铅镉胁迫下栓皮栎的生理变化及耐受性研究

摘要

土壤重金属污染形势日益严峻，植物修复8益受到重视。“五毒元素”之二的铅镉对人体危害巨大，对铅镉重金属污染的治理需要切断其进入食物链的渠道。栓皮栎Quereus variabilis Blume分布广泛，根系发达，各种附属加工产品不进入食物链，是进行植物修复的优选对象。　　本实验，选取了三个栓皮栎种源(宝天曼BTM，平谷PG，焦作JZ)一年生幼苗和平谷三个不同年龄的幼苗(1a、2a、3a)分别进行水培和:上培处理，处理浓度为:Pb-1:100umol·L-1、Pb-2:200umol·L-1、Pb-3:400umol·L-1、CK:0umol·L-1、Cd-1:100umol·L-1、Cd-2:200umol·L-1;水培周期37d，土培周期123d，比较不同浓度铅镉处理下同年龄种源效应和同种源年龄效应。　　基径RGR和株高RGR都未出现明显的种源年龄效应，对照组的RGR低于处理水平。土培条件下重金属胁迫处理并没有显著影响栓皮栎的生物量分配，但不同种源对重金属胁迫响应存在差异。重金属浓度在各组织器官分布情况是:根系＞茎≥叶。　　光合与荧光对浓度处理差异显著，MDA与PRO种源效应明显，水培条件下的各指标都比土培的波动大，极端数值多，处理的差异显著性也较大;从同年龄段不同种源角度出发，发现JZ种源的根系活力最高，各项生理指标数据也显示对胁迫并不敏感，较为适合应用于矿区修复，而BTM在各项指标中表现出较强的敏感性:而同种源(PG)不同年龄段的分析发现，两年生的幼苗适应能力较强。　　提取JZ种源的栓皮栎根系细胞壁考查吸附能力，发现不同pH条件下栓皮栎根系细胞壁对铅镉的吸附量均随着pH的增加而显著增加。Pb吸附反应体系的pH设定为4.5,Cd吸附反应体系的pH设定为5.5，当达到吸附平衡时，随着Pb浓度增加，特别是在低浓度段(0～0.5mg/L)，对Pb的吸附量迅速增加:随着吸附溶液Cd浓度的提高，栓皮栎根系对Cd的吸附量呈现近直线的增加趋势。使用Langmuir等温吸附模型拟合，计算得出Pb和Cd的Qmax分别为36.24mg·g-1和45.03mg·g-1。从吸附动力学曲线来看，栓皮栎根系细胞壁对Pb和Cd的吸附动态较为一致，均在200-300min有一个快速吸附期，之后增速减缓;特别是对Cd的吸附，在300min有近饱和趋势:而Pb的吸附量尚未有饱和趋势。从解吸动力学曲线可见，在100min时Pb的解吸量可以达到平衡解吸量的70％;而Cd在相同时刻可达到平衡解吸量的95％。　　通过同步辐射实验对根、叶柄、主叶脉、次叶脉的元素分布扫描，推测出根际周围的可溶性铅进入吸收根后，铅元素通过维管束运输至内皮层，为凯氏带所截，因而沉积位点沿皮层分布，并不能深入中柱，证明凯氏带对铅这种对植物有害的非必需元素的截留作用很强，从而达到抑制重金属转移毒害地上部分的作用，使得栓皮栎对铅的耐受性良好;其次，由于大部分的铅沉积于根部，少量运输到地上部分的铅元素输送到叶柄、主次叶脉，且主、次叶脉对比，次叶脉高能区域较多，但与植物体中的大量元素相比，其分布规律性并不强，且存在浓度效应。元素关系上，铅的沉积位点与K、Mn关系在本实验中无特殊关系，互不干扰;而与Fe,Zn在不同浓度和时间处理下偶尔会呈现拮抗关系，与Cu基本是拮抗关系，且与植物取样部位无关。　　栓皮栎不同种源对铅镉处理的敏感性不一样，JZ种源的各项生理指标优于BTM、PG;同一种源不同年龄段的幼苗响应也存在差异，两年生幼苗的生物量与根冠比等指标显示其对重金属的抗逆较高，利于困难立地的定植。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1．2来源、污染现状及危害

1．1．3重金属对生态环境以及人体健康的危害

1．1．4铅、镉及其危害

1．2国内外研究现状

1．2．1重金属污染与植物

1．2．2植物对重金属耐性和抗性机制

1．2．3研究现状及研究手段

1．2．4各类土壤污染修复技术的对比及生物修复的优点

1．3研究目的及意义

1．4研究内容

1．4．1主要研究内容

1．4．2拟解决的科学问题

1．4．3技术路线

第二章铅、镉胁迫对栓皮栎生长指标的影响

2．1引言

2．2植物材料培养

2．3生长指标的数据采集及分析

2．4结果分析

2．4．1土培植株生长指标的结果分析

2．4．2生物量分析

2．4．3各组织重金属含量分析

2．5讨论

2．6小结

第三章铅、镉胁迫对栓皮栎生理生化的影响

3．1引言

3．2植物材料培养

3．3数据采集及分析

3．3．1光合作用测量

3．3．2荧光数据采集

3．3．3膜透性测量

3．3．4根系活力指标

3．3．5丙二醛MDA测定

3．3．6脯氨酸Pro测定

3．3．7稳定同位素碳的测量

3．4结果分析

3．4．1光合性能分析

3．4．2叶绿素荧光参数分析

3．4．3膜透性、MDA、Pro

3．4．4栓皮栎根系活力测定

3．4．5稳定同位素δ13C分析

3．5讨论

3．6小结

第四章栓皮栎根系细胞壁对铅镉的吸附能力研究

4．1引言

4．2植物材料培养及试验方法

4．2．1植物材料培养与根系细胞壁获取

4．2．2根系细胞壁提取实验步骤

4．2．3等温吸附实验

4．2．4吸附动力学实验

4．2．5数据采集及分析

4．3结果分析

4．3．1等温吸附实验

4．3．2吸附动力学及解吸动力学

4．4讨论

4．5小结

第五章铅在栓皮栎组织中的微区分布

5．2材料与方法

5．2．1植物材料培养

5．2．2设备及基本采集参数

5．2．3实验方法及参数

5．3结果分析

5．3．1根系横截面切片

5．3．2叶柄扫描

3．3主叶脉扫描

3．4次叶脉及叶肉

5．4元素关系

5．4讨论

5．5小结

第六章总结及展望

6．1．2铅镉元素对栓皮栎生理生化的影响

6．1．3栓皮栎根系细胞壁铅镉元素吸附动力学

6．1．4同步辐射揭示铅元素在栓皮栎组织中的微区分布

6．2创新点

6．3研究展望

参考文献

在读期间的学术研究

致谢