狭叶香蒲吸收Cu动力学特征及Cu胁迫后生理变化的研究

摘要

采用植物修复水体重金属污染是一种比较经济、方便和可行的方法，且会带来较高的环境生态效益。香蒲属（Thlaspi）植物具有净化含Pb、Zn、Cu、Cd等重金属废水的作用及开发人工湿地的效能，本实验室研究狭叶香蒲（Typha angustifolia L.）对Cd的吸收及抗性生理发现，狭叶香蒲具有耐水体Cd胁迫的特点。在此基础上，本研究继续探讨狭叶香蒲对Cu的离子吸收特征及对Cu胁迫的抗性生理机理，为其在水体Cu污染治理中应用提供技术支持。本文采用培养液培养的方法，研究了不同温度、不同pH条件下狭叶香蒲吸收Cu2+的动力学特征，并探讨了不同浓度Cu2+胁迫对狭叶香蒲生长的影响及其抗性生理机理，同时分析了Cu胁迫下狭叶香蒲体内矿质营养元素含量的积累与分配情况，主要结果如下：
　　 用离子消耗曲线法来研究狭叶香蒲根系对Cu2+的吸收动力学特性，拟合曲线求得吸收动力学参数，结果表明：狭叶香蒲在0-4h、8-12h、8-24h、24-48h时间段内Vmax逐渐下降，在0-4h时，最大吸收速率Vmax吸收能力a值最大，米氏常数Km在此时最小，表明狭叶香蒲在4h时对Cu2+有最大的吸收能力。不同温度不同pH下，在0-24h和24-48h两个时间段狭叶香蒲吸收Cu2+动力学曲线各有差异，但整体趋势一致，符合Michaelis-Menten动力学规律。在不同温度的各处理中，30℃，24h时，用V-C图解法和LB图解两种方法求解的Vmax最大，而10℃，24h时处理的Vmax最小。在不同pH下，pH为5.4，24h时两种方法求得的vmax最大，pH为8.0，24h时Vmax最小，说明狭叶香蒲在酸性环境下，适宜温度（30℃），且在短时间内有最大的吸收潜力。
　　 设置Cu2+浓度1，5，30，55，80和100 mg·L-1处理狭叶香蒲，研究其对Cu2+胁迫的生理反应，结果表明：狭叶香蒲叶宽、株高的增长量及整株干物质累积量在较低浓度Cu2+处理时均未受影响，此后随Cu2+浓度升高显著下降。Cu2+浓度为0-30mg·L-1时，叶绿素含量显著上升，此后随Cu2+浓度增加其含量显著下降。在Cu2+浓度0-5mg·L-1范围内根系活力显著上升，此后随Cu2+浓度升高则大幅下降。根系和叶片中SOD、POD、CAT活性随Cu2+浓度增加均呈先显著升高后显著降低的趋势，根系SOD、POD活性在30 mg·L-1时出现最大值，叶片中SOD、POD活性在55mg·L-1时出现最大值，根系和叶片CAT活性均在80mg·L-1时出现最大值；同一Cu2+浓度下，根系中SOD、POD、CAT活性明显高于叶中，说明根系比叶片对Cu2+胁迫反应更敏感。从根系和叶片中SOD/POD、SOD/CAT的比值变化上可看出，在1mg·L-1和5mg·L-1Cu2+时起主要保护作用的酶是SOD、POD，后来CAT起到主要作用。MDA含量自Cu2+浓度为30mg·L-1时开始持续上升。说明在Cu2+为30～55 mg·L-1时狭叶香蒲表现为积极的生理响应。
　　 比较了Cu2+浓度1，35，60 mg·L-1胁迫处理后狭叶香蒲动态生理变化，结果表明，低中Cu2+浓度（1和35mg·L-1）对狭叶香蒲地上部分干重，根系部分干重有促进增加的作用，高浓度（60mg·L-1）则显著抑制狭叶香蒲生长。短时间（1-4d）的Cu2+胁迫对根系活力有促进提高作用，高浓度和长时间（7-10d）的Cu2+胁迫根系活力则显著下降。各处理组中，狭叶香蒲根系和叶片中SOD、POD和CAT活性均随Cu2+胁迫的时间的延长先上升后下降，在Cu2+浓度为35mg·L-1，狭叶香蒲根系和叶片中SOD活性最大，根系和叶片中POD，CAT在Cu2+浓度为60mg·L-1时表现出最大的活性。狭叶香蒲在胁迫的早期（1和4 d）时起主要保护作用的酶是SOD，POD和CAT主要在胁迫的后期（4-10d）起保护作用。狭叶香蒲中MDA和脯氨酸含量均随着处理时间的延长先上升后显著下降，且随着Cu2+浓度的升高MDA和脯氨酸含量升高。
　　 用X-射线能谱分析仪分析植株体内Cu及营养元素的含量，Cu胁迫对狭叶香蒲体内元素吸收分配的影响，结果表明：狭叶香蒲地上部和根系累积的Cu量均随Cu2+浓度升高显著增加；在同一浓度Cu2+胁迫下，根中Cu的累积量明显高于地上部。根系同一组织中的Cu百分含量随Cu2+浓度的升高均显著增加；同-Cu2+浓度下，根系各组织中Cu含量均表现为：中柱>皮层>表皮。低浓度（1和5mg·L-1）Cu2+胁迫对地上部及根中Ca、Mg含量及地上部Mn含量均无显著影响，但高浓度（80和100mg·L-1）Cu2+胁迫可促进植株对Ca的吸收，显著降低对Mg、Mn及Zn的吸收。较高浓度（55-100mg·L-1）Cu2+胁迫后，根系各组织对Ca的吸收增加，对Zn的吸收降低；55-80mg·L-1Cu2+胁迫下根系不同组织对Cl和K的吸收增加，但高浓度（100mg·L-1）Cu2+胁迫下则显著降低。根系累积的Ca，Zn和K主要分配到中柱中，Cl主要分配到皮层中。

目录

文摘

英文文摘

缩略词

引 言

第一章 文献综述

1.植物对Cu修复研究概况

1.1 植物修复概念和作用形式

1.2 耐性与超富集植物研究

2 铜对植物的毒性效应和植物耐Cu的机理

2.1 Cu2+对植物的毒害研究概况

2.2 植物抗Cu毒害的机理

2.3 影响植物修复Cu的因素

3 香蒲属植物净化水质的研究进展

4 展望

第二章 狭叶香蒲吸收Cu2+的动力学特征

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.2 试验处理

1.3 动力学参数计算方法

2 结果与分析

2.1 常温下狭叶香蒲对Cu2+的吸收动力学特性

2.2 温度对狭叶香蒲吸Cu2+收动力学参数的影响

2.3 pH对狭叶香蒲吸Cu2+收动力学参数的影响

3 讨 论

4 结 论

第三章 铜胁迫对狭叶香蒲生理特性及元素吸收分配的影响

第一节 狭叶香蒲对铜胁迫的耐性研究

1 材料与方法

2 结果和分析

3 讨 论

4 结 论

第二节 铜胁迫下狭叶香蒲的动态生理反应

1 材料与方法

2 结果分析

3 讨论 :

4 结 论

第三节 铜胁迫对狭叶香蒲体内元素吸收分配的影响

1 材料与方法

2 结果与分析

3 讨 论

4 结 论

全文结论

1 狭叶香蒲对Cu2+吸收的动力学特征

2 Cu2+迫下狭叶香蒲的生理反应

3 Cu2+胁迫对狭叶香蒲体内元素吸收分配的影响

参考文献:

攻读硕士学位期间发表的论文

致 谢