外源有機酸和肥料對李氏禾富集鉻的影響及其栽培生態(tài)條件研究.pdf

1、重金屬污染的治理是全球面臨的重大環(huán)境問題,植物修復(fù)技術(shù)是重金屬污染治理的重要手段。而超富集植物則是實現(xiàn)植物修復(fù)的重要材料和首要前提。但目前超富集植物種類數(shù)量偏少和已知超富集植物生物量偏低以及富集過程中富集效果不明顯都限制了該技術(shù)的應(yīng)用和改良。李氏禾(LeersiahexandraSwartz)是在我國西部某電鍍廠附近河流中首次發(fā)現(xiàn)的鉻超富集植物,也是國際上發(fā)現(xiàn)的為數(shù)不多的鉻超富集植物之一,而且對銅、鎳等重金屬也表現(xiàn)出較強的耐性和富集能力

2、。本研究通過水培,盆栽等系列試驗,篩選出高富集鉻李氏禾生活型作為后期研究的材料。探討了李氏禾富集鉻過程中添加不同有機酸和無機肥的影響,同時對李氏禾生長的最適生態(tài)環(huán)境進行了研究,以期擴大生物量為該植物今后應(yīng)用于修復(fù)重金屬污染水體和土壤的實踐提供更多理論和技術(shù)支持。現(xiàn)將本研究的主要結(jié)果總結(jié)如下:
　　 1.水培條件下,從桂林荔浦縣、桂林市雁山區(qū)和桃花江三個地方采集來的李氏禾對Cr的富集能力均超過1000mg/kg,而且其對Cr具有較

3、強的耐受能力,各組李氏禾生長狀況良好。培養(yǎng)期間Cr污染條件下生長的李氏禾生物量與對照相比無顯著減少。在80mg/L營養(yǎng)液中生長的李氏禾根、莖和葉的重金屬含量均高于在20mg/L營養(yǎng)液中生長的李氏禾的含量,45d后在重金屬含量為80mg/L營養(yǎng)液中生長的李氏禾葉、莖、根中Cr含量最高分別達到8177.51mg/kg、3129.52mg/kg、3592.54mg/kg。培養(yǎng)期間,李氏禾能使培養(yǎng)液中重金屬Cr含量大幅降低。各樣品的SIR平均值

4、為1.24＞1,即證明李氏禾對重金屬Cr有較強的轉(zhuǎn)運能力。同時,這三種不同生活型的李氏禾對Cr的富集能力有差別,在Cr濃度為20mg/L的培養(yǎng)液培養(yǎng)的樣品中,采集自桂林荔浦縣電鍍工業(yè)區(qū)的李氏禾樣品其葉、莖、根中Cr含量最高分別達到達到3864.62mg/kg、2022.22mg/kg、1410.63mg/kg,比采集自桂林市桃花江沿岸的李氏禾葉、莖、根中Cr含量分別高出18.56％、30.32％、27.59％,比采集自桂林雁山的李氏禾根

5、、莖、葉中Cr含量分別高出7.55％、57.75％、1.60％;在Cr濃度為80mg/L的培養(yǎng)液培養(yǎng)的樣品中,采集自桂林荔浦縣電鍍工業(yè)區(qū)的李氏禾樣品其葉、莖、根中Cr含量最高分別達到8177.51mg/kg、3129.52mg/kg、3592.54mg/kg,比采集自桂林市桃花江沿岸的李氏禾根、莖、葉中Cr含量分別高出9.75％、38.10％、44.63％4,比采集自桂林雁山的李氏禾葉、莖、根中Cr含量分別高出33.43％、36.42％

6、、41.56％?？梢?個李氏禾生活型都是鉻超富集植物,而無論培養(yǎng)液Cr濃度如何,來自桂林荔浦縣電鍍工業(yè)區(qū)李氏禾對Cr有更強的富集能力,是后期試驗的最優(yōu)材料。
　　 2.盆栽試驗中,向經(jīng)Cr處理的土壤中加入EDTA、酒石酸、草酸和檸檬酸4種有機酸后,李氏禾的生長速度比對照有所增加,且以檸檬酸處理李氏禾增加較快,但相互之間差異性不顯著(p=0.086＞0.05)。加入酒石酸、草酸和檸檬酸對交換態(tài)Cr的含量略有減少,但與對照比較差異不

7、顯著(p=1.184＞0.01);而EDTA處理則顯著提高了交換態(tài)Cr的含量,與對照相比提高了80.30％。添加EDTA極顯著地提高了李氏禾根系對Cr的吸收,根系Cr的含量達3671mg·kg-1,是對照的3倍,與添加其他有機酸差別顯著(p=0.02＜0.05),而其它有機酸處理對李氏禾根系的Cr含量影響不大,與對照相比差異不顯著(p=0.791＞0.01)。施加EDTA顯著提高了Cr向地上部分的遷移能力,遷移(轉(zhuǎn)移)系數(shù)由對照的1.1

8、6增加到1.44,提高了24％;檸檬酸對Cr的遷移也起到了一定的促進作用,但效果不如EDTA明顯;草酸和酒石酸甚至略微降低了Cr向地上部分的遷移,遷移系數(shù)比對照分別下降0.11和0.08,說明草酸和酒石酸對Cr的遷移有一定抑制作用。
　　 3.NH4NO3、(NH4)2SO4和Ca(NO3)2三種氮肥的施用對李氏禾生物量的影響與對照(未施肥)差別顯著,對鉻的富集也會產(chǎn)生不同影響。其中NH4NO3處理李氏禾生物量最大,土壤鉻濃度為

