本文關鍵詞：旱柳和狹葉香蒲對重金屬吸收及其活性炭吸附的比較研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：植物修復是重金屬污染治理的綠色技術之一,柳樹(Salix spp.)、香蒲(Typha spp.)對重金屬具有較強耐性,生長繁殖快,根系發(fā)達,是植物修復的適宜物種�；钚蕴课骄哂行詢r比高、操作簡單和適合低濃度重金屬污染治理等優(yōu)勢而被廣泛研究和應用,農林廢棄物活性炭因成本低廉成為重金屬吸附的研究熱點。目前香蒲與柳樹生物質的利用較為單一,研究旱柳與狹葉香蒲對重金屬的吸收、及其活性炭對重金屬的吸附可以開拓其環(huán)保新用途,對深化植物修復機理和資源的充分利用具有十分重要的意義。本文以狹葉香蒲(Typha angustifolia)和旱柳(Salix matsudana)為研究對象,通過水培試驗,采用差速離心、連續(xù)萃取與原子吸收分光光度法,研究了外源亞精胺(Spermidine, Spd)對旱柳和狹葉香蒲Cd吸收積累和耐性,以及Cd的亞細胞分布和化學形態(tài)解毒機制的調節(jié)作用；采用酶聯(lián)免疫測定儀,研究了外源Spd對旱柳耐Cd氧化脅迫機制的調節(jié)作用；采用磷酸活化法制備了狹葉香蒲與旱柳活性炭,并用紅外光譜儀、截塔電位儀和掃描電鏡對活性炭的理化性質進行表征,通過靜態(tài)吸附試驗,研究了兩種活性炭對模擬廢水中Cd與Pb的吸附性能與機理。主要研究結果如下：(1)外源Spd能抑制Cd脅迫下旱柳和狹葉香蒲生物量的降低,一定程度提高植物對Cd的耐性。Spd能促進旱柳根、老莖和狹葉香蒲各組織對Cd的累積,降低旱柳嫩枝與葉的Cd含量。旱柳組織中Cd的含量大小為根葉嫩枝,分別為2002.67～3961 mg/kg、111.59～229.72 mg/kg與102.56～221.27 mg/kg;狹葉香蒲Cd含量大小為根地下莖葉,分別為766.31～1146.52 mg/kg、 116.45～204.45 mg/kg與55.54-75.16 mg/kg,表明兩種植物是Cd的根際過濾植物,旱柳同時是Cd提取的潛在植物。(2)旱柳和狹葉香蒲各組織Cd的亞細胞含量為細胞壁胞基質+液泡細胞器。細胞壁、胞基質+液泡和細胞器Cd所占比例,旱柳根細胞分別為58.73～62.79%、25.02～28.72%與7.41～21.21%,嫩枝細胞分別為62.14-64.63%、22.08～26.69%與11.57-13.30%,葉細胞分別為25.11～43.94%、24.78-28.37%與12.38～15.10%；狹葉香蒲根細胞分別為61.27～63.30%、28.11～29.42%和7.68-10.32%,地下莖細胞為52.59～59.52、28.59-33.59%和11.90～13.83%,葉細胞分別為63.02～67.94%、25.05～30.58%和2.09-9.31%。結果表明細胞壁是旱柳、狹葉香蒲細胞Cd的主要解毒場所,胞基質+液泡結合是細胞Cd的第二解毒場所。旱柳細胞中,Cd的46.97～60.43%以NaCl提取態(tài)存在,其次主要以去離子水與醋酸提取態(tài)存在；寬葉香蒲細胞中,45.36～66.98%的Cd以NaCl提取態(tài)存在,15.88～34.88%的Cd以醋酸提取態(tài)存在,其次是以乙醇與去離子水態(tài)Cd存在。Spd的應用能降低旱柳細胞中乙醇與NaCl提取態(tài)Cd的比例、提高去離子水態(tài)Cd的比例；但對狹葉香蒲NaCl與去離子水提取態(tài)Cd比例的影響與旱柳相反。說明Spd的使用能通過降低旱柳、狹葉香蒲無機態(tài)Cd的比例,強化旱柳Cd與液泡中有機酸的螯合作用,強化狹葉香蒲Cd與果膠酸、含巰基解毒蛋白質相結合來提高旱柳、狹葉香蒲對Cd的耐性。(3)Cd誘導旱柳葉O2·-、H2O2和MDA含量與溶液中Cd濃度呈量效關系的增加,外源Spd能抑制三者的累積,緩解Cd對旱柳的氧化傷害。Cd降低旱柳葉SOD、GR和GPX活性與ASA、Spd和可溶性蛋白含量,Spd的添加能緩解Cd的這些不利影響。