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利用AM真菌和紫花苜蓿开展Cu/Zn污染土壤的生物修复

罗巧玉  
【摘要】:随着化肥、农药的大量施用和工业的迅速发展,受重金属Cu、Zn污染的土壤日益增多。目前,重金属污染土壤的修复治理已经成为环境科学和生态学研究的热点与难点之一。生物修复(Bioremediation)技术因其具有高效低耗、方法简便、保持水土和美化环境等诸多优点,已引起土壤学家、植物学家和环境学家的高度重视。丛枝菌根(Arbuscular Mycorrhizae,AM)真菌是一类广泛分布于土壤生态系统中的有益微生物,能与90%以上的陆生高等植物形成共生体。研究发现,AM真菌能够增强宿主植物对土壤中重金属胁迫的耐受性。基于此,本研究选择根系发达、分枝多、生物量大、抗逆性强、适应性广、耐频繁刈割的紫花苜蓿(Medicago sativa)为植物修复材料。采用盆栽试验方法,研究不同浓度的Cu、Zn、Cu/Zn复合污染条件下接种AM真菌地表球囊霉(Glomus versiforme)后紫花苜蓿的菌根侵染率、植物生长指标、营养指标以及Cu/Zn的吸收和分配,探究AM真菌、紫花苜蓿、重金属元素Cu/Zn之间的相互作用特征和机理,分析将菌根化的紫花苜蓿作为Cu/Zn污染土壤生物修复材料的可行性。本研究工作分为三个部分:1)接种地表球囊霉对Cu胁迫下紫花苜蓿生长的影响,以及对Cu吸收和分配的调节;2)地表球囊霉对Zn胁迫下紫花苜蓿生长的影响,以及对Zn吸收和分配的调节;3)地表球囊霉对Cu/Zn复合污染环境中紫花苜蓿生长的影响,以及对Cu、Zn吸收和分配的调节。主要结果如下:1)接种地表球囊霉能够改善Cu、Zn、Cu/Zn复合污染条件下两个品种紫花苜蓿的生长状况,促进植株株高、一级分枝、地径、生物量等生长指标,增强对重金属胁迫的耐受性。试验中不同处理条件下,随着刈割次数增加,地上部分生物量显著增加。可以通过采用适宜的刈割强度和刈割频率等处理,增加地上部分的收获量,提高重金属污染土壤的生物修复效率。2)在Cu、Zn、Cu/Zn复合污染条件下,两个品种紫花苜蓿与地表球囊霉建立共生关系后体内Fe、Mg、Mn、P等营养元素含量显著增加。AM真菌能够通过改善紫花苜蓿的矿质营养间接提高其对重金属胁迫的耐受性,改善植株在重金属污染环境中的生长状况。3)接种地表球囊霉影响紫花苜蓿的生物量,进而促进植株体内Cu、Zn含量显著升高。刈割处理显著增加植株地上部分Cu、Zn的积累量,提高重金属污染土壤的生物修复效率。4)施Cu处理中,AM真菌对金皇后吸收Cu的贡献率达到300%,对阿尔冈金植株吸收Cu的贡献率达到450%;施Zn处理中,AM真菌对金皇后植株吸收Zn的贡献率达到290%,而对阿尔冈金吸收Zn的贡献率达到140%;Cu/Zn复合污染条件下AM真菌对金皇后Zn吸收的贡献率达903%,对Cu吸收的贡献率达684%。接种地表球囊霉有利于紫花苜蓿对重金属Cu、Zn的吸收,因此利用接种地表球囊霉的紫花苜蓿开展Cu、Zn污染土壤的生物修复具有可行性。


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