论文部分内容阅读
本研究以新发现的多金属超富集植物圆锥南芥(Arabis paniculata Franch)为材料，通过不同的培养方式研究了其对Pb、zn、Cd的吸收特性以及生理特征。主要内容包括圆锥南芥对Pb、zn、Cd的吸收和EDTAq(乙二胺四乙酸)对圆锥南芥Pb、Zn、Cd吸收的影响；Pb、Zn、Cd对圆锥南芥的抗氧化系统以及Cd对圆锥南芥氮素代谢的影响等。研究结果表明：
1．圆锥南芥对土壤中的Pb、zn、Cd有良好的吸收，尤其是对高浓度的Pb、zn、Cd。在Cd处理浓度为10-40 mg·kg<-1>，Zn为100-800 mg·kg<-1>，圆锥南芥地上部与地下部Zn、Cd含量均无显著性差异(P>0.05)，而当Cd浓度≥80，Pb、Zn≥1600 mg·kg<-1>时，处理间圆锥南芥的地上部与地下部Pb、zn、Cd含量显著增加(P<0.05)，表明高浓度的Pb、zn、Cd有利于圆锥南芥的吸收、转运。这可能是金属跨根细胞膜的内流(influx)和外流(efflux)之间的动态平衡被打破所造成的结果。
2．Zn-Cd复合污染下，Zn、Cd不会阻碍圆锥南芥对彼此的吸收。Zn-Cd复合水培下，在Zn浓度一定时，随着Cd处理浓度的增加，处理间圆锥南芥的Zn含量无显著性差异(P>0.05)；同样，在Cd浓度一定的情况下，随着Zn浓度的增加，处理间Cd含量也无显著性差异(P>0.05)。在Zn-Cd复合土培下，只有高浓度的Zn(800 mg·kg<"-1>)、Cd(80 mg·kg<-1>)显著增加彼此的含量，其余均无显著性差异。表明圆锥南芥对Zn的吸收并未阻碍Cd的吸收，同时对Cd的吸收也未阻碍Zn的吸收。
3．在水培条件下，圆锥南芥老叶中Cd、Zn含量高于其他叶龄叶片中Cd、zn含量，在混合土培中Pb、Zn、Cd含量也属老叶最高，表明老叶是圆锥南芥贮存金属的主要器官。Cd在圆锥南芥中的亚细胞分布因部位和浓度不同而不同。叶片中的Cd主要分布在细胞壁和细胞核中，占Cd总量的57-81﹪；根系中主要分布在细胞壁和核糖体中，最高时占全量的88﹪；叶片与根系中的Zn主要分布在细胞壁和细胞核中，最高时占到全量的85﹪。Zn、Cd在圆锥南芥中以多种形态存在，而水溶态和脂溶态有机配位体起关键作用。表明Zn、Cd可与金属硫蛋白、PCs(植物螯合素)、有机酸、多糖等多种金属配位体结合，这一方面有利于Zn、Cd沉积在细胞壁上，另一方面有利于zn、Cd在细胞内区隔化，使植物对Zn、Cd具有较强的耐性，这也可能是圆锥南芥对Zn、Cd的耐受机理之一。
4．EDTA对圆锥南芥生长的矿山原位土壤中Pb、Zn、Cd有良好的活化效果，随着EDTA处理浓度的增加，Pb、Zn、Cd活化量显著增加(P<0.05)。在EDTA作用下，圆锥南芥地上部Pb、Zn、Cd含量随着EDTA浓度的增加而增加，但降低了根系中Pb、Zn、Cd含量，提高了圆锥南芥Pb、Zn、Cd的转运系数，有利于圆锥南芥地上部对Pb、Zn、Cd的累积，这可能与EDTA作用下形成的EDTA-X(X为Cd、Zn、Pb)螯合物易于圆锥南芥的吸收、转运有关。
5．在Cd土培下，随着Cd添加浓度的增加，圆锥南芥的生物量、叶片数、直径长均呈增加趋势。Cd添加浓度为240mg·kg<-1>时，生物量增加了137﹪；叶片数增加了1.02倍，直径长比对照增加了130﹪。NO<,3><->-N和NH<,4><+>-N呈先降低后升高的变化趋势，即“U”型变化，而硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合酶(GOGAT)、谷氨酸脱氢酶(GDH)活性等均呈倒“U”型变化；表明低浓度的Cd提高了圆锥南芥氮素代谢关键酶的活性，加速了氮素的吸收、转运、同化。此外，在Cd胁迫下，GDH活性均高于对照，且有益的补充了谷氨酸库、降低了高浓度铵的毒害，保证了圆锥南芥氮素代谢的正常进行。
6．在Cd处理下，圆锥南芥叶片中过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性随着Cd处理浓度的增加呈倒“U”型的变化趋势，表明低浓度的Cd处理，提高了圆锥南芥POD、CAT、APX的活性。与酶变化不同，巯基含量呈“U”型变化，表明高浓度的Cd处理增加了谷胱甘肽(GSH)、酸溶性巯基(A-SH)、总巯基(T-SH)含量。相关性结果表明APX与GSH、POD与GSH、CAT与GSH、CAT与A-SH成极显著的负相关(P<0.01)，说明抗氧化系统酶和非酶在不同的阶段起不同的作用。在低Cd浓度时(≤80 mg·kg<-1>)，抗氧化酶起主要作用，高浓度时(≥160mg·kg<-1>，非酶物质起主要作用。在Pb处理圆锥南芥时存在同样的变化规律。zn降低了圆锥南芥POD、APX、超氧化物歧化酶(SOD)的活性，CAT活性以及丙二醛(MDA)含量与对照间均无显著性差异(P>0.05)。抗氧化系统酶与巯基等的相关性除POD与酸溶性巯基显著相关外，其余均无显著性关系，表明Zn在一定程度上降低了圆锥南芥的活性氧胁迫。