鸢尾属（Iris L.）植物铅积累、耐性及污染土壤修复潜力研究

摘要

本文在以往对鸢尾属植物种质资源抗旱、耐水湿以及重金属镉(Cd)、铜(Cu)积累、耐性等综合评价研究的基础上,选用了黄菖蒲(Iris pseudacorus L.)、喜盐鸢尾(I.halophila Pall.)、花菖蒲(I.ensata var.hortensis Makino et Nensoto)、马蔺(I.lactea var.chinensis(Fisch.)Koidz)、鸢尾(I.tectorum Maxim.)和蝴蝶花(I.japonica Thunb.)6种鸢尾属植物,通过水培、沙培、人工污染土壤盆栽以及污染土壤实地栽培等方法,对其植物铅(Pb)积累、耐性机理及盐(NaCl)、锌(Zn)影响、Pb和Cd在细胞超微结构中的分布和Pb污染土壤修复潜力进行了研究。初步研究结果如下： 1、不同鸢尾属植物对Pb积累能力不同,供试6种鸢尾属植物中花菖蒲、喜盐鸢尾和马蔺对Pb的积累和耐受能力相对较强,其中在4 mmol·L-1Pb浓度胁迫下,喜盐鸢尾、花菖蒲和马蔺3种鸢尾地上部的Pb含量均超过了1000μg·g-1,分别为1103μg·g-1、1008μg·g-1和1109μg·g-1,其地上部干重与对照没有显著差异,表明此胁迫浓度对上述3种植物的生长没有产生明显影响；在较高浓度Pb胁迫下,黄菖蒲对Pb的积累较好；而鸢尾和蝴蝶花对Pb的耐受和积累能力在所有处理浓度下都不如其他4种鸢尾属植物；在供试的6种鸢尾中,花菖蒲和马蔺在不同浓度Pb胁迫下均表现出相对较好的Pb吸收迁移能力。 2、对喜盐鸢尾和黄菖蒲在不同Pb浓度、时间胁迫下植物的生理生化进行了研究,结果表明：在Pb胁迫下,2种鸢尾属植物叶绿素含量随Pb处理浓度的增加而降低,而且,随着时间的延长相同Pb处理下叶绿素的含量先降后升；相对Pb耐性植物喜盐鸢尾在4 mmol·L-1低浓度Pb胁迫下,叶片内MDA含量在不同胁迫时间内与对照均无显著差别,而相对Pb敏感性植物黄菖蒲叶片的MDA水平明显高于对照,在相对高Pb浓度胁迫下黄菖蒲叶片的MDA上升幅度大于喜盐鸢尾；2种鸢尾的SOD活性和脯氨酸含量在Pb胁迫下均有不同程度增加。与黄菖蒲相比喜盐鸢尾表现出相对较强的胁迫诱导生理抗性能力。 3、采用溶液培养研究了Pb、NaCl胁迫对喜盐鸢尾(Iris halophila Pall.)和黄菖蒲(I.pseudacorus L.)植物体内的Pb含量、植物生长及生理指标变化的影响。