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发展以植物生物质为原料的绿色能源，被公认为是解决能源紧缺和保护生态环境的重要途径。当前，生物质能源产业的瓶颈一生物质资源的不足问题较为突出。为避免与粮争地，利用重金属污染土壤发展非粮能源作物成为一个新途径。在世界上的大部分地区，具有C4光合途径的禾本科草本植物因其高光效和高生物量而天然地成为纤维素生物质能的原料。为将本地区常年种植的高生物量禾草类能源植物象草(Pennisetum purpureum Schum.)和香根草(Vetiveriazizanioides L.)等引种入当地铜尾矿污染土壤，本研究利用土培盆栽试验，对象草、香根草和芦苇对铜的耐适性及其对污染重金属的提取能力进行了评价，并通过大田试验对象草和香根草在铜尾矿区农田(南京汤山伏牛村)的生长发育及修复潜力进行了研究；利用水培试验，研究了象草对铜胁迫的生理响应，评价了象草40个自交株系(株)的耐铜性。采用HPLC(高效液相色谱)及LC/MS(液质联用)的方法对铜胁迫下象草的根系分泌物进行了分析，探讨了其可能的耐铜机制。主要的研究结果如下：
(1)盆栽土壤中低浓度铜(总铜：100 mg/kg；有效铜：2.84 mg/kg)对象草、香根草及芦苇的生长有促进作用；而高浓度铜(总铜：1500 mg/kg；有效铜：58.67 mg/kg)则对这三种植物的生长具有抑制作用。比较这三种植物在不同浓度铜处理下的干重、叶绿素含量和光合速率等变化，发现它们都具有较高的耐铜性。从EC50(生长受抑达50％时的铜处理浓度)结果看，象草的铜耐受性最高(EC50≥3000.00 mg/kg)，其次为香根草(EC50，2107.32 mg/kg)，芦苇的铜耐受性最低(EC50，1070.12 mg/kg)。土壤铜胁迫对单位土地上植物总碳水化合物含量及供试植物的热价(单位热值)影响不显著，但对植物的生物量有较显著影响。在同样水平的铜处理下，象草的干重最高，是香根草的2.9-5.2倍，芦苇的6.0-14倍。象草具有较高的单株热值是因为其具有较高的生物量。象草、香根草和芦苇吸收的铜主要集中在根部。此外，在铜处理土壤中加入KH2PO4可以有效缓解植物的铜毒害，显著减缓象草和香根草铜胁迫下的生长抑制。
(2)高浓度铜(总铜：1500 mg/kg；有效铜：75.20 mg/kg)与Cd(5 mg/kg)、Zn(200 mg/kg)和Pb(100 mg/kg)复合处理对三种供试植物苗期生长具有明显的抑制作用，随着植物的生长发育，这种抑制作用逐渐得以缓解，类似趋势在大田试验中也存在。与对照(Cu：50 mg/kg，Cd：5 mg/kg，Zn：200 mg/kg和Pb：100 mg/kg)相比，象草的鲜重增加值、叶面积、分蘖数显著降低，除香根草的分蘖数显著下降外，香根草和芦苇的其他指标在处理与对照间差异不显著。在盆栽实验中，高生物量的象草吸收积累的Cu、Cd、Zn和Pb都比香根草和芦苇高。田间试验中，象草的生物量明显高于香根草的，且象草对土壤中的Cu、Zn和Pb的提取量也高于香根草。
(3)在溶液培养试验中，当铜处理浓度低于25μmol/l时，象草N51生长受到促进。当铜处理浓度高于25μmol/l时，其生长受到抑制，表现出铜胁迫的浓度效应及时间效应。象草N51受害的临界浓度为97μmol/l，鲜重半效应浓度为184μmol/l，平衡浓度(植物净增鲜重为0时的浓度)为410μmol/l，半致死浓度(植物致死率为50％时的浓度)为716-778μmol/l。250-500μmol/l Cu处理14天，象草N51的光合作用比叶绿素荧光参数对铜胁迫表现得更敏感，抗氧化酶活性显著降低，可溶性蛋白含量显著升高，根系(尖)受到极为明显的毒害。在500μmol/l Cu处理下，象草植株中89％的铜集中于根部，分别是茎、叶中的24倍和12倍。在500μmol/l Cu处理营养液中加入P(H2PO4-)、采用石英砂培以及增施CO2等措施都能在一定程度上缓解铜对象草产生的毒害。在40种象草N51及其自交株系中，对铜胁迫较敏感的株系为e73和e25，较耐受的株系为e88和e97，而N51作为亲本，也具有较高的Cu耐受性。
(4)在溶液培养的条件下，250μmol/l CuSO4处理时，象草根系分泌物中琥珀酸、戊二酸、柠檬酸和苹果酸的含量与对照相比有所提高。而象草根系和叶片中的柠檬酸、戊二酸和苹果酸及叶片中的乙醛酸与对照相比明显增加。在铜处理的条件下，缺磷处理和CO2浓度加倍(750μmol/mol)处理都可以影响根系有机酸的分泌。在缺P情况下，根系分泌物中戊二酸、柠檬酸和草酸大量增加；而CO2浓度加倍时，根系分泌物中柠檬酸增加较多。对铜敏感的株系e25和e73的根系分泌物中的有机酸总量低于耐受株系e88、e97和N51。在对铜的结合物进行LC-MS分析后，得到丰度很高的质荷比(m/z)为99、102及242的离子峰，它们都不属于前述有机酸。
研究结果表明，与香根草和芦苇相比，象草具有较高的生物量和耐铜性，表现出较高的修复铜污染土壤的潜力。本研究还筛选出对铜有较高耐受性的象草株系e88和e97。本文认为象草的耐铜性主要属于“排斥型”机制，并与根系分泌物具有密切关系。