砷超富集浮萍株系的筛选及绿萍D0101去除水体砷的研究

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利用水生植物对砷污染水体进行快速彻底的修复具有极大的生态及社会意义,其关键在于获得对砷具有较好耐受性及去除效果的植物品种。为充分发掘本实验室保存的浮萍种质资源,对其中62株优质株系浮萍的砷耐受及富集能力进行筛选,并对筛选株系浮萍的相关砷富集特征进行研究。同时进一步对在砷胁迫下浮萍的抗氧化酶活性、叶绿素含量、光合效率、淀粉及粗蛋白含量进行测定分析,为利用浮萍修复砷污染水体提供理论依据。本研究分为四个部分:  (一)砷超富集浮萍株系的筛选。62个优质株系浮萍经高砷As(Ⅴ)浓度(40mg/L)下的初筛和0.1、1和10mg/L三个As(Ⅴ)浓度条件下的复筛,获得一株生物量高、砷富集能力强的砷超富集浮萍,绿萍(Lemna minor)D0101。  (二)磷浓度对绿萍D0101生长及其富集砷的影响。在不同As(Ⅴ)浓度胁迫下,0~30mg/L磷浓度范围内,绿萍D0101干物质积累率与磷浓度成正相关,说明磷有利于浮萍积累生物量;而单位吸收量、总富集量及生物富集系数与磷浓度呈负相关,而且磷浓度越高,这种负相关关系越明显,表明高浓度磷对浮萍吸收水体As(Ⅴ)具有抑制作用。同时发现磷浓度为0.5mg/L时,绿萍D0101的砷富集量及富集系数达到最大值,而当磷浓度低于0.5mg/L,浮萍水体As(Ⅴ)的富集显著减少。  (三)不同浮萍株系的砷富集能力及生理响应的差异比较。选取的三个浮萍株系分别为:绿萍D0101、绿萍D0055及少根紫萍ZH0049。As(Ⅴ)浓度为0.1、0.5、1和5mg/L条件下培养7d。结果表明:绿萍D0101干物质积累率均高于少根紫萍ZH0049及绿萍D0055。D0101对砷的单位吸收量、富集总量及生物富集系数优于ZH0049和D0055。抗氧化酶活性强弱为:D0055>D0101>ZH0049,绿萍抗氧化酶活性高于少根紫萍。同时对其淀粉及粗蛋白含量进行分析,发现少根紫萍ZH0049淀粉含量远远高于绿萍D0101及D0055,且ZH0049淀粉含量与 As(Ⅴ)浓度呈正相关,绿萍D0055和D0101淀粉含量则与As(Ⅴ)浓度呈负相关。粗蛋白含量相差不大。  (四)As(Ⅴ)对绿萍D0101砷富集能力及生理响应的影响。分别研究As(Ⅴ)浓度及胁迫时间对绿萍D0101砷富集能力及生理响应的影响。(1)绿萍D0101在As(Ⅴ)浓度0~5mg/L范围内处理7d。结果表明,在0~5mg/LAs(Ⅴ)浓度范围内,浮萍的干物质积累率均大于3gm-2·d-1,说明绿萍D0101能够持续积累生物量。0~5mg/L As(Ⅴ)浓度范围内,绿萍D0101对砷的单位吸收量及富集总量与As(Ⅴ)浓度成正相关,说明D0101还能持续富集水体中的As(Ⅴ)。0~5mg/LAs(Ⅴ)浓度范围内生物富集系数均大于300,表明绿萍D0101具有较大的砷富集潜力。随着砷的升高,浮萍抗氧化酶活性也不同程度提高,以抵抗As(Ⅴ)胁迫,维持细胞正常生理功能。绿萍D0101淀粉及蛋白含量随As(Ⅴ)浓度的上升呈先上升后下降趋势,但上升和下降幅度并不大。(2)绿萍D0101在As(Ⅴ)浓度为0.5mg/L和5mg/L胁迫条件下处理20d。结果表明,干物质增长率随胁迫时间呈先上升后略微下降趋势,分别在处理时间为7d和5d达到最大值:4.87g·m-2·d-1和3.35g·m-2·d-1。随着0.5mg/L和5mg/LAs(Ⅴ)浓度下胁迫时间的延长,绿萍D0101砷单位吸收量分别在胁迫时间为10d和15d时达到最大值,分别为:253mg/kg和2008mg/kg。说明浮萍对水体As(Ⅴ)的吸收具有饱和性。绿萍D0101快速积累砷的同时,浮萍体内抗氧化酶活性也急剧升高,以维持细胞正常生理功能。随着As(Ⅴ)胁迫时间的延长,浮萍体内砷含量增加,导致其淀粉及蛋白含量下降越快。该研究为浮萍应用野外砷污染水体修复提供了最佳投放及收取时间,具有实际应用价值。  本研究较为系统的利用高浓度到低浓度逐级筛选的方法进行砷超富集浮萍株系的筛选,并且检测及分析生理生化指标,为浮萍作为砷超富集植物处理砷污染水体的实际应用提供可靠的基础数据,具有重要指导意义。
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