盐肤木对铅的吸收累积及耐性机制

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中文摘要：土壤重金属污染已成为深受全球关注的环境问题之一。铅是一种对人体危害极大的有毒重金属，铅可通过食物链对人体健康造成威胁。因此修复铅污染土壤显得十分紧迫。植物修复技术是一种绿色、低成本的土壤污染修复技术。前期研究中发现盐肤木（Rhus chinensi Mill）在矿区环境中，对铅有良好的吸收转运能力。因此，明确盐肤木对铅的吸收转运过程，阐明其转运铅的内在机制，不仅有助于人们了解木本植物铅的转运途径及其运输机制，也将为土壤重金属铅污染植物修复提供科学依据。本研究通过土培和水培模拟试验深入探讨盐肤木对铅的吸收和耐性机制，揭示盐肤木根系对铅的吸收、累积、分布机理;铅在盐肤木体内的化学形态及亚细胞分布;根细胞壁在铅累积中的作用。主要研究结果如下: (1)铅胁迫下，盐肤木生物量减少，光合色素含量减少，膜脂过氧化程度显著加大;盐肤木表现出一定的毒害症状;同时抗氧化酶活性有升高的趋势。表明盐肤木能够耐受中等浓度铅引起的氧化胁迫，并且通过响应抗氧化体系来实现自我保护。土培和水培条件下，铅主要富集在植物根系，特别是在侧根。细胞壁是铅主要积累位点，其次积累在可溶性组分。铅在植物体内主要以醋酸提取态、盐酸提取态和氯化钠提取态等形态存在。铅胁迫下显著降低了铅分布在细胞壁的比例;而活性较强的氯化钠提取态铅所占比例增加。这种现象的发生可能是植物生物量下降的主要原因。铅胁迫下盐肤木幼苗根系分泌物中草酸浓度显著增加，同时会诱导根系产生苹果酸和柠檬酸，且浓度随着铅浓度增加而增加，表明植物可以利用不同形式的有机酸与铅离子螯合并将其运输至可收获部分。土培和水培下盐肤木铅转移系数分别为0.21-0.55和0.19-0.44，表明盐肤木具有一定的铅转移能力。 (2)盐肤木根细胞壁(CW)及其组分（CW1、CW2和CW3）对铅的吸附试验结果表明:细胞壁中的纤维素、果胶、木质素等在铅吸附中的贡献较大;同时蛋白也参与到铅吸附中。吸附动力学分析表明孔内扩散进程不是唯一的限速步骤。Freundlich模型可较好描述盐肤木细胞壁及其各组分的铅吸附过程并表明这个过程是良好的。热力学分析表明所有盐肤木根细胞壁材料的吸附过程均是吸热的。 (3)盐肤木根系对铅的吸收同溶液中铅活度有关。喷施蒸腾抑制剂后，蒸腾量有显著下降，但两个处理组根系中铅浓度无显著差异。低温处理和两种代谢抑制剂处理则显著抑制盐肤木根系对铅的吸收，但并不能完全抑制根系的主动吸收。因此通过以上几个试验表明盐肤木根系对铅的吸收可能是两种吸收类型共存，且共质体途径贡献率为23.9％。盐肤木各组织中铅浓度与吸收液中铅浓度呈显著正相关，盐肤木各组织对不同浓度铅的吸收过程可用改良Michaelis-Menten方程描述，初步表明盐肤木对铅的吸收是通过载体进行的。 (4)水培试验表明低浓度钙显著抑制了盐肤木根系对铅的吸收，但高浓度钙处理(2mmol·L-1和4mmol·L-1)则促进了盐肤木根系对铅的吸收。添加钙离子通道抑制剂和蛋白合成抑制剂后，盐肤木根系铅浓度也较对照有显著减少。通过以上试验结果可知盐肤木对铅的吸收可能与钙离子通道有关并受膜上蛋白调控。但高钙处理下盐肤木根系浓度高于对照组，表明盐肤木可能还存在其它阳离子通道运输途径。铅胁迫下，盐肤木植物体内钙和钾浓度减少。同时根系中钙和钾离子流速数据表明铅干扰了盐肤木对钙和钾的吸收。钙和钾离子的稳态平衡被打破，这可能是铅造成盐肤木毒害的原因之一。 (5)试验结果表明，草酸和柠檬酸的添加未对盐肤木产生明显的生理毒害效应。其中，低浓度柠檬酸(0.5mmol·L-1)和高浓度草酸(1.0mmol·L-1)试验组各指标的变化趋势比其它试验组更为灵敏。低浓度柠檬酸(0.5mmol·L-1)能促进盐肤木铅吸收。相反草酸的添加并未使得盐肤木根系能吸收更多的铅。外源柠檬酸和草酸可以在一定程度上促进植物对铅的转运。铅在植物体内主要以有效性较低的提取态（醋酸提取态、盐酸提取态和氯化钠提取态）存在，因此外源柠檬酸和草酸与铅形成金属螯合物能够缓解铅离子对植物体的毒害。

作者：

施翔

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关键词：

铅污染土壤盐肤木铅元素吸收能力转运途径耐性机制

授予学位：

博士

学科专业：

森林生态学

导师：

江泽平

学位年度：

2017

学位授予单位：

中国林业科学研究院

语种：

中文

中图分类号：