近三十年來(lái)，由于經(jīng)濟(jì)和生活水平快速發(fā)展，大量氮磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)隨著廢水廢棄物的排放進(jìn)入江河湖庫(kù)中，導(dǎo)致水生態(tài)系統(tǒng)大面積退化，水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題日益突出。一些廢水中還含有銅等潛在毒害金屬，加之富營(yíng)養(yǎng)化水體中又常使用銅化合物來(lái)殺藻或改善水質(zhì)。當(dāng)銅濃度超標(biāo)時(shí)，危及到水生生物的生存，包括銅在內(nèi)的重金屬通過(guò)食物鏈對(duì)人們和動(dòng)物的安全和健康也構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。目前，大型水生植物在重金屬和富營(yíng)養(yǎng)化水體生物修復(fù)中的應(yīng)用已在國(guó)內(nèi)外受到極大關(guān)注。本研究通過(guò)分析鳳眼蓮對(duì)銅的累積作用及其生理響應(yīng)，闡明銅脅迫下鳳眼蓮的生理適應(yīng)機(jī)制，并探討鳳眼蓮根系抗銅菌的去銅作用及其在緩解菹草銅脅迫毒害中應(yīng)用潛力。同時(shí)，針對(duì)河北省洋河水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題，在對(duì)水庫(kù)及其上游西洋河流域氮磷污染調(diào)查和監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，模擬水庫(kù)開(kāi)放水域，有針對(duì)性應(yīng)用生態(tài)修復(fù)工程，創(chuàng)建單一植物生態(tài)圍隔和不同生活型的水生植物組合群落，對(duì)鳳眼蓮等水生植物在富營(yíng)養(yǎng)化水體水質(zhì)改善中的應(yīng)用進(jìn)行了探索性研究。 研究結(jié)果表明，在中濃度(0.5-5 mg／L)銅脅迫下，鳳眼蓮具有較強(qiáng)的累積銅和緩解銅毒害的能力。鳳眼蓮各組織的平均銅含量最高達(dá)314 mg／kg干重(14 d)，所累積的銅主要分布在根部，根部最高銅含量在1800 mg／kg干重(8 d)以上。鳳眼蓮葉片在銅脅迫下，三種光合色素濃度降低后又能恢復(fù)到較高水平，主要?dú)w因于SOD、POD和CAT三種抗氧化酶的保護(hù)作用，使銅誘導(dǎo)的膜脂過(guò)氧化毒害在一定程度上得到緩解。在高濃度(10 mg／L)銅脅迫下，雖然光合色素濃度和膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物等受到嚴(yán)重影響，鳳眼蓮仍然表現(xiàn)出高累積銅(平均含銅量在300 mg／kg干重以上)的潛力，但是達(dá)到一定培養(yǎng)時(shí)間(6 d)就會(huì)死亡。根系在銅累積脅迫下外觀形態(tài)和結(jié)構(gòu)逐漸退化，但在較長(zhǎng)時(shí)間(30 d)內(nèi)可以維持生長(zhǎng)，其根際微生物菌團(tuán)在緩解銅毒過(guò)程中可能起到了重要作用。 從鳳眼蓮根系分離到一株抗銅菌ACU，分析表明，該菌具有很強(qiáng)的耐銅和去銅能力。16S rDNA序列(GenBank基因注冊(cè)號(hào)為：EF151985)確定ACU是一種屬于腸桿菌科(Enterobacteriaceae)的新菌株。SDS-PAGE分析結(jié)果證明，ACU去銅機(jī)制可能是通過(guò)菌體細(xì)胞分泌小分子量(約50 kDa)的胞外蛋白與銅結(jié)合形成復(fù)合物。通過(guò)在植物表面接種ACU，在低中銅濃度(0-3 mg／L)下，菹草生物量增長(zhǎng)率短期內(nèi)(4 d)就表現(xiàn)出較大幅度的提高，甚至在高濃度(10 mg／L)銅處理中，也推遲了菹草的致死時(shí)間(8 d)，而對(duì)照(沒(méi)有接種ACU的菹草)4 d內(nèi)就已死亡。通過(guò)顯微鏡觀察，在中濃度(3 mg／L)銅脅迫下，接種ACU使菹草的根和葉保持相對(duì)完整形態(tài)結(jié)構(gòu)，而對(duì)照處理中根和葉的結(jié)構(gòu)已遭到嚴(yán)重破壞。這些結(jié)果說(shuō)明ACU具有明顯的緩解銅脅迫對(duì)菹草的毒害作用，并且在一定程度上可促進(jìn)菹草的生長(zhǎng)發(fā)育。 通過(guò)人工生態(tài)圍隔考察各植物的生長(zhǎng)特點(diǎn)和凈化效果，試驗(yàn)表明，各受試水生植物均可正常生長(zhǎng)，降低水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化水體中氮磷營(yíng)養(yǎng)水平，減輕有機(jī)污染負(fù)荷，增加溶解氧濃度。在50 d的監(jiān)測(cè)時(shí)間內(nèi)，所有恢復(fù)水生植物生長(zhǎng)的圍隔內(nèi)水體已由富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)過(guò)渡到中營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上，采用鳳眼蓮等水生植物以鑲嵌組合加串聯(lián)組合的方式在開(kāi)放流動(dòng)的模擬條件下對(duì)洋河水庫(kù)的水質(zhì)進(jìn)行了逐級(jí)修復(fù)試驗(yàn)。人工復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)試驗(yàn)表明，鳳眼蓮與水生植物的鑲嵌組合加各級(jí)串聯(lián)組合能有效去除氮磷，而對(duì)于還原性有機(jī)污染物，鳳菱睡鑲嵌組合的去除效果相對(duì)要好于鑲嵌組合加各級(jí)串聯(lián)組合。該系統(tǒng)使水庫(kù)水體由原來(lái)的富營(yíng)養(yǎng)化型向中營(yíng)養(yǎng)化型轉(zhuǎn)變。 綜上所述，鳳眼蓮在中濃度銅污染水體修復(fù)中具有較好效果，其根系抗銅菌ACU在污水去銅過(guò)程以及緩解菹草銅毒害方面也具有一定的應(yīng)用潛力。鳳眼蓮等水生植物在改善洋河水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化水質(zhì)的的模擬過(guò)程中也發(fā)揮了較好作用。
【學(xué)位單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2007
【中圖分類】：X52
【部分圖文】：

