豆科植物对铜尾矿砂的耐性筛选及其修复潜力研究

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1.试材选用木豆(Cajanus cajan)、紫穗槐(Amorpha fruticosa)、决明(Cassia tora)和马棘(Indigofera pseudotinctoria)四种豆科植物分别种植于不同比例的铜尾矿砂基质中,矿砂和园土的比例为:100%园土(CK)、75%园土+25%铜尾矿(1/4Cu)、50%园土+50%铜尾矿(1/2Cu)、25%园土+75%铜尾矿(3/4Cu)、100%铜尾矿(Cu);测定了四种豆科植物种子的发芽率,发芽指数、活力指数和生长指标等。结果表明:五种基质对种子的发芽均有影响,且低浓度的Cu会转化成植物所必需的微量元素,从而促进植物种子的萌发,而高浓度的Cu则会抑制植物生长;在发芽率试验中,木豆发芽率最高,其次是紫穗槐、马棘和决明。通过研究不同含量的铜尾矿砂对四种植物活力植物的影响可以看出,木豆活力指数最高,其次是决明、马棘和紫穗槐,但低浓度的Cu尾矿砂对紫穗槐和马棘的活力指数具有促进作用,而对其余两种植物的活力指数具有抑制作用;植物的受伤害程度可以从生长指标直接判定,试验表明低浓度的铜尾矿砂有助于木豆的生长;紫穗槐、决明和马棘在不同含量的铜尾矿砂处理下,植物株高、根长和叶长均低于对照。木豆和决明更适合对铜尾矿砂的修复潜力研究。2.通过采用盆栽的方式研究不同含量的Cu尾矿砂对木豆和决明生长指标和金属离子的影响。试验结果表明:木豆植物株高、地上部干质量和地下部干质量在1/4Cu时,分别比对照上升了5.23%、23.65%和6.67%;在1/2Cu处理时,根长达到最大值;决明株高、和地上部干质量呈先上升后下降的趋势,而根长、地下部干质量和耐性指数均受到了不同程度的影响,表明低浓度的Cu对决明幼苗生长起到了一定的促进作用。从木豆和决明对金属离子的吸收及迁移率可以看出,在不同含量Cu处理中,木豆和决明对Cu2+的吸收呈逐渐上升的趋势,且大部分Cu2+富集在地上部,只有很少一部分Cu2+向地上部转移,木豆和决明对Ca2+的吸收总体呈下降的趋势,且随着Cu尾矿砂的增加,地下部含量显著高于地上部Ca2+含量;木豆对Zn2+的迁移率与对照相比总体呈上升的趋势;而决明对Zn2+的迁移率与对照相比总体呈先下降后上升的趋势,在1/4Cu处理时,比对照下降了27.44%。试验表明,Cu胁迫有利于木豆和决明植物体内Ca2+和Zn2+由地下部向地上部的转移,而Cu2+的迁移率均小于对照。3.通过采用盆栽的方式研究不同含量的Cu尾矿砂对木豆和决明抗氧化系统的影响,结果表明:木豆地上部超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)活性变化趋势不显著(P>0.05),地下部SOD活性与地上部相反;决明地上部和地下部SOD活性均呈先上升后下降的趋势,在1/4Cu处理时,分别比对照上升了2.84%和40.87%。木豆和决明在低Cu尾矿含量时,植物体中过氧化物酶(peroxidase,POD)活性上升,能够较强的抵御Cu胁迫,随着尾矿砂含量的增加,酶活性下降;木豆地上部过氧化氢酶(Catalase,CAT)活性与对照相比,逐渐上升,但趋势不明显,地下部在1/4Cu处理时比对照上升了7.29%;决明地上部CAT活性均小于对照,地下部呈逐渐上升的趋势。木豆和决明MDA和GSH变化趋势与对照相比,呈先下降后上升的趋势,在全Cu处理时达到最大值;木豆AsA随Cu含量的变化呈先下降后上升的趋势,决明地上部AsA含量在CK和1/4Cu处理时地上部含量分别为11.3ug/g和10.73ug/g,经方差分析,未达到显著水平,但随着Cu含量的增加,AsA显著下降(p<0.05)。试验结果表明,木豆和决明对Cu胁迫有一定的抗性,且低浓度的Cu会作为植物所需的微量矿质元素有助于植物的生长。4.通过对栽种木豆和决明培养基质的试验研究结果表明:两种植物基质中Cu离子和Ca离子含量随Cu含量的增加呈逐渐上升的趋势,与电导率趋势一致。而基质中土壤酶随Cu含量的增加呈逐渐下降的趋势,在全Cu处理时达到最小值,表明Cu胁迫下,基质中土壤酶活性降低,不利于木豆和决明的生长。但与空白土壤相比,蔗糖酶和脲酶活性各处理均高于空白土壤,表明两种植物对铜污染土壤的修复起到定的促进作用。
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