Cd誘導旱柳葉Put和NO含量呈劑量效應的增加,Spd的施用能抑制Put含量的增加,顯著提高NO含量。相關性分析表明,外源Spd可以通過提高CAT、PX與GR活性來清除ROS,降低MDA含量,以提高旱柳耐Cd氧化脅迫能力；同時,Put在Cd脅迫下充當信號分子,誘導旱柳其它抗氧化機制的啟動,間接緩解氧化傷害。Cd處理降低旱柳根、葉組織中Cu、 Zn含量,且呈劑量-效應關系,Spd能提高相應Cd處理組根、葉組織的Cu含量,但對根和葉Zn吸收與累積的影響各異。Cd處理降低根系組織中Fe含量,增加葉片組織中Fe含量；外源Spd能增加低濃度Cd處理根與葉中Fe含量,但降低較高濃度Cd處理根、葉組織中Fe含量。Cd降低Zn的轉運能力,但Spd能夠提高相應Cd處理旱柳中Zn的轉運能力；Cd和Spd處理均提高Fe的轉運能力。(4)狹葉香蒲活性炭為不規(guī)則的圓柱形結構,表面凹凸,疏松多孔；旱柳活性炭表面粗糙,有層狀孔隙結構。狹葉香蒲與旱柳活性炭的BET比表面積分別為130.42 m2/g和234.42 m2/g,中孔和微孔為主,等電點pHIEP分別為3.4和4.3,表面都含有O-H、C=O、C-O與P=O鍵等。兩種活性炭對Cd和Pb吸附在10 min左右趨向吸附平衡；吸附量隨溶液起始pH值和溫度的升高而增加,隨活性炭劑量的增大而降低；吸附過程與準二級動力學模型的擬合效果很好；吸附為自發(fā)的吸熱反應,而且吸附過程的主動性、可行性隨溫度增加而增加,Pb吸附的自發(fā)性比Cd的強。吸附平衡實驗結果與Langmuir和Freundlich模型都能很好的擬合,兩種活性炭對Pb的吸附效果好于Cd的,溶液起始pH值為5、溫度為25℃條件下,狹葉香蒲活性炭對Cd與Pb的Langmuir最大吸附量Qm分別為48.08與61.73 mg/g、旱柳活性炭分別為40.98與58.82 mg/g。兩種活性炭對Cd、Pb的吸附既有物理吸附,又有化學吸附。液膜擴散和顆粒內部擴散在吸附過程中同時進行,但后者是吸附的限速過程；化學反應也是吸附的重要限速因素。(5)比較而言,旱柳對Cd的耐性和吸收量比狹葉香蒲的大；與旱柳活性炭相比,狹葉香蒲活性炭的pHIEP較小,吸附前吸收峰面積較大,而Pb吸附后吸收峰面積較小,說明狹葉香蒲活性炭有更多的官能團參與了Cd、Pb的化學吸附,但旱柳活性炭的物理性質較優(yōu)；溶液起始pH值較小時,狹葉香蒲活性炭對Cd、Pb的吸附量較大,而且對溫度變化的適應性較強；狹葉香蒲活性炭對Cd、 Pb的吸附速率較快、自發(fā)性強、吸附熱小、有序性好、吸附量大。
【關鍵詞】：亞精胺 旱柳 狹葉香蒲 吸收 重金屬 活性炭 吸附
【學位授予單位】：中南林業(yè)科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：X173;TQ424.1
【目錄】：

• 摘要4-7
• ABSTRACT7-11
• 縮寫詞表11-17
• 1 緒論17-46
• 1.1 柳樹與重金屬的研究概況19-25
• 1.1.1 柳樹的種類與生物學特性19-20
• 1.1.2 野外柳樹與重金屬吸收、累積20-22
• 1.1.3 土培柳樹與重金屬吸收、累積22-24
• 1.1.4 水培柳樹與重金屬吸收、累積24-25
• 1.2 香蒲與重金屬的研究概況25-29
• 1.2.1 香蒲的分布、生物特性與種類25-26
• 1.2.2 香蒲對重金屬的吸收、累積與分布26-28
• 1.2.3 香蒲抗氧化系統(tǒng)與重金屬脅迫28
• 1.2.4 香蒲的其它研究28-29
• 1.3 多胺與重金屬脅迫下植物的抗氧化能力29-36
• 1.3.1 植物多胺的種類30
• 1.3.2 植物多胺的代謝30-34
• 1.3.3 多胺與植物重金屬脅迫34-36
• 1.4 生物質及其活性炭與重金屬吸附36-43
• 1.4.1 活性炭的吸附機理37-38
• 1.4.2 活性炭對重金屬的吸附及影響因素38-39
• 1.4.3 活性炭的制備原料與方法39
• 1.4.4 生物質與重金屬吸附39
