紫茎泽兰及其根内生真菌在重金属矿区修复中的基础研究

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金属矿山开采过程中产生的尾矿,不仅会占用大量的农业和生活用地,在长期堆积得不到及时治理的情况下还会对矿区生态环境产生深远的消极影响。因此从合理利用土地资源和保护矿区居民生活环境的大局出发,迫切需要寻求综合治理尾矿废弃地的可行途径,而重建植被是解决金属尾矿废弃地环境问题的最佳选择之一。本文以云南澜沧县一个废弃铅锌矿尾矿区为研究对象,对矿内自然生长植物的丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)和深色有隔内生真菌(dark septate endophytes,DSE)定殖情况进行了调查,在实验室内筛选出了相应的AMF和DSE菌株,并对其分类学地位、重金属抗性等进行了研究;以所得的AMF和DSE为接种剂,以紫茎泽兰为宿主植物,在Cd胁迫下,考察了单接种AMF或DSE以及混合接种AMF和DSE对紫茎泽兰的接种效应。取得了以下的主要结果和结论:1.用碱解离,酸性品红染色法对云南省澜沧县竹塘乡募乃老厂铅锌矿尾矿地的19科24种植物的AMF和DSE状况进行了调查,并对矿区土壤中的重金属含量进行了分析。结果发现,矿区土壤中重金属(镉、铅、锌)严重超标,属重度污染区;19种自然生长的植物有AMF定殖,占所调查植物的79.17%;4种植物没有形成AM,占所调查植物的16.67%;1种植物不确定是否形成AM,占所调查植物的5.26%。在19种形成典型AM的植物中,深度感染1种,中度感染15种,轻度感染3种。在所有被调查的植物中,发现17种植物的根中有DSE定殖,占调查植物的70.83%。所调查的全部植物中有17种同时被AMF和DSE感染。紫茎泽兰是该矿区的优势植物,而且普遍被AMF和DSE定殖,其自然感染率达51.21%(AMF)和30.62%(DSE),为中高度感染。2.采用玉米和三叶草为宿主植物,对来自矿区的紫茎泽兰根和根围土壤中的AMF进行了筛选扩繁,并对得到的AMF进行了形态学鉴定,所得AMF为Glomus mossae和Glomus sp.;选取了一株来自重金属污染区的DSE(H84-1),采用形态学和分子生物学技术对其分类学地位进行了鉴定,结果表明H84-1为嗜鱼外瓶霉(Exophiala pisciphila)。以玉米为宿主植物,对H84-1进行了柯赫原则认定,结果表明H84-1在玉米根内形成有典型的DSE形态特征,并符合柯赫原则,H84-1为一株典型的DSE,在纯培养条件下其对Cd表现出较高的耐性。3.以紫茎泽兰为宿主植物,以上述AMF和DSE为接种剂,通过盆栽实验,研究了在Cd胁迫下,单接种AMF或DSE以及混合接种AMF和DSE对紫茎泽兰生物量及其吸收和耐受Cd的影响,Cd在紫茎泽兰地上、地下部分迁移和积累规律,紫茎泽兰抗氧化酶(SOD)对接种的应答等,取得以下主要结果:(1)在实验范围内,AMF和DSE均能在紫茎泽兰根系上成功定殖,且AMF/DSE的侵染程度随着Cd浓度的升高而增大;(2)Cd污染对紫茎泽兰的生长产生负向影响,随基质中Cd浓度增加,紫茎泽兰生物量下降,接种AMF或DSE并不能改变这种趋势,但是,与对照相比,接种AMF/DSE均能增加紫茎泽兰地上、地下部分生物量;(3)无论接种与否紫茎泽兰吸收Cd后主要在根部积累,而且随基质中Cd浓度的增加,紫茎泽兰地上、地下部分Cd浓度也随之增加,与对照相比,接种AMF/DSE增加了紫茎泽兰吸收Cd的趋势;(4)接种AMF/DSE能够显著增强紫茎泽兰对Cd的富集能力,尤其是单接种DSE,其富集系数是对照的两倍多;(5)在Cd胁迫下,接种AMF/DSE可提高紫茎泽兰SOD活性,减小氧化损伤,从而增强其对Cd的抗性。本研究表明,重金属矿区是土壤重金属污染最严重的地区之一,在募乃矿区自然生长的植物中,紫茎泽兰为优势植物,包括紫茎泽兰在内的矿区植物普遍为AMF和DSE定殖;紫茎泽兰对重金属污染具有较强的抗性和适应能力,接种AMF/DSE能增强其对重金属的抗性,并影响重金属在地下、地上部分的积累和迁移;筛选适当的AMF或DSE与紫茎泽兰形成高效抗性组合,利用紫茎泽兰与其根内生真菌联合修复矿区重金属污染土壤具有良好的应用前景。
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