外源鎘在秋茄-土壤系統(tǒng)中的穩(wěn)定及植物效應(yīng).pdf

1、紅樹林濕地土壤(沉積物)重金屬污染日趨嚴(yán)重,為了探討利用紅樹植物穩(wěn)定重金屬鎘的可行性以及紅樹植物對外源鎘的響應(yīng)機(jī)理,選擇對重金屬耐性較強(qiáng)的秋茄(Kandelia obovata)為研究對象,利用根際箱在自然透光的溫室中進(jìn)行培養(yǎng),對比研究了不同濃度(0、12.5、25、50、100 mg kg-1)的外源可溶性鎘在秋茄.土壤系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化、穩(wěn)定及植物效應(yīng)。對鎘脅迫下秋茄的生理生態(tài)特征以及根陽離子交換量、鐵錳氧化膜對鎘的穩(wěn)定,鎘在秋茄植株

2、中的形態(tài)分布、土壤鎘的形態(tài)轉(zhuǎn)化、土壤的DTPA(二乙烯三胺五乙酸)提取態(tài)鎘和總鎘等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。研究的主要結(jié)論有:
　　 1.鎘脅迫秋茄體內(nèi)鎘的結(jié)合形態(tài)和區(qū)域化呈現(xiàn)明顯差異。(1)通過分步提取發(fā)現(xiàn)幼葉鎘的結(jié)合形態(tài)多樣化,其中主要以乙醇提取態(tài)(Fethanol)、醋酸提取態(tài)(FHAC)、鹽酸提取態(tài)(Fha)為主;成熟葉鎘Fethanoll和FHCl兩者百分含量之和超過95％,其中FHCl的含量百分比超過50％。幼葉生長過程

3、中,葉中鎘:Fethanol和FHCl明顯增加,其他結(jié)合態(tài)減少。(2)莖和胚軸的鎘含量隨著鎘處理濃度增加先增加后減少,以Fethanol為主。(3)貯氣根的鎘含量隨著處理濃度沒有顯著性差異,主要以Fethanol、FHCl為主;細(xì)根的鎘含量隨著鎘處理濃度呈單峰曲線變化,在50 mgkg-1時達(dá)到最大值,主要是以Fethanol、FHAC、FHCl為主。(4)貯氣根鐵錳氧化膜中鎘含量隨著鎘處理濃度也呈單峰曲線變化,細(xì)根鐵錳氧化膜中鎘含量與

4、鎘處理濃度顯著正相關(guān)。(5)秋茄各部位鎘的富集系數(shù)隨著鎘處理濃度的增加而減少。細(xì)根的鎘含量最高,鎘富集系數(shù)最大,其次是成熟葉,根系對鎘有較強(qiáng)的富集作用,成熟葉的凋落減少鎘的脅迫。(6)秋茄較強(qiáng)的耐鎘能力與鎘的亞細(xì)胞分布密切相關(guān)。功能相對重要的部位如細(xì)胞器鎘的含量相對較少,從而表現(xiàn)出對鎘的選擇性分配。細(xì)胞壁的鎘含量遠(yuǎn)大于細(xì)胞器和細(xì)胞液的含量,是主要的鎘積累部位。秋茄體內(nèi)的草酸根、磷酸根、單寧等與鎘結(jié)合,根系鐵錳氧化膜吸附鎘以及細(xì)胞壁累積了

5、大部分的鎘從而對重金屬鎘具有較強(qiáng)的耐性。
　　 2.秋茄在鎘脅迫下產(chǎn)生不同的植物效應(yīng),滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)變化明顯。(1)鎘處理秋茄莖、葉、胚軸和根的生物量隨著鎘處理濃度增加而減少,相對于對照組來說鎘處理組的莖、葉、胚軸的生物量的減少都大于根,反映了秋茄主要通過減少地上部分的生物量對鎘脅迫的響應(yīng)。(2)鎘脅迫秋茄滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)變化明顯。秋茄葉可溶性蛋白和脯氨酸的含量隨著鎘處理濃度呈單峰曲線變化,葉可溶性糖、丙二醛含量隨著鎘處理濃度增加而增

