龙葵、大叶井口边草和短萼灰叶对Pb、Cd和As污染农田的修复研究

以云南省个旧市重金属污染农田为研究对象,通过野外田间试验研究7种配置种植方式下龙葵(Solanumnigrum)、大叶井口边草(Pteris cretica var.nervosa)和短萼灰叶(Tephrosia candida)对Pb、Cd和As的吸收特征,探讨3种植物不同配置方式对Pb、Cd和As复合污染农田的修复潜力。结果表明:供试农田土壤Cd和As含量均超出GB 15618—1995《土壤环境质量标准》中的三级标准。所有不同植物配置种植方式中,龙葵地上部对Cd的吸收量最大,为(6.99±0.25)mg.kg-1,大叶井口边草地上部对As的吸收量最大,为(326.98±93.99)mg.kg-1,短萼灰叶地上部对Pb的吸收量最大,为(32.96±5.65)mg.kg-1,均低于超富集植物的临界阈值(Cd 100 mg.kg-1,As 1 000 mg.kg-1,Pb 1 000 mg.kg-1)。比较7种种植方式对污染土壤中重金属的提取效率发现,单作龙葵条件下,龙葵地上部对Pb、Cd和As的吸收量最大,年吸收量分别为1 004.97、152.04和1 534.47 g.hm-2,若将Cd和As污染农田土壤修复达到GB 15618—1995中的三级标准,提取效率分别为2.811 6%和1.413%。这说明单作龙葵对Pb、Cd和As复合污染农田具有一定修复潜力,但不适用于修复高浓度重金属污染农田。

砷胁迫下不同砷富集能力植物内源生长素与抗氧化酶的关系

采用室内土培法,研究了砷胁迫(0,50,100和200 mg/kg)对凤尾蕨属中砷超富集植物大叶井口边草(Pteris cretica var.nervosa)和非砷超富集植物剑叶凤尾蕨(Pteris ensiformis)生物量、株高、叶片内源3-吲哚乙酸(IAA)含量、IAA氧化酶(IAAO)活性、砷含量、抗氧化酶(超氧化物歧化酶SOD、过氧化物酶POD、过氧化氢酶CAT)活性以及细胞膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)含量的影响,并用逐步回归法分析了IAA含量与砷含量、抗氧化酶活性、MDA含量之间的关系。此外,研究了100 mg/kg砷处理下IAA、IAAO、3种抗氧化酶和MDA的时间动态。结果表明,与对照(不加砷)相比,加砷处理下大叶井口边草的株高和生物量未出现显著变化,但剑叶凤尾蕨在中、高浓度砷胁迫下则显著降低;中、高浓度砷胁迫均使2种植物叶片含砷量、IAA含量显著增加和IAAO活性显著下降,但这种改变在大叶井口边草中更为显著;加砷处理使大叶井口边草叶片3种抗氧化酶活性维持或增加,剑叶凤尾蕨中SOD和CAT活性虽能维持,但POD活性则显著下降,说明砷胁迫下大叶井口边草具有更强的抗氧化能力。逐步回归分析结果显示,2种植物叶片IAA含量均与砷含量成显著正相关,但在大叶井口边草中,IAA含量还与CAT活性成显著负相关。时间动态研究表明,第13天,大叶井口边草具有最高的IAA含量、最低的IAAO活性以及最低的CAT活性,而剑叶凤尾蕨中的变化规律则不明显。因此,叶片保持较高的IAA含量、较低的IAAO和CAT活性有助于大叶井口边草超量富集砷。

