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镧—铅交互作用下AM真菌对玉米接种效应的研究

王芳  
【摘要】:近年来,随着稀土需求量的逐年增加和稀土矿藏的大量开采,导致越来越多的稀土元素迁移到环境中,造成了严重的生态破坏和环境污染问题,其中稀土开采带来的土壤环境问题尤为严重,正逐步引起人们的广泛关注。因此,对稀土污染土壤进行治理是当前的迫切需求并具有重要的现实意义。稀土资源的开发利用常会造成稀土矿区及周边土壤表现出稀土-重金属复合污染的特征,二者在土壤中存在着十分复杂的交互作用。目前,丛枝菌根(Arbuscular mycorrhizal,AM)真菌应用于重金属污染土壤的植物修复已有大量的研究,而有关AM真菌减轻稀土对植物毒害作用的相关研究还很少,当土壤中同时存在稀土和重金属污染物时,AM真菌在二者交互作用下所能发挥的作用、机制以及影响因素等都尚不明确。本论文选取包头稀土尾矿区主要污染元素轻稀土镧(La)和重金属铅(Pb),模拟不同程度的La-Pb复合污染土壤,研究La-Pb交互作用下接种AM真菌对复合污染土壤上玉米(Zea mays L.)生长及La Pb吸收的影响,并探讨AM真菌在稀土-重金属复合污染土壤植物修复中的可能机制。采用温室盆栽实验的方法,模拟不同程度的La-Pb交互污染土壤(La:0、 100、5OOmg·kg-1; Pb:0、50、400mg·kg-1)研究接种AM真菌G. versiforme对玉米(Zea mays L.)菌根侵染率、生物量、株高、矿质营养元素吸收、C:N:P生态化学计量比及对植株地上部和根部La、Pb吸收的影响。试验结果表明,在不同程度的La-Pb交互污染土壤,接种G. versiforme均与玉米成功建立了良好的菌根共生关系,菌根侵染率在20.83%~72.22%之间;随着土壤La、 Pb胁迫浓度的增加,玉米菌根侵染率、生物量、株高、营养元素N、 P、 K、 Ca、 Mg的吸收量均显著降低,而玉米植株的C:P和N:P增加。接种AM真菌能减弱La-Pb交互作用对植物的毒害,促进植物的生长,改善玉米的营养状况,一定程度上显著降低了玉米植株的C:P和N:P。玉米植株地上部和根部La、Pb浓度分别随着土壤Pb浓度的增加而呈现显著上升的趋势。在Pb污染土壤,随着外源添加La浓度的增加,玉米植株地上部和根部Pb浓度也随之增加。外源Pb对植物吸收La的影响是比较复杂的:在无污染土壤,添加50mg·kg-1的Pb玉米根部La浓度显著降低;在轻度La污染土壤,添加400mg·kg-1的Pb显著增加了玉米地上部和根部的La浓度;在中度La污染土壤,添加400mg·kg-1的Pb玉米地上部La浓度显著降低,根部La浓度显著升高。接种AM真菌降低了La-Pb交互作用下植株地上部和根部La、Pb浓度。研究结果表明,AM真菌能减轻La-Pb交互作用对植物的毒害,利用盆栽试验进一步研究La-Pb交互作用下接种AM真菌G. versiforme对玉米叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)的活性,丙二醛(MDA)、脯氨酸(PRO)、可溶性蛋白、可溶性糖的含量,以及根际pH、易提取球囊霉素蛋白、总球囊霉素蛋白含量的影响,探讨AM真菌减轻稀土-重金属复合污染胁迫的生理生化机制。试验结果表明,接种G. versiforme一定程度上提高了La-Pb交互作用下玉米叶片SOD、 CAT. POD等抗氧化酶活性,分别增加了0.5%~19.6%、0.9%~45%、0.7%~22.5%;促进了玉米渗透调节物质的合成,尤其是PRO和可溶性蛋白含量显著增加,分别增加了21.3%-62.1%、10.6%~66.0%;根际土壤pH显著增加,增加了0.3%~3.4%;不同程度增加了易提取球囊霉素蛋白和总球囊霉素蛋白含量,分别增加了0.3%~10.5%、0.6%~8.2%。试验初步证明,AM真菌能减轻La-Pb交互作用对植物的毒害,在稀土污染土壤的植物修复中具有潜在的应用价值,应对AM真菌的作用机理展开深入系统的研究,为今后AM真菌应用于矿区土壤的生态恢复提供理论依据。


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