外源檸檬酸和草酸對鎘脅迫下苧麻生理響應的影響研究.pdf

1、由冶煉等工業(yè)生產，灌溉、施肥等農業(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注，也是礦區(qū)污染治理和農業(yè)生產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)功能結構產生了極大的破壞作用，而且給糧食生產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是關系土壤安全生產和高效利用以及生態(tài)恢復可持續(xù)發(fā)展的關鍵舉措。
　　植物修復技術是一種新型、經濟和綠色的修復技術。苧麻生長迅速、生物量大、分布范圍廣、適應能力強、經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)修復的良好植物資源，在土壤和水體Cd污染修復及礦山廢棄地的生態(tài)恢復中具有較高的應用價值和開發(fā)潛力。植物受

3、到重金屬逆境脅迫時為了適應脅迫環(huán)境的壓力會自發(fā)產生一系列的響應，主要體現(xiàn)在形態(tài)學、生理生態(tài)學和分子水平上，并形成耐性機制。本文基于植物抗逆性生理學、生態(tài)毒理學、植物耐性機理等依據，利用導師研究團隊發(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，采用原子吸收分光光度計、紫外可見分光光度、酶標儀等分析儀器，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運，深入探究苧麻應對不同Cd脅迫下植物生長、相對含水量、根系活力、光合生理、質膜氧化、蛋白質合成、抗氧化酶等方面的形態(tài)學及生理學適應機制，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暴露下植物吸收轉運重金屬以及重金屬耐性生理生化響應的影響。為加快推進經濟資源型植物苧麻在湖南省Cd污染農田高效利用及礦區(qū)生態(tài)恢復中的應用并提高修復效率提供基礎性的理論思路。
　　主要研究結果發(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減弱;葉片中葉綠素合成受到抑制，光合作用減弱;蛋白質合成水平下降，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