弯囊苔草对Pb^(2+)胁迫的响应及其Pb富集能力

通过水培实验研究不同Pb2+浓度(0,250,500,1 000,1 500,2 000μmol/L)下和不同时间(1,5,9,13,17d)Pb2+对弯囊苔草生长、生理指标及富集能力的影响。结果表明:(1)株高、最长根长、新增根数、新分蘖数、鲜重和地上与地下部分的干重比均随着Pb2+浓度增大明显下降。(2)3种抗氧化酶活性均随着胁迫时间延长呈现先上升后下降的趋势。随着Pb2+胁迫浓度增加,CAT和POD活性显著升高,SOD活性呈现先上升后下降的趋势。(3)MDA含量、Pro含量和质膜透性均随着Pb2+处理浓度的增加和胁迫时间延长而显著增加。(4)叶绿素含量在胁迫初期时明显增加,胁迫时间长时含量显著下降。(5)弯囊苔草体内Pb含量随Pb2+浓度增大而增加,根系对Pb的富集能力明显高于地上部分。根系对Pb的平均滞留率为84.62%,弯囊苔草对Pb的转移系数小于1。因此,研究表明弯囊苔草对Pb胁迫有一定的耐受性和适应性。

Pb胁迫对双穗雀稗生长、抗氧化酶活性及Pb富集的影响

以消落带适生植物双穗雀稗(Paspalum distichum L.)为试验材料,通过水培试验,研究了Pb胁迫对双穗雀稗生长、抗氧化酶活性及其对Pb富集的影响。结果表明,低浓度(≤400μmol/L)Pb胁迫对双穗雀稗生长有促进作用,根系耐性指数大于1,叶绿素含量明显增加,抗氧化保护酶系统超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性提高;当Pb浓度>400μmol/L时,双穗雀稗生长受到抑制,叶尖发黄,根系耐性指数小于1,叶片叶绿素含量下降,SOD、POD、CAT活性均呈下降趋势。在200μmol/L Pb胁迫下,随胁迫时间延长,叶片叶绿素含量及SOD、POD、CAT活性均先升高后降低,在12 d时达到最大。双穗雀稗主要通过地下部和地上部迁移富集Pb,迁移富集量与水体中Pb浓度表现为明显的线性正相关,转运系数小于1,不属于Pb超积累植物,但能明显降低水体中的Pb浓度,因而双穗雀稗既是消落带植被重建的优良物种,也能较好修复水体中的Pb污染。

Pb(铅)富集植物品种的筛选

为选择和筛选富集重金属或对重金属具有耐性的植物,为利用植物修复重金属污染土壤提供参考,该研究通过温室砂培和土培的方法,对生长于铅锌尾矿区的36种植物进行了筛选,以叶片叶绿素含量、株高、植株含Pb量为Pb富集植物的筛选指标。同时满足下列条件,即:植物叶片中叶绿素含量:处理/对照>0.90;株高:处理/对照≥1.00和含Pb量>500mg/kg的植物可以用做进一步的耐性试验。按以上标准筛选出6个富集Pb的植物品种,分别是香根草、绿叶苋菜、裂叶荆芥、羽叶鬼针草、紫穗槐和苍耳。

Pb胁迫对富集植物金丝草种子萌发和幼苗生长的影响

以Pb超富集植物金丝草种子为试验材料,选取同为禾本科的百喜草种子为对照,设置不同Pb浓度(0、50、150、300、600、800 mg/L和1 000 mg/L)的胁迫水平,测定Pb胁迫条件下金丝草和百喜草种子的发芽率、发芽势及根长、芽长、胚质量等指标,比较Pb胁迫对金丝草和百喜草种子各萌发指标、抑制指数和幼苗生长影响的差异。结果表明:低Pb浓度胁迫(50 mg/L)对金丝草种子发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数有一定促进作用,随胁迫浓度的增大,种子萌发的各项指标受到较大程度的抑制,Pb胁迫浓度大于300 mg/L时,金丝草种子萌发受到显著抑制;而Pb胁迫条件下金丝草种子萌发指标均小于百喜草,但金丝草种子对Pb胁迫具有较强耐性,在Pb胁迫浓度为800 mg/L时,仍有一定萌发能力;Pb胁迫对金丝草根长和芽长无显著影响。

