苎麻对铜的吸收分布与磷肥对铜胁迫的缓解效应研究

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湖北自春秋战国时期就是铜矿开采大省,采矿后的矿渣堆积造成严重的铜污染,这成为湖北矿区亟待解决的难题。苎麻(Boehmeria nivea L.Gaud.)是一种一年可收获3次的纤维作物,不进入食物链,且生物量大,在铜污染土壤治理上有良好的前景。本研究以华苎四号为研究材料,设计了以下3个试验,试验1:利用Cu SO4·5H2O模拟铜胁迫开展水培试验,研究苎麻根系铜的化学形态组成与亚细胞分布;试验2:处理与试验1相同,探讨苎麻对铜的吸收转运富集特征与生理响应;试验3:设置3个不同铜含量的土壤处理,4个过磷酸钙磷肥施用量,开展盆栽试验,探讨铜污染土壤施磷肥对苎麻产量品质的影响;为湖北铜矿区苎麻种植提供理论依据和技术支撑。试验结果如下:(1)石蜡切片扫描和透射电镜的结果表明,铜处理对苎麻根系直径影响不大,但会造成根系细胞间紧密度降低,细胞内溶物减少,细胞器和细胞核逐渐消失,导致根系活力下降。苎麻根系中盐酸提取态和醋酸提取态的铜最多,分别占总量的50%和20%。根系细胞中,细胞壁、细胞液、细胞器和细胞核铜含量分别占15%、35%、35%和15%。(2)水培条件下,苎麻可耐受50mg/L的铜溶液。苎麻各器官铜含量随着溶液铜含量的升高而升高,根系铜含量最高,茎秆次之,叶片含量最低。苎麻对铜的富集系数和转移系数随着溶液铜含量的升高而降低,而积累量随着溶液铜含量的升高而升高。苎麻根系吸收铜符合米氏方程,亲和系数Km=2.854mg/L,最大吸收速率Vmax=7.09mg/kg·h。当溶液铜浓度为0mg/L-50mg/L时,随着溶液铜含量的升高,苎麻叶片相对电导率和脯氨酸含量并未受到影响,但叶片SPAD值显著降低。(3)在铜污染土壤处理下施磷肥有效提高了苎麻的铜耐性、增加了叶片叶绿素含量、促进了苎麻生长。在铜污染土壤处理下,随着磷肥施用量的提高,SOD活性呈现上升趋势,而MDA含量呈现下降趋势。在铜污染土壤处理下,随着磷肥施用量的提高,苎麻生物量、纤维强力和纤维直径提高,但鲜皮出麻率和鲜茎出麻率下降。铜污染土壤和普通土壤1:1混合处理提高了苎麻的蒸腾速率,以此来增强净光合速率,并且提升了苎麻的纤维强力。经过筛选,在铜污染土壤处理下,每盆施用10g过磷酸钙时,苎麻产量最高,纤维强力也得到明显提升。(4)在苎麻种植前后,根际土壤的铜含量变化明显,在铜污染土壤处理下的各磷肥处理,根际土壤铜含量降低量都超过50%,在1:1混合土壤处理下的各磷肥处理,根际土壤铜含量降低了30%-43%。综上,无论在50mg/L的铜溶液下还是在1000mg/kg的铜污染土壤下,苎麻的生长受铜胁迫的影响均不明显,对铜的提取效果也较为显著,且具有较短的生育期和较大的生物量,可作为铜污染土壤植物修复的优势作物。
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