鎘富集植物鎘積累基因型差異及分子機理研究.pdf

1、近年來，隨著城市化、工業(yè)化和農(nóng)業(yè)化的集約發(fā)展，規(guī)模的不斷擴大，工業(yè)“三廢”排放、化肥農(nóng)藥濫用、污水灌溉及城鎮(zhèn)污泥的使用等，使得土壤鎘含量日益增加，土壤鎘污染問題日趨嚴重。如何治理和修復土壤鎘污染備受關(guān)注。植物修復技術(shù)作為一種新興的綠色生物技術(shù)，具有操作簡單、經(jīng)濟及技術(shù)上能夠大面積實施等優(yōu)點，被認為是修復重金屬污染土壤的最佳選擇。黑麥草（Lolium multiflorum L.）一年生或短期多年生，生物量大，對土壤重金屬有極強的富集作用

2、，同時生長迅速、分蘗能力強，可以快速覆蓋地面；印度芥菜（Brassica juncea L.）為十字花科蕓薹屬植物，其生長周期短、地上部生物量大、可富集多種重金屬，在植物修復中有較大的應(yīng)用潛力；紫花苜蓿（Medicago Sativa L.）為豆科多年生草本植物，是一種高產(chǎn)出的經(jīng)濟作物，其對Cd離子也具有較高的富集作用。目前有關(guān)黑麥草、紫花苜蓿及印度芥菜對鎘吸收能力的比較以及相關(guān)植物耐鎘基因等分子機理層面的研究較少。因此，本試驗以黑麥草

3、（品種為邦德和阿伯德）、印度芥菜及紫花苜蓿為試驗材料，通過土培試驗?zāi)M礦區(qū)土壤Cd污染水平（0、75、150、300及600 mg·kg-1），研究不同鎘富集植物在不同鎘污染水平土壤上生長、抗氧化酶活性、Cd含量及積累量的差異，探求不同植物的最大Cd吸收值，以及通過RT-PCR觀察鎘抗性基因表達情況，從分子機理層面解釋植株富集重金屬機制，以期為土壤Cd污染的合理防治和修復提供理論依據(jù)。主要研究結(jié)果如下：
　?。?）黑麥草（邦德和阿

4、伯德）地上部干重及植株總干重隨土壤鎘污染水平的增加表現(xiàn)為先增加后減少趨勢。75 mg·kg-1Cd、150 mg·kg-1Cd分別刺激了黑麥草（邦德）、黑麥草（阿伯德）生長，其地上部干重較對照分別增加10.06％和25.84%。各鎘處理下，黑麥草（邦德和阿伯德）地上部干重遠高于印度芥菜和紫花苜蓿。
　?。?）在不同鎘污染水平下，3種鎘富集植物光合系統(tǒng)參數(shù)均受到顯著抑制。隨土壤鎘水平增加，3種鎘富集的MDA含量呈下降趨勢，當外源鎘水

5、平為600 mg·kg-1時，黑麥草（邦德和阿伯德）、紫花苜蓿及印度芥菜根系MDA含量均顯著低于對照（P＜0.05），分別較對照降低了49.62%、44.44%、40.74%及51.68%。隨鎘脅迫增加，SOD、POD總體呈先升高后降低的趨勢，CAT則呈降低趨勢。
　?。?）黑麥草（邦德和阿伯德）、紫花苜蓿及印度芥菜對鎘均具有較強的富集能力，各部位鎘含量均為根系>地上部。且在150 mg·kg-1、75 mg·kg-1Cd水平下，

6、黑麥草（邦德和阿伯德）、紫花苜蓿和印度芥菜地上部鎘含量分別為171.827 mg·kg-1和169.122 mg·kg-1、356.463 mg·kg-1和308.735mg·kg-1，均超過超富集植物臨界值(100 mg·kg-1)，表現(xiàn)出極強的超富集潛力。
　?。?）在75 mg·kg-1Cd時以黑麥草（阿伯德）的土壤鎘去除率最佳，為16.24%，其他鎘水平下，均以紫花苜蓿對土壤鎘去除率最佳，分別為19.82%、30.72%和

7、26.78%。綜合考慮積累量及土壤鎘去除率等因素，可以采用多種植物輪作方式提高土壤Cd的整體去除率。
　　（5）在各Cd污染水平下，土壤鎘均主要以EXC-Cd存在，F(xiàn)DC高達55.09%~83.23%。各形態(tài)Cd FDC大小順序為：EXC-Cd>CAB-Cd>FeMn-Cd>RES-Cd>OM-Cd。隨著土壤鎘水平的增加，EXC-Cd的FDC不斷增加。土壤各鎘形態(tài)中，除OM-Cd外，其余土壤鎘形態(tài)與植株地上及根系鎘含量均呈極顯著正

8、相關(guān)（P＜0.01）。
　　（6）供試3種植物材料，黑麥草（品種為邦德和阿伯德）、紫花苜蓿及印度芥菜的BCF均大于1，且印度芥菜>紫花苜蓿>黑麥草（阿伯德）>黑麥草（邦德），印度芥菜對鎘的富集能力最強。所有處理TF值均小于1，大小順序為黑麥草（阿伯德）<黑麥草（邦德）<紫花苜蓿<印度芥菜，黑麥草（阿伯德）能最有效聚集土壤中的鎘。
　?。?）外源鎘誘導黑麥草（邦德和阿伯德）2個鎘代謝相關(guān)的基因（家族）OAS和IRT表達水平在不