隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)發(fā)展,我國本已居高的銅需求量及消費量逐年增加。巨大的銅開采與排放量引發(fā)了日益嚴峻的環(huán)境問題。銅污染已成為我國主要重金屬污染之一。重金屬污染具有無法降解的特性,植物對金屬元素的穩(wěn)定或提取富集是其主要的去除方法。然而在實際應(yīng)用中,植物生長和生理活性受重金屬脅迫影響大,銅生物有效性較低、不同濃度條件下銅的轉(zhuǎn)運過程具有特異性等問題,都制約著銅的轉(zhuǎn)運過程及效率。為此,本研究采用叢枝菌根真菌(AMF)強化蘆葦系統(tǒng)生長及抗逆性能,并以蘆葦-AMF共生系統(tǒng)為核心,從蘆葦?shù)目剐约般~吸收效能兩方面,分析不同濃度銅脅迫條件下共生系統(tǒng)的響應(yīng)過程及其對銅的轉(zhuǎn)運機制,為植物修復(fù)銅污染環(huán)境提供新的技術(shù)支持。通過投加菌劑的方式構(gòu)建蘆葦-AMF共生系統(tǒng),并于系統(tǒng)建立初期從蘆葦生長發(fā)育、生理特征、根際土壤性質(zhì)及微生物代謝幾方面對其進行研究,結(jié)果表明,在接種摩西球囊霉(Rhizophagus irregularis)及根內(nèi)球囊霉(Funelliformis mosseae)之后,蘆葦種子的累積萌發(fā)速率分別提升了20.9%和26.95%,而萌發(fā)速率系數(shù)提升了10.81%和4.59%。此外,兩種AMF均會促進蘆葦,尤其是根系的生長發(fā)育,接種摩西球囊霉及根內(nèi)球囊霉使根長分別增加了90.59%和51.3%,且根系生長率分別提高了91.7%,和51.19%。在營養(yǎng)元素吸收方面,摩西球囊霉促進了蘆葦對P、S、B、Mg、K、Ca、Cu、Zn及Mo的吸收,而根內(nèi)球囊霉促進了S、K、Ca、Cu及Zn的吸收。對接種AMF影響銅脅迫下蘆葦生長發(fā)育情況的研究結(jié)果表明,在銅處理濃度為5 mg L~(-1)時,接種摩西球囊霉使種子萌發(fā)速率提升了27.1%,而根內(nèi)球囊霉使之提升了22.8%。蘆葦莖葉及根系的生長發(fā)育均會受到銅脅迫的抑制,且抑制作用隨銅濃度的升高而增大,然而與莖葉相比,蘆葦根系受到銅脅迫的影響更顯著。1 mg L~(-1)及5 mg L~(-1)分別接近于銅脅迫對蘆葦根系及莖葉造成損傷的兩個臨界點。從菌根依賴性角度來看,根內(nèi)球囊霉在銅處理濃度為1 mg L~(-1)和5 mg L~(-1)時,分別為1.22及1.16,均高于摩西球囊霉。在分析接種AMF對蘆葦生理學(xué)特征的影響時,研究數(shù)據(jù)顯示,在銅處理濃度為5 mg L~(-1)時,接種摩西球囊霉及根內(nèi)球囊霉處理均會促進蘆葦?shù)墓夂献饔?使其凈光合速率分別升高53.83%及75.26%,但是蒸騰速率及氣孔導(dǎo)度變化并不顯著。此外,在同一銅濃度下,營養(yǎng)元素在蘆葦莖葉及根系中的濃度均由于接種摩西球囊霉及根內(nèi)球囊霉而下降或不發(fā)生顯著變化。然而與對照組相比,蘆葦對營養(yǎng)元素吸收受脅迫影響而變化的幅度卻由于接種AMF處理而減小。在蘆葦根系組織中,超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)及抗壞血酸過氧化物酶(APX)的含量相對較高。在銅處理濃度為1 mg L~(-1)和5 mg L~(-1)時,與對照組相比,摩西球囊霉接種組的蘆葦根系中的SOD活性分別增高了26.25%及42.3%,而根內(nèi)球囊霉接種組的SOD活性則呈現(xiàn)出下降趨勢。銅脅迫下,蘆葦根系分泌的低分子量有機酸(LMWOAs)總量隨著銅處理濃度增大而上升,但在濃度為1 mg L~(-1)時達到最高值后又下降。在所有LMWOAs中,檸檬酸相對含量最高。經(jīng)根內(nèi)球囊霉接種處理的蘆葦與對照組相比,其根系分泌的LMWOAs總量在銅處理濃度為1 mg L~(-1)時增加了11.85%,但在5 mg L~(-1)時降低了15.39%。通過考查銅在蘆葦營養(yǎng)器官、組織微區(qū)及細胞內(nèi)的分布特征,發(fā)現(xiàn)銅率先在蘆葦根系積累,且主要沉積于細胞壁。賦存形態(tài)分析結(jié)果表明,銅在蘆葦內(nèi)的存在形式以檸檬酸鹽為主,其所占比重為36%-61%,各器官由高到低依次為葉片、莖及根系。銅處理濃度為1 mg L~(-1)時,接種根內(nèi)球囊霉使蘆葦莖葉及根系中的銅濃度分別高于對照組80.03%及33.6%。蛋白質(zhì)組學(xué)分析結(jié)果顯示,銅脅迫下蘆葦根系由于接種根內(nèi)球囊霉而產(chǎn)生的差異蛋白共459個,其中表達上調(diào)200個,表達下調(diào)259個,這些蛋白主要涉及呼吸鏈能量傳遞、營養(yǎng)元素主動運輸及異常蛋白的修復(fù)及降解。AMF可緩解銅對蘆葦生長造成的脅迫影響,并提升蘆葦抗性、促進其對銅吸收轉(zhuǎn)運,這對強化蘆葦修復(fù)銅污染環(huán)境具有重要意義。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：X173
【部分圖文】：

