)、環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域的重要研究前沿之一。沉水植物處于食物鏈的底端且對水體中的砷有較好的富集作用。研究沉水植物對砷的富集特征及機(jī)理,將為發(fā)展廉價、高效、環(huán)境友好的水體砷污染植物修復(fù)技術(shù)提供合適的物種資源,為保障人、動物健康提供理論依據(jù)及技術(shù)支撐。本論文在對常見沉水植物(苦草、狐尾藻、黑藻、菹草及金魚藻)富砷能力篩選的基礎(chǔ)上,著重以苦草為研究對象,較系統(tǒng)地探討了沉水植物對水體中砷的富集特征及解毒機(jī)制,取得的主要結(jié)果如下： (1)苦草、黑藻、菹草、狐尾藻及金魚藻加砷水培試驗(yàn)研究結(jié)果表明,在用5mg/LAs(V)處理7d后,5種沉水植物中砷濃度都超過1000mg/kg (dw),對砷的富集系數(shù)(BCF)都超過220。因此這5種沉水植物都能富集大量的砷,對污染水體中的砷都有較好的去除作用。五種沉水植物對砷的富集能力：苦草黑藻菹草狐尾藻金魚藻,苦草對砷富集能力顯著高于其它4種沉水植物(p0.05)。在用5mg/L As(V)處理7d后,苦草中砷含量超過1800mg/kg (dw),富集系數(shù)(BCF)超過了360,這表明苦草對砷污染的水體有著很好的修復(fù)效果。有根系的沉水植物(苦草、黑藻、菹草、狐尾藻)能顯著比沒有根系的金魚藻富集更多的砷,根系可能在沉水植物吸收水中污染物質(zhì)的過程中也有著重要的作用。 (2)苦草在不同砷水平(0、0.1、0.2、0.5、1.0和2.0mg/L)處理下均生長良好,即使在最高砷濃度2.0mg/L,苦草的生長在整個試驗(yàn)時間(28d)內(nèi)都沒有受到抑制,苦草生物量的變化與沒有添加砷的對照相比沒有顯著的差異(p0.05),這表明苦草對砷有很好的耐受性。不同砷水平處理下,苦草對砷的吸收隨時間的增加而增加,用0.2mg/L砷處理21d,苦草的對砷的富集能達(dá)到1300倍。時間和外源砷濃度是影響苦草富集砷的兩個重要因素�？嗖葜猩闈舛扰c時間、外源砷濃度之間顯著正相關(guān)。 (3)不同pH(5、7和9)水培試驗(yàn)研究結(jié)果表明,水體pH為7左右是苦草生長最適宜的酸堿度。pH過高(9)或過低(5)都會明顯降低苦草中葉綠素的含量,抑制植物的光合作用。砷脅迫也能引起苦草中葉綠素含量的下降,這種抑制作用隨砷濃度的增加而加劇,但在0～2mg/L的范圍內(nèi)并沒有對苦草的生長產(chǎn)生明顯的影響,這可能是苦草的生長還與其它因素(如溫度、營養(yǎng)水平及時間等)有關(guān)。 (4)在pH5-9的范圍內(nèi),苦草對砷的吸收是隨著pH的升高而增加。這可能是隨pH升高,溶液中AsO43-形態(tài)增加,苦草中磷-砷轉(zhuǎn)蛋白對電負(fù)性相對較強(qiáng)的AsO43-比電負(fù)性相對較弱的HAsO42-、H2As04親和性更強(qiáng)。隨著pH的升高,苦草各亞細(xì)胞組分(F1：細(xì)胞壁組分；F2：細(xì)胞器組分,F3：可溶性組分)中砷的含量都有增加的趨勢,但在可溶性組分F3中增加最多。這表明因pH升高增加苦草吸收的砷主要存儲在液泡中。 (5)苦草中砷價態(tài)分析結(jié)果表明,苦草對As(Ⅴ)吸收后在植物體內(nèi)有較強(qiáng)的還原能力,As(Ⅲ)是苦草體中砷的主要存在形態(tài)。在用0.5、2mg/L As(V)處理7d后,富集到苦草體內(nèi)69%以上的As(Ⅴ)被還原成As(Ⅲ)。苦草對As(Ⅴ)的還原能力隨As(Ⅴ)濃度增加而降低,不同濃度砷處理下苦草的還原能力存在顯著性差異(p0.05)。pH的改變也會影響苦草對砷的還原能力,如pH5時95%的As(Ⅴ)被還原為As(Ⅲ), pH9時,僅82%的As(Ⅴ)被還原為As(Ⅲ)。 (6)酶系統(tǒng)(SOD、CAT和APX)在苦草抵抗砷毒害過程中發(fā)揮的作用并不明顯,苦草主要是通過非酶系統(tǒng)(-SH)的作用來降低砷對植物體的毒害,砷處理會刺激苦草中非酶物質(zhì)巰基類化合物合成,使得苦草中非酶物質(zhì)巰基類化合物濃度的有所升高,但是苦草的這種合成能力是有限的。 (7)苦草各亞細(xì)胞組分中砷的分析結(jié)果表明,富集到苦草體內(nèi)的絕大部分砷和As(Ⅲ)存儲在液泡中(64%)�？嗖莸募�(xì)胞壁對砷有一定的固持作用,但相對其它植物來說,苦草的這種作用比較有限,僅18%左右的砷被細(xì)胞壁所固持。SEM+EDX結(jié)果也證實(shí)苦草對砷的吸附較弱。苦草對砷的隔離區(qū)域化及對As(Ⅴ)較強(qiáng)的還原能力可能是苦草對砷表現(xiàn)出較高富集能力及較強(qiáng)耐受性的重要原因。 (8)磷與砷的相互作用試驗(yàn)證實(shí)苦草對As(Ⅴ)的吸收是通過磷的通道進(jìn)行的,磷能明顯影響苦草對砷的吸收。隨著磷供給的增加,苦草中對砷的吸收呈先升高后降低的趨勢。這可能是在磷供給充足的情況下,磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白對磷比對砷有著更高的親和力,磷酸鹽與砷酸鹽之間的競爭抑制了苦草對砷酸鹽的吸收,磷可以在一定程度上緩解砷對苦草的毒性。因此,適量的磷水平下能增加苦草對砷的吸收,提高修復(fù)效率。 (9)硫與砷的相互作用結(jié)果表明,加硫處理能增加苦草對砷的吸收。但是當(dāng)培養(yǎng)液中硫濃度30mg/L,硫促進(jìn)苦草中砷的積累作用不再明顯。加硫處理能提高苦草中的抗氧化酶(SOD、POD、APX)活性及巰基類化合物的合成,從而降低砷對植物的毒害作用。因此施用一定量的硫能顯著促進(jìn)砷在苦草中的積累,提高苦草對砷的耐受性。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：X173

