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土壤重金属污染是国内外面临的重大环境问题,而植物修复技术以其成本低、工程量小、无二次污染、美化环境等优点,被认为是有希望解决该问题的绿色环保技术。超富集植物的生物量、富集能力和耐受重金属的能力是决定植物修复效率的关键因素。本研究利用多倍体植物普遍存在的巨大化、矿质和营养元素含量增加、抗逆性增强等特点,提出了诱导超富集植物同源多倍体,并将其与植物修复土壤重金属污染相结合,为提高植物修复的效率提供了新思路。
本研究以商陆为研究对象,通过野外采种和温室土培实验,确定了商陆种子萌发的条件,明确了秋水仙素诱导商陆产生同源多倍体的处理浓度、处理时间以及处理方式,筛选出生物量大的商陆多倍体并对其倍性进行鉴定,从生物性状、富集能力和动态吸收等方面综合评价商陆多倍体对重金属污染土壤的修复性能。
通过研究取得了以下主要结果:
1.打破商陆种子休眠的前处理方法为浓硫酸浸泡处理10min,再用500mg/L的赤霉素浸泡lh,其发芽率平均值可达89.31%:采用改良琼脂法诱导多倍体,最佳秋水仙素琼脂制剂的浓度为0.2%,处理时间为2-3天。
2.多倍体在形态学上表现为生长缓慢、叶片颜色加深、增厚并且翻卷、呈畸形、皱缩、叶边缘不规则锯齿状,茎粗而短。正常商陆植株细胞为二倍体(2n=2x=36),镜检结果显示:形态上与对照没有明显区别的植株大多数为二倍体,还有少量多倍体细胞,形态变异明显的全部为多倍体,包括多种倍性的细胞以及一些重复加倍的细胞。镜检结果与形态学鉴定有很好的一致性。
3.商陆对重金属元素锰具有很强的耐受能力,二倍体在生长介质锰浓度为500mg/kg时开始表现出锰中毒现象,而多倍体耐受程度强,介质浓度到750mg/kg时才表现出中毒症状,叶片是Mn在商陆体内累积的主要器官,二倍体商陆叶片中Mn含量最高可达28,202mg/kg,远远大于根部的含量,S/R为9.219;多倍体商陆叶片中Mn含量最高可达35,765mg/kg,S/R为10.652。
4.多倍体植株的生物量和锰含量都是同条件处理下二倍体植株的1.5倍,这说明了诱导之后的多倍体生物量增大,富集能力也有所提高,具有更好的重金属耐受能力。不同时间收获的商陆二倍体和多倍体商陆各部分生物量差异均不明显(p>0.05),二倍体最佳收获时间为60d,多倍体为90d。