鈾的富集植物篩選及其對(duì)U、Cd的吸收富集特性和生理生化響應(yīng)研究.pdf

1、土壤鈾污染問(wèn)題日趨嚴(yán)峻，同時(shí)，土壤鈾污染往往伴隨多種重金屬的共同作用和生態(tài)效應(yīng)的綜合響應(yīng)。植物修復(fù)技術(shù)以其安全環(huán)保，操作簡(jiǎn)單，不引起土壤二次污染等特點(diǎn)在修復(fù)土壤鈾污染方面受到廣泛關(guān)注和應(yīng)用。本試驗(yàn)以29種常見(jiàn)植物為試驗(yàn)材料，采用模擬盆栽試驗(yàn)，在鈾污染濃度150 mg/kg條件下，運(yùn)用主成分綜合分析法對(duì)不同植物U吸收，轉(zhuǎn)運(yùn)和富集能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期篩選出生物量大，鈾富集特性好，抗鈾脅迫能力強(qiáng)的富集植物。然后以篩選得到的富集植物為試驗(yàn)材料，以

2、U及U的伴生重金屬Cd為脅迫條件，在U、Cd單一及其復(fù)合處理下研究富集植物的生長(zhǎng)發(fā)育，對(duì)U、Cd元素吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和富集能力及其生理生化特征。為修復(fù)土壤鈾鎘污染提供科學(xué)的理論依據(jù)和技術(shù)支持。研究結(jié)果表明：
　　(1)在鈾脅迫濃度150 mg/kg條件下，植物生物量大小因植物種類和作用部位的差異而不同。白掌(S. kochii)，蘿卜(R. sativus L.)和罐罐菜(B. juncea var. napiformis(Paille

3、ux et Bois) Kitamura)各部位生物量在鈾脅迫條件下表現(xiàn)為促進(jìn)作用；金邊虎尾蘭(S. trifasciata Prain)，蕓苔(B. rapa L. var. oleifera DC.)和萵筍(L. sativa L. var. angustata Irish ex Bremer)生物量則表現(xiàn)為抑制作用。其中以罐罐菜地上部生物量增加最多，豌豆(P. sativum)地下部生物量增加最多。不同植物對(duì)鈾元素的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和富

4、集的能力差異較大，其中以水芹(O. javanica(Bl.) DC.)地上部鈾含量最高1082.06 mg/kg，吊竹梅(Z. pendula)地下部鈾含量最高2543.72 mg/kg，兩者分別具有最大地上部鈾富集系數(shù)7.21和地下部鈾富集系數(shù)16.96，但兩者鈾富集量相對(duì)較小，其中以罐罐菜地上部鈾富集量最大475.99μg，豆瓣綠(P. tetraphylla)地下部鈾富集量最大535.70μg。所有供試植物除罐罐菜鈾轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)3.

5、05，萵筍鈾轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)1.25外，其余均小于1。因此不同植物在同濃度鈾脅迫條件下的生物量積累效應(yīng)和鈾富集特性是不同的，且普遍表現(xiàn)為鈾轉(zhuǎn)運(yùn)能力差現(xiàn)象。
　　(2)運(yùn)用主成分分析結(jié)合隸屬函數(shù)法對(duì)表征植物鈾富集特性和生物量積累效應(yīng)的各指標(biāo)進(jìn)行科學(xué)量化和綜合評(píng)價(jià)，最終確定水芹和吊竹梅為鈾的富集植物。吊竹梅和水芹綜合評(píng)價(jià)D值較高，表明兩者鈾富集特性較好，在鈾污染土壤修復(fù)方面具有較好的潛在利用價(jià)值。
　　(3)富集植物生長(zhǎng)發(fā)育在U、Cd單

6、一及其復(fù)合處理下的變化情況表現(xiàn)為不同種重金屬元素在相同處理濃度下對(duì)不同種植物及同種植物的不同部位的生長(zhǎng)發(fā)育影響不同；同種重金屬元素在不同處理濃度下對(duì)不同種植物及同種植物的不同部位的生長(zhǎng)發(fā)育影響也不同。隨處理濃度的增加，在U、Cd單一處理下，水芹、吊竹梅的株高、莖粗和生物量積累受到抑制，而根長(zhǎng)在處理濃度15 mg/kg條件下表現(xiàn)為促進(jìn)作用而在150 mg/kg條件下抑制，且U抑制作用大于Cd。U-Cd復(fù)合處理與U、Cd單一處理效果一致，抑

7、制水芹和吊竹梅的生長(zhǎng)，并在U150+Cd150復(fù)合處理下生長(zhǎng)最差，元素間表現(xiàn)為拮抗作用。此外吊竹梅對(duì)U、Cd單一及其復(fù)合處理耐受性大于水芹，表明吊竹梅對(duì)U、Cd元素的耐受性較好。
　　(4)富集植物對(duì)U、Cd元素的吸收，轉(zhuǎn)運(yùn)和富集能力在U、Cd單一及其復(fù)合處理下的脅迫響應(yīng)表現(xiàn)為植物地下部大于地上部，地下部富集系數(shù)大于1大于地上部，轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)小于0.5，因此，地下部是植物富集U、Cd元素的主要器官。植物對(duì)U、Cd元素的吸收、富集特性因

8、重金屬元素種類與數(shù)量，處理濃度高低與組成，植物種類和作用部位的不同而存在較大差異。在U、Cd單一處理下，水芹吸收U元素能力較好而吊竹梅吸收Cd元素能力較好；同濃度處理下水芹U、Cd富集量大于吊竹梅。在U-Cd復(fù)合處理下，富集植物U、Cd含量，富集系數(shù)，轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)和富集量在U150+Cd15處理下表現(xiàn)為吊竹梅大于水芹，其余復(fù)合處理下均表現(xiàn)為水芹大于吊竹梅。因此水芹在U單一和U-Cd復(fù)合污染土壤的修復(fù)中具有較好的修復(fù)潛力，吊竹梅在Cd單一和U

9、150+Cd15復(fù)合污染土壤的修復(fù)中具有較好的修復(fù)潛力。
　　(5)富集植物生理生化特征在U、Cd單一及其復(fù)合處理下的脅迫響應(yīng)：U、Cd元素處理濃度越高，富集植物脅迫效應(yīng)越顯著，且U脅迫效應(yīng)大于Cd。除富集植物根系活力表現(xiàn)為低濃度促進(jìn)高濃度抑制作用外，隨處理濃度的增加，水芹和吊竹梅葉片葉綠素含量降低，葉片相對(duì)電導(dǎo)率升高，細(xì)胞膜脂過(guò)氧化過(guò)程加劇，MDA含量增加，細(xì)胞膜透性增強(qiáng)，細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)受損傷，植物體內(nèi)抗氧化防御活動(dòng)增強(qiáng)，SOD，P