蜈蚣草富集砷能力的基因型差异及其对环境因子的反应

摘要

该研究首先调查了湖南砷污染区的植物生长环境,发现砷污染已导致植物种类减少,群体生物量下降;污染区栽培的蔬菜有54％砷含量超标,其中菠菜、茼蒿和莴笋等超过最大许可量(MPC)的5倍左右.因此,这些地区的砷污染对人们的饮食健康构成了巨大威胁.不同基因型的蜈蚣草的直接播种试验研究表明,来自中国不同地区的蜈蚣草基因型在萌发特性有显著差异,萌发时间变动在12-40d之间,萌发到成苗时间变化在13-46d.因为蜈蚣草种子小,贮藏的营养物质少,故具有快速萌发和成苗特性的基因型易于田间直接育苗.根据研究结果,我们筛选到3、4、5、9、13和15号等6个野外育苗比较容易成功的基因型.研究了分布于中国不同地区的蜈蚣草基因型的生长特性、砷耐性和富集特性.蜈蚣草对砷的耐性是决定修复范围的一个重要因素,耐性越强,利用蜈蚣草修复的范围越大.砷污染修复的目标环境一般土壤贫瘠,从而限制蜈蚣草的生长和对砷吸收及积累的能力.因此,开发利用廉价、有效的肥源是植物修复过程中重要的一环.同时土壤水分状况与植物生长发育以及砷的有效性关系密切.堆肥是城市固体废弃物经过脱水、发酵、除臭加工制成的肥料,堆肥中含有丰富的有机物和微生物,堆肥的资源化利用是解决城市固体废弃物的一个重要方面.磷石膏是磷肥生产过程中产生的主要副产物,每生产1吨磷肥产生3吨磷石膏,磷石膏含有磷和钙.鉴此,我们研究了植物修复实践上是否可以利用堆肥和磷石膏作为肥源,从而达到以污治污的目的.对蜈蚣草的超富集机理研究证实,植物螯合肽(PC)参与蜈蚣草富集砷的过程.在砷胁迫环境中,蜈蚣草地上部PC含量远大于根部,这与蜈蚣草不同器官富集砷的能力相一致.根据试验结果,作者提出了蜈蚣草砷富集过程中的两类富集机制,并认为通过施用特殊肥料和采用特殊的农业措施改变土壤中的砷形态,对提高蜈蚣草修复砷污染土壤的效率具有重要的现实意义.

目录

文摘

英文文摘

致谢

第一章文献综述

1.重金属污染现状及其植物修复技术

1.1土壤重金属污染现状及特点

1.2植物对重金属的耐性机理和超富集现象

1.3超富集植物及其植物超富集重金属的机理

1.4植物修复技术的概念及原理

1.5影响超富集植物吸收富集重金属的主要因素

1.6植物修复实例

1.7植物修复技术的优点、存在问题及展望

2.植物螯合肽(PCs)的解毒机理及其在植物抗重金属胁迫中的作用

2.1 PCs的解毒机理

2.2 PCs的种类和结构

2.3 PCs的生物合成及调控

2.4 PCs类复合物与植物重金属抗性的关系

第二章砷污染区的植被特征及其蔬菜食用安全研究

1.材料与方法

1.1污染区概况

1.2样品的采集

1.3样品分析与测定

1.4数据的分析与统计

2.结果与分析

2.1不同砷污染区的植物种类分布

2.2砷污染区土壤和蔬菜的砷污染状况

2.3蔬菜中砷污染与土壤中砷浓度的关系

2.4蔬菜中砷的富集及其食用安全性

3.讨论

3.1砷污染对植物种类的影响

3.2污染区植被特征对污染程度的指示

3.3砷污染区蔬菜的安全问题

3.4污染蔬菜饲用的安全性

第三章蜈蚣草生长特性和富集砷能力基因型差异研究

1.材料与方法

1.1蜈蚣草孢子萌发的基因型差异

1.2蜈蚣草生长特性的基因型差异研究

1.3不同砷水平对蜈蚣草砷吸收和累积的影响

1.4砷的测定

1.5数据处理

2.结果与分析

2.1孢子萌发的基因型差异

2.2蜈蚣草基因型生长与富集砷能力的差异

2.3不同砷水平处理对蜈蚣草吸收和累积砷的影响

3.讨论

3.1蜈蚣草直播育苗的可行性探讨

3.2培育和选择更强富集砷的蜈蚣草基因型的可行性

第四章蜈蚣草砷毒害耐性与富砷能力的基因型差异研究

1.材料与方法

1.1孢子收集与培养

1.2幼苗的预培养

1.3试验处理

1.4测定与分析

1.5数据处理

2.结果与分析

2.1蜈蚣草砷吸收动力学

2.2砷耐性的基因型差异

2.3耐性和生物量的关系

2.4砷处理对不同蜈蚣草基因型砷积累浓度的影响

2.5蜈蚣草砷积累量的基因型差异

2.6蜈蚣草砷耐性系数与积累量的关系

3.讨论

3.1蜈蚣草对砷的耐性与砷吸收量的关系

3.2耐性系数与富集的关系

第五章水分对蜈蚣草吸收砷的影响研究

1.材料和方法

1.1土壤准备

1.2植物选择

1.3试验处理

1.4分析测定

2.结果与分析

2.1对土壤pH和氧化还原电位的影响

2.2对蜈蚣草地上部和根部砷浓度的影响

2.3对蜈蚣草地上部和根砷积累量的影响

2.4对土壤中砷有效态的影响

2.5不同土壤水分处理对土壤砷淋溶的影响

3.讨论

3.1调节土壤水分提高蜈蚣草的砷富集能力的可能性

3.2土壤水分对砷的有效化和类型转化的影响

第六章堆肥、磷石膏对蜈蚣草富集砷和砷淋溶的影响

1.材料和方法

1.1材料

1.2分析方法

2.结果与分析

2.1土壤和添加物性质的分析

2.2堆肥和磷石膏对蜈蚣草生长量的影响

2.3添加堆肥和磷石膏对土壤pH的影响

2.4堆肥和磷石膏对土壤中DOC浓度的影响

2.5 堆肥和磷石膏对水溶性As的影响

2.6 堆肥和磷石膏处理对可交换砷的影响。

2.7 堆肥和磷石膏处理对砷吸收的影响

2.8 堆肥和磷石膏处理对土壤As淋溶的影响

3. 讨论

第七章 植物螯合肽对砷超富集机制的作用研究

1. 材料和方法

1.1 试验材料培养

1.2 试验处理

1.3 试验的分析测定

1.4 数据处理

2. 结果与分析

2.1 砷处理对蜈蚣草组织中砷积累的影响

2.2 砷处理对蜈蚣草组织中PC含量的影响

2.3 砷处理对蜈蚣草GSH含量的影响

2.4 蜈蚣草组织砷浓度与PC和GSH的关系

3. 讨论

3.1 PC与蜈蚣草富集砷的关系

3.2 形成砷复合物可能是蜈蚣草具有砷超富集能力的主要原因

第八章 蜈蚣草对不同形态砷的吸收和积累

1. 材料和方法

1.1 蜈蚣草育苗及其培养

1.2 试验处理

1.3 植物中砷的形态分析

2. 结果与分析

2.1 As（III）和总砷吸收

2.2 As（III）和As（V）混合溶液对蜈蚣草砷富集的影响

2.3 砷混合处理对蜈蚣草植物组织中As（III）和As(V)积累的影响

3. 讨论

论文图表目录

参考文献

攻读博士学位期间发表或录用的论文