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《西南大学》 2011年
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头花蓼对重金属Cd~(2+)、Pb~(2+)胁迫的生理适应性研究

杨艳  
【摘要】:头花蓼(Polygonum capitatum Buch. -Ham. ex D.Don)为蓼科(Polygonacea)蓼属(Polygonum)多年生草本植物,可入药,具有耐荫庇、抗旱、耐寒等特点,是一种具有较高经济价值和广阔开发前景的野生观赏地被植物。本研究采用模拟盆栽实验,研究了Cd2+、Pb2+两种重金属单一及复合污染对头花蓼生长、生理指标的影响以及Cd2+、Pb2+在头花蓼体内的吸收、累积特性,探讨了头花蓼对重金属Cd2+、Pb2+的耐性,为将该植物应用于重金属Cd2+、Pb2+污染土壤的修复提供数据参考。试验主要结果如下: 1.低浓度的Cd2+、Pb2+对头花蓼种子萌发影响不大,1.0 mg·kg-1 Cd2+对头花蓼种子发芽率和发芽势有促进作用,且对头花蓼种子的苗长有轻微的增效效应。当Cd2+处理浓度大于1.0mg·kg-1, Pb2+处理浓度大于300 mg·kg-1时,随着Cd2+, Pb2+处理浓度的增加,头花蓼种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、幼苗根长、苗长、根鲜重、苗鲜重逐渐降低,幼苗生长受到抑制。当Pb2+处理浓度大于1000mg·kg-1时,根系出现严重褐化现象,生长停止,甚至死亡。Cd2+, Pb2+对头花蓼根系的毒害大于苗。2.低浓度Cd2+(≤1.0 mg·kg-1)胁迫能促进头花蓼株高、根系长度、叶面积、地上部生物量、地下部生物量的增加,但随处理浓度的进一步增加而显著下降;Pb2+胁迫下,头花蓼株高、叶面积和地上部生物量在Pb2+300 mg·kg-1时略有升高,但增幅不显著;随着处理浓度的增加,株高、叶面积和地上部生物量均呈降低的趋势。根系长度和地下部生物量在实验浓度范围内均表现出降低的趋势,当Pb2+≥300 mg·kg-1时,差异均极显著。Cd2+,Pb2+复合胁迫下头花蓼株高、根系长度、叶面积、地上部生物量、地下部生物量整体呈下降的趋势,浓度越大,趋势越明显。Cd2+,Pb2+及Cd2++Pb2+复合污染可造成头花蓼叶片叶片栅栏组织厚度、海绵组织厚度、以及栅栏组织与海绵组织值的比值降低,且降低幅度随着污染浓度的增加而增大 3.5种不同浓度Cd2+处理下,头花蓼叶片的的细胞膜透性随着处理时间的延长而增加。当处理时间为40d时,叶片细胞膜透性在Cd2+ 1.0 mg·kg-1时达到最大值;丙二醛含量、SOD酶活性在较低浓度(≤5 mg·kg-1)下随处理时间的延长而逐渐升高,在较高浓度(10.0 mg·kg-1和50 mg·kg-1)下,随处理时间的延长而逐渐降低;可溶性糖含量在Cd2+5.0 mg·kg-1时随着处理浓度的增加而增加,当Cd2+≥5.0 mg·kg-1时,可溶性糖含量逐渐降低且随着处理时间的延长,降幅越明显;可溶性蛋白含量在低浓度(≤mg·kg-1时)处理初期(10d)表现出增加的趋势,在较高浓度(10 mg·kg-1时)较长时间处理下表现出降低的趋势。 4.Pb2+处理下,头花蓼叶片的细胞膜透性、丙二醛随着处理浓度的升高而升高,在低浓度(≤300 mg·kg-1时)处理10d时与对照差异不显著,其余浓度和处理时间差异均极显著。SOD酶活性在低浓度(≤1000 mg·kg-1时)处理时随处理浓度升高而显著升高,在高浓度(1000mg·kg-1)处理时出现下降的趋势,但均高于对照;可溶性糖含量、可溶性蛋白含量在低浓度(≤300 mg·kg-1时)处理时与对照差异不显著,当Pb2+处理大于等于800 mg·kg-1时,随处理浓度升高而显著降低。 5.Cd2+, Pb2+复合处理下,叶片的细胞膜透性、SOD酶活性随处理浓度的增加和处理时间的延长呈先升高后降低的趋势,均在T1处理第20天时达到最大,分别较对照增加了61.54%和89.73%;丙二醛含量随处理浓度的增加和处理时间的延长而不断升高,在T3处理第40天时升高到最大值;叶片可溶性糖含量、可溶性蛋白含量随处理浓度的增加和处理时间的延长而不断降低,在T3处理40天时降至最低:Cd2+,Pb2+复合处理对头花蓼叶片的损伤和毒害作用比单一处理更为严重。 6.Cd2+,Pb2+单一及复合处理对头花蓼光合特性具有明显影响。低浓度Cd2+(≤5.0 mg·kg-1)单一处理提高头花蓼的叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素总量、光合速率、蒸腾速率、气孔导度,但降低了胞间CO2浓度。高浓度Cd2+(5.0 mg·kg-1)处理抑制头花蓼叶绿素的合成,导致叶片光合速率、蒸腾速率、气孔导度降低,增大胞间CO2浓度。Pb2+及Cd2+, Pb2+复合处理下,头花蓼的叶绿素含量、光合速率、蒸腾速率、气孔导度均明显降低,胞间CO2浓度逐渐升高。7.随着Cd2+和Pb2+处理浓度的增加,头花蓼各部位的Cd和Pb含量不断增加。在Cd2+处理浓度达到最大50.0 mg·kg-1时,头花蓼根、茎、叶部位的Cd含量均达到最大,分别为182.69mg·kg-1、10.34 mg·kg-1、31.49 mg·kg-1;在Pb浓度为1500 mg·kg-1时,头花蓼地下部分的铅含量达到最大值246.74 mg·kg-1,为对照的36.72倍。地上茎、叶在Pb2+浓度为2000 mg·kg-1时分别达到最大值128.79 mg·kg-1和36.21 mg·kg-1,地上部分的吸收量远小于地下部的吸收量。Cd和Pb在头花蓼各部位的分布有明显差异,Cd表现为:根叶茎,Pb表现为:根茎叶;头花蓼Cd2+、Pb2T富集系数分别为0.459~1.546和0.023-0.067,转移系数分别为0.099-0.138和0.142-0.668,地上部对Cd2+,Pb2+的最大迁移总量分别为100.089 ug-plant-1和222.536ug-plant-1。 通过对Cd、Pb污染条件下头花蓼多个生长指标、生理生化指标进行综合评价和分析表明:头花蓼对Cd、Pb具有较强的耐性,在Cd2+ 50 mg-kg-1、Pb2+ 2000 mg·kg-1以及Cd2+, Pb2+复合浓度为(50+2000) mg·kg-1时植株基本保持正常生长,顺利完成整个生活史,可以用于Cd、Pb污染土壤的修复。
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