DA-6与EDTA强化修复Pb污染土壤及其对黑麦草生理特性的影响

采用盆栽土培方法,研究生长调节剂DA-6和EDTA强化修复Pb污染土壤及其对黑麦草生理特性的影响。结果表明:EDTA或DA-6单独使用均可提高植物抗性,EDTA使MDA含量增加、根部细胞膜透性提高,而使植物生物量显著下降(P<0.05),相反,DA-6显著提高黑麦草生物量和叶绿素含量,降低MDA含量和根细胞膜透性(P<0.05),其中10μmol/L DA-6作用最为显著。DA-6与EDTA联用的结果表明,DA-6可在一定程度上缓解Pb和/或EDTA对黑麦草的毒害,生物量表现为DA-6单独>DA-6+EDTA>EDTA单独使用。单独使用DA-6或EDTA均显著促进黑麦草对Pb的富集(P<0.05);DA-6和EDTA联用时其协同作用进一步强化黑麦草对Pb的富集(P<0.05),其中,EDTA+10μmol/L DA-6使黑麦草地上部分Pb浓度达到1 603.5mg/kg。因此,10μmol/L DA-6与EDTA联用在强化Pb污染土壤植物修复中具有很好的应用潜力。

Pb胁迫对金丝草和柳叶箬生长及富Pb特征的影响

以本课题组前期研究筛选出的2种Pb潜在超富集植物金丝草和柳叶箬为研究对象,通过室内模拟胁迫水培试验,研究Pb胁迫下2种植物的生长及Pb富集规律.结果表明:金丝草和柳叶箬均对Pb具有较强的耐性,可忍耐最高Pb胁迫浓度分别达1000和1500 mg·L-1;随Pb胁迫浓度的增高,2种植物地上和地下部分的Pb含量均呈现先增大后减少的规律;金丝草地上和地下部分的Pb含量在Pb胁迫浓度为750 mg·L-1时均达最大,分别为4639.4和5467.2 mg·kg-1;柳叶箬地上和地下部分的Pb含量在Pb胁迫浓度为1000 mg·L-1时达最大,分别为6828.4和9034.6 mg·kg-1;不同Pb胁迫浓度下,2种植物转运系数的变化范围为0.57-1.14;在Pb胁迫浓度为250 mg·L-1时,金丝草对Pb的转运系数大于1,且地上部分的Pb含量超过1000 mg·kg-1,达到Pb超富集植物的标准.

柳叶箬对Pb胁迫的生理响应及其体内Pb的亚细胞分布研究

以Pb超富集植物柳叶箬(Isachne globosa)为研究对象,采用室内模拟Pb胁迫水培试验,设计不同Pb浓度(0、250、500、1000、1500 mg·L^(-1))胁迫处理,测定柳叶箬体内不同化学形态Pb、有机酸和非蛋白巯基含量,以及体内Pb的亚细胞分布,探讨柳叶箬对Pb胁迫的响应机理。结果表明:随Pb胁迫浓度的增大,柳叶箬体内各化学形态的Pb含量显著增大(P<0.05);Pb胁迫条件下,柳叶箬体内的Pb以盐酸提取态为主,其次为醋酸提取态、NaCl提取态和乙醇提取态,去离子水提取态和残渣态含量较低;柳叶箬叶片的柠檬酸和苹果酸,以及体内非蛋白巯基含量均随Pb浓度的增加而显著增加(P<0.05);电镜观察发现,大部分Pb^(2+)被束缚在细胞壁中,细胞区室化作用显著。以上结果表明,有机酸和非蛋白巯基的螯合作用以及Pb的细胞区室化作用对柳叶箬在Pb胁迫过程中具有重要解毒作用。

