两种龙葵属植物修复镉污染钙质农田土壤的对比研究

来源 :兰州大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:qqqq920644875
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近年来,植物修复越来越被用于受到重金属污染的土壤,相对于传统的物理、化学修复方法,植物修复在于操作简单,经济上和技术上能够大面积实施,可以提高土壤有机质含量和土壤肥力,能够避免物理和化学修复所带来的二次污染和土壤植物营养元素的缺失,具有可推广的应用前景。而植物修复的核心在于利用重金属超富集植物来去除土壤中的重金属,本文针对受到重金属镉污染的钙质土壤采取龙葵作为供试植物,龙葵为于茄科家族,属一年或多年生的草本植物,龙葵为新型重金属超富集植物对重金属镉具有相对于其它植物较强的耐受性。所以本次研究通过采取温室盆栽实验设置不同镉浓度梯度(T1-T5)和真实污染土样(M1-M4)种植黑果和红果两种龙葵属植物,通过分析其生长性、生理性指标和土壤溶液组成成分之间的内在联系及其重金属含量的变化,得出以下结果:(1)两种龙葵属植物在不同Cd浓度下(T1-T5)和复合污染(M1-M4)的情况下,两种龙葵属植物在株高、生物量干重、龙葵各器官(根、茎、叶、果)中的镉含量、富集系数(BCF)和转移系数(TF)均表现出超富集植物的特性。红果龙葵株高在不同处理组下均高于黑果龙葵,生长未明显受到重金属Cd的抑制,黑果株高虽然降低,但组间变化并不显著。两种龙葵属植物在不同镉浓度胁迫下,叶部或地上部镉含量都在镉胁迫为25 mg·kg-1(T3处理组)达到100 mg·kg-1以上。且两种龙葵属植物在单一镉污染或复合污染情况下,富集镉的主要器官都是根和叶,且龙葵地上部茎、叶、果中积累镉含量之和大于根中镉含量。综上黑果龙葵在不同浓度镉胁迫下其株高、生物量干重呈现轻微的下降趋势,但组间对比变化不显著,说明其受到重金属镉含量变化影响较小,而根、茎、叶、果中的镉含量均大于红果龙葵。对比与红果龙葵株高和生物量在不同浓度镉胁迫下有增长的趋势,说明其植物体内重金属镉含量较少,反而可以促进其龙葵植株生长,黑果龙葵对比红果龙葵表现出更好的富集优势。(2)两种龙葵属植物对重金属镉污染钙质土壤进行的植物修复会显著降低土壤中重金属Cd的含量,植物修复也会影响土壤溶液组成的内在联系,而土壤溶液组的成改变则会影响重金属Cd在土壤溶液中的迁移能力和生物有效性。随着重金属Cd污染程度的加重,龙葵植株根系会分泌分子有机酸,为重金属提供有机配体,与重金属Cd形成络合物。在钙质土壤中存在Ca离子和Cd离子吸附竞争,土壤中大量CaCO3的存在和根部分泌的有机酸中和则又会保证pH不会显著降低。EC值在高的氧化条件情况下比在EC值比较低还原情况下,重金属Cd更容易转化为水溶态或交换态。土壤溶液中的DOC容易与重金属Cd形成络合物,增强其重金属的移动性和生物有效性。通过对重金属的活化作用,来增强龙葵植株对重金属Cd的吸收。所以土壤中重金属镉的有效性受到土壤溶液中pH值、Ca2+、DOC的动态调控当中。黑果龙葵和红果龙葵土壤溶液组成之间的差异不明显,但黑果龙葵在土壤溶液中镉含量要高于红果龙葵,重金属镉的有效态含量则受到土壤溶液中pH值、Ca2+和DOC的动态调整中,而植物所能吸收的则是重金属的有效态,说明黑果龙葵更能通过土壤溶液对重金属镉有效态含量的影响而吸收重金属镉。(3)两种龙葵属植物在受到重金属镉胁迫时,土壤中的重金属活化被植物所吸收,重金属Cd能够诱导植物体内产生活性氧(ROS)自由基,龙葵植物体内中的超氧阴离子的含量上升,对植物产生氧化损伤及膜脂质氧化分解,丙二醛(MDA)作为其产物含量也会随之上升。为了应对重金属Cd诱导产生的自由基对植物的氧化损害,龙葵自身有一套抗氧化机制,当氧化损害加重时,植物细胞会大量累积脯氨酸,脯氨酸会重金属形成Cd-脯氨酸络合物并螯合羟自由基,减少重金属和自由基对植物的氧化损害。而超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)共同组了龙葵的抗氧化系统,超氧化物歧化酶会将O2-分解为H2O2和O2,过氧化氢酶则会将产生的H2O2分解,POD则会分解有害的过氧化物,以抵御自由基对植物的氧化损害。红果龙葵叶片中的MDA和OFR的含量均高于黑果龙葵,在不同浓度镉胁迫下重金属诱导产生超氧自由基,MDA做为膜脂质过氧化分解的产物含量高,说明红果龙葵植株的抗氧化机制对比黑果龙葵较弱,黑果龙葵的抗氧化机制降低重金属镉的氧化胁迫,减轻了对龙葵植株的损害。
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