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目前,作为人类赖以生存和发展的基础的土壤已遭受到严重的重金属污染。利用植物与丛枝菌根真菌形成的共生体系来提高植物对于重金属毒性的抗性或者改变其对重金属的吸收转运过程,近年来很受国内外关注。针对丛枝菌根真菌影响植物对污染物质的抗性机制国内外都有一些报道,但是针对丛枝菌根真菌对重金属在普通植物体内的吸收、转运以及亚细胞、形态分布,和对重金属超富集植物体内的吸收、转运等方面的影响及其机制,目前国内外有关的研究尚少,这也正是本论文主要研究的问题。
本文介绍了AM真菌对植物吸收重金属的影响研究进展,以镉和锌为重金属代表物,接种8种不同AM真菌条件下,研究了AM对紫花苜蓿吸收土壤重金属的影响;探讨了AM真菌对紫花苜蓿体内镉和锌亚细胞及形态分布的影响;探索了AM真菌对印度芥菜的侵染、促生长状况及吸收土壤中镉的影响,摸索了重金属在印度芥菜体内的吸收积累及亚细胞分布规律。取得的主要创新性结果如下:
1.研究了AM真菌对紫花苜蓿吸收土壤中镉和锌的影响。结果表明:在该实验所设定的Cd、Zn污染浓度下,AMF仍然明显侵染紫花苜蓿并促进紫花苜蓿对Cd、Zn的吸收积累,但不同AMF影响的效应和植株不同部位对重金属的吸收积累规律存在差异。接种处理减弱了Cd、Zn由根部向地上部的运移,减轻了植物地上部毒害;植株尤其是根部生物量增加是Cd、Zn在其体内含量和积累量增加的重要因素;筛选出根内球囊霉Glomusintraradices(G.i)在与宿主亲和力、促生长效应、增强重金属抗性等方面表现出优于其它7种菌种(Glomuslamellosum(G.la)、Acaulosporamellea(A.m)、Glomusmosseae(G.m)、Glomusetunicatum(G.e)、Glomusconstrictum(G.c)、Diversisporaspurcum(D.S)、Glomusaggregatum(G.a)。
2.将筛选出的G.i该菌株应用于盆栽实验以研究该菌株影响下紫花苜蓿体内镉和锌亚细胞及形态分布的规律。结果表明,接种处理能改变重金属在紫花苜蓿体内的亚细胞分布,增加了Cd、Zn在根系细胞壁和地上部可溶部分的分配比例,减少了Cd、Zn在细胞器内的分配比例,而且随着土壤处理浓度的增大这种趋势在增强。由此推断AMF能增强紫花苜蓿抗Cd、Zn机制之一是将更多的Cd、Zn累积在根细胞壁上并且可能将更多形成的复合物区域化到茎叶液泡中,从而减轻Cd、Zn毒害;接种AMF,还能通过增加紫花苜蓿体内惰性态Cd、Zn(醋酸提取态、盐酸提取态、残渣态)所占比例来增加紫花苜蓿对Cd、Zn的耐性。
3.率先探索了AM真菌对印度芥菜的侵染、促生长状况及吸收土壤中镉的影响。研究发现,印度芥菜根系只在植株生长中后期(开花繁殖期)才能被AM侵染;AM真菌并未表现出明显的促生长的效应,8种菌株中,G.m处理促生长效应较明显。与紫花苜蓿相反,AM真菌是通过提高印度芥菜地上部Cd浓度,降低了根部Cd浓度来影响其对重金属的吸收的。
4.探索了几种重金属在印度芥菜体内的亚细胞分布。印度芥菜根、茎、叶各亚细胞组分中Zn、Cd、Ni、Cu的含量随着培养液Zn、Cd、Ni、Cu水平的升高而增加。印度芥菜根内Zn、Cd、Cu的存储库是细胞壁和细胞器,茎、叶内Zn、Cd、Cu是细胞壁和可溶部分。根内Ni的存储库是细胞器和可溶部分,茎、叶内Ni的储存库是可溶部分。细胞膜中HM分布都较少。无论何种金属离子,与根相比,茎、叶的可溶组分中重金属的所占比例呈现:根可溶部分<茎可溶部分<叶可溶部分。