【摘要】：美洲商陸(Phytolacca americana L.)是在我國發(fā)現(xiàn)的一種新的Mn超積累植物,它不僅可以超量積累Mn和Cd在其地上部,還具有適應(yīng)性強(qiáng)、分布廣泛、生物量大、生長較快等特點。美洲商陸是研究植物對Mn、Cd等金屬耐性和超量積累機(jī)理的好材料,同時也是一種較為理想的植物修復(fù)候選材料。 本文從中國南方六省區(qū)41個地區(qū)和日本東京采集1276份美洲商陸樣品及相應(yīng)的土壤樣品,分析發(fā)現(xiàn)美洲商陸葉片中Mn、Cd、Cu、Pb和Zn五種元素含量與土壤中對應(yīng)元素均呈顯著的正相關(guān),Pearson目關(guān)系數(shù)分別為0.626(p0.001)、0.985(p0.001)、0.403(p0.01)、0.908(p0.001)和0.890(p0.001)。不同種群美洲商陸對五種金屬元素的生物積累因子(美洲商陸葉片與土壤中金屬含量的比值)差異很大。在五種元素中,對Mn的生物積累因子的平均值是最高的,而且變異系數(shù)也最大,這說明美洲商陸對Mn積累能力最強(qiáng),且不同種群對Mn的積累能力有很大差異,其中以上虞(SY)種群的生物積累因子最高,達(dá)18.6。 在野外采樣調(diào)查的基礎(chǔ)上,選取了紫金山(MX)、銅官山(TG)、永順(YS)、東京(JT)和湯山(TS)五個種群的美洲商陸,以研究不同種群美洲商陸在實驗室條件下對Mn和Cd的耐性與積累特性。如以每個種群中不同Mn處理幼苗的根系凈增長值、地上部和根系干重、葉綠體色素含量占各自對照處理觀測值的百分?jǐn)?shù)為Mn耐性指標(biāo),結(jié)果顯示美洲商陸的Mn耐性在五個種群之間沒有顯著差異,種群與Mn處理不存在互作。10mM Mn處理的美洲商陸莖和葉片Mn含量在不同種群之間差異盡管在統(tǒng)計上達(dá)到顯著水平,但種群間莖和葉片Mn含量的變異系數(shù)均小于10%。結(jié)果還顯示野外Mn生物積累因子最高達(dá)18.6的上虞種群(SY)與Mn生物積累因子僅為0.08的吉首種群(JS)對Mn耐性和積累能力相似。不同種群對Cd的耐性和積累也表現(xiàn)出相似的規(guī)律,種群間生物量及色素含量等耐性指標(biāo)變異系數(shù)小于15%,而Cd積累量的變異系數(shù)小于20%。同樣,50μM Cd處理下的美洲商陸葉片Cd含量在不同種群之間存在顯著差異(P0.05),但種群間葉片Cd含量的變異系數(shù)最大為6%。這些研究結(jié)果表明,不同種群美洲商陸對Mn、Cd的積累特性尚未發(fā)生不同生態(tài)型的分化。此外,我們的研究結(jié)果還顯示,降低營養(yǎng)液的pH值可以降低美洲商陸根系的Mn含量,但對葉片的Mn含量沒有顯著影響。 在野外采樣過程中發(fā)現(xiàn)美洲商陸能在很多銅礦附近旺盛生長,為此本文也研究了美洲商陸對Cu和Cd耐性和積累特點。研究結(jié)果顯示10μM Cd可以顯著抑制美洲商陸根系的伸長,15μM Cd可以完全抑制根系的伸長。而Cd只有在200μM處理下才能使美洲商陸根系停止伸長。隨著Cu處理濃度的增大美洲商陸葉片葉綠素含量下降、Fo增大、Fv和Fm減小,而Cd處理對這些指標(biāo)影響很小。分析結(jié)果還顯示美洲商陸將Cu主要積累在根系,對Cu的吸收主要發(fā)生在處理初期(48h處理的0-8h和20天處理的0-4天)。美洲商陸對Cd的積累是持續(xù)的,在20天的處理時間內(nèi),根系和地上部Cd含量隨處理時間的延長而持續(xù)增加。各器官中Cd含量也是以根系最高,隨著處理時間的增長,根系與葉片Cd含量比值減小。進(jìn)一步對Cu和Cd在美洲商陸體內(nèi)的分布情況進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),在Cu處理下,在成熟葉片中,Cu在邊緣部分含量較高,而在葉片中央和葉脈含量較低,而在根系中Cu主要積累在側(cè)根中,在肉質(zhì)主根中含量很低,甚至低于葉片Cu含量。Cd也表現(xiàn)出類似的規(guī)律,但是Cd在側(cè)根中的含量與主根Cd含量的比值(5.8)要遠(yuǎn)小于Cu(22.8)。Cu和Cd在亞細(xì)胞分布方面表現(xiàn)相似,在各器官中主要存在于包括液泡在內(nèi)的細(xì)胞可溶性組分中。 很多污染土壤同時被多種金屬污染,為了使美洲商陸可以修復(fù)包含Cu污染在內(nèi)的多種金屬污染的土壤,論文還研究了利用可降解生物螯合劑EDDS誘導(dǎo)污染土壤的植物修復(fù)及其環(huán)境風(fēng)險。在土培實驗中,Cu污染土壤上生長的美洲商陸雖然生物量只有玉米的一半,然而地上部Cu含量卻是玉米的4倍,提取效率要高于玉米。在施力口EDDS兩天后施加熱水的處理下,美洲商陸地上部Cu含量為玉米的3倍多,最高含量達(dá)到241mg kg-1,顯示美洲商陸在重金屬污染土壤的植物修復(fù)中有較高潛力。植物在溶液培養(yǎng)條件下,在含有10μM Cd的營養(yǎng)液中添加5μM EDDS可以顯著緩解Cu對美洲商陸的毒害,降低美洲商陸地上部Cu含量,當(dāng)EDDS添加量增加到20μM時,可以完全消除Cu毒害的效果,同時也降低了根系Cu的含量。田間條件下,在Cu污染的土壤上施加EDDS可以顯著地提高玉米對Cu的提取效率。適當(dāng)?shù)孛苤部梢蕴岣邌挝幻娣e的Cu提取量。施加EDDS后,檢測了0-60cm土壤剖面上金屬總含量、可溶性金屬以及可溶性有機(jī)碳的動態(tài)變化,結(jié)果表明施加3mmol kg-1的EDDS后,EDDS對于土壤可溶性金屬的影響限于土壤表層0-30cm之內(nèi),影響時間在主要在22天之內(nèi)。土壤中可溶性金屬、EDDS含量隨著處理時間的延長和土壤深度的增加不斷減少,在EDDS施加28天后,土壤可溶性金屬和可溶性有機(jī)碳含量接近對照水平,表明EDDS已經(jīng)基本降解,在整個實驗過程中,并沒有發(fā)生由EDDS引起的金屬元素的淋濾。
【圖文】：

