尼泊尔酸模铅锌富集特性及其生理生化研究

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本研究以汉源县团宝山铅锌矿区自然生长的优势植物为筛选对象,通过对植株铅锌含量的测试,结果发现尼泊尔酸模(Rumex nepalensis Spreng)是一种铅的耐性植物。在此基础上,采用室内盆栽控制试验,对尼泊尔酸模施加铅锌胁迫处理,其处理浓度分别为:Omg/L、100mg/L、300mg/L、500mg/L、700mg/L五个水平,按照完全随机试验原则,每个处理重复3次,共75盆。同时对尼泊尔酸模铅锌含量、生理生化(抗氧化酶系统、碳氮代谢以及亚细胞组分等)指标进行测定,研究尼泊尔酸模铅锌的富集能力及其生理生化抗性机理,研究结果如下:1、通过对团宝山铅锌矿区的8种植物进行筛选,尼泊尔酸模表现出对铅锌具有较大的耐性,其植株地上部分铅锌含量分别387.24mg-kg-1和189.72mg-kg-1时,其植株转运系数分别为1.80和2.64,另外尼泊尔酸模对铅的生物富集量最大,其根系和地上部分的生物富集量分别为9.60g/株和8.36g/株。2、通过盆栽试验,发现尼泊尔酸模不仅一种锌的耐性植物,也是一种铅富集植物。在本研究设置铅锌浓度范围内,尼泊尔酸模地上部分铅含量最大值为849.53mg/kg略低于铅超富集植物地上部分铅含量1000mg/kg的标准;其地上部分铅富集系数均大于1,最高可达2.65;根系铅富集系数均大于2.53,最高可达12.07;转运系数最高可达1.19。说明尼泊尔酸模是仅次于铅超富积植物的富积植物。有进一步研究的必要。3、尼泊尔酸模的生物量随铅锌浓度的增加呈现出降低的趋势,当处理P3Z4(施铅500mg/L施锌700mg/L)时,尼泊尔酸模地上部分和根系的生物量降至最低,分别为21.88g和7.31g,较对照降低了42.87%和68.45%;尼泊尔酸模的根系活力和叶绿素含量随着铅锌浓度的增加呈现出增加的趋势,当处理P3Z4(施铅500mg/L施锌700mg/L)时,尼泊尔酸模根系活力、总叶绿素含量达到最大值,分别为234.99μgTTF/(g-h)和2.53mg/g·WF,较对照增加了190.00%和78.17%。4、尼泊尔酸模抗氧化酶系统(SOD、POD、CAT)和丙二醛(MDA)含量的变化随铅锌浓度增加有所不同。SOD活性在低浓度铅锌处理下呈降低的趋势,而高浓度铅锌处理下呈增加的趋势;POD活性随铅锌浓度增加呈增加的趋势;而CAT和MDA含量随铅锌浓度的增加呈先增后降的趋势。5、施加低浓度的铅锌(100mg/L、300mg/L)提高了尼泊尔酸模植株的可溶性糖含量,而施加高浓度(500mg/L、700mg/L)则降低尼泊尔酸模植株可溶性糖含量;与此同时,施加铅锌均不同程度提高尼泊尔酸模地上部分可溶性蛋白含量,降低其根系可溶性蛋白含量。当处理P2Z4(施铅300mg/L施锌700mg/L)时,尼泊尔酸模地上部分可溶性蛋白含量达到最小,为6.12mg/g.WF,较对照降低了31.24%,当处理P2Z1(施铅300mg/L施锌1OOmg/L)时,尼泊尔酸模根系可溶性蛋白含量达到最小,为44.40mg/g.WF,较对照降低了39.82%。6、从亚细胞分布分析,尼泊尔酸模植株铅的亚细胞分布均表现为细胞壁>细胞膜及细胞器>细胞可溶性组分,尼泊尔酸模植株细胞壁中铅含量随着铅锌浓度的增加呈先增后降的趋势,而细胞膜及细胞器和细胞可溶性组分中的铅含量则呈增加的趋势;尼泊尔酸模植株锌的亚细胞分布与铅的亚细胞分布不同,其根系锌的亚细胞分布表现为细胞壁>细胞可溶性组分>细胞膜及细胞器,而在地上部锌的亚细胞分布表现为:在低浓度铅锌处理下,锌的亚细胞分布表现为细胞可溶性组分>细胞壁>细胞膜及细胞器,而在高浓度铅处理下,其亚细胞分布为细胞壁>细胞膜及细胞器>细胞可溶性组分。本研究结果表明,尼泊尔酸模通过提高根系活力和抗氧化酶系统的活性,加强植株的的碳氮代谢水平,将大部分的铅锌固化在细胞壁中,从而减轻了铅锌对其造成的伤害。所以,尼泊尔酸模不仅是一种锌的耐性植物,也是对铅富集能力和抗性较强植物。对尼泊尔酸模的研究,不仅能为川西南铅锌矿区或类似区域土壤污染植物修复提供材料,而且丰富了土壤污染富积植物资源库。
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