通過(guò)相差顯微鏡觀察，在中濃度 (3mg/L)銅作用下，鳳眼蓮根系已經(jīng)退化，與對(duì)照(添加銅濃度為 0mg/L)相比，12d時(shí)根系呈褐黑色，根表面積萎縮，根毛脫落(如圖2一2所示)。但是，當(dāng)培養(yǎng)到30d時(shí)，90%的植株仍然能夠存活。這說(shuō)明鳳眼蓮在中濃度銅脅迫下具有一定的適應(yīng)調(diào)節(jié)能力，從而維持植物的生長(zhǎng)。尸圖2一2鳳眼蓮根系外觀形態(tài)的變化(相差顯微鏡:1000x)。圖中a為對(duì)照，b為 3mg/L銅處理Fig.2一 2ChangeofexternalaPPearaneeintherootofE.erassiPes(Phase一eontrast mieroseope:1000x).a:eK:b:3mg/LeuZ+ 3.1.2銅對(duì)鳳眼蓮葉片光合色素含量的影響鳳眼蓮葉片Chla相對(duì)濃度隨著培養(yǎng)時(shí)間變化而變化，_目_不同銅濃度卜變化趨勢(shì)有較大差異(圖2一3(a))。當(dāng)添加銅濃度為 0.05mg幾時(shí)，Chla相對(duì)濃度先下降后上升，雖然到培養(yǎng)第5時(shí)下降到對(duì)照 (0mg/L)的70%

過(guò)量銅(濃度為 100mg/L)的LB培養(yǎng)液等體積混合產(chǎn)生沉淀，SDS一隊(duì)GE電泳分析結(jié)果表明，從該沉淀物中分離出一種蛋白質(zhì)，該蛋白分子量大小約為50切a(如圖2一9所示)。而陰性對(duì)照(不接菌的培養(yǎng)液)則沒(méi)有沉淀產(chǎn)生。這結(jié)果說(shuō)明，ACU在銅作用下具有產(chǎn)生胞外銅結(jié)合蛋白的的能力。kDa卜 1ACU116…渤翱66.2令心一今潤(rùn)麟淤側(cè)喲婦幽45明口乒腳，35喇口自25圈日.麟釋圖2一9鳳眼蓮根系抗銅菌胞外銅結(jié)合蛋白SDS一以GE分析結(jié)果Fig.2一 9SDS一 PAGEanalysisresultofextraeellulareoPPer-bindingProteinof eoPPer-resistantstrainfromrhizosPhereofE.erassiPes

并且在植株周圍有大量的白色絮狀物，而接種ACU的范草10天后才開(kāi)始衰敗死亡。其他銅處理組中接種ACU的范草在各個(gè)培養(yǎng)時(shí)期均比未接種長(zhǎng)得好。從范草根和葉的形態(tài)變化看，3m叭銅處理組中范草根部(圖2一n一a)呈褐黑色、根肉緊實(shí)密度增大，葉片細(xì)胞(圖2一11一b)明顯萎縮、葉細(xì)胞間隙由于過(guò)度擠壓而變形;接種抗銅菌ACU處理中，根部(圖2一11一c)沒(méi)有明顯褐黑色，根肉較為疏松，葉肉細(xì)胞(圖2一11一d)結(jié)構(gòu)完整，細(xì)胞間隙明顯可見(jiàn)。因此，抗銅菌ACU提高了范草對(duì)銅脅迫的適應(yīng)能力，使得根和葉保持相對(duì)完整的形態(tài)結(jié)構(gòu)。圖2一n抗銅菌ACU對(duì)范草根(a，c)和葉(b
【引證文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2872513