根系分泌物中類黃酮對(duì)白骨壤根際鎘生物地球化學(xué)行為影響的研究.pdf

1、紅樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng)主要分布于熱帶和亞熱帶的海岸潮間帶，其具有獨(dú)特的生態(tài)學(xué)和生物學(xué)特性，為污染物的吸附治理提供了最佳場(chǎng)所。然而，近年來(lái)，隨著工業(yè)化、城市化和地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，導(dǎo)致大量生活污水和工業(yè)廢水流向紅樹(shù)林濕地，使得紅樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng)面臨越來(lái)越嚴(yán)重的重金屬污染，從而使得濱海濕地面臨著日益嚴(yán)峻的重金屬污染。進(jìn)入紅樹(shù)林濕地的污染物最先在紅樹(shù)植物根際區(qū)進(jìn)行一系列形態(tài)轉(zhuǎn)化等過(guò)程，而后被植物吸收累積。因此，紅樹(shù)林根際區(qū)重金屬化學(xué)行為已經(jīng)成為近年來(lái)污染

2、生態(tài)學(xué)的研究熱點(diǎn)。
　　類黃酮是植物體內(nèi)廣泛存在的一類重要次生代謝產(chǎn)物，是一種常見(jiàn)的根系分泌物，對(duì)植物緩解脅迫、抵御逆境有著重要的生理生態(tài)作用。目前對(duì)紅樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng)中類黃酮的研究主要集中在植物體內(nèi)定量和結(jié)構(gòu)定性、化感作用、生物地球化學(xué)循環(huán)等方面，但關(guān)于類黃酮對(duì)紅樹(shù)林沉積物中重金屬的生物地球化學(xué)行為的影響研究仍顯不足。
　　本研究以福建省九龍江口紅樹(shù)林濕地沉積物為研究對(duì)象，以我國(guó)東南沿海紅樹(shù)林的先鋒樹(shù)種——白骨壤(Avicen

3、nia marina(Forsk.) Vierh)為試材，研究了紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)中類黃酮對(duì)重金屬鎘的生物地球化學(xué)行為的影響。通過(guò)研究類黃酮對(duì)白骨壤根際、非根際中酸可揮發(fā)性硫(AVS)、活性固相二價(jià)鐵和酸可提取態(tài)鎘的遷移轉(zhuǎn)化的影響，探討類黃酮對(duì)沉積物中鎘的活化機(jī)制與釋放作用;結(jié)合白骨壤根系吸收鎘的動(dòng)力學(xué)特征對(duì)類黃酮的響應(yīng)研究，認(rèn)識(shí)類黃酮對(duì)重金屬鎘進(jìn)入植物體過(guò)程中對(duì)植物的耐受性影響及轉(zhuǎn)運(yùn)、保護(hù)機(jī)制。重金屬鎘由植物體外的根際沉積環(huán)境向植物根

4、表鐵膜遷移直至被根系吸收的過(guò)程中受類黃酮影響下發(fā)生形態(tài)轉(zhuǎn)化與遷移，以及根系在類黃酮影響下鎘的吸收飽和與吸收速率變化，對(duì)闡明重金屬鎘在紅樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng)中的生物地球化學(xué)行為有重要意義;為紅樹(shù)林濕地的保護(hù)與修復(fù)提供科學(xué)、有效的途徑，豐富紅樹(shù)林濕地生態(tài)學(xué)研究?jī)?nèi)容。
　　研究結(jié)果表明:
　　類黃酮和重金屬鎘的增加均明顯改變了沉積物的氧化還原環(huán)境，導(dǎo)致氧化還原電位(Eh)降低。加之類黃酮自身的還原能力導(dǎo)致白骨壤根際、非根際中的活性固相二價(jià)

5、鐵的含量明顯增加，促進(jìn)了植物根系對(duì)鐵的吸收，緩解了鐵對(duì)紅樹(shù)植物生長(zhǎng)的限制作用。根際中部分二價(jià)鐵離子被氧化沉淀，使根表鐵膜加厚，非根際中活性固相二價(jià)鐵顯著高于根際。根系活動(dòng)使根際、非根際產(chǎn)生氧梯度差和Eh梯度差，造成重金屬鎘在根際、非根際的形態(tài)賦存差異;加之根系分泌物的酸化、增溶及螯合作用，均增加了根際中鎘的濃度。類黃酮能使紅樹(shù)林沉積物中的鎘得到活化，造成根際、非根際沉積物中弱酸提取態(tài)鎘(Acidextractable Cd)的含量顯著增

6、加，增加了鎘的活性，根系活動(dòng)使得根際沉積物中鎘含量與非根際差異更為明顯。但是根表鐵膜作為根系表面的屏障，其加厚增加了重金屬離子進(jìn)入植物體的難度，同時(shí)二價(jià)鐵離子與鎘離子之間存在明顯的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，從而減少了進(jìn)入植物體內(nèi)的重金屬;類黃酮使鎘在根表鐵膜的累積明顯減少，阻礙了白骨壤幼苗對(duì)鎘的吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)，根系中鎘的累積降低，導(dǎo)致鎘在植物體內(nèi)的累積明顯降低。類黃酮打破了紅樹(shù)林沉積物中原有的“庫(kù)-源”平衡，對(duì)紅樹(shù)林沉積物中鎘的釋放與解毒起到至關(guān)重要的作用

7、;同時(shí)植物體對(duì)鎘的吸收，并未因類黃酮對(duì)鎘的活化而增加，反之減少，此結(jié)果對(duì)紅樹(shù)林的保護(hù)及修復(fù)有極其重要的意義。
　　本文利用經(jīng)典米氏酶動(dòng)力學(xué)模型研究了在重金屬鎘進(jìn)入植物根系的過(guò)程中類黃酮對(duì)根系吸收的動(dòng)力學(xué)影響。研究發(fā)現(xiàn)米氏動(dòng)力學(xué)模型能夠很好的描述白骨壤根系在類黃酮作用下對(duì)鎘離子的吸收。與對(duì)照組相比，Km（半飽和常數(shù)）和Vmax（最大吸收速率）在類黃酮作用下均升高，證明了類黃酮能夠增強(qiáng)植物體對(duì)鎘的耐受性。但是，類黃酮對(duì)植物根細(xì)胞壁吸收

8、鎘離子沒(méi)有顯著影響。當(dāng)受到呼吸抑制劑CCCP(Carbonylcyanidem-chlorophenyl-hydrazone)處理時(shí)，得到了同樣的結(jié)果，證明類黃酮對(duì)白骨壤根系鎘吸收的跨膜運(yùn)輸起到重要作用，但是不會(huì)影響其質(zhì)外體運(yùn)輸。當(dāng)白骨壤根系受到Ca2+離子通道抑制劑LaCl3處理時(shí)，施加類黃酮的處理組中Km和Vmax均高于未受類黃酮處理的組，而低于對(duì)照組，說(shuō)明鈣離子通道不是白骨壤根系吸收鎘的唯一跨膜運(yùn)輸途徑。因此類黃酮利用Ca2十通道