核素U超富集植物的篩選及其生理生化特性研究.pdf

1、本論文在國防基礎(chǔ)科研重點(diǎn)項(xiàng)目(B3120110001)的資助下，通過研究16種植物在不同土壤鈾濃度下的生理生化指標(biāo)以及鈾富集量情況，篩選對(duì)核素U具有超富集能力的植物，并對(duì)篩選出的高富集植物進(jìn)行控制性試驗(yàn)，研究3種添加劑對(duì)植物富集核素能力的影響，再與實(shí)地考察的某鈾尾礦優(yōu)勢植物的鈾富集情況相比較，測定不同時(shí)間植物對(duì)鈾的吸收情況以及鈾在植物體內(nèi)的遷移情況，從而探討篩選出的超富集植物在修復(fù)核素污染土壤中的可行性、富集特點(diǎn)及應(yīng)用前景。主要結(jié)論如下

2、:
　　(1)核素鈾對(duì)植物表觀生長參數(shù)的影響因植物不同而不同，在5種鈾濃度梯度下，可以促進(jìn)某些植物發(fā)芽率的增高，其中向日葵升高5.1％～12.8％，菊苣4.8％～21.4％;但更多的情況是，鈾污染使植物的發(fā)芽率降低，降低幅度為1.1％～43.6％。在土壤鈾濃度較低為25mg/kg和75mg/kg，可以促進(jìn)大部分植株的伸長，幅度為0.2％～18.8％;但高濃度鈾會(huì)抑制植物植株的伸長，幅度為4.0％～31.5％。土壤鈾污染對(duì)植物生物量

3、的影響最為明顯，向日葵、四季豆、大葉菠菜和蒼耳的總生物量分別增加了4.8％～9.0％、1.6％～23.8％、33.7％～41.0％和5.9％～22.9％;其它植物的總生物量降低幅度為0.3％～62.2％。一般而言，對(duì)鈾富集能力較強(qiáng)的植物，當(dāng)植株體內(nèi)鈾濃度大于50.0mg/kg時(shí)，鈾污染會(huì)顯著降低它們的生物量，降低幅度為5.5％～58.8％。
　　(2)土壤鈾污染會(huì)對(duì)植物的光合作用參數(shù)及葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué)參數(shù)產(chǎn)生一定的影響，在光系

4、統(tǒng)Ⅰ(PSⅠ)中，隨著土壤鈾濃度的升高，對(duì)鈾有較強(qiáng)吸收能力的植物其凈光合作用速率(Pn)會(huì)隨著土壤鈾濃度的升高而逐漸下降，如鬼針草、蕹菜、四季豆和鐵莧，Pn分別降低了0.7％～6.1％、4.1％～24.1％、13.0％～65.4％和8.9％～28.8％，下降的原因有的是由于氣孔因素導(dǎo)致的，也有的是由非氣孔因素導(dǎo)致的。在光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)中，反映植物是否受到脅迫的生理指標(biāo)Fv/Fm與實(shí)驗(yàn)土壤鈾濃度沒有明顯的相關(guān)性，但幾種對(duì)鈾富集能力較強(qiáng)的

5、植物如鬼針草、黃秋葵、菊苣、鐵莧在高鈾濃度下會(huì)受到一定的脅迫，F(xiàn)v/Fm比對(duì)照分別降低0.6％～2.6％、4.2％～5.9％、2.1％～9.4％和0.7％～3.3％。
　　(3)篩選植物各部分富集鈾濃度是隨著土壤鈾濃度的升高而升高的。16種植物中，富集U能力最強(qiáng)的植物是鐵莧，在25mg/kg、75mg/kg、125mg/kg、175mg/kg土壤鈾濃度梯度下，鐵莧的地下部鈾富集濃度依次為119.22mg/kg、325.36mg/k

