李氏禾耐铜胁迫的生理响应及其土壤重金属铜修复潜力评价

摘要

植物修复作为一种新型清洁技术旨在将重金属等污染物从水体和土壤中移除，在这一技术中，植物的吸收能力和媒介中污染物的有效性至关重要。李氏禾（Leersia Hexandra Swartz）作为多金属富集植物，关于李氏禾对Cu的吸收和转运已经开展了大量的研究工作，但是李氏禾对Cu的解毒机制和对土壤Cu污染修复潜力尚不清楚。本论文以多金属富集植物李氏禾为研究对象，进一步通过水培实验研究抗氧化酶及非酶类络合物对李氏禾解毒Cu的作用。通过开展室内控制性盆栽实验研究李氏禾修复土壤Cu污染的效率及连续收割对李氏禾修复Cu污染土壤的影响。通过传统的农艺措施施肥及植物激素与螯合剂的联合施用，进行强化李氏禾修复土壤重金属Cu污染的研究，旨在为土壤重金属污染强化修复技术提供参考。研究的主要结果如下： 1.李氏禾叶片的叶绿素a和叶绿素b含量在铜处理浓度为0.6 mmol·L-1时含量分别仅为对照处理的16.23%和35.69%。当Cu处理浓度大于0.4 mmol·L-1时叶片中脂质过氧化的产物丙二醛（MDA）含量显著增加，说明脂质过氧化作用程度在高浓度Cu胁迫下变得激烈，对李氏禾细胞造成了巨大的损伤。对李氏禾叶片中抗氧化酶的分析结果表明，随着铜处理浓度的增加，叶片中SOD、POD、CAT和APX抗氧化酶活性都呈先上升后下降的趋势，表明李氏禾在低浓度铜胁迫下抗氧化酶做出了正反馈，抗氧化酶活性的提高起到了清除活性氧自由基的作用。但在高浓度Cu的持续胁迫下，抗氧化酶蛋白结构遭到破坏，活性降低，无法清除叶片中的ROS，导致植株坏死。在实验设置的铜浓度处理下金属硫蛋白的含量逐渐增加，这一现象说明李氏禾叶片中的MTs在Cu胁迫下不仅起到了很重要的保护作用，也提高了植物对Cu的耐受性。 2.土培实验中在不同铜浓度处理下李氏禾根中铜积累量最高可达5501.65 mg·kg-1，地上部分铜积累量最高可达755.395 mg·kg-1，对李氏禾Cu污染土壤修复效率的计算结果表明李氏禾更适用于修复中度和轻度Cu污染的土壤。连续收获李氏禾地上部分对李氏禾Cu的积累能力和生物量的产量并没有产生显著的影响（p＞0.05），在Cu处理浓度为200 mg·kg-1时，第三次收获的李氏禾地上部分Cu含量甚至比第一次收获还高出8.3%。实验表明李氏禾作为多年生禾本植物，连续收割不会影响其存活。 3.通过施加液体肥李氏禾地上部分的生物量相比对照处理平均增加了27.98%，表明施肥可以显著提高李氏禾地上部分的生物量，但李氏禾地上部分Cu含量没有得到显著的提高，这可能与地上部分生物量增加所导致的“生物稀释效应”有关。在100 mg·kg-1 Cu胁迫下，IAA和EDTA处理显著促进了李氏禾的生长发育，与对照处理相比分别增加了16.25%和18.73%。同时，IAA和EDTA处理还有效地缓解了土壤Cu对李氏禾的胁迫作用，并显著的增加了李氏禾地上部分Cu的含量，比对照处理平均增加了29.47%，因此，IAA和EDTA作为外源添加剂可有效地提高李氏禾对Cu污染土壤的修复效率。

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第1章 绪论

1.1铜对植物的毒害作用及铜污染现状

1.2植物体内铜平衡的调节

1.3 植物对重金属Cu的生理响应

1.4 土壤重金属污染植物修复技术的强化措施

1.5 土壤重金属污染修复技术

1.6 本实验研究目的和意义

第二章 李氏禾对重金属铜的生理响应

2.1 引言

2.2 实验材料与方法

2.3 结果与分析

2.4 讨论

2.5 本章小结

第三章 李氏禾对土壤Cu污染修复潜力的研究

3.1 引言

3.2 实验材料和方法

3.3 结果与分析

3.4 讨论

3.5 本章小结

第四章 施肥和植物激素协同螯合剂对李氏禾修复土壤Cu的影响

4.1 引言

4.2 实验材料和方法

4.3 结果与分析

4.4 讨论

4.5 本章小结

第5章 结论和展望

5.1 主要研究结果

5.2 研究展望

参考文献

个人简历、申请学位期间的研究成果及发表的学术论文

致谢