铅胁迫下地被竹的生长响应与铅富集、解毒策略

地被竹(Dwarf bamboos)被认为是具有土壤重金属污染修复潜力的克隆植物,但其在铅(Pb)污染环境中的适应策略与解毒机制尚未见报道。文章以6种地被竹为研究对象,对其进行3个浓度水平(0、300、1500 mg/kg)的土壤Pb胁迫处理,结果表明:1)多数地被竹种会通过“减少新竹生物量分配”和“降低地上部分生物量分配”2种生物量分配策略以适应Pb胁迫逆境;2)地被竹主要将Pb积累分布在地下鞭根系统及老秆中,6个竹种形成了3种不同的Pb富集策略,分别为:“鞭主导老秆协同”(菲黄竹、菲白竹、白纹椎谷笹和狭叶倭竹),“老秆主导鞭协同”(美丽箬竹)和“老秆主导新根协同”(铺地竹);3)在Pb 300和Pb 1500土壤Pb胁迫处理下,转运系数大于1的竹种有菲白竹(1.51,1.86)、铺地竹(1.38,1.02)和美丽箬竹(1.59,1.11),富集系数大于1的竹种只有铺地竹(1.86,1.06)。进一步以铺地竹为研究对象,采用水培方式,设计4个Pb胁迫水平(0、300、600、900 mg/L),分析其不同器官的亚细胞间隔区域化作用、Pb化学赋存形态以及植物细胞螯合作用,从生理水平到细胞水平揭示出铺地竹的器官Pb解毒策略:1)鞭根系统对Pb的滞留是铺地竹缓解Pb对地上部分伤害的解毒策略之一;2)细胞壁固持是鞭、根、秆的主导Pb解毒策略,液泡区隔化是叶的主导Pb解毒策略;3)根、鞭、秆中的Pb主要以4种低迁移能力(低毒)的化学形态赋存(FNaCl,FHAc,FHCl和FR),叶片中的Pb主要以2种高迁移能力(高毒)的化学形态赋存(FE和FW);4)根系、叶片参与Pb解毒的主要细胞螯合物质不同,前者通过PCs、后者通过GSH发挥解毒作用。综上,铺地竹具有合理的Pb耐受与解毒机制,以及较强的Pb富集能力(在300、1500 mg/kg Pb污染的20 cm浅层土壤中,一个生长季可分别回收提取238 mg/m^(2)、535 mg/m^(2)土壤Pb),具有Pb污染修复的应用潜力。

铅胁迫对三樱椒生理生长及铅吸收分布的影响

【目的】研究铅(Pb)对日本枥木三樱椒(以下简称三樱椒)生理生长的影响,揭示三樱椒对Pb的吸收特征。【方法】选用三樱椒作为试验材料,在供试土壤(Pb本底含量为41mg/kg)中添加Pb,使土壤中的Pb含量分别为41(CK),291,541,791,1041,1541,2041,2541,3041和3541mg/kg,测定三樱椒的植株高度、单株干物质量、CAT、POD、SOD、MDA、净光合速率(Pn)及根、茎、叶、果实中Pb含量等指标。对植株高度、单株干物质量与土壤Pb含量的关系建立分段函数;依据CAT、POD、SOD、MDA、Pn5个指标随土壤Pb含量的变化,对土壤污染程度进行分类;同时对CAT、POD、SOD、MDA、Pn5个指标与土壤Pb含量进行直接相关和综合相关分析。【结果】1)三樱椒植株高度和单株干物质量随土壤中Pb含量的增加而明显下降,特别是当土壤Pb含量大于1 200mg/kg时下降更显著;Pb含量在1 200mg/kg以下对三樱椒生长的影响不明显。2)三樱椒植株CAT、POD、SOD、MDA、Pn5个生理指标随土壤Pb含量的增加先上升,而后呈下降趋势;土壤Pb含量对POD和SOD的影响最大,其次是CAT,对MDA和Pn的影响相对较小,与5个生理指标的综合相关系数为r=0.992,具有极显著性(P=0.01);聚类分析和判别分析结果,也很好地反映了土壤Pb不同含量对5个生理指标的综合影响不同。3)三樱椒根系、茎、叶、果实等各部位以及单株Pb含量,均随土壤Pb含量的增加而增加,但峰值点不同。当土壤Pb含量在541mg/kg时,Pb转移系数最高,之后随土壤Pb含量增加而逐渐减小。随土壤中Pb含量的增加,根部Pb含量增加幅度较大;茎和叶中Pb含量也相对稍增大,增加幅度较小;果实中Pb含量基本稳定,变化幅度最小。说明根部是Pb吸收的主要部位。【结论】三樱椒的生长生理指标随土壤Pb胁迫的增强均受到一定程度的影响。三樱椒根、茎、叶均可富集土壤中的Pb,其中根部是最主要的Pb吸收部位,果实受影响较小。在土壤Pb含量为541mg/kg时,Pb转移系数达最高,表明三樱椒可以改良土壤Pb污染。

