红蛋在镉胁迫下的根系结构变化与根际土壤化学机制研究

摘要

由于生存环境的不同，湿地植物形成了有别于旱生植物的重金属耐性机制。为了探究湿地植物在重金属胁迫下的根系结构变化和根际土壤化学机制，本文以对Cd有较强耐性和累积性的湿地植物红蛋为研究材料，通过水培试验研究红蛋植株根系泌氧量、根孔隙度、根表铁膜含量等在Cd胁迫下的变化情况；同时，通过根箱土培试验，研究根区与非根区土壤有效S、有效P、土壤pH、土壤Eh以及Cd化学形态的变化情况。研究旨在探明湿地植物红蛋在镉胁迫下的根系结构变化与根际土壤化学机制，为更好的应用其修复重金属污染环境提供科学依据。本研究主要结果如下：
　　 1.红蛋主要是通过将Cd储存在地下部来降低其对植株的毒害作用，在5 mgL-1和15 mg L-1 Cd胁迫下培养21天后，植株地下部Cd含量分别达到了1626.70mg kg-1和1782.85 mg kg-1，而地上部Cd含量分别为294.67 mg kg-1和366.19 mgkg-1。
　　 2.红蛋植株根系存在泌氧，在空白处理下，植株根系泌氧量为14.08μmolO2/(plant·d)。随着Cd胁迫浓度的增加，植株根系泌氧量呈下降的趋势，培养21天后，5 mg L-1和15 mg L-1 Cd胁迫下，植株根系泌氧量分别为10.06μmolO2/(plant·d)和7.05μmol O2/(plant·d)。
　　 3.随Cd胁迫浓度的增加，红蛋植株根表铁膜及铁膜中Cd含量呈逐渐升高的趋势，培养21天后，空白、5 mg L-1和15 mg L-1Cd胁迫下，植株根表铁膜的含量分别为10.23 mg kg-1，25.47 mg kg-1和33.64mg kg-1；空白处理植株根表铁膜中为检测出Cd，而在5mg L-1和15 mg L-1Cd胁迫下，植株根表铁膜中Cd含量分别为24.28 mg kg-1和41.84 mg kg-1。
　　 4.相关性分析表明根表铁膜含量与根系泌氧量、根孔隙度呈极显著的负相关性，表明铁膜的增厚导致根系泌氧的减少和根孔隙度的降低。同时，根表铁膜含量与铁膜中Cd的含量呈显著的正相关性，表明根表铁膜对红蛋吸收Cd有着积极的作用。
　　 5.根系能谱扫描图片显示，红蛋根系具有很强的将Cd向地上部转运能力，同时，凯氏带对限制Cd向地上部转运有重要的作用，且这种阻碍作用占主导地位；
　　 6.淹水提高了红蛋植株生物量和体内Cd含量，更有利于植株的生长和对Cd的累积。在Cd胁迫下，植物地上部生物量提高了37.89-53.04％，地上部Cd含量提高了23.63-28.06％，植株地下部生物量提高了139.05-230.24％。
　　 在15mg L-1 Cd胁迫下，淹水和非淹水根区土壤中酸提取态Cd含量分别增加了4.33％和4.03％，而在30 mg L-1 Cd胁迫下，酸提取态Cd含量分别增加了1.48％和3.17％，表明红蛋根系有活化土壤重金属的作用。

目录

文摘

英文文摘

1 前言

1.1 研究目的和意义

1.2 重金属污染土壤对环境的危害

1.2 重金属在土壤中的行为研究

1.3 根系对土壤中重金属行为的影响

1.4 重金属污染土壤的植物修复

1.5 植物耐Cd机理的研究现状

1.6 湿地植物重金属耐性机理的研究现状

1.7 红蛋植物吸收累积重金属的特性

1.8 本研究主要内容

2 材料与方法

2.1 红蛋在镉胁迫下的根系结构变化

2.1.1 植物预培养

2.1.2 试验方法

2.1.3 测定项目和方法

2.1.4 统计分析

2.2 红蛋在镉胁迫下的根际土壤化学机制研究

2.2.1 植物预培养

2.2.2 Cd污染土的制备

2.2.3 试验方法

2.2.4 测定项目和方法

2.2.5 统计分析

3 结果与分析

3.1 Cd对红蛋生长的影响

3.2 红蛋对Cd的吸收累积能力

3.3 Cd对红蛋根系泌氧量的影响

3.3 Cd对红蛋根孔隙度的影响

3.4 Cd对红蛋根表铁膜及铁膜中Cd含量的影响

3.5 Cd在根系中的分布特性

3.6 相关性分析

3.7 根区与非根区土壤pH与Eh变化

3.8 根区与非根区土壤中有效S、P的变化

3.9 根区与非根区土壤中Cd化学形态变化

3.10 植株中Cd的含量

3.11 Cd胁迫对植株生物量的影响

3.11 根表铁膜及铁膜中Cd含量

3.12 相关性分析

3.12.1 土壤Cd浓度、水分及根区条件对土壤中有效S、P含量的影响

3.12.2 根表铁膜、土壤S、P含量和植株Cd含量之间的相关性比较

3.12.3 土壤水分及根区条件对土壤中不同化学形态Cd含量的影响

4 讨论与讨论

4.1 结论

4.2 讨论

4.2.1 根部截留和凯氏带对Cd在植株体内转运的影响

4.2.2 根系泌氧对植株吸收累积Cd的影响

4.2.3 根表铁膜对红蛋吸收累积Cd的影响

4.2.3 淹水和根系对土壤有效S、P含量的影响

4.2.4 淹水和根系对土壤Cd化学形态变化的影响

4.2.5 淹水处理对红蛋吸收累积Cd的影响

4.3 问题与展望

致谢

参考文献

附录