【摘要】：植物修復(fù)技術(shù)是通過植物的吸收、揮發(fā)、根濾、降解、穩(wěn)定等作用來凈化土壤或水體中污染物的措施,其核心在于尋找生物量大、可高富集的植物。在銅綠山發(fā)現(xiàn)的野生蓖麻(Ricinus communis L.)是一種生長速度快的大戟科植物,其對重金屬銅(Cu)有較強(qiáng)的耐性,而且有根系發(fā)達(dá)、耐貧瘠、經(jīng)濟(jì)價值高等特點(diǎn)。本文以該蓖麻為研究對象,通過水培和盆栽試驗(yàn),研究了銅脅迫下蓖麻根系分泌物的組成、銅在蓖麻體內(nèi)的富集部位、形態(tài)以及亞細(xì)胞分布特征,初步揭示了蓖麻對銅的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和富集機(jī)制。通過添加磷肥、誘導(dǎo)劑等農(nóng)藝調(diào)控措施,開展了Cu污染土壤植物修復(fù)的強(qiáng)化技術(shù)及機(jī)制研究。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:1.水培、盆栽試驗(yàn)結(jié)果表明,礦山蓖麻對Cu具有一定的耐受性,且Cu主要積累在其根部。草酸、琥珀酸、酒石酸、檸檬酸和蘋果酸是蓖麻根系分泌物中主要的有機(jī)酸。根系分泌活動酸化了根際土壤、增加酸交換性和可還原態(tài)Cu含量,而其他形態(tài)銅含量減少。根系分泌物通過改變土壤中銅生物有效性進(jìn)而影響蓖麻對銅的吸收和積累。2.在模擬Cu污染土壤中添加檸檬酸、酒石酸、草酸并培養(yǎng),探究了外源有機(jī)酸添加對土壤銅化學(xué)形態(tài)的影響。結(jié)果表明:3種有機(jī)酸均提高土壤中弱酸提取態(tài)Cu的含量,活化了土壤中Cu。添加有機(jī)酸的濃度越高(0-20 mmol/kg),活化效果越好。添加20 mmol/kg檸檬酸處理,弱酸溶解態(tài)Cu的含量與對照相比增加了24.1%,增幅最大。綜合來看,檸檬酸對土壤Cu的活化量整體高于其他兩種有機(jī)酸。3.水培條件下,深入研究了不同濃度Cu處理下蓖麻的生長、抗氧化系統(tǒng)、光合色素以及銅在蓖麻不同部位的富集、亞細(xì)胞分布特征影響。結(jié)果表明:高濃度Cu脅迫降低了蓖麻植株鮮重、葉片中光合色素含量,并增加了蓖麻葉片丙二醛含量。根系中Cu在亞細(xì)胞組分的含量大小順序均為細(xì)胞壁細(xì)胞器細(xì)胞質(zhì)可溶組分,而葉片中則均為細(xì)胞質(zhì)可溶組分細(xì)胞壁細(xì)胞器。液泡區(qū)隔化和細(xì)胞壁固持是蓖麻應(yīng)對銅脅迫的重要耐性機(jī)制。4.蓖麻根、葉和韌皮部內(nèi)游離氨基酸的總量隨著外源Cu濃度的增加而逐漸增加,24 mg/L Cu處理后的蓖麻根部、韌皮部和葉片中游離氨基酸總量分別是對照處理的3.08、5.95和8.81倍。其中各部位含量較高是天門冬氨酸、蘇氨酸、精氨酸、谷氨酸、丙氨酸和纈氨酸等。24 mg/L Cu處理后的蓖麻根部天冬氨酸、蘇氨酸和精氨酸分別占總量的23.9%、32.5%和25.8%,而韌皮部中這些氨基酸分別占總量的3.5%、41.0%和27.8%。借助同步輻射XANES技術(shù)分析Cu在蓖麻體內(nèi)的累積結(jié)合形態(tài)發(fā)現(xiàn):蓖麻根、莖、葉中Cu主要是以Citrate-Cu、Arginine-Cu等絡(luò)合態(tài)以及Cu3(PO4)2和Cu O等沉淀態(tài)形式存在。其中根中Cu以Citrate-Cu、Arginine-Cu和Cu O為主,其占總Cu的比例分別是34.0%、35.8%和18.1%;莖部中Cu主要是以比較穩(wěn)定的Cu O和GSH-Cu形式存在,其占總Cu的比例分別為30.9%和39.5%。在蓖麻葉片中,Cu的存在形態(tài)相對較為分散,主要是Citrate-Cu、Arginine-Cu、Cu O和GSH-Cu,其占總Cu的比例分別是24.9%、25.6%、15.1%和13.5%。這表明細(xì)胞內(nèi)沉積是蓖麻耐Cu的另一途徑。5.磷肥施用影響蓖麻對Cu的吸收。草酸活化磷礦粉、磷酸二氫鈉和磷酸鈣施用后均顯著提高了蓖麻生物量,同時增加了根部Cu積累。與對照相比,施磷處理后蓖麻葉中MDA含量和抗氧化酶(CAT、SOD)活性都降低,但GSH的含量顯著增加,抗氧化防御能力增強(qiáng)。其中,施用含600 mg/kg P2O5的磷酸二氫鈉對蓖麻提取Cu的增加最明顯。在施磷肥水平為600 mg/kg時,Ca(H2PO4)2、APR和Na H2PO4中蓖麻植株的總Cu提取量分別達(dá)到了2.98、3.08和3.65 mg。磷肥施用后有效期持久,合理施磷可增加蓖麻生物量和蓖麻對土壤Cu的提取量。6.添加檸檬酸、草酸和酒石酸均提高了Cu污染土壤上的蓖麻生物量、促進(jìn)了Cu在蓖麻體內(nèi)的轉(zhuǎn)移。有機(jī)酸的添加未改變土壤的p H值,但是均不同程度地提高了土壤脲酶、過氧化氫酶和堿性磷酸酶的活性。所不同的是,在低Cu高磷高有機(jī)質(zhì)土壤中添加外源有機(jī)酸,對土壤有效Cu含量無顯著影響,但減少Cu在蓖麻體內(nèi)的累積;而在高Cu低磷低有機(jī)質(zhì)土壤中,添加外源低分子量有機(jī)酸增加了土壤有效Cu含量,促進(jìn)蓖麻對Cu的積累。
【圖文】：

Fig.2-4 Relationship between the organic acids in root exudation with the root elongation and rootCu concentration in castor.

78圖 7-1 蓖麻在施用磷肥的 Cu 污染土壤上的生長情況.Fig. 7-1 The growth of castor plants in the Cu contaminated soil applied with phosphatefertilizer.
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X53;S565.6

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2676045