【參考文獻(xiàn)】

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1 沈顯生;胡穎;;沉水植物苦草的生物學(xué)特性的研究[J];安徽教育學(xué)院學(xué)報;2006年06期

2 李府;尹燕枰;;施硫?qū)Χ←溗牖òl(fā)育、籽粒蛋白質(zhì)組分和品質(zhì)指標(biāo)的影響[J];山東農(nóng)業(yè)科學(xué);2010年10期

3 丁愛中;楊雙喜;張宏達(dá);;地下水砷污染分析[J];吉林大學(xué)學(xué)報(地球科學(xué)版);2007年02期

4 高鏡清;熊治廷;張維昊;鄧緒偉;尚林源;付長營;;常見沉水植物對東湖重度富營養(yǎng)化水體磷的去除效果[J];長江流域資源與環(huán)境;2007年06期

5 林年豐,湯潔;我國砷中毒病區(qū)的環(huán)境特征研究[J];地理科學(xué);1999年02期

6 黃園英;劉丹丹;屈文俊;劉久臣;;幾種吸附材料對水中砷(Ⅲ)去除效果比較[J];環(huán)境科學(xué)與技術(shù);2010年S1期

7 王曉宇;;pH值及營養(yǎng)元素對泥炭蘚屬植物生長的影響[J];貴州農(nóng)業(yè)科學(xué);2010年07期

8 劉曉天;楊朋朋;;生物除鐵除錳濾池對As(Ⅴ)的去除效果研究[J];供水技術(shù);2012年01期

9 楊宏;尹瑞;張杰;;生物除錳濾池對砷(Ⅲ)的去除效果研究[J];中國給水排水;2006年07期

10 郭黎平,劉國良,張卓勇,劉思東,王麗穎;銅(Ⅱ)-新銅試劑-谷胱甘肽-乙醇體系顯色反應(yīng)研究[J];光譜學(xué)與光譜分析;2000年03期

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本文編號：2587740