金屬積累情況進(jìn)行調(diào)查，樣點分布如下：湖南10個、江蘇2個、廣西8個、安徽3個、江西11個、浙江7個、R本東京1個（圖2.1)。共42個樣點，采集有效土壤、植物樣品各1276份。采樣地點、采樣環(huán)境、采樣的數(shù)量以及GPS定位詳見表2.1。37

populations大多數(shù)種群的美洲商陸對Cd的生物積累因子都小于0.5 (圖2.2)，江西大余西華山媽礦（XW)種群最大，達(dá)到2.46,其余三個Cd生物積累因子超過1的樣點分別是銅陵測子山（SZ)為1.10、貴溪冶煉廠（GY)為1.08和上饒金山金礦（JK)為1.20。而這些樣點土壤和葉片Cd含量都很低，，只有部分樣點只有少數(shù)樣品Cd含量在火焰法AAS的檢測范圍之內(nèi)。美洲商陸對Cu的生物積累因子普遍較低（圖2.3)，在所有種群中，美洲商陸葉片平均Cu含量僅為38 mg kg -1。在各個種群中，平均值最高的種群為江西貴溪冶煉廠(GY)，葉片Cu含量達(dá)到253 mg kg入而該樣點土壤Cu平均含量為823 mg kg人其次為安徽銅陵銅官山（TG)種群，美洲商陸葉片平均Cu含量達(dá)到124 mg kg人?
【學(xué)位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：X173

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號：2703769