姜花在Cu胁迫下的积累特性与耐性机理研究

来源 :四川农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sannian
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当前重金属污染修复在湿地方面的研究越来越引起诸多学者的广泛关注,其中植物修复重金属污染湿地已成为一个新的研究领域。采用植物修复重金属污染,既要考虑植物的自身特性、生物量、耐性,又要考虑植物的吸收、富集能力等因素。本文以湿生植物姜花为材料,采用模拟湿地盆栽的实验方法,研究了姜花在铜胁迫下的生长状况以及对Cu的吸收、积累、富集能力,采用差速离心法和逐步提取法研究了铜胁迫条件下研究了铜在姜花体内的亚细胞水平分布情况及存在形态;通过透射电子显微镜技术研究了铜胁迫条件下姜花叶细胞超微结构的变化。旨在了解姜花的耐铜机理,以期为姜花修复重金属污染湿地提供一定的理论依据。通过研究得到了以下结果:(1)铜处理浓度为50mg·kg-1时,铜对姜花的生长具有一定的促进作用。随着铜浓度的升高,姜花逐渐表现出一定的毒害症状,叶片失绿软化,出现褐色斑点,发黄卷曲。在400mg·kg-1Cu处理浓度下,部分植株长势受到抑制,植株叶片枯萎,茎基部腐烂也呈现褐色症状,并在60d处理后致死。由此推测,400mg·kg-1可能是姜花受Cu毒害的临界浓度。(2)铜胁迫下,姜花对Cu的积累能力随Cu处理浓度的增加而增大,但姜花不同器官对Cu的积累能力具有显著差异。当Cu处理浓度<150mg·kg-1时,其积累能力表现为根>叶>茎;当Cu处理浓度达到200mg·kg-1以上时,姜花叶部Cu含量大幅度累积,并超过根部,并在Cu处理浓度为400mg·kg-1时达到最大积累量569.08mg·kg-1,为根中Cu含量的2.5倍,Cu的积累能力表现为叶>根>茎。(3)姜花在Cu处理浓度>150mg·kg-1时,生物富集系数和转运系数均大于1,但由于姜花地上部分Cu最大积累量为590.20mg·kg-1<1000mg·kg-1,且在Cu处理浓度400mg·kg-1部分植株出现了较明显的中毒症状,因此姜花不具备Cu的富集能力。虽然姜花未达到Cu富集植物的标准,但是在200-400mg·kg-1Cu浓度处理下,姜花地上部分有较高的Cu积累,其含量为一般植物Cu含量(5~20mg·kg-1)的29.5~118.0倍,说明姜花对Cu具有一定的耐性。随着铜处理浓度的增加,姜花对Cu的转运系数逐渐增大,当Cu处理浓度为400mg·kg-1时,转运系数达到2.60。转移系数越高,表明植株能越有效地将污染湿地中的Cu转运到容易收割的地上部分。通过多次种植和收割姜花,可以逐渐降低铜污染湿地中的Cu含量,因此姜花具有良好的污染湿地修复潜力。(4)研究铜在姜花细胞内的分布和存在的主要化学形态表明,细胞可溶性部分和细胞壁部分是Cu在姜花根、茎和叶的主要积累位点,而细胞器中Cu的含量较低。Cu在姜花根、茎和叶中赋存的化学形态有明显差异。在根部,Cu的化学形态主要以活性较强乙醇提取态和水提取态占优势;而在茎部,Cu均以氯化钠提取态为主;叶部Cu主要以活性较低的氯化钠提取态、醋酸提取态和盐酸提取态存在。(5)电镜观察结果表明,400mg·kg-1Cu浓度胁迫下,姜花叶细胞超微结构发生了很大的变化,叶绿体中嗜锇颗粒的体积显著增大,叶绿体圆球化并伴有解体现象。姜花叶绿体结构的损伤降低植物对光的吸收,影响光合作用的正常进行。
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