6、g、735.27mg/kg、1245.28mg/kg，遠(yuǎn)高于土壤鈾濃度水平，它的BCF也是最大的，但只有在175mg/kg土壤鈾濃度下大于1，為1.178，其余幾種對(duì)土壤鈾富集比較好的植物是黃秋葵、菊苣、鬼針草、紫花苜蓿。
　　(4)添加pH=4.5的EDTA導(dǎo)致植物死亡;在低土壤鈾濃度下(40mg/kg)，添加不同pH的添加劑可以增加植物的株高和生物量，其中EDTA可以使植物的總生物量增加8.0％～26.0％，檸檬酸增加幅度為1

7、2.0％～32.0％，稀硫酸增加幅度14.0％～18.0％。在高土壤鈾濃度下（120mg/kg和200mg/kg），EDTA和CA都使植物的總生物量降低，降低幅度分別為4.3％～12.2％、2.6％～10.3％。在中低鈾污染濃度下，添加EDTA可以降低植物的Pn，降低幅度為2.4％～18.7％，而檸檬酸和稀硫酸則會(huì)增加植物的Pn，增加幅度分別為1.1％～15.6％和1.9％～5.7％。
　　(5)在3種土壤鈾濃度下，添加不同pH的

8、EDTA使植物地上部、地下部和整株鈾富集量降低，各部分降低幅度分別為17.3％～48.8％、17.5％～33.4％和19.2％～30.3％。但在土壤鈾濃度為40mg/kg時(shí)，EDTA可以提高植物的轉(zhuǎn)移因子(TF)，升高幅度為4.5％～5.6％;pH=6.5的檸檬酸可以增加植物地下部鈾富集量，升高幅度為1.9％～10.0％;在土壤鈾濃度為200mg/kg時(shí)，pH=6.5的稀硫酸可以有效增加植物地上部、地下部和整株鈾富集量，各部分分別升高5

9、3.5％、51.5％和41.3％，BCF和TF分別升高41.3％和1.3％。因此加入添加劑是提高植物修復(fù)鈾污染土壤效率的一種行之有效的方法。
　　(6)在植物生長初期，植物體內(nèi)富集鈾的濃度較低，隨著土壤中鈾濃度的升高，SOD活性不斷升高，POD和CAT活性先升高后降低，3月份土壤鈾濃度為50～70mg/Kg時(shí)，蘆葦和商陸的SOD活性最高，分別為389.5和436.1U/(g·FW)，土壤鈾濃度為30～50mg/Kg時(shí)，蘆葦和商陸的

10、POD最大活性分別為6295.0和895.3U/(g·FW·min)，CAT最大活性分別為85.67和76.47U/(g·FW·min)。到了植物生長后期，植物體內(nèi)鈾濃度不斷升高，SOD和POD隨著鈾濃度的升高呈不斷降低的趨勢，7月份土壤鈾濃度為10～30mg/Kg時(shí)，蘆葦和商陸的SOD活性最高分別為366.1和302.4U/(g·FW);蘆葦和小飛蓬的POD活性最高分別為2273和682.0U/(g·FW·min)。
　　(7)

11、鈾尾礦區(qū)土壤鈾濃度范圍為0～75mg/Kg，植物體內(nèi)的鈾富集量與土壤鈾濃度密切相關(guān)。植物各部分鈾富集量與植物生長期關(guān)系密切，如3月份商陸的根部鈾濃度為0.32～1.16mg/Kg，莖部為0.13～0.81mg/Kg，葉部為0.14～0.73mg/Kg，7月份根部鈾濃度為1.35～6.13mg/Kg，莖部為0.18～0.78mg/Kg，葉部為2.06～3.03mg/Kg，到了11月份根部鈾濃度為0.65～0.82mg/Kg，莖部為鈾濃度為

12、0.50～2.40mg/Kg，葉部為鈾濃度為16.39～25.29mg/Kg，果實(shí)為鈾濃度為15.44～33.10mg/Kg。在植物生長初期（3月和5月），植物根部鈾含量較高為0.2～42.85mg/Kg，葉部鈾含量極低為0～2.04mg/Kg;待植物成熟期后，根部的鈾則通過莖不斷向葉和果實(shí)轉(zhuǎn)移，葉部鈾含量最高為108.26mg/Kg，植物莖中的鈾含量始終保持在較低水平為0～13.61mg/Kg。5種植物中，鈾富集能力最強(qiáng)的植物為狗尾草