銅是一種用途廣泛而又對人體危害較大的重金屬元素。我國重金屬污染土壤中，銅是一種主要污染元素。在江西、浙江等地均存在大面積的銅污染土壤。近年來，我國學者發(fā)現(xiàn)報道了海州香薷(Elsholtzia splendens)、鴨跖草(Commelina communis)等銅富集植物，為銅污染土壤植物修復提供了很好的植物材料。然而，這些富集植物對銅的吸收累積機理還有待深入研究。本論文以海州香薷和鴨跖草為材料，對比研究兩種植物對銅的吸收方式及其與根質膜Fe(Ⅲ)—螯合物還原酶(FCR)活性的關系；用同步輻射X—射線熒光(SRXRF)研究植物中元素的微區(qū)分布規(guī)律；用X射線吸收光譜(XAS)探明植物中Cu的分子形態(tài)及轉化規(guī)律；并分離植物中銅結合蛋白。旨在闡明海州香薷和鴨跖草對銅的吸收累積機理，為土壤重金屬污染植物修復及調控重金屬在食物鏈中的遷移提供理論依據(jù)。通過研究取得了以下主要結果： 海州香薷和鴨跖草根分泌物對污染土壤中Cu有一定的活化能力，但缺鐵，缺鋅及銅處理間差異不大，鴨跖草根泌物對Cu的活化能力大于海州香薷。不同處理根泌物中有機酸種類或含量有所差異，但主要以草酸和出峰時間為6.5min左右的未知有機酸為主。假單胞菌(P.aeruginosa ZD4-3)對污染土壤Cu，Pb和Zn有很強的活化作用；白腐真菌(P.Chrysosprim)對Cu，Zn有一定活化作用，對Pb則表現(xiàn)為固定作用；假單胞菌和白腐真菌混合接種提高土壤Cu，Pb和Zn的活性，但比單獨接種假單胞菌時效果差。海州香薷根泌物降低了其假單胞菌對土壤Cu，Zn和Pb的活化效果，但促進了白腐真菌對土壤Cu，Pb的活化，對Zn活性的影響不大。 海州香薷和鴨跖草對Cu都具有較強的富集能力，但海州香薷根部和地上部Cu的累積量均顯著高于鴨跖草。鴨跖草地上部／根Cu比值大于海州香薷，說明鴨跖草對Cu的運輸能力大于海州香薷。解偶聯(lián)劑2,4—二硝基苯酚(DNP)和P—型ATP酶抑制劑Na_3VO_4對海州香薷和鴨跖草Cu吸收均有一定的抑制作用，兩種植物對Cu可能存在主動吸收。蛋白合成抑制劑放線菌酮(CHD)對海州香薷Cu吸收沒有抑制作用，而顯著抑制了鴨跖草對Cu的吸收。鈣離子通道抑制劑LaCl_3對海州香薷Cu吸收有抑制作用，而對鴨跖草Cu吸收沒有抑制作用。說明海州香薷Cu吸收與鈣離子通道密切相關，而鴨跖草Cu吸收則不通過鈣離子通道進行。 缺鐵可以顯著促進海州香蕾和鴨拓草對Cu的吸收，也可以提高對不同形態(tài)Cu EDTA一Cu，NTA一Cu，草酸一Cu和檸檬酸一Cu的植物利用性。隨著缺鐵誘導時間的延長， 海州香蕾和鴨躊草對Cu的吸收累積量呈先上升后下降的趨勢。缺鐵會導致草植物根際 酸化效應，這與根質膜H十一ATPase的激活有密切關系。但在P型一ATP酶抑制劑處理下， 缺鐵處理鴨而草對銅的吸收量仍顯著高于完全培養(yǎng)液生長的植株，說明缺鐵對Cu吸收 的促進作用可能與P一型ATP酶活性無關。缺鐵沒有顯著提高海州香蕾根質膜FCR活性， 但缺銅可以提高海州香蕾根質膜FCR活性。缺鐵和缺銅均可以提高鴨拓草根質膜FCR 活性。根質膜FCR還原Fe(m)鰲合物反應的最適pH為5.5左右。隨著缺鐵和缺銅處理 時間的延長，F(xiàn)CR活性均總體呈先上升后下降的趨勢。蛋白合成抑制劑放線菌酮可以 同時抑制缺鐵處理鴨環(huán)草對銅的吸收和根質膜FCR活性。另外，缺鐵處理9天的鴨拓 草同時出現(xiàn)銅吸收和FCR活性峰。以上結果說明鴨躊草Cu吸收可能與根質膜FCR活 性密切相關。 用SRXRf點掃描和面掃描兩種方式都能很好地檢測海州香蕾和鴨躊草根莖葉切 片上p，S，CI，K，Ca，Mn，F(xiàn)e，eu和zn等元素的分布情況，并發(fā)現(xiàn)sRXRf所測 定的元素相對含量和ICP~AES所測的元素濃度呈極顯著線性相關，說明SRXRf是一 種靈敏的微量元素檢測技術。海州香莆和鴨拓草根表皮Cu含量最高，從外皮層至內皮 層Cu逐漸降低，透過內皮層后到達維管柱含量又增高，進一步說明根可以主動地吸收 Cu。Cu在莖和葉柄的維管組織中最高，而在葉肉細胞比葉表皮中更高。大部分元素在 表皮毛中的含量并不比其它部位高，因此重金屬區(qū)隔化分布在葉表皮或表皮毛細胞并 不是所有植物的共有特征。P，S，Mn，F(xiàn)e和zn的分布情況與Cu相似。K則集中分 布在根皮層，莖的維管組織以及葉柵欄組織中，而Ca則集中分布在根、莖的表皮以及 葉柵欄組織中。Cu與P、S、Ca的分布呈顯著相關，表明P，S，Ca在海州香蕾和鴨 躊草累積Cu的過程中起著重要作用。Cu與Mn，F(xiàn)e及Zn的分布也呈顯著相關，進一 步說明Cu，Mn，F(xiàn)e和Zn可能借助一些有較寬底物范圍的轉運蛋白進行吸收轉運。 海州香蕾CuK邊EXAFS研究結果表明，Cu處理初期海州香蕾根莖葉中Cu配位 以Cu-O鍵為主，但根莖葉中Cu一O鍵的配位數(shù)和配位距離有所差異。隨著Cu處理時 間的延長，植物中Cu一O鍵有向Cu-S鍵轉化的趨勢，而且莖和葉比根表現(xiàn)更為明顯。 另外，海州香蕾根莖葉細胞壁的Cu配位主要以Cu一O鍵為主。鴨躊草中Cu主要與O 配位，同時存在一定的Cu一S鍵，而且從根一莖一葉Cu-S鍵的比例有增加的趨勢。從 海州香蕾和鴨躊草cuK邊XANEs發(fā)現(xiàn)，Cu處理下兩種植物都會發(fā)生c矛+的還原現(xiàn) 象，其中莖和葉中Cu價態(tài)比根中Cu價態(tài)降低更多。而且隨著處理時間的延長，植物 c了十的還原現(xiàn)象加更加明顯。EXAFs和XANEs的結
【學位單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2004
【中圖分類】：X173
【部分圖文】：

