论文部分内容阅读
为研究水生植物对不同形态As的富集和解毒机制,本文采用室内水培法,通过外源添加一定浓度梯度的As(Ⅲ)(0-0.5mg·L-1)、As(Ⅴ)或二甲基砷(DMA,0-5mg·L-1),分析了沉水植物黑藻(Hydrilla verticillata)、浮水植物大藻(Pistia stratiotes)和凤眼莲(Eichhornia crassipes)的生物量、总砷吸附和吸收量；采用色谱-原子荧光联用技术研究了植物根和茎叶中各形态的As含量以及培养液砷形态的变化,并分析了植物根和茎叶砷酸盐还原酶(AR)的活性。此外,通过改变环境条件增加水生植物对砷的吸收以加快砷污染水体的生态修复为目的,针对3种形态砷中间浓度[As(Ⅲ)(0.3mg·L-1)、As(Ⅴ)和DMA (3mg·L-1)],研究添加不同浓度Fe3+(0-2.0mg·L-1)或NH4+-N (0-10mg·L-1)对3种水生植物生物量、总砷吸附量和吸收量的影响,并重点考察了培养液中和植物体内砷形态的变化。论文主要结果表明：1.3种供试植物以少量吸附和大量吸收的方式从培养液中积累As,植物对DMA的积累能力明显低于As(V)；同一生活型的大藻对无机As的吸收效果最好而凤眼莲最差,但凤眼莲对DMA的吸收效果最好。培养液砷形态分析结果显示,培养10d后,As(Ⅲ)各处理浓度下,3种植物培养液中As(Ⅲ)形态发生了迅速氧化,氧化速率为黑藻>大薸>凤眼莲>无植物,而As(Ⅴ)和DMA各浓度处理培养液中As形态未发生变化。2.植物体内砷形态分析结果表明,As(Ⅲ)培养下,植物根部主要是As(Ⅲ)(占39-86%),茎叶部也主要是As(Ⅲ)(占39.4-88.3%)；As(V)培养下植物根部主要是As(Ⅴ)(占37%-94%),茎叶内主要是As(Ⅲ)(占31.1-85.6%)；DMA培养下植物根部(占23.46-100%)和茎叶(占72.6-100%)内主要是DMA。低、中浓度As(V)处理下,大薸根部和黑藻茎叶的As(Ⅲ)含量显著增加,且该部位的AR活性显著增高,因此水生植物体内存在As的还原,是砷解毒的关键机制,且适量的As(V)会增强植物体内AR的活性从而增强植物对As的耐性。3.Fe3+添加后,As(Ⅲ)培养下,大藻和凤眼莲体内的总砷含量显著增加；As(V)培养下,3种植物体内的总砷含量均显著增加；DMA培养下,3种植物体内的总砷含量均无显著变化。培养液砷形态分析结果显示,As(Ⅲ)培养下,10d后3种植物培养液中的As(Ⅲ)均转化为As(V)；As(V)培养下,高浓度Fe3+显著减少了黑藻和凤眼莲培养液中As(V)的含量；DMA培养下,Fe3+显著减少凤眼莲培养液中DMA的含量。4.植物不同部位As形态分析结果显示,As(Ⅲ)或As(V)培养下,添加Fe3+后大藻根部As(V)和As(Ⅲ)含量均显著增加,凤眼莲根部仅As(V)含量显著增加；As(Ⅲ)培养下,添加Fe3+后大薸茎叶内As(Ⅲ)含量显著增加,凤眼莲茎叶内As(V)含量显著增加；As(V)培养下,添加Fe3+后黑藻茎叶内As(V)和As(Ⅲ)含量均显著增加,但大藻和凤眼莲茎叶仅As(Ⅲ)含量显著增加；DMA培养下,Fe3+的添加能显著增加凤眼莲根部的DMA含量,高浓度Fe3+(2mg·L-1)添加能显著增加凤眼莲茎叶内DMA含量。因此,一定浓度的Fe3+能够增加植物对砷的吸收,在利用大型水生植物治理砷污染水体时,Fe3+的合理使用能增强植物修复的效果。5.NH4+-N的添加对砷吸收量的影响远比吸附量大。外源添加NH4+-N显著增加了As(Ⅲ)培养下大藻体内总砷的含量,也显著增加了As(V)培养下3种植物体内总砷的含量,但DMA培养下3种植物体内总砷的含量无显著变化。As(V)培养下,NH4+-N的添加显著减少了黑藻和凤眼莲培养液中砷的含量。6.对于大藻和凤眼莲,NH4+-N添加后,As(Ⅲ)培养下其根部As(Ⅲ)含量显著增加,As(V)培养下其根部的As(V)含量显著增加。茎叶部形态分析表明NH4+-N的添加后,As(Ⅲ)培养下大藻和黑藻茎叶内As(Ⅲ)的含量显著增加,As(V)培养下3种植物茎叶内的As(Ⅲ)的含量均显著增加。因此NH4+-N的添加能够显著促进水生植物对As的积累,有利于富营养化水体中As的去除。