GA_3与EDTA强化黑麦草修复Pb污染土壤及其解毒机制

采用盆栽土培方法研究了生长调节剂GA3和重金属螯合剂EDTA强化黑麦草修复Pb外源浓度分别为250和500 mg·kg-1的污染土壤以及黑麦草Pb解毒机制.结果表明:细胞壁沉积和液泡区室化在黑麦草地上部分Pb的解毒中起重要作用.EDTA单独使用提高了植物体内Pb的浓度和Pb在细胞可溶组分和细胞器组分中的比例,增强了Pb对植物的毒害作用,从而使植物生物量显著下降(P<0.05).叶面喷洒低浓度GA3(1或10μmol·L-1)显著促进黑麦草对Pb的富集,但Pb在细胞器组分中的比例降低,缓解了Pb对植物细胞的伤害,从而促进了黑麦草的生长(P<0.05),其中1μmol·L-1GA3作用最显著.100μmol·L-1GA3降低了黑麦草体内Pb浓度,但Pb在细胞可溶组分和细胞器组分中的比例提高,使黑麦草的生物量明显低于对照.低浓度GA3可在一定程度上缓解Pb和/或EDTA对黑麦草的毒害,生物量表现为低浓度GA3单独>低浓度GA3+EDTA>EDTA单独使用.低浓度GA3和EDTA联用时的协同作用强化了黑麦草对Pb的富集,其中,在外源Pb浓度为500 mg·kg-1处理组中,EDTA+1μmol·L-1GA3使黑麦草地上部分Pb浓度和提取效率分别达到1250.6 mg·kg-1和1.1%.因此,1μmol·L-1GA3与EDTA联用在强化Pb污染土壤植物修复中具有很好的应用潜力.

Pb^(2+)胁迫对冬凌草种子萌发和幼苗生长的影响

以冬凌草种子为材料,研究铅(Pb2+)溶液(0,135,270,540,1 080 mg·L-1)对冬凌草种子萌发和幼苗生长的影响。结果表明:1低浓度Pb对冬凌草种子萌发无显著影响,Pb质量浓度135 mg·L-1条件下的种子发芽势高于对照,发芽速度快于对照,但差异均不显著;中高质量浓度Pb(270~1 080 mg·L-1)对种子萌发有显著的抑制效应,随着Pb浓度的升高,种子发芽率、发芽势和发芽指数呈递减趋势,均显著低于对照(P<0.05),发芽率比对照低23.97%~55.37%。2低质量浓度Pb(135 mg·L-1)条件下,冬凌草幼苗生长活力指数低于对照,但差异不显著;中高质量浓度Pb(270~1 080 mg·L-1)对幼苗生长有显著抑制效应(P<0.05),胚根长、胚芽长、生物量、生长活力指数均显著低于对照;胚芽和胚根生长受Pb胁迫,其中胚根生长受抑制程度大于胚芽,胚根长比对照低43.09%~100%。3冬凌草Pb富集系数为0.76~2.59,随Pb浓度增高而增大;Pb生物富集是抑制幼苗生长的主要原因。4经拟合模型预测分析,比对照发芽率和生物量鲜重降低10%的Pb临界质量浓度分别为195.18,101.65 mg·L-1。