香薰對照處理和缺Fe處理根泌物對鋅的活化能力較強，高濃度Cu處理根泌物則相較弱;而鴨躊草則是高濃度Cu處理和缺Fe處理根泌物對鋅的活化能力較強，對照理根泌物相對較弱。各處理海州香蕾根泌物沒有明顯增加土壤鉛的溶解，相反缺Fecu處理海州香蒸根泌物減少了土壤鉛的溶解，對鉛有一定的固定作用(圖2一3)。除照處理外，其它處理鴨蹈草根泌物也增加土壤中鉛的溶出，表現(xiàn)出一定的活化作用。.1.2不同處理根分泌物中有機酸的變化圖2一4是不同處理鴨拓草根泌物中有機酸的高效液相色譜分離譜圖。標準樣包含，，，.，，

根際微生物對重金屬的活化作用。滅菌土壤同時加入海州香蕾根泌物與假單胞菌后，土壤溶液中Cu和Zn活性比對照有所提高，對Pb則表現(xiàn)為固定作用，但同單獨接種供試假單胞菌相比，根泌物降低了其對重金屬的活化效果(圖2一5)。海州香薰根泌物與白腐真菌共同作用提高了污染土壤Cu和Zn的活性，對Pb的活性影響不大。同白腐真菌單一處理相比，根分泌物促進了其對重金屬Cu和Pb的活化。0

本文編號：2831758