【摘要】：鉛是一種有毒重金屬元素，嚴重影響人類健康及動植物的生存。鉛在表土累積后，會影響土壤生化活性，降低農作物的產量，并可通過食物鏈影響人類健康。鉛進入植物后葉綠素含量會降低，呼吸作用也會受到抑制。鉛的積累還會對細胞代謝產生直接影響，破壞植物體內酶系統(tǒng)，以及影響各種酶的活性。在干旱、半干旱地區(qū)，干旱脅迫成為影響植物生長的主要限制因子。長期干旱脅迫下，植物的地徑、株高、生物量、根冠比等都會發(fā)生變化。因此，干旱是西北礦區(qū)鉛污染土壤植物修復過程中的一大重要限制因素。 本文以側柏(Platycladus orientalis)和國槐(Sophora japonica)為材料，通過室內發(fā)芽試驗研究了聚乙二醇(polyethylene glycol，PEG)預處理對不同鉛濃度下側柏、國槐種子的萌發(fā)及幼苗生長的影響，及PEG模擬干旱脅迫與鉛交叉逆境下側柏、國槐幼苗的生長生理響應；通過盆栽試驗，研究了1年生側柏、國槐苗在土壤干旱及鉛脅迫下生長情況和生理變化，鉛在兩種植物體內的分布及富集狀況，以及兩種植物對鉛污染土壤理化性質和土壤酶活性的影響，揭示兩種植物對逆境的耐性及對鉛污染土壤的修復能力。不僅可以進一步從理論上闡明修復樹木對干旱與重金屬復合脅迫的生理生態(tài)響應機制，而且對我國西北礦區(qū)重金屬污染土壤的人工植被恢復與生態(tài)環(huán)境建設也具有重要的理論指導意義。取得的主要研究結論如下： 1.通過用不同濃度的PEG溶液浸種處理側柏、國槐種子，研究PEG預處理對鉛脅迫下兩種樹木種子萌發(fā)及幼苗生長的影響，結果表明：PEG預處理可以促進側柏種子的萌發(fā)，經不同濃度PEG預處理的側柏種子在鉛脅迫下的生長較未經處理組有所提高，且10%和20%PEG預處理要好于30%PEG預處理；PEG預處理加劇了鉛對國槐生長的抑制作用。 2.通過室內光照培養(yǎng)箱對側柏和國槐種子進行催芽，待幼苗長至兩葉一心期時，選取長勢一致的兩種植物幼苗進行干旱和鉛交叉脅迫處理，研究交叉脅迫下兩種幼苗生長生理的響應，結果表明：一定程度的干旱脅迫處理能誘導側柏和國槐幼苗對鉛脅迫的交叉適應，具體表現(xiàn)為幼苗根長、苗長、莖粗增加、細胞膜透性降低、SOD活性增加。且對側柏而言，20%PEG處理效果最佳，對國槐則10%PEG處理效果最佳。經過鉛脅迫處理后，側柏幼苗對干旱脅迫的耐性有所增加，特別是在30%PEG模擬的干旱脅迫下表現(xiàn)得最為明顯。經鉛處理后的國槐幼苗在干旱脅迫下的生長指標較未經鉛處理幼苗均降低。 3.通過土培盆栽試驗研究1年生側柏、國槐苗木在干旱和鉛單一及復合脅迫下生長、生理特性的變化，結果表明：干旱脅迫抑制了側柏和國槐地徑、株高的生長，降低了兩種植物的生物量積累，且使生物量分配也發(fā)生了變化。一定濃度的鉛對側柏和國槐的生長均具有促進作用，兩種植物的生長指標分別在1000mg/kg和500mg/kg時達到最大值。干旱和鉛復合脅迫下，干旱脅迫對兩種植物生長的影響占主導作用，但鉛在一定程度上能減輕干旱脅迫對兩種植物的傷害。 干旱脅迫下側柏和國槐葉片內葉片相對含水量降低，SOD、POD活性及葉片脯氨酸含量增加，且國槐葉片的增幅要大于側柏；兩植物葉片中MDA含量均隨著干旱脅迫程度的增加而增加。鉛在2000mg/kg濃度范圍內，側柏葉片SOD、POD活性均先增加后降低，MDA含量在1000mg/kg達到最小值后增加，在2000mg/kg時顯著高于對照；國槐葉片在鉛脅迫下SOD活增加，但POD活性和葉片脯氨酸含量降低，MDA含量呈先降低后增加的趨勢，在300mg/kg時低于對照。干旱和鉛復合脅迫下，側柏和國槐SOD、POD活性和脯氨酸含量變化不盡相同，與干旱脅迫水平及鉛濃度有關。 干旱脅迫打破了側柏和國槐對礦質元素的吸收及分配平衡。兩種植物根、莖和葉中不同礦質元素及不同部位的同種元素含量對干旱脅迫的反應不同且差異顯著，側柏在干旱脅迫下各種大量元素含量均增加且維持在較高水平。鉛脅迫下側柏和國槐根中大量元素增加。干旱和鉛復合脅迫對兩種植物體內礦質元素含量產生了顯著影響，不同濃度的鉛和不同程度的干旱脅迫處理對側柏和國槐體內礦質元素表現(xiàn)出協(xié)同或者拮抗作用，但作用類型因元素種類及其部位不同而不同。 4.通過對側柏和國槐體內鉛含量測定，研究了兩種植物對鉛的耐性及富集能力，結果表明：側柏和國槐各器官鉛含量均隨著土壤中鉛濃度的增加而增加，且對鉛的吸收都主要積累在根部，地上部葉和莖中都較少，但葉中鉛含量要高于莖。同一鉛濃度下，側柏體內的鉛含量要高于國槐。兩種植物的鉛富集系數(shù)、轉運系數(shù)均隨著鉛濃度的增加而降低。側柏的鉛富集系數(shù)要高于國槐，國槐的轉運系數(shù)要高于側柏，但兩種植物的轉運系數(shù)均小于1.0。干旱脅迫會影響兩種植物對鉛的富集與轉運，但影響效果因植物種類而異。 5.通過測定無植物生長與有側柏、國槐苗木生長的土壤理化性質及土壤酶活性，研究干旱和鉛對土壤理化性質及土壤酶活性的影響，同時分析側柏和國槐對鉛污染土壤的修復能力，結果表明：干旱和鉛脅迫對土壤速效養(yǎng)分含量影響較大。一定程度的干旱脅迫(80%和60%SRW)對土壤中脲酶、蔗糖酶和堿性磷酸酶活性均表現(xiàn)出激活作用，且在SRW為60%時，3種酶活性均達到最大值；低濃度鉛對脲酶活性影響不顯著，當鉛濃度達到1000mg/kg時脲酶顯著降低；500mg/kg濃度范圍內的鉛對土壤蔗糖酶活性有一定的促進作用，高于此濃度時鉛顯著抑制其活性；堿性磷酸酶活性隨著鉛濃度的增加逐漸降低。復合脅迫對土壤理化性質及土壤酶活性產生了顯著影響，且兩者之間存在交互作用，但交互作用的類型因鉛濃度和土壤相對含水量不同而不同。種植側柏和國槐后，土壤理化性質得到了改善，土壤肥力增強。側柏和國槐土壤酶活性較無植物生長土壤酶活性有較大幅度增加。側柏和國槐促進了整個土壤酶系統(tǒng)的恢復，兩種植物對鉛污染土壤都具有一定的修復作用。
【學位授予單位】：西北農林科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：X53;X173

【參考文獻】

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本文編號：2745130