• 1.4.5 生物質活性炭的制備、表征與重金屬吸附39-43
• 1.5 課題來源、擬解決的科學問題、內容與技術路線43-46
• 1.5.1 課題來源43
• 1.5.2 擬解決的科學問題43
• 1.5.3 研究內容43-44
• 1.5.4 技術路線44-46
• 2 外源亞精胺對旱柳、香蒲鎘吸收累積、形態(tài)與生長的影響46-65
• 2.1 前言46-48
• 2.2 材料與方法48-51
• 2.2.1 植物培養(yǎng)與處理48-49
• 2.2.2 亞細胞與不同形態(tài)Cd的提取與測定49-50
• 2.2.3 干樣處理與Cd測定50
• 2.2.4 數(shù)據統(tǒng)計分析50-51
• 2.3 結果與討論51-63
• 2.3.1 Cd、Spd對旱柳、狹葉香蒲生長的影響51-53
• 2.3.2 Cd、Spd對旱柳、狹葉香蒲組織干樣Cd累積與分布的影響53-58
• 2.3.3 Cd、Spd對旱柳、狹葉香蒲亞細胞中Cd累積和分布的影響58-60
• 2.3.4 Cd、Spd對旱柳、狹葉香蒲Cd化學形態(tài)的影響60-63
• 2.4 小結63-65
• 3 外源亞精胺緩解旱柳鎘氧化脅迫的機理研究65-89
• 3.1 前言65-67
• 3.2 材料與方法67-70
• 3.2.1 植物培養(yǎng)與處理67
• 3.2.2 葉片O2·~-、H_2O_2、SOD、CAT、GPX、GR、GSH、NO的提取與測定67-68
• 3.2.3 葉片MDA、APX、ASA的提取與測定68-69
• 3.2.4 葉片PAs的提取與測定69-70
• 3.2.5 葉片可溶性蛋白的提取與測定70
• 3.2.6 干樣處理與Zn、Cu、Fe的測定70
• 3.2.7 數(shù)據統(tǒng)計分析70
• 3.3 結果與討論70-87
• 3.3.1 Cd、Spd對旱柳葉片的氧化脅迫70-73
• 3.3.2 Cd、Spd對旱柳葉片SOD、CAT的影響73-75
• 3.3.3 Cd、Spd對旱柳葉抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)系統(tǒng)的影響75-78
• 3.3.4 Cd、Spd對旱柳葉內源PAs的影響78-81
• 3.3.5 Cd、Spd對旱柳葉片NO的影響81-82
• 3.3.6 Cd、Spd對旱柳葉片可溶性蛋白的影響82-83
• 3.3.7 旱柳抗氧化系統(tǒng)指標的相關性分析83-84
• 3.3.8 Cd、Spd對旱柳礦質元素的影響84-87
• 3.4 小結87-89
• 4 狹葉香蒲、旱柳活性炭對鎘、鉛的吸附與機理研究89-109
• 4.1 前言89-90
• 4.2 材料與方法90-93
• 4.2.1 活性炭的制備90-91
• 4.2.2 活性炭理化性質分析91
• 4.2.3 吸附實驗91
• 4.2.4 數(shù)據統(tǒng)計分析91-93
• 4.3 結果與討論93-107
• 4.3.1 活性炭的理化性質93-95
• 4.3.2 時間對吸附的影響與吸附動力學分析95-97
• 4.3.3 溶液初始pH值對吸附的影響97-99
• 4.3.4 活性炭投加對吸附的影響99-100
• 4.3.5 溫度對吸附的影響與吸附熱力學分析100-102
• 4.3.6 等溫吸附特性分析102-104
• 4.3.7 吸附類型與機理分析104-107
• 4.4 小結107-109
• 5 結論與展望109-112
• 5.1 主要結論109-110
• 5.2 創(chuàng)新點110
• 5.3 研究展望110-112
• 參考文獻112-144
• 附錄 攻讀博士學位期間的主要學術成果144-146
• (1) 參加科研項目144-145
• (2) 發(fā)表主要論文145-146
• 致謝146

【參考文獻】

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本文編號：317417