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《南华大学》 2015年
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铀污染土壤的植物—微生物修复及其机理研究

荣丽杉  
【摘要】:铀矿开采与水冶中产生了大量的铀废石、铀尾矿和含铀废水。由于环境中多种因素的影响,“三废”造成了铀矿冶地域土壤的污染。铀矿冶污染土壤具有放射性核素含量低、量大面广等特点,对生态环境和人类健康存在着潜在的安全威胁。本论文在人工控制条件下,采用盆栽模拟试验,通过考察不同铀浓度胁迫下,苜蓿和黑麦草等植物的生理生化指标变化,以及植物各部位对铀的富集特征,筛选出对铀富集性较好的植物。试验结果表明,低浓度铀可刺激黑麦草等耐铀植物的生长,随着铀浓度的增加,植物受到铀的毒害,生长受阻。植物对铀富集量随铀浓度的增加而增加。通过进一步测定在不同铀胁迫浓度下,黑麦草和高丹草抗氧化体系的响应特征,试验结果表明,黑麦草耐铀性更强。大量研究表明,螯合剂能活化土壤中的重金属离子,提高重金属的生物有效性,提高植物对重金属的累积量和提取效率。本论文根据已有研究成果,选用柠檬酸作为螯合剂,在收割前一周,分别加入浓度为1、5、10mmol/kg的柠檬酸,对比测定植物相关的生理指标、各部位的铀富集量和铀在植物中的亚细胞分布。试验结果表明,低浓度(1mmol/kg和5mmol/kg)柠檬酸促进黑麦草在铀污染土壤中的生长,黑麦草抗氧化酶活性普遍增强,抗氧化物含量增大,整个抗氧化系统合作性和相互调节能力增强,维持代谢平衡的能力也增强,添加浓度为5mmol/kg的柠檬酸时促进作用最强。高浓度(10mmol/kg)柠檬酸则起相反作用,但作用不是很强。黑麦草对铀的富集转运量随柠檬酸施加浓度的增加呈先升后降趋势,5mmol/kg时达到峰值,同时,铀于黑麦草中的亚细胞分布趋势与其大致相同,富集状况分别为根部叶部,细胞壁及残渣部分可溶性部分细胞器及膜部分。且5mmol/kg柠檬酸的施加更进一步提高了该能力。不同的丛枝菌根真菌(amf)促进植物生长和富集铀的能力不同。本论文以黑麦草作为宿主植物,在前期试验的基础上,将黑麦草接种g.tortuosum、g.claroideum和g.mosseae三种丛枝菌根真菌,以植株生物量、生化指标反应和对铀的富集量为主要指标,进行适用于铀污染土壤修复的高效菌株筛选。试验结果表明,接种amf后,黑麦草对铀的抗逆性有所提高,其抗氧化体系酶活性也提高了。接种三种amf对黑麦草富集铀的特征不同,接种g.claroideum的黑麦草茎叶部铀含量大幅增加,较对照提高了74.26%,转运系数变大,接种g.mosseae的黑麦草根部铀含量较对照增加了33.41%,茎叶部含量减少,转运系数减小。而接种g.tortuosum的则与对照组铀的富集量区别不大。tem-eds技术观察比较黑麦草根叶细胞超微结构变化显示,接种g.mosseae组,黑麦草细胞线粒体、叶绿体及细胞核等的损伤程度较轻,但所受伤害同属于不可逆损伤;接种g.claroideum后,铀分布量增多,主要分布于细胞壁和液泡,而接种g.mosseae组部分铀被菌丝固定。丛枝菌根与重金属污染物的相互关系及耐受和转运机理方面一直是有待研究的热点和重点。本论文利用分室培养装置,在铀污染条件下,量化菌根植物的茎叶部与根系吸收铀的比例,测定amf菌丝琥珀酸脱氢酶(succinateehydrogenase,sdh)和碱性磷酸酶(alkalinephosphatase,alp)酶活性,探讨铀在菌根植物体内的吸附、运转和分配机制。试验结果表明,土壤铀处理对amf侵染和菌丝酶活性有抑制作用,且菌丝酶活性更为明显。分室培养装置中接种g.claroideum的黑麦草茎叶部和根部的铀含量分别是盆栽试验中的8.70%和10.25%;分室培养装置中接种G.mosseae的黑麦草茎叶部和根部的铀含量分别是盆栽试验中的12.20%和10.83%。分室培养装置中,黑麦草体内的铀是通过菌丝桥进入其体内的,铀胁迫下,单一接种AMF和接种AMF联合螯合剂两种情况下都提高了黑麦草对铀的富集量。试验结果表明,柠檬酸的添加和菌根联合修复效果最好,即植物-微生物与螯合剂联合修复为铀矿冶地域铀污染土壤的最佳修复体系。综上所述,在铀污染土壤中,适量的螯合剂能够提高黑麦草修复能力,AMF既能够提高植物的对环境的抗逆性,也能促进植物对铀的富集,并且可通过菌丝的作用,缓解铀对植物的毒害。植物-微生物与螯合剂联合修复为铀矿冶地域铀土壤污染的生物修复提供一条新思路。
【学位授予单位】:南华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:X53;X17

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