柳树在铜污染环境保护林中应用潜力研究

摘要

采用溶液培养的方法,研究了不同铜浓度下苏柳172(Salix jiangsuensis CLJ-172)和垂柳(Salix babylonica Linn)的生长和部分生理指标的变化,以及苏柳172和垂柳对铜的吸收动力学特性；用盆栽的方法研究了不同水分条件下苏柳172和垂柳在铜污染土壤中的生长及对铜的吸收情况,并对土壤中铜的形态及含量的变化作了分析。结果显示:
　　 (1)两种柳树的生物量、叶片色素含量、根系活力以及根系形态的各指标都随铜处理浓度的增加而极显著的降低。SOD和POD活性以及丙二醛和脯氨酸含量随铜浓度的增加呈先上升后下降的趋势。当铜浓度为300μmol·L-1时,苏柳172和垂柳的生物量分别下降了57.6％和63.1％；根系活力分别下降了71.7％和56.4％；苏柳172叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的含量分别下降了51.9％、47.8％和35.1％,垂柳分别下降了86.1％、87.0％和80.9％。苏柳172的根系长度、根系表面积、根平均直径、根体积和侧根数分别下降了81.5％、77.3％、61.5％、72.6％和86.0％,垂柳分别下降了82.1％、83.8％、79.6％、85.3％和81.9％。在铜浓度为20μmol·L-1时,苏柳172和垂柳中SOD活性最大。苏柳172和垂柳中POD活性分别在Cu2+浓度100μmol·L-1和40μmol·L-1时达到最大。铜浓度为200μmol·L-1时,苏柳172和垂柳中脯氨酸含量达到最大。苏柳172和垂柳叶片中MDA的含量分别在铜浓度为200μmol·L-1和20μmol·L-1时达到最大,之后开始降低。
　　 (2)溶液中铜浓度在0.5～200μmol·L-1时,柳树根系对铜的吸收速率随着溶液中铜浓度的增加而增加。在铜浓度为20μmol·L-1时,柳树根系对铜的吸收随着时间的增加而增加。在与铜浓度的浓度比值为1:1时,矿质元素铁、锌、锰对垂柳根系吸收铜有明显的抑制作用,而对苏柳172没有明显的作用。乙酸和苹果酸在与铜的浓度比值较低(乙酸<10:1,苹果酸<5:1)时可以促进柳树根系对铜的吸收,在较高浓度比值时会抑制柳树根系对铜的吸收。乙酸与铜的比例为10:1的情况下,低浓度(铜浓度小于20μmol·L-1)时乙酸促进垂柳根系铜的吸收,高浓度(铜浓度大于20μmol·L-1)时乙酸抑制了垂柳根系对铜的吸收。柳树根尖区的铜含量远远大于根成熟区的铜含量。乙酸的加入能够抑制铜由柳树根系向地上部的转运。
　　 (3)在长期水淹、间歇性水淹和对照三种处理中,柳树根系中的铜含量依次为:长期水淹>间歇性水淹>对照。水淹胁迫会抑制苏柳172和垂柳根中铜向茎中的转运,随着土壤中铜浓度的增加,茎中的铜含量呈向先上升后下降的趋势。两种柳树将铜向叶中的转运也受水淹胁迫的抑制作用,其中长期水淹有极显著的抑制作用。随土壤中铜浓度的增加,对照和间歇性水淹处理叶片中的铜含量呈上升的趋势,长期水淹并没有很大的变化。
　　 (4)在长期水淹、间歇性水淹和对照三种处理中,非根际土中铜含量的减少量要大于根际土的减少量。在土壤中铜的减少以有效态铜为主,且在三种处理中其减少量没有显著性的差异。土壤中铜的各形态,酸可提取态(包括水溶态)的减少量最大,其次为可还原态。水淹条件下,铜的酸可提取态(包括水溶态)减少量最大,可还原态、可氧化态和残渣态的变化在三种处理之间没有显著性的变化。
　　 总结上述实验结果,初步判定柳树可以作为铜污染环境保护林树种。

