镍在土壤—生菜系统中的富集迁移规律及其对生菜的毒性效应机制

来源 :华东理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sticker2009
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由于镍(Ni)合金的高度磨光和耐腐蚀性,Ni矿资源被大规模开采,而由此产生的残渣、废气及废液,已造成环境中Ni含量升高。农田土壤Ni污染会严重影响农产品产量和品质,因此备受关注。本论文首先通过水培试验筛选出生菜作为Ni敏感植物,进而以上海菜地土为对象开展土培盆栽试验,设置不同Ni暴露浓度,研究了 Ni在土壤—生菜系统中的富集迁移规律,测定了生菜叶绿素含量、根系活力、酶活性和重金属转运相关基因表达水平,探讨了毒性效应机制,最后选择广东红壤土、浙江水稻土和山西栗钙土三种酸、中和碱性土壤开展盆栽试验,对部分敏感指标进行验证。主要结果如下:(1)通过水培试验测定了 7种植物根/芽伸长,拟合方程得出毒性阈值,表明Ni敏感植物是生菜;上海菜地土试验表明Ni抑制生菜根部的分蘖和生长,导致茎叶瘦弱、叶面积减小;验证试验考察了生菜的根/芽伸长与鲜重,发现山西栗钙土中长势最好,广东红壤土中最差。(2)生菜体内Ni含量随暴露浓度升高而增加,且根部比茎叶部的含量要高。上海菜地土中TFsoiFsoil to root均大于1,TFrot to shoot均小于1,两者都呈对数下降,表明Ni易往根部而非茎叶部迁移,且迁移能力随Ni浓度增加而降低,这一方面可能因土壤有效态Ni比例下降导致,另一方面可能与根部迁移能力较强的NiE和Niw的比例下降而体内活性低的NiHAc 比例升高有关。验证试验中进一步观察到TFroot to shoot下降的趋势,这与茎叶部Ni含量低有密切关系;此外,有效态Ni含量随土壤pH的升高而降低,表明碱性土壤对Ni有较好的缓冲能力,其中CaCl2提取态的Ni对土壤pH的波动最敏感。(3)生菜叶绿素a在低浓度Ni胁迫时被促进而高浓度胁迫时被抑制,叶绿素b和叶黄素无显著变化;根部/茎叶部位CAT、POD和SOD酶活性在低浓度时变化不显著,在高浓度时均被促进;根部MDA含量在高水平暴露后未被及时清除,而茎叶部位低含量MDA显示受胁迫程度较小。茎叶部位的GST23-like基因表达受到抑制,与其相关产物GST酶活性相关系数达到0.704,GR基因在最低浓度暴露时被促进,其余处理组中均被抑制,而ZAT11基因表达水平响应最为敏感。验证试验表明茎叶部位的POD酶活性在高浓度处理组中均被激活,发挥出重要的保护作用,与上海菜地土中测定结果一致,可作为敏感指标;而SOD酶活性仅在广东组高浓度Ni胁迫时被促进;CAT酶活性在浙江组和山西组中均被抑制,在广东组中则是低浓度被促进高浓度被抑制,表明土壤类型对生菜Ni毒性响应有较大影响。总体上看,生菜的敏感性从大到小依次为:广东红壤土>浙江水稻土>山西栗钙土。
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