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多氯联苯(PCBs)是一类典型的持久性有机污染物(POPs),对PCBs污染的环境进行植物修复研究是近几年国内外环境治理的热点和前沿领域。然而由于许多植物种类对污染物很敏感,限制了它们在植物修复中的应用;同时,由于植物对PCBs的吸收积累作用及其与污染物性质、植物组成、污染强度等的关系尚很不清楚,对植物修复PCBs污染的机制有待深入研究。因此研究不同植物对PCBs的耐性和吸收特性及其对PCBs的修复机制,对丰富植物修复理论,保障我国生态环境安全都具有重要意义。本研究在模拟实验条件下,以不加PCBs为对照,分析了不同浓度(180,900,1800和2700μg.kg-1)的PCBs对红树植物秋茄(Kandeliacandel)和桐花树(Aegicerascorniculatum)幼苗的生长、保水能力、叶绿素含量、可溶性糖含量、游离脯氨酸含量、丙二醛含量以及膜保护系统的影响,探讨了PCBs对红树植物秋茄和桐花树的生理生态效应和植物性毒害的机理;研究了红树植物对PCBs的吸收、积累和迁移特性以及红树植物修复沉积物PCBs污染的效率及机制,结果表明:
(1)在所设PCBs浓度范围内,PCBs对秋茄和桐花树幼苗的茎高、茎径、相对生长速率等生长指标的生长具有促进作用,红树植物秋茄和桐花树幼苗在PCBs污染情况下均能旺盛生长。
(2)两种红树植物秋茄和桐花树对PCBs污染都具有一定的抗性和耐性反应:在所设PCBs浓度范围内均能保证根系的正常生长和发育、保持光合组织中的水分含量以及相对正常的光合色素水平;能通过提高可溶性糖和游离脯氨酸含量和来增强对污染物胁迫的抗性;能诱导超氧化物歧化酶(SOD)与多酚氧化酶(PPO)活性的上升以清除体内自由基、保护细胞膜系统从而提高植物体对环境胁迫的抗性。
(3)虽然秋茄和桐花树对PCBs污染都具有一定的抗性和耐性反应,但它们对PCBs的某些生理生态响应甚不相同,桐花树显示出比秋茄更强的耐性和抗性:①桐花树对提高或保持光合组织中的水分含量的能力更强,在污染物胁迫下能将更多的光合产物运输到根中,从而促进根系的生长和发育,因此对PCBs的耐受性要强于秋茄。②桐花树幼苗叶片叶绿素含量和叶绿素a/b值变化的幅度均小于秋茄;③桐花树幼苗在T4(2700μg.kg-1)浓度时,叶片才开始大量积累游离脯氨酸,而秋茄幼苗在T1(180μg.kg-1)浓度时,叶片就开始了游离脯氨酸的积累;④秋茄叶片各浓度组丙二醛(MDA)的含量显著或极显著高于对照组,脂膜过氧化作用明显增强;而桐花树幼苗叶片中的MDA含量均低于对照组,维持在较低水平,这可能与体内某些抗氧化酶的活性的提高密切相关:桐花树幼苗叶片SOD活性与MDA的含量呈显著负相关,相关系数为-0.939(P<0.05)。⑤秋茄幼苗叶片中POD活性各浓度组均比对照组高,说明PCBs的存在,诱导了秋茄幼苗叶片POD的活性;桐花树各浓度组POD的活性均比对照组低,可能是桐花树幼苗叶片中的POD参与了PCBs的代谢活动。
(4)秋茄和桐花树对PCBs均具有较强的吸收积累和传输作用,其吸收积累作用与沉积物的污染强度、污染物性质以及植物组织等密切相关。①根和茎叶中PCBs含量与沉积物污染强度正相关,富集系数则与其呈负相关;②同种植物根、茎叶中PCB47含量,富集系数明显大于PCB155;③PCBs的含量及富集系数在红树植物的根和茎叶中差别很大,根中PCBs含量和富集系数远大于茎叶;④茎叶中PCBs来自根部传输和空气吸收两部分,较低浓度的处理中,主要来自空气吸收,较高浓度的处理中,主要来自根部传输。
(5)与无植物对照相比,栽种了秋茄和桐花树的沉积物中PCB47与PCB155的残留浓度明显降低,红树植物对沉积物中PCB47和PCB155的去除率分别为7.65-23.84%和5.33-24.89%;不同红树植物对沉积物中PCBs的去除率不同:180天后,秋茄和桐花树对沉积物中PCBs的去除率分别为13.18%~21.63%和19.76%~31.69%,桐花树对沉积物中PCBs的修复效率要高于秋茄;同种红树植物对不同的PCBs的修复效率不同:180天后,秋茄对沉积物中PCB47和PCB155的去除率分别为7.85%~13.18%和5.33%~8.45%,桐花树对沉积物中PCB47和PCB155的去除率分别为9.93%~17.41%和9.26%~14.28%,秋茄和桐花树对PCB47的去除率高于对PCB155的去除率。
(6)与无植物对照相比,栽种了植物的沉积物中PCB47和PCB155的去除率明显提高,可能有三方面的原因:植物的直接吸收积累、植物吸收后在植物体内代谢和植物提高了沉积物中微生物的数量和酶的活性。红树植物的存在显著提高了沉积物中微生物的数量和酶的活性,PCBs的降解与沉积物中微生物的数量和酶的活性有关:栽种了秋茄的沉积物中PCB47的去除与POD的活性呈显著正相关,PCB155的去除与放线菌的数量、POD和PPO的活性呈显著正相关;栽种了桐花树的沉积物中PCB47的去除与PPO的活性呈显著正相关,PCB155的去除与真菌和放线菌的数量以及PPO的活性呈显著正相关。