9、高污染水平400mg/kg和低污染水平100mg/kg時,其生物量分別達到18.60g/10株和20.50g/10株,而(NH4)2SO4處理只有4.45g/10株和5.70g/10株;Ca(NO3)2處理只有5.61g/10株和6.82g/10株,對照處理為4.12g/10株4.67g/10株。施用NH4NO3的李氏禾生物量與施用其它兩種氮肥及對照的李氏禾生物量差異極其顯著(p=0.00＜0.01)。用(NH4)2SO4處理過的李氏禾

10、的根、莖和葉中的鉻濃度最大,在土壤鉻濃度為400mg/kg時,分別達到19546mg/kg,3265mg/kg,6118mg/kg,施用(NH4)2SO4李氏禾植株地上部和根吸收鉻量均高于施用NH4NO3的,施用NH4NO3植株地上部和根吸收鉻量高于施用Ca(NO3)2的。施用(NH4)2SO4的李氏禾吸附鉻量與其他處理差異顯著(p=0.013＜0.05);對照處理與施用Ca(NO3)2和NH4NO3的李氏禾吸附鉻差異不顯著(p=0.3

11、19＞0.05)。
　　 4.在李氏禾富集鉻過程中施用無機肥,會引起李氏禾的生理生化指標(biāo)不同的變化。三種肥料處理中施NH4NO3的李氏禾的蛋白質(zhì)含量最高,與其它處理差異顯著(p=0.041＜0.05);同時,NH4NO3處理中植物的葉綠素相對對照要高,而且與其它處理差異顯著(p=0.027＜0.05)。不同N處理之間含糖量差異不顯著(p=0.409＞0.05),但相同處理不同重金屬濃度之間植物含糖量有差別(p=0.049＜0.0

12、5),高濃度下的植物含糖量高于低濃度,各種肥料處理中,在400mg/kg鉻處理土壤上生長的李氏禾總糖都多于100mg/kg處理。
　　 5.以室內(nèi)模擬重金屬鉻污染并添加外源有機酸(乙二胺四乙酸,EDTA)下的李氏禾栽培植株新鮮葉片為供試材料,采用CTAB法來提取李氏禾基因組總DNA,瓊脂糖凝膠電泳結(jié)果顯示提取的DNA符合RAPD反應(yīng)對模板DNA的要求。在對46個隨機引物進行RAPD引物的初步篩選中,通過對瓊脂糖凝膠電泳圖譜分析,

13、篩選出S43、S51和S55隨機引物作為本研究中重金屬鉻污染下李氏禾遺傳多樣性RAPD分子標(biāo)記的引物。以S43作為引物對李氏禾植株的RAPD擴增結(jié)果在瓊脂糖凝膠電泳上顯示,在添加10mmol/L濃度的EDTA下,在1000bp附近出現(xiàn)DNA多態(tài)性條帶;以S51作為引物的RAPD擴增結(jié)果顯示,在添加5mmol/濃度的EDTA下,在1904bp和3530bp大小附近出現(xiàn)DNA多態(tài)性條帶;以S55作為引物的RAPD擴增結(jié)果顯示,在添加10mm

14、ol/L濃度的EDTA下,在1548bp附近出現(xiàn)DNA多態(tài)性條帶。
　　 6.對影響李氏禾RAPD反應(yīng)的模板用量、引物用量、dNTP濃度、Taq酶濃度等因素進行優(yōu)化。結(jié)果表明:25μL反應(yīng)體系中含10×Buffer緩沖液2.5μL,模板0.5μL,Mg2+2μL(20μmol/L),引物0.3μL(120μmol/L),dNTP0.5μL(200μmol/L),Taq酶為2.0U時,RAPD擴增的效果較好,DNA條帶清晰且數(shù)目較

15、多,擴增結(jié)果穩(wěn)定且重復(fù)性良好,可應(yīng)用于李氏禾的RAPD分析,檢測其遺傳多樣性的研究,進而為從分子水平進一步了解其重金屬富集機制提供參考數(shù)據(jù)和技術(shù)支持。
　　 7.在試驗水分單因子對李氏禾的影響中,在土壤含水量為100％、60％、和30％三個分組中,李氏禾在60％水分梯度下生長表現(xiàn)最好。在光照和溫度影響試驗中,李氏禾的生長速度受光照的影響差異性極其顯著(p=0.001＜0.01),李氏禾在照強度達到30001x左右生長最好。在肥料

16、、光照和水分的交互試驗中,李氏禾的生長速度受水分和光照交互作用的影響差異性不顯著(p=0.124＞0.05)。李氏禾的生長速度受肥料的影響差異性不顯著(p=0.072＞0.05);受水分的影響差異性極其顯著;生長速度受水分和肥料交互作用的影響差異性不顯著(p=0.890＞0.05)。李氏禾的生長速度受肥料的影響差異性不顯著(p=0.149＞0.05),即施肥與未施肥對李氏禾生長速度的影響不大。相關(guān)性分析表明,李氏禾生長過程中新增葉片數(shù)、

17、新增分蘗數(shù)、最大根系長度和最大葉片均與是否施加肥料有關(guān)(p=0.011,0.021,-0.747,0.034＜0.05)?？梢?在培育過程中適當(dāng)施肥能增加李氏禾生物量。試驗過程中設(shè)計的三個生態(tài)因子交互作用對生長的影響,認(rèn)為李氏禾在土壤含水量為60％、中光照度(30001x左右)和適當(dāng)追肥的條件下生長最好,是以后李氏禾培養(yǎng)過程中選擇的組合。
　　 6、本次研究首次對鉻超富集植物李氏禾不同生活型進行篩選,確定了生長在荔浦地區(qū)的李氏禾