外源低分子量机酸对镉胁迫下美洲商陆的超累积和解Cd毒的机制研究

摘要

由人为活动造成的重金属Cd污染土壤问题已经成为当前备受关注的环境污染问题。Cd因其高毒性、致畸致癌和易迁移等性质，对生态系统、食品安全和人类健康造成了严重的威胁。当前我国镉污染土壤的范围已经涉及十多个省市的二十多个地区，并且其污染面积还有逐渐蔓延的趋势。针对这种大面积的污染土壤，用传统的物理化学方法来治理不仅经济成本高，工程量大，大面积应用难，而且容易破坏土壤的结构，造成二次污染。而植物修复以其经济适用、操作简便并且生态环保的特性，具有广阔的发展前景。为了有效提高污染土壤的植物修复效率并且降低修复成本，可以通过外源添加螯合剂与超富集植物相结合来达到提高植物修复效率的目的。
　　实验以美洲商陆为对象，先通模拟不同Cd浓度的土壤污染(0，10，30，50和100 mg kg-1 dw)，对美洲商陆的耐镉情况和吸镉能力进行研究。然后通过外源添加不同浓度的柠檬酸(CA)，苹果酸(MA)和草酸(OA)（10，20，30和40 mmolkg-1）对镉胁迫下美洲商陆体超累积和解Cd毒的机制进行探究。通过研究添加不同浓度的外源低分子量有机酸作用下，美洲商陆生理指标的情况变化，以及对Cd的吸收和分布的影响，为提高美洲商陆的植物修复效率和推动植物修复技术的实用化、实现我国大面积重金属污染土壤的高效修复提供理论参考。
　　本研究主要有以下结论:
　　(1)在较低浓度的土壤镉(Cd)处理中，美洲商陆生长旺盛，无胁迫症状;在镉(Cd)处理浓度大于50 mg kg-1后，美洲商陆胁迫症状明显。叶片蜷曲褶皱、失绿发黄，植株矮小、生长受到抑制。
　　(2)不同浓度的土壤镉(Cd)处理下，美洲商陆对Cd表现出较高的富集能力较好的抗逆性，其地上部吸镉(Cd)量超过100 mg kg-1。大于50 mg kg-1镉(Cd)处理下美洲商陆生物量和叶绿素含量都显著降低，而丙二醛(MDA)含量显著升高，SOD、POD和CAT酶活性降低，这说明镉(Cd)胁迫下，通过影响美洲商陆的生长发育、光合作用和生理代谢等产生毒害作用。
　　(3)50 mg kg-1Cd胁迫下，施加不同浓度的外源低分子量有机酸对美洲商陆积累镉(Cd)的增效作用有不同影响。低浓度的柠檬酸、苹果酸和草酸(10，20 mmolkg-1)施加后，植物的各项生理指标的恶化趋势得到了不同程度的缓解，包括对生长抑制的缓解、SOD、POD和CAT酶活性的增加以及MDA含量的降低等，能够延缓Cd对植物膜的损伤，增强美洲商陆对Cd的抗性。并且美洲商陆各营养器官对镉的积累量都有提高，尤其是显著提高了植物地上部分中叶片和茎中镉的含量，这说明低浓度的低分子量有机酸能促进植物体内镉从地下部向地上部的转移。而高浓度低分子量有机酸(30，40 mmol kg-1)则对美洲商陆吸镉能力的提高作用不明显，并且此时美洲商陆各项生理指标的恶化趋势缓解效果不明显，甚至加重了植物的毒效应。
　　综上所述，低浓度的外源柠檬酸、苹果酸和草酸最美洲商陆修复土壤中的镉有较好的增效作用，它们不仅在一定程度上缓解了Cd毒害症状，而且促进了美洲商陆对重金属的吸收和转运，增强了美洲商陆植物修复的能力。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 重金属镉污染土壤概况

1．1．1 土壤镉污染来源

1．1．2 土壤镉污染现状

1．1．3 土壤镉污染危害

1．2 土壤镉污染的植物修复技术

1．2．1 植物修复技术的由来

1．2．2 植物修复技术的类别

1．2．3 超富集植物的判断标准

1．2．4 超富集植物的研究现状

1．2．5 植物修复的技术瓶颈

1．2．6 植物修复技术未来的研究方向

1．3 低分子量有机酸对植物修复技术的影响

1．4 选题背景及研究意义

1．4．1 选题背景

1．4．2 选题内容

1．4．3 选题目的及意义

第2章 美洲商陆对Cd的富集能力及其生理表现

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．2．1 美洲商陆的培养和土样制备

2．2．2 实验设计

2．2．3 美洲商陆体生理指标的测定

2．2．5 美洲商陆体内镉(Cd)吸收量的测定

2．2．6 数据分析及处理

2．3 结果与讨论

2．3．1 镉(Cd)胁迫下美洲商陆生长的表观情况

2．3．2 镉(Cd)胁迫下美洲商陆的叶绿素含量变化

2．3．3 镉(cd)胁迫下美洲商陆的膜脂过氧化情况

2．3．4 镉(Cd)胁迫下美洲商陆的抗氧化系统酶活性的变化

2．3．5 镉(Cd)胁迫下美洲商陆体内累积的Cd含量情况

2．4 小结

第3章 不同浓度的低分子量有机酸对Cd胁迫下美洲商陆的超累积和解Cd毒的机制研究

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 美洲商陆的培养和土样制备

3．2．2 外源物质低分子量有机酸的施加和实验设计

3．2．3 美洲商陆体生理指标的测定

3．2．4 美洲商陆体内镉(Cd)吸收量的测定

3．2．5 数据分析及处理

3．3 结果与讨论

3．3．1 不同浓度的低分子量有机酸对Cd胁迫下美洲商陆的叶绿素变化情况的影响

3．3．2 不同浓度的低分子量有机酸对Cd胁迫下美洲商陆的膜脂过氧化程度影响

3．3．3 不同浓度的低分子量有机酸对Cd胁迫下美洲商陆的抗氧化系统酶活性的影响

3．3．5 不同浓度的低分子量有机酸对Cd胁迫下美洲商陆吸镉的影响

3．4 小结

结论

参考文献

致谢

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