論文研究的技術(shù)路線

圖 3-1 顯微鏡下的 AMF 結(jié)構(gòu)Fig. 3-1 Arbuscular mycorrhizal structures in the roots of Phragmites australis undermicroscopehypha：菌絲；vesicle：泡囊；arbuscules：叢枝結(jié)構(gòu)；microsclerotia：微菌核表 3-1 不同季節(jié)及水分梯度下蘆葦根系 AMF 侵染情況Table 3-1 Colonization of arbuscular mycorrhizal fungi structures夏季 秋季SIW1 SIW2 SIW3 SIW1 SIW2 SIW3絲侵染率（%） 19.2±3.56b 17.7±2.18b 13.2±2.19b 21.6±3.51b 16.6±2.34b 9.3±2.2a囊侵染率（%） 5.6±0.65c 3.7±0.45b 2.9±0.29a 4.7±0.59c 3.6±0.53b 2.3±0.38a枝結(jié)構(gòu)侵染率（%） 3.5±0.35a 2.9±0.3a 2.7±0.35a 7.9±1.1b 7.2±1.33b 6.3±0.9b根侵染頻率（%） 26.3±2.38a 23.2±3.64a 16.1±2.7a 33.2±4.92b 27.2±4.29a 16.9±1.99a根侵染強度（%） 7.4±0.62a 6.3±0.95a 5.4±0.78a 11.7±2.5b 9.2±1.76a 5.5±0.91a同字母（a、b、c）表示不同樣品之間差異顯著。顯著性檢驗采用單因素方差性分析（Duncan驗）。n=30。SIW1、SIW2 及 SIW3 分別代表距離濕地河岸由遠及近的三個采樣區(qū)域。

00 100 200 600 1000 1400 1800光量子通量密度 (μmolm-2s-1)00 100 200 600 1000 1400 1800光量子通量密度 (μmolm-2s-1)00.050.10.150 100 200 600 1000 1400 1800CUE(molair-m2s-1)光量子通量密度 (μmolm-2s-1)(G)C FM RI00.050.10.150 100 200 600 1000 1400 1800LUE光量子通量密度 (μmolm-2s-1)(H)C FM RI圖 3-2 共生系統(tǒng)構(gòu)建初期不同接種處理下蘆葦葉片光合參數(shù)響應(yīng)曲線Fig. 3-2 Photosynthetic parameters of Phragmites australis seedlings exposed to threeinoculation treatments during symbiotic system establishmentC：對照組；FM：摩西球囊霉；RI：根內(nèi)球囊霉

本文編號：2844360