6、加;對照組秋茄葉的有機(jī)酸含量明顯的高于各個鎘處理組,莖的有機(jī)酸各處理之間沒有顯著性差異,胚軸的有機(jī)酸鎘處理組之間沒有顯著性差異,但顯著大于對照組,貯氣根和細(xì)根的有機(jī)酸隨著鎘處理濃度的增加而增大,與鎘脅迫濃度呈顯著正相關(guān);鎘處理使秋茄各個部位的草酸根離子增加,產(chǎn)生的草酸一方面與秋茄植物體內(nèi)的鎘相結(jié)合,降低鎘的活性,另一方面秋茄根系分泌的草酸鈍化可溶性的鎘,使可溶性鎘得到穩(wěn)定。秋茄通過生物量和可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸、丙二醛、有機(jī)酸等滲

7、透調(diào)節(jié)物質(zhì)的變化來對鎘脅迫的響應(yīng)。
　　 3.在鎘脅迫下,秋茄的元素組成發(fā)生了變化,與鎘之間的相互作用明顯。(1)細(xì)根和貯氣根的陽離子交換量隨著鎘處理濃度發(fā)生一系列的變化說明鎘影響了秋茄對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力。(2)隨著鎘處理濃度的增加,秋茄植物體的鎘與鐵、鉀、鎂、鋁、鉛和砷呈顯著正相關(guān)(P＜0.01),表現(xiàn)為協(xié)同作用。鐵、鉀、鎂、鋁、鉛和砷也主要集中在根部。同時這七種元素之間相互之間也具有顯著正相關(guān)(P＜0.01),共同影響秋茄

8、的生長。(3)葉、莖、胚軸的全磷隨著鎘處理濃度增加先增加后減少,達(dá)到最大值分別在鎘處理濃度為50、25、12.5 mg kg-1;細(xì)根的全磷隨著鎘處理濃度增加而減少,鎘脅迫組的全磷含量比對照組小。(4)秋茄葉和根全硫含量隨著鎘處理濃度增加迅速增加;鎘處理組莖全硫遠(yuǎn)大于對照組,但隨著鎘處理濃度增加反而下降;胚軸全硫含量隨著鎘處理濃度增加先增加后減少。鎘處理組的秋茄全硫大于對照組,鎘處理促進(jìn)秋茄對土壤中硫的吸收,體現(xiàn)了硫在鎘脅迫中具有一定的

9、作用。
　　 4.秋茄-土壤系統(tǒng)將外源可溶性鎘穩(wěn)定下來,根際土壤穩(wěn)定量大于非根際土壤。(1)根際土壤鎘DTPA提取率小于同一處理下的近根際、遠(yuǎn)根際和非根際,根際區(qū)域秋茄能夠?qū)⒖扇軕B(tài)的鎘較多地轉(zhuǎn)化為植物不可以利用的鎘,濃度越高根際區(qū)域穩(wěn)定的鎘相對越多。(2)同一處理組中,根際區(qū)域土壤Ph值比其他區(qū)域低。其中根際區(qū)域的土壤Ph值比非根際區(qū)域低0.3～0.5。鎘脅迫處理組的土壤Ph值比對照組低,鎘濃度越高Ph值越低,鎘脅迫下秋茄根系分

10、泌較多有機(jī)酸,尤其是草酸將可溶性的鎘轉(zhuǎn)化為不可溶的草酸鎘,H+增加,Ph值越低,生物有效性減少。(3)根際土壤可溶性的鎘含量由原來的12.5、25、50、100mg kg-1變?yōu)?.88、5.14、10.49、35.51 mg kg-1。隨著鎘處理濃度的增加,穩(wěn)定下來的鎘依次增加。根際的可溶態(tài)的鎘含量小于近根際、遠(yuǎn)根際和非根際,根際的穩(wěn)定形式與非根際的不同,根際環(huán)境更有利于可溶性鎘穩(wěn)定下來。秋茄根系分泌草酸等有機(jī)酸及其它根系分泌物結(jié)合根