结果表明,Pb胁迫下NaCl的加入增加了2种鸢尾属植物根系对Pb的吸收和积累,并导致植物伤害MDA含量增加和鲜重下降；Pb、NaCl单独或复合胁迫均不同程度地增加了2种鸢尾属植物SOD酶活性和Pro含量,一定程度上提高了植物的胁迫诱导抗性；一定浓度的单NaCl胁迫可促进喜盐鸢尾的生长,并表现出相对于黄菖蒲更好的耐盐性。 4、采用土壤盆栽栽培试验,研究土壤Pb、Zn复合胁迫对喜盐鸢尾和黄菖蒲部分元素吸收及生长的影响,结果表明,Pb、Zn复合胁迫增加了Pb、Zn、Mn、Cu 4种元素在2种鸢尾体内的积累。同时,土壤中10 mmol kg-1pb和50 mmol kg-1Zn高浓度复合胁迫下,使2种鸢尾属植物叶长、根长、叶数、根数等减少,生物量降低,其中黄菖蒲受到的伤害相对较大。相关性分析表明,2种鸢尾属植物的生长状况与体内Pb,Zn含量呈负相关,且与zn含量的负相关性大于Pb含量,说明Pb、Zn复合胁迫下过量Zn对喜盐鸢尾和黄菖蒲植物生长的毒害相对较大。 5、对黄菖蒲、马蔺和鸢尾3种鸢尾属植物Pb、Cd胁迫16d,根尖细胞结构中Pb、Cd沉积与分布的透射电镜超微观察发现:Pb和Cd主要沉积在3种鸢尾属植物根尖的成熟区细胞的细胞壁、细胞膜和导管内壁上,极少部分在原生质中；在液泡和细胞间隙中没有观察到Pb和Cd的沉积；3种鸢尾表现出在细胞超微结构中的区室化分布的不完全一致性。Pb主要沉积在黄菖蒲根尖的细胞壁表面,马蔺根尖细胞膜的表面；Cd主要沉积在黄菖蒲根尖细胞的细胞壁表面和细胞壁内,马蔺根尖细胞的细胞壁内以及鸢尾根尖导管内壁上和细胞壁内。 6、采用铅污染土壤盆栽培养和实地栽培方法,对不同铅浓度土壤胁迫条件下黄菖蒲(Iris pseudacorus L.)、喜盐鸢尾(I.halophila Pall.)植物的生长、Pb吸收积累以及实际修复能力进行了研究评价。结果表明:Pb污染红壤实地栽培的黄菖蒲和喜盐鸢尾的地上部和地下部铅含量,分别为1117mg kg-1、1982mg kg-1和1273mg kg-1、2698mg kg-1,其含量均高于Pb污染的黄棕壤和红壤盆栽结果；2种鸢尾属植物在Pb污染红壤实地和红壤盆栽下其植物地上部Pb含量/地下部Pb含量(S/R)的比值均高于pH值高的的黄棕壤,说明酸性土壤有利于鸢尾属植物对铅的吸收和向地上部分迁移和运输；依据2种植物在Pb污染(红壤)实地栽培条件下果熟期地上部生物量(干重)的估算,对单位面积内污染土壤中Pb的年一次性提取量的评价,认为喜盐鸢尾和黄菖蒲对Pb污染土壤实际修复效果均有较好潜力。

