蚯蚓粘液對番茄幼苗生長及Cd富集的影響機理初探.pdf

1、近年來，蚯蚓在重金屬污染土壤植物修復中的應用得到了普遍的關注。許多研究表明，蚯蚓不僅能夠提高污染土壤中重金屬的生物有效性，還能促進植物生長、提高植物對重金屬的吸收和向地上部的運輸。這些結果說明，蚯蚓在螯合誘導植物修復重金屬污染土壤中具有應用的潛力。但遺憾的是，蚯蚓提高土壤中重金屬生物有效性、促進植物生長以及富集重金屬的作用機理目前還不清楚。因此，本文設置了一系列的培養(yǎng)試驗，主要研究：(1)威廉腔環(huán)蚓(Metaphire guillemi

2、)粘液對Cd脅迫下番茄(Lycopersicon esculentum)合作903幼苗生長及Cd富集的影響；(2)蚯蚓粘液及其氨基酸模擬溶液對番茄幼苗生理指標及其體內Cd富集的影響；(3)蚯蚓粘液及其氦基酸模擬溶液對番茄幼苗中Cd的亞細胞分布及化學形態(tài)的影響；(4)蚯蚓對模擬污染土壤中Cd化學形態(tài)分布的影響，試圖揭示蚯蚓提高土壤重金屬生物有效性，促進植物對重金屬吸收及向地上部運輸的作用機理，為蚯蚓在植物修復重金屬污染土壤中的應用提供理論

3、依據。主要結果如下：
　　 (1)通過營養(yǎng)液培養(yǎng)試驗研究了威廉腔環(huán)蚓(Metaphire guillemi)粘液對番茄(Lycopersicon esculentum)合作903幼苗生長及Cd富集的影響。結果發(fā)現，在Cd濃度為0和5mgL.1時，蚯蚓粘液顯著提高了番茄幼苗干生物量，分別使根系及地上部干生物量增加了12.4～33.2％和13.8～44.5％；而在Cd濃度為10mgL-1時，對番茄幼苗干生物量沒有產生顯著影響，甚至在

4、添加高濃度蚯蚓粘液時使番茄幼苗地上部干生物量比對照降低4％。同時，本研究還發(fā)現，隨著外源Cd濃度和蚯蚓粘液添加量的增加，番茄幼苗根系和地上部Cd濃度及富集量顯著增加，且根系Cd濃度及富集量顯著高于地上部.蚯蚓粘液中含有大量的可溶性有機碳(DOC)、NH4+-N、NO3--N、P和K等植物可利用營養(yǎng)成分，促進了植物生長及對重金屬的富集，這可能是蚯蚓促進植物生長、提高植物對重金屬富集的作用機理之一.
　　 (2)通過營養(yǎng)液培養(yǎng)試驗發(fā)

5、現，與對照相比，蚯蚓粘液顯著增加了番茄幼苗根系和葉的干生物量，而其氨基酸模擬溶液僅使番茄根系幼苗干生物量較對照顯著增加.同時，蚯蚓粘液及其氨基酸模擬溶液均使番茄幼苗平均根直徑、根體積較對照顯著增加.這些結果表明，蚯蚓粘液可以促進番茄幼苗生長，這可能與其提高番茄幼苗葉片中葉綠素含量，促進番茄幼苗對Fe、Mn、Zn和Cu等四種微量元素的吸收和運輸有關。而蚯蚓粘液的主要成分氨基酸模擬溶液并未對番茄幼苗生長，葉綠素含量，以及Fe、Mn、Zn、C

6、u等微量元素的吸收和運輸產生顯著的影響。
　　 (3)在Cd脅迫下，蚯蚓粘液顯著提高了番茄幼苗體內葉綠素含量和抗氧化酶活性，如超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)和過氧化氫酶(CAT)，顯著促進了番茄幼苗對Fe、Mn、Zn、Cu等四種微量元素的吸收及運輸。這可能是蚯蚓粘液促進番茄幼苗生長及對Cd富集的原因之一。但是，氨基酸模擬溶液雖然也能提高番茄幼苗體內葉綠素含量和抗氧化酶活性，促進番茄幼苗對Fe、Mn、Zn、Cu的吸

7、收和運輸，但其促進作用顯著低于蚯蚓粘液。
　　 (4)在Cd脅迫下，蚯蚓粘液分別使番茄幼苗根系、莖和葉的鮮重增加123.9％、16.2％和32.0％，Cd濃度升高22.5％、14.4％和28.9％，Cd富集量增加173.2％、14.5％和75.4％。這可能與蚯蚓粘液提高了番茄幼苗亞細胞分布中可溶態(tài)Cd濃度、化學形態(tài)中無機及溶解形態(tài)Cd濃度有關。同時，氨基酸模擬溶液也具有同樣的作用，即促進了番茄幼苗生長及對Cd的富集，并且提高了番

8、茄幼苗亞細胞分布中可溶態(tài)Cd濃度、化學形態(tài)中無機及溶解態(tài)Cd濃度。但是，氨基酸模擬溶液的這種作用顯著低于蚯蚓粘液。這些結果表明，蚯蚓粘液通過改變番茄幼苗體內Cd的亞細胞分布及化學形態(tài)，促進了番茄幼苗的生長及對Cd的富集。
　　 (5)蚯蚓(Metaphire guillemi)活動顯著提高了模擬Cd污染土壤高沙土(10mgCd kg-1,Orthic aquisols)中Cd的生物有效性，特別是蚯蚓活動頻繁場所蚓穴及蚯蚓代謝產物

9、蚓糞中Cd的生物有效性顯著高于接種蚯蚓土壤土體。與對照相比，蚯蚓活動顯著提高了土體中可交換態(tài)和碳酸鹽結合態(tài)Cd濃度，而蚓穴壁及蚓糞中可交換態(tài)和碳酸鹽結合態(tài)Cd濃度又顯著高于接種蚯蚓土壤土體。同時，蚯蚓體內和體表可以分別富集和分泌Cd，且蚯蚓體內和粘液中Cd濃度均隨培養(yǎng)時間的延長顯著升高，二者之間存在顯著的正相關關系.這些結果表明，蚯蚓可以提高土壤中Cd的生物有效性，其作用機理可能包括：1）蚯蚓活動顯著降低了土壤pH，尤其是蚓穴壁及蚓糞p

10、H;2)產生有機物質并使之與重金屬Cd充分混合；3）體表分泌.
　　 以上這些試驗結果表明，(1)蚯蚓粘液顯著促進番茄幼苗生長及對Cd的富集，這可能是蚯蚓促進植物生長及對Cd富集的作用機理之一；(2)蚯蚓粘液促進植物對重金屬的富集可能與其促進植物生長、加快植物代謝有關；(3)蚯蚓粘液中的氨基酸在蚯蚓粘液促進植物生長及對Cd富集中具有一定的作用，但其作用效率遠低于蚯蚓粘液；(4)蚯蚓粘液促進植物生長及對重金屬的富集可能與其含有的I