外源檸檬酸和草酸對(duì)鎘脅迫下苧麻生理響應(yīng)的影響研究.pdf

1、由冶煉等工業(yè)生產(chǎn)，灌溉、施肥等農(nóng)業(yè)活動(dòng)以及大氣沉降等因素所引起的重金屬鎘(Cd)污染問(wèn)題已日益受到廣泛的關(guān)注，也是礦區(qū)污染治理和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中糧食安全保障的重點(diǎn)。Cd具有高毒性、致癌變、致畸變、易富集遷移到生物體等特性，其在土壤和水體中長(zhǎng)期存在，不僅對(duì)生態(tài)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了極大的破壞作用，而且給糧食生產(chǎn)安全帶來(lái)巨大的威脅，甚至通過(guò)食物鏈富集系統(tǒng)危及人類(lèi)生命健康。當(dāng)前，我國(guó)有近1/5（約2000萬(wàn)公頃）的耕地受重金屬污染，其中鎘污染耕地面積近

2、1.33萬(wàn)公頃，范圍涉及到11個(gè)省份25個(gè)地區(qū)。因此，Cd污染場(chǎng)地的治理和修復(fù)是關(guān)系土壤安全生產(chǎn)和高效利用以及生態(tài)恢復(fù)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵舉措。
　　植物修復(fù)技術(shù)是一種新型、經(jīng)濟(jì)和綠色的修復(fù)技術(shù)。苧麻生長(zhǎng)迅速、生物量大、分布范圍廣、適應(yīng)能力強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)附加值高的麻類(lèi)作物，對(duì)重金屬Cd有一定的忍耐能力，又具有很強(qiáng)的耐旱、耐貧瘠能力，是礦區(qū)修復(fù)的良好植物資源，在土壤和水體Cd污染修復(fù)及礦山廢棄地的生態(tài)恢復(fù)中具有較高的應(yīng)用價(jià)值和開(kāi)發(fā)潛力。植物受

3、到重金屬逆境脅迫時(shí)為了適應(yīng)脅迫環(huán)境的壓力會(huì)自發(fā)產(chǎn)生一系列的響應(yīng)，主要體現(xiàn)在形態(tài)學(xué)、生理生態(tài)學(xué)和分子水平上，并形成耐性機(jī)制。本文基于植物抗逆性生理學(xué)、生態(tài)毒理學(xué)、植物耐性機(jī)理等依據(jù)，利用導(dǎo)師研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的Cd耐性植物苧麻為研究對(duì)象，重金屬Cd為目標(biāo)污染源，在篩選出Cd的耐性品種后，進(jìn)行Cd脅迫水平模擬實(shí)驗(yàn)，選取檸檬酸和草酸兩種低分子量有機(jī)酸為外源添加物質(zhì)，采用原子吸收分光光度計(jì)、紫外可見(jiàn)分光光度、酶標(biāo)儀等分析儀器，定量研究不同Cd脅迫濃度

4、下苧麻對(duì)根部Cd富集及其向莖葉的轉(zhuǎn)運(yùn)，深入探究苧麻應(yīng)對(duì)不同Cd脅迫下植物生長(zhǎng)、相對(duì)含水量、根系活力、光合生理、質(zhì)膜氧化、蛋白質(zhì)合成、抗氧化酶等方面的形態(tài)學(xué)及生理學(xué)適應(yīng)機(jī)制，比較分析最高Cd脅迫濃度下兩種不同濃度的檸檬酸和草酸分別對(duì)Cd暴露下植物吸收轉(zhuǎn)運(yùn)重金屬以及重金屬耐性生理生化響應(yīng)的影響。為加快推進(jìn)經(jīng)濟(jì)資源型植物苧麻在湖南省Cd污染農(nóng)田高效利用及礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)中的應(yīng)用并提高修復(fù)效率提供基礎(chǔ)性的理論思路。
　　主要研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)如下:

5、
　　水培條件下，大部分的重金屬主要富集在植物根部，其含量大約是地上部分含量的9-10倍。隨著介質(zhì)中Cd脅迫濃度的增加，苧麻根部對(duì)Cd的吸收及從根部向上轉(zhuǎn)運(yùn)逐步提高，根部和莖葉Cd含量范圍分別在268.0-374.4，25.2-41.2mgkg-1DW。低濃度的檸檬酸(1.5mM)作用對(duì)Cd的積累和運(yùn)輸作用效果尤為明顯，根部吸收Cd的含量提高了27％，莖葉中的Cd含量增加了近1倍，轉(zhuǎn)運(yùn)效率與對(duì)照組相比也提高了62％。低濃度檸檬酸(

6、3mM)組的轉(zhuǎn)運(yùn)效率則提高了66％。
　　鎘逆境脅迫下，苧麻生物量較少，根系活力降低，對(duì)水分的吸收能力也相應(yīng)減弱;葉片中葉綠素合成受到抑制，光合作用減弱;蛋白質(zhì)合成水平下降，代謝活動(dòng)受到影響;膜脂過(guò)氧化程度明顯加大，給植物組織帶來(lái)一定損傷;抗氧化酶中除了SOD活性升高外其余均呈下降趨勢(shì)。與對(duì)照組的重金屬逆境脅迫下植物生理生化方面的變化相比較，低濃度、高濃度的檸檬酸和草酸實(shí)驗(yàn)組的重金屬毒性傷害癥狀略微有所緩解，主要體現(xiàn)在:植物生物量

7、的增大，相對(duì)含水量的增加，根系活力的上升，葉綠色和類(lèi)胡蘿卜素含量的增加，根部和葉片中膜脂過(guò)氧化程度的減弱，蛋白質(zhì)合成量的增多，各類(lèi)抗氧化酶活性的升高等方面。其中，低濃度的檸檬酸(1.5mM)實(shí)驗(yàn)組各指標(biāo)的變化趨勢(shì)比其它實(shí)驗(yàn)組的更為靈敏，在鎘脅迫植物引發(fā)的一系列生理生化變化及毒性危害癥狀的表現(xiàn)中發(fā)揮著極為重要的作用。外源檸檬酸和草酸可以在一定程度上促進(jìn)植物對(duì)重金屬的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，并且通過(guò)與重金屬形成螯合體的形式使得Cd毒害癥狀尤其是重金屬脅