目录

文摘

英文文摘

1 绪言

1.1 重金属污染的来源

1.1.1 自然来源

1.1.2 人为作用

1.2 铜污染对植物的影响

1.2.1 铜污染对植物生长的影响

1.2.2 铜污染对植物光合作用的影响

1.2.3 铜污染对植物体内保护酶的影响

1.2.4 铜污染对游离脯氨酸的影响

1.3 铜污染对人体的危害

1.4 铜污染的植物修复

1.4.1 植物修复概述

1.4.2 植物修复的研究进展

1.4.3 植物对铜的吸收积累规律

1.4.4 植物耐铜机理

1.5 树木在植物修复中的运用

1.5.1 木本植物与超积累植物

1.5.2 树木适宜植物修复的特点

1.5.3 柳树对重金属的修复作用

2 研究的目的和意义

3 材料与方法

3.1 试验材料与培养

3.1.1 营养液培养

3.1.2 土壤培养

3.2 实验设计

3.2.1 铜胁迫对柳树生长及生理指标的影响实验

3.2.2 根对铜吸收的浓度效应

3.2.3 根对铜吸收的时间梯度

3.2.4 金属阳离子胁迫对柳树根系吸收铜的影响

3.2.5 有机酸对柳树根系吸收铜的影响

3.2.6 水淹胁迫对柳树生长及铜吸收的影响

3.3 实验方法

3.3.1 生物量的测定

3.3.2 叶绿素含量的测定

3.3.3 SOD活性的测定

3.3.4 POD活性的测定

3.3.5 MDA含量的测定

3.3.6 脯氨酸含量的测定

3.3.7 根系活力的测定

3.3.8 根系形态的测定

3.3.9 柳树体内铜含量的测定

3.3.10土壤根际土与非根际土的收集

3.3.11土壤中全铜含量的测定

3.3.12土壤中有效铜含量的测定

3.3.13土壤中铜的存在形态测定

4 结果分析

4.1 铜胁迫对柳树生长和生理的影响

4.1.1 铜胁迫对柳树生物量的影响

4.1.2 铜胁迫对柳树根系生长的影响

4.1.3 铜胁迫对柳树根系活力的影响

4.1.4 铜胁迫对柳树叶片中色素的影响

4.1.5 铜胁迫对柳树SOD活性的影响

4.1.6 铜胁迫对POD活性的影响

4.1.7 铜胁迫对丙二醛(MDA)的影响

4.1.8 铜胁迫对脯氨酸的影响

4.2 柳树对铜的吸收特征

4.2.1 柳树根系吸收铜的浓度动力学特征

4.2.2 柳树根系吸收铜的时间动力学特征

4.2.3 金属阳离子胁迫对柳树根系吸收铜的影响

4.2.4 低分子量有机酸对柳树根系吸收铜的影响

4.3 水淹胁迫对柳树铜吸收、转运的影响

4.3.1 柳树根中铜含量的变化

4.3.2 柳树茎中铜含量的变化

4.3.3 柳树叶中铜含量的变化

4.4 水淹胁迫下柳树对土壤中铜含量的影响

4.4.1 土壤中全铜含量的变化

4.4.2 土壤中有效铜含量的变化

4.4.3 土壤中铜形态的变化

5 讨论

5.1 铜胁迫对柳树生长及生理的影响

5.1.1 铜胁迫对柳树生长的影响

5.1.2 铜胁迫对柳树叶片色素的影响

5.1.3 铜胁迫对柳树叶片中保护酶的影响

5.1.4 铜胁迫对柳树叶片中脯氨酸的影响

5.2 柳树对铜的吸收特征

5.2.1 柳树对铜的吸收动力学

5.2.2 金属阳离子对柳树根系吸收铜的影响

5.2.3 有机酸对柳树吸收铜的影响

5.3 水淹胁迫对柳树吸收铜的影响

5.4 水淹胁迫下柳树对土壤中铜的影响

5.5 柳树在铜污染环境保护林中的应用潜力

6 结论

6.1 铜胁迫对柳树生长及生理的影响

6.2 柳树对铜的吸收动力学特征

6.3 其它金属阳离子对柳树吸收铜的影响

6.4 低分子量有机酸对柳树吸收铜的影响

6.5 水淹胁迫对铜吸收铜的影响

6.6 水淹胁迫下柳树土壤中铜含量的影响

参考文献

附录 A

致谢