【摘要】： 土壤鎘污染對生態(tài)環(huán)境及人類健康所造成的潛在危害已引起日益廣泛的關注。植物修復作為一種新興、高效的綠色修復技術是鎘污染土壤治理的重要手段。現(xiàn)有鎘超積累植物或由于生物量小而應用受限，或由于地域性強，生長受環(huán)境條件限制，發(fā)掘適合當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境條件的用于鎘污染修復的植物資源已成為各國競相研究的熱點。莧菜在我國的分布很廣，品種資源豐富，生長快且生物量大，適于作為植物修復資源加以發(fā)掘。本研究在篩選鎘超積累莧菜品種基礎上，研究根系分泌有機酸以及外加有機酸對莧菜鎘吸收和積累的影響，莧菜根系鎘吸收和運輸特性以及相關分子機制。論文取得的主要結果與進展如下： 1．采用溶液培養(yǎng)方法，從23個莧菜品種(Amaranthus mangostanus L．)中篩選鎘富集能力強的品種。結果顯示，，莧菜品種天星米在加鎘水平3 mg／L條件下，總吸鎘量、地上部吸鎘量在所有供試品種中均最高，地上部鎘濃度為260 mg／kg。采用土壤培養(yǎng)試驗方法，研究鎘污染的赤紅壤、黃棕壤和菜園土天星米生長及修復效果。結果表明，在土壤Cd濃度25 mg／kg條件下，其地上部鎘濃度最大，達到212 mg／kg，富集系數(shù)最大為8.5，地上部凈化率最大為3.8％。各加鎘水平下天星米總生物量和地上部生物量均未顯著降低，具備了鎘超積累植物的特征。 2．采用溶液培養(yǎng)方法，研究低鎘積累型莧菜紫背莧和高鎘積累型莧菜天星米在鎘脅迫下低分子量有機酸分泌特征及其與莧菜鎘生物積累的關系。結果表明，隨供鎘濃度增加，紫背莧根、莖和葉生物量顯著降低，而天星米生物量未發(fā)生明顯改變。不同供鎘濃度條件下，莧菜分泌的有機酸總量表現(xiàn)為天星米遠高于紫背莧，有機酸含量均表現(xiàn)為檸檬酸＞蘋果酸＞乙酸＞丙酸＞丁酸，且以檸檬酸和蘋果酸為主。兩品種各有機酸數(shù)量占有機酸總量的比例基本一致。隨供鎘濃度增加，兩個莧菜品種根分泌的各有機酸量增加，各有機酸分泌量的增幅均表現(xiàn)為天星米大大高于紫背莧，植株根、莖和葉鎘濃度與積累量也相應表現(xiàn)為天星米大大高于紫背莧。莧菜鎘的生物積累與有機酸種類沒有特異性關系，但與有機酸的總量有關。鎘脅迫誘導根系分泌有機酸的數(shù)量，在引起兩品種對鎘吸收的差異方面起重要作用。 3．采用盆栽試驗及土壤培養(yǎng)等方法，研究添加蘋果酸、檸檬酸對赤紅壤和黃棕壤中鎘的形態(tài)轉化以及莧菜天星米鎘生物積累的影響。結果表明，與Cd 25mg／kg處理比較，Cd 25mg／kg+蘋果酸、Cd 25mg／kg+檸檬酸處理對莧菜生物量未產(chǎn)生影響，但顯著增加莧菜根系及地上部鎘含量；添加蘋果酸以及檸檬酸處理顯著降低土壤專性吸附態(tài)Cd含量，卻顯著增加了交換態(tài)Cd、碳酸鹽結合態(tài)Cd和有機結合態(tài)Cd含量。說明添加蘋果酸以及檸檬酸能夠通過影響土壤鎘形態(tài)轉化而促進莧菜對鎘的積累。 4．采用~(109)Cd示蹤方法，研究Cd~(2+)吸收動力學特征以及缺鐵對莧菜根系Cd~(2+)吸收和運輸?shù)挠绊�。結果表明，[Cd~(2+)]小于13μmol／L下，根系Cd~(2+)的吸收動力學符合Michaelis-Menten飽和動力學模型；[Cd~(2+)]大于13μmol／L下，根系Cd~(2+)吸收線性增加。加鐵和缺鐵條件下根系Cd~(2+)吸收K_m分別為2.0μmol／L和1.5μmol／L，最大吸收速率V_(max)分別為45和130 nmol／g(DW)h，說明莧菜根系Cd~(2+)吸收受缺鐵誘導而增強。研究還發(fā)現(xiàn)，從形態(tài)學上完整的根細胞壁只觀察到線性吸收現(xiàn)象，Ca~(2+)通道抑制劑LaCl_3能夠部分抑制飽和及線性吸收過程，代謝抑制劑CCCP僅抑制飽和吸收過程，說明線性吸收反映了Cd~(2+)結合在根細胞壁的過程，而飽和吸收指示了跨根細胞原生質膜的主動運輸過程。 5．采用cDNA末端快速擴增的方法(RACE)，從超積累莧菜品種分離到一個IRT1基因，其長度為662bp。序列比對及系統(tǒng)進化樹分析表明：莧菜IRT1基因部分序列編碼的蛋白與其它IRT類蛋白具有較高的同源性(63.04％)，并且與擬南芥鋅轉運蛋白和擬南芥鐵轉運蛋白聚類在一起。生物信息學分析表明：莧菜IRT1基因編碼蛋白含有3個跨膜結構域，具有金屬轉運蛋白Pfam：Zip功能結構域。Northern雜交試驗表明，莧菜IRT1基因的表達受環(huán)境缺鐵脅迫所誘導。本試驗結果初步證明了從莧菜中分離的IRT1基因是ZIP家族的一員，缺鐵誘導該基因表達增強，其調控莧菜鎘的吸收。
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本文編號：2616501