根瘤菌-苜蓿共生体系对铜污染的生理响应及土壤修复

摘要

随着工业的发展和人类自身的活动，导致重金属污染日益加剧，土壤重金属污染问题亦成为当今环境保护领域的焦点。微生物-植物联合修复重金属污染土壤的技术，因其操作简单、绿色经济而大受关注。本研究通过盆栽模拟实验，以铜为重金属污染物，根瘤菌-苜蓿共生体系为研究对象，分析了紫花苜蓿在接种抗铜根瘤菌的条件下对铜胁迫的生理响应，研究了根瘤菌-苜蓿共生体系用于修复铜污染土壤的整体效应。研究的主要进展和结果如下： （1）通过基质模拟铜污染实验发现，随着铜浓度的增加，植物生长受到影响，但接种根瘤菌显著缓解了铜胁迫，紫花苜蓿的最高耐受铜浓度从200 mg·kg-1提高到400 mg·kg-1，提高了植物抗铜性。根瘤菌-苜蓿共生体系有利于植物生长、叶绿素合成，提高光合反应速率，增加植物地上部和根部总氮含量。 （2）对照组植物地上部和根部铜含量在铜胁迫为300 mg·kg-1时最高，分别为31.78±1.71 mg·kg-1和41.07±3.47 mg·kg-1，而接种组地上部和根部浓度分别比对照组高65.7%和158.8%。接种组地上部和根部铜浓度在铜胁迫为400 mg·kg-1时最高，分别为33.02±4.84 mg·kg-1和124.44±24.06 mg·kg-1，分别是对照组的1.31倍和2.72倍。在铜胁迫为100 mg·kg-1时，接种处理苜蓿的地上部和根部每株吸收铜量分别为7.3±0.35μg和19.26±0.94μg，比对照组高6.1%和79.5%；在铜胁迫为200 mg·kg-1时，接种处理苜蓿地上部和根部每株吸收铜量为7.54±0.48μg和24.19±1.77μg，比对照组高2.53μg和16.78μg。 （3）随着铜胁迫的增强，紫花苜蓿地上部和根部的超氧阴离子、过氧化氢和丙二醛的含量逐渐增多，而接种根瘤菌显著抑制了三种有害产物的产生。接种根瘤菌，刺激植物抗氧化酶系统，提高超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶、抗坏血酸过氧化酶的活性，缓解植物受到的胁迫。根瘤菌-苜蓿共生体系对调节抗坏血酸氧化还原电对和谷胱甘肽氧化还原电对有积极作用，控制植物体内平衡，缓解毒害，提高植物抗性。 （4）通过实地铜污染土壤盆栽实验发现，接种根瘤菌对土壤铜形态比例分布的影响不显著，但对土壤铜去除效果明显，接种处理能使土壤铜去除率由对照处理的7.1%增加到10.8%。接种根瘤菌对土壤pH影响影响不显著，但土壤有机质和总氮含量分别增加了7.8%和6.8%。 （5）在铜污染土壤盆栽实验中，接种根瘤菌使得植物地上部和根部生物量比对照组高57.9%和33.3%，叶绿素含量增加了0.22 mg·g-1，光合速率提升13.2%，根部总氮含量增加了11.6%，而植物地上部总氮含量无明显变化。 （6）接种处理增加植物地上部和根部的铜含量及吸收量，植物地上部和根部吸收量分别比对照组增加了104.0%和41.0%，每盆植物总积累量从628.94±38.05μg提高到了990.11±42.41μg。且植物对铜的转移系数和富集系数没有显著影响。 （7）与对照处理相比，根瘤菌-苜蓿共生体系中苜蓿地上部的超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶和抗坏血酸过氧化物酶活性分别增加了42.2%、33.9%、63.0%和14.3%，而根部这四种酶活性依次增加了80.7%、52.8%、24.0%和69.8%。接种处理降低苜蓿丙二醛和超氧阴离子的含量，丙二醛地上部和根部含量分别比对照低27.7%和36.1%，接种组地上部和根部超氧阴离子含量分别为2.15±0.05μmol·g-1和1.85±0.04μmol·g-1，分别比对照组少2.6%、12.0%。但接种处理增加地上部过氧化氢含量，比对照组高20.7%；对根部含量变化不明显。

目录

声明

缩略语对照表

第1章 绪论

1.1 重金属污染现状与来源

1.2 土壤重金属污染植物修复技术

1.3 微生物-植物修复技术研究进展

1.4 研究目的与意义

1.5 研究内容

第2章 材料与方法

2.1 供试对象

2.2 供试仪器与设备

2.3 供试试剂

2.4 分析测试方法

2.5 数据处理方法

第3章 铜胁迫下紫花苜蓿对根瘤菌的响应及抗性的研究

3.1 材料与方法

3.2 结果分析与讨论

3.3 小结

第4章 根瘤菌-苜蓿共生体系修复铜污染土壤的效应

4.1 材料与方法

4.2 结果分析与讨论

4.3 小结

第5章 结论与建议

5.1 结论

5.2 问题与建议

致谢

参考文献

攻读学位期间获得与学位论文相关的科研成果