目录

文摘

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论文说明：缩略词

声明

引 言

第一章文献综述

1.1铅的来源

1.1.1 自然来源

1.1.2人为来源

1.2铅污染现状

1.3铅的毒害

1.3.1铅对植物生长的影响

1.3.2对植物细胞膜透性的影响

1.3.3铅对植物抗氧化酶系统的影响

1.3.4铅对植物光合作用的影响

1.3.5对呼吸作用的影响

1.3.6对蛋白质、核酸代谢的影响

1.3.7对细胞结构的影响

1.4植物对铅的吸收和分布

1.4.1土壤中铅的存在形态

1.4.2植物对铅的吸收

1.4.3铅在植物体内的分布

1.5土壤铅污染的治理-植物修复

1.5.1植物固定(Phytostabilization)

1.5.2 植物挥发(Phytovolatilization)

1.5.3 植物提取(Phytoextraction)

1.6植物对铅的抗性机制

1.6.1根系环境

1.6.2细胞壁固定

1.6.3液泡分室化效应

1.6.4络合物的形成

1.6.5抗氧化系统的自我调节

1.7诱导型植物提取

1.7.1有机酸的调节作用

1.7.2土壤pH值的调节作用

1.7.3土壤氧化还原电位和有机质的调节作用

1.7.4土壤中其它元素的协同效应

1.8鸢尾属(Iris L.)观赏植物相关前期研究

1.9展望

1.9.1加快筛选和培育新的超富集植物

1.9.2继续加强应用基础理论研究

1.9.3分子生物学及基因工程技术的应用

1.9.4植物修复的技术工艺研究

参考文献

第二章鸢尾属(Iris L.)6种植物铅积累及耐性研究

2.1材料与方法

2.1.1试验材料

2.1.2试验方法

2.1.3分析测定项目

2.2结果与分析

2.2.1不同浓度Pb处理对6种鸢尾属植物地上部Pb含量的影响

2.2.2不同浓度Pb处理对6种鸢尾属植物根系Pb含量的影响

2.2.3 Pb在6种鸢尾属植物体内的迁移及分配

2.2.4 Pb对6种鸢尾属植物地上部生长的影响

2.2.5 Pb对6种鸢尾属植物根系生长的影响

2.2.6 Pb对6种鸢尾属植物耐性指数(IT)的影响

2.2.7 6种鸢尾属植物生物量、Pb含量及部分生长指标间的相关性分析

2.2.8 6种鸢尾属植物对Pb的耐性评价

2.3讨论

参考文献

第三章喜盐鸢尾和黄菖蒲对铅胁迫的耐性生理研究

3.1材料与方法

3.1.1试验材料

3.1.2试验方法

3.1.3分析测定项目

3.2结果与分析

3.2.1 Pb胁迫对2种鸢尾属植物叶绿素含量的影响

3.2.2 Pb胁迫对2种鸢尾属植物叶片丙二醛(MDA)含量的影响

3.2.3 Pb胁迫对2种鸢尾属植物叶片SOD酶活性的影响

3.2.4 Pb胁迫对2种鸢尾属植物叶片脯氨酸含量的影响

3讨论

参考文献

第四章铅、盐胁迫对喜盐鸢尾和黄菖蒲铅积累、生长及生理抗性的影响

4.1材料与方法

4.1.1试验材料

4.1.2试验方法

4.1.3分析测定项目

4.2结果与分析

4.2.1 Pb胁迫下NaCL对2种鸢尾属植物Pb积累及分配的影响

4.2.2 Pb胁迫下NaCL对2种鸢尾属植物鲜重的影响

4.2.3 Pb胁迫下NaCL对2种鸢尾属植物丙二醛(MDA)含量的影响

4.2.4 Pb胁迫下NaCL对2种鸢尾属植物SOD活性的影响

4.2.5 Pb胁迫下NaCL对2种鸢尾属植物Pro含量的影响

4.2.6 2种鸢尾属植物MDA含量与SOD活性和Pro含量的相关性分析

4.3讨论

参考文献

第五章铅、锌胁迫对喜盐鸢尾和黄菖蒲生长及部分元素吸收的影响

5.1材料与方法

5.1.1试验材料

5.1.2试验方法

5.1.3分析测定项目

5.2结果与分析

5.2.1 Pb、zn复合胁迫对2种鸢尾属植物部分元素含量的影响

5.2.2 Pb、zn复合胁迫对2种鸢尾属植物叶长和叶数的影响

5.2.3 Pb、zn复合胁迫对2种鸢尾属植物根长和根数的影响

5.2.4 Pb、zn复合污染对2种鸢尾属植物叶干重和根干重的影响

5.2.5 2种鸢尾属植物不同部位Pb、Zn含量与其代谢生长的相关性

5.3讨论

参考文献

第六章铅、镉在黄菖蒲、马蔺和鸢尾根尖细胞超微结构中的分布

6.1材料与方法

6.1.1试验材料

6.1.2试验方法

6.2结果与讨论

6.2.1 Pb和CA在黄菖蒲根尖亚细胞结构中的分布

6.2.2 Pb和Cd在马蔺根尖亚细胞结构中的分布

6.2.3 Pb和Cd在鸢尾根尖亚细胞结构中的分布

6.3讨论

参考文献

第七章喜盐鸢尾和黄菖蒲对铅污染土壤修复潜力评价

7.1材料与方法

7.1.1试验材料

7.1.2试验方法

7.1.3样品处理及Pb含量测定

7.2结果与分析

7.2.1不同Pb污染土壤对2种鸢尾属植物干重的影响

7.2.2不同Pb污染土壤对2种鸢尾属植物地上、地下部Pb含量的影响

7.2.3 2种鸢尾属植物对不同Pb浓度土壤Pb的积累及迁移分配的影响

7.2.4 2种鸢尾属植物对Pb污染土壤的修复潜力分析

7.3讨论

参考文献

全文结论

致谢

在读期间发表的研究论文及完成的其它工作