外源檸檬酸和草酸對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)活動以及大氣沉降等因素所引起的重金屬鎘(Cd)污染問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。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期存在，不僅對生態(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)安全帶來巨大的威脅，甚至通過食物鏈富集系統(tǒng)危及人類生命健康。當(dāng)前，我國有近1/5（約2000萬公頃）的耕地受重金屬污染，其中鎘污染耕地面積近

2、1.33萬公頃，范圍涉及到11個省份25個地區(qū)。因此，Cd污染場地的治理和修復(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)濟和綠色的修復(fù)技術(shù)。苧麻生長迅速、生物量大、分布范圍廣、適應(yīng)能力強、經(jīng)濟附加值高的麻類作物，對重金屬Cd有一定的忍耐能力，又具有很強的耐旱、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)用價值和開發(fā)潛力。植物受

3、到重金屬逆境脅迫時為了適應(yīng)脅迫環(huán)境的壓力會自發(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)、植物耐性機理等依據(jù)，利用導(dǎo)師研究團隊發(fā)現(xiàn)的Cd耐性植物苧麻為研究對象，重金屬Cd為目標(biāo)污染源，在篩選出Cd的耐性品種后，進行Cd脅迫水平模擬實驗，選取檸檬酸和草酸兩種低分子量有機酸為外源添加物質(zhì)，采用原子吸收分光光度計、紫外可見分光光度、酶標(biāo)儀等分析儀器，定量研究不同Cd脅迫濃度

4、下苧麻對根部Cd富集及其向莖葉的轉(zhuǎn)運，深入探究苧麻應(yīng)對不同Cd脅迫下植物生長、相對含水量、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Cd暴露下植物吸收轉(zhuǎn)運重金屬以及重金屬耐性生理生化響應(yīng)的影響。為加快推進經(jīng)濟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Cd的吸收及從根部向上轉(zhuǎn)運逐步提高，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Cd的積累和運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)運效率與對照組相比也提高了62％。低濃度檸檬酸(

6、3mM)組的轉(zhuǎn)運效率則提高了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，代謝活動受到影響;膜脂過氧化程度明顯加大，給植物組織帶來一定損傷;抗氧化酶中除了SOD活性升高外其余均呈下降趨勢。與對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驗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，相對含水量的增加，根系活力的上升，葉綠色和類胡蘿卜素含量的增加，根部和葉片中膜脂過氧化程度的減弱，蛋白質(zhì)合成量的增多，各類抗氧化酶活性的升高等方面。其中，低濃度的檸檬酸(1.5mM)實驗組各指標(biāo)的變化趨勢比其它實驗組的更為靈敏，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植物對重金屬的吸收和轉(zhuǎn)運，并且通過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