蘆葦-AMF共生系統(tǒng)的銅污染修復(fù)潛能及其機(jī)制研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)發(fā)展，我國本已居高的銅需求量及消費(fèi)量逐年增加。巨大的銅開采與排放量引發(fā)了日益嚴(yán)峻的環(huán)境問題。銅污染已成為我國主要重金屬污染之一。重金屬污染具有無法降解的特性，植物對(duì)金屬元素的穩(wěn)定或提取富集是其主要的去除方法。然而在實(shí)際應(yīng)用中，植物生長和生理活性受重金屬脅迫影響大，銅生物有效性較低、不同濃度條件下銅的轉(zhuǎn)運(yùn)過程具有特異性等問題，都制約著銅的轉(zhuǎn)運(yùn)過程及效率。為此，本研究采用叢枝菌根真菌（AMF）強(qiáng)化蘆葦系統(tǒng)生長及抗逆性能，并以蘆

2、葦-AMF共生系統(tǒng)為核心，從蘆葦?shù)目剐约般~吸收效能兩方面，分析不同濃度銅脅迫條件下共生系統(tǒng)的響應(yīng)過程及其對(duì)銅的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制，為植物修復(fù)銅污染環(huán)境提供新的技術(shù)支持。
　　通過投加菌劑的方式構(gòu)建蘆葦-AMF共生系統(tǒng)，并于系統(tǒng)建立初期從蘆葦生長發(fā)育、生理特征、根際土壤性質(zhì)及微生物代謝幾方面對(duì)其進(jìn)行研究，結(jié)果表明，在接種摩西球囊霉（Rhizophagus irregularis）及根內(nèi)球囊霉（Funelliformis mosseae）之后，

3、蘆葦種子的累積萌發(fā)速率分別提升了20.9％和26.95%，而萌發(fā)速率系數(shù)提升了10.81%和4.59%。此外，兩種AMF均會(huì)促進(jìn)蘆葦，尤其是根系的生長發(fā)育，接種摩西球囊霉及根內(nèi)球囊霉使根長分別增加了90.59%和51.3%，且根系生長率分別提高了91.7%，和51.19%。在營養(yǎng)元素吸收方面，摩西球囊霉促進(jìn)了蘆葦對(duì)P、S、B、Mg、K、Ca、Cu、Zn及Mo的吸收，而根內(nèi)球囊霉促進(jìn)了S、K、Ca、Cu及Zn的吸收。
　　對(duì)接種AM

4、F影響銅脅迫下蘆葦生長發(fā)育情況的研究結(jié)果表明，在銅處理濃度為5mg L-1時(shí)，接種摩西球囊霉使種子萌發(fā)速率提升了27.1%，而根內(nèi)球囊霉使之提升了22.8%。蘆葦莖葉及根系的生長發(fā)育均會(huì)受到銅脅迫的抑制，且抑制作用隨銅濃度的升高而增大，然而與莖葉相比，蘆葦根系受到銅脅迫的影響更顯著。1mg L-1及5mg L-1分別接近于銅脅迫對(duì)蘆葦根系及莖葉造成損傷的兩個(gè)臨界點(diǎn)。從菌根依賴性角度來看，根內(nèi)球囊霉在銅處理濃度為1mg L-1和5mg L

5、-1時(shí)，分別為1.22及1.16，均高于摩西球囊霉。
　　在分析接種AMF對(duì)蘆葦生理學(xué)特征的影響時(shí)，研究數(shù)據(jù)顯示，在銅處理濃度為5mg L-1時(shí)，接種摩西球囊霉及根內(nèi)球囊霉處理均會(huì)促進(jìn)蘆葦?shù)墓夂献饔?，使其凈光合速率分別升高53.83%及75.26%，但是蒸騰速率及氣孔導(dǎo)度變化并不顯著。此外，在同一銅濃度下，營養(yǎng)元素在蘆葦莖葉及根系中的濃度均由于接種摩西球囊霉及根內(nèi)球囊霉而下降或不發(fā)生顯著變化。然而與對(duì)照組相比，蘆葦對(duì)營養(yǎng)元素吸收受

6、脅迫影響而變化的幅度卻由于接種AMF處理而減小。在蘆葦根系組織中，超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）及抗壞血酸過氧化物酶（APX）的含量相對(duì)較高。在銅處理濃度為1mg L-1和5mg L-1時(shí)，與對(duì)照組相比，摩西球囊霉接種組的蘆葦根系中的SOD活性分別增高了26.25%及42.3%，而根內(nèi)球囊霉接種組的SOD活性則呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)。銅脅迫下，蘆葦根系分泌的低分子量有機(jī)酸（LMWOAs）總量隨著銅處理濃度增

7、大而上升，但在濃度為1mg L-1時(shí)達(dá)到最高值后又下降。在所有LMWOAs中，檸檬酸相對(duì)含量最高。經(jīng)根內(nèi)球囊霉接種處理的蘆葦與對(duì)照組相比，其根系分泌的LMWOAs總量在銅處理濃度為1mg L-1時(shí)增加了11.85%，但在5mg L-1時(shí)降低了15.39%。
　　通過考查銅在蘆葦營養(yǎng)器官、組織微區(qū)及細(xì)胞內(nèi)的分布特征，發(fā)現(xiàn)銅率先在蘆葦根系積累，且主要沉積于細(xì)胞壁。賦存形態(tài)分析結(jié)果表明，銅在蘆葦內(nèi)的存在形式以檸檬酸鹽為主，其所占比重為3

8、6%-61%，各器官由高到低依次為葉片、莖及根系。銅處理濃度為1mg L-1時(shí)，接種根內(nèi)球囊霉使蘆葦莖葉及根系中的銅濃度分別高于對(duì)照組80.03%及33.6%。蛋白質(zhì)組學(xué)分析結(jié)果顯示，銅脅迫下蘆葦根系由于接種根內(nèi)球囊霉而產(chǎn)生的差異蛋白共459個(gè)，其中表達(dá)上調(diào)200個(gè)，表達(dá)下調(diào)259個(gè)，這些蛋白主要涉及呼吸鏈能量傳遞、營養(yǎng)元素主動(dòng)運(yùn)輸及異常蛋白的修復(fù)及降解。
　　AMF可緩解銅對(duì)蘆葦生長造成的脅迫影響，并提升蘆葦抗性、促進(jìn)其對(duì)銅吸收