螯合剂对大叶井口边草Pb、Cd、As吸收性影响研究

用室内土培试验方法,研究在采自田间的Pb、Cd、As、Zn和Cu复合污染土壤上种植大叶井口边草条件下,外源分别添加0、1.5、3、6、12 mmol/kg乙二胺二琥珀酸(EDDS)、氨三乙酸(NTA)和乙二胺四乙酸(EDTA)对大叶井口边草吸收Pb、Cd和As的影响。结果表明,3种螯合剂处理对大叶井口边草生物量没有显著影响,说明大叶井口边草对3种螯合剂耐性较强;6、12 mmol/kg EDTA处理能极显著提高土壤Pb有效态浓度,进而促进大叶井口边草对Pb的吸收。大叶井口边草地上部Pb吸收量最高达(47.4±1.7)mg/kg,是对照的3.66倍。6、12 mmol/kg EDTA处理能极显著地提高土壤中Cd的有效性,但未促进大井口边草地上部对Cd吸收。6 mmol/kg EDDS和3 mmol/kg NTA显著提高了土壤中As有效态浓度,进而提高大叶井口边草地上部对As的吸收,大叶井口边草地上部吸收As最高达(276±10)mg/kg。6 mmol/kg EDTA和6 mmol/kg EDDS处理下大叶井口边草提取的Pb、As量最大,分别为(317±53)μg/盆和(873±41)μg/盆,说明6 mmol/kg EDDS处理下大叶井口边草对复合污染土壤中As的修复具有较大的潜力。

砷胁迫对不同砷富集能力植物叶片抗氧化酶活性的影响

采用室内水培试验方法,研究了砷胁迫(0～50 mgAs·L-1)对砷超富集植物大叶井口边草(Pteris cretica var.nervosa)和非砷超富集植物剑叶凤尾蕨(Pteris ensiformis)叶片的过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性以及丙二醛(MDA)含量和自由基O2-·产生速率的影响,并研究了25mgAs·L-1处理下上述6种指标的时间动态。结果表明,随着砷浓度升高,除APX外,剑叶凤尾蕨叶片的CAT、POD和SOD活性受到很大抑制,而大叶井口边草叶片这3种酶的活性能够维持,特别是POD活性显著增加;大叶井口边草叶片的MDA含量降低,剑叶凤尾蕨则升高;剑叶凤尾蕨叶片中的O2-·产生速率比大叶井口边草增加显著。从时间动态看,随处理时间的延长,大叶井口边草叶片中的CAT和APX活性先降低再升高,POD活性显著增加,SOD活性变化不显著;剑叶凤尾蕨叶片的POD和SOD活性显著降低,APX活性无显著变化,CAT活性则先降低后升高;两种供试植物叶片的MDA含量第6d时均出现明显下降,但大叶井口边草叶片中O2-·的产生速率在第6d则显著增加,而后降至实验初始时的水平。总起来看,砷超富集植物大叶井口边草比非砷超富集植物剑叶凤尾蕨具有更强的抗氧化能力,并且POD在其抗氧化体系中起关键作用。

砷超富集植物中元素的微区分布及其与砷富集的关系

摘要 通过同步辐射X射线荧光方法(SRXRF)研究 As超富集植物大叶井口边草(Pteris Cretica L varnervosa Thu)根、叶柄和叶片(羽片)中 As及其他 10种元素的微区分布和 As的吸收及转运特点.结果表明,AS在根部具有向维管柱转运的趋势,在叶脉中具有向近轴皮层转运的趋势,但是在叶柄中却被限制在维管柱中.在羽叶中AS主要富集在叶肉组织中,叶表皮细胞的AS含量相对较低.在羽叶、叶脉和叶柄中,As的微区分布与K,Ca,Mn,Fe,Cu和Zn等阳离子元素分布规律非常相似,它有]在转运过程中很可能存在协同作用,但是在羽叶中As与O和Br存在显著的竞争关系或桔抗作用.

EXAFS study on arsenic species and transformation in arsenic hyperaccumulator

Synchrotron radiation extended X-ray absorption fine structure (SR EXAFS) was employed to study the transformation of coordination environment and the redox speciation of arsenic in a newly discovered arsenic hyperaccumulator, Cretan brake (Pteris cretica L. var ner-vosa Thunb). It showed that the arsenic in the plant mainly coordinated with oxygen, except that some arsenic coordinated with S as As-GSH in root. The complexation of arsenic with GSH might not be the predominant detoxification mechanism in Cretan brake. Although some arsenic in root presented as As(V) in Na2HAsO4 treatments, most of arsenic in plant presented as As(III)-O in both treatments, indicating that As(V) tended to be reduced to As(III) after it was taken up into the root, and arsenic was kept as As(III) when it was transported to the above-ground tissues. The reduction of As(V) primarily proceeded in the root.