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城市化进程的加快和经济的快速发展加剧了土壤重金属污染,其中重金属镉(Cadmium,Cd)对环境健康和粮食安全造成了严重威胁。用于从污染土壤中去除Cd的技术方法中,植物修复作为一种生态环保型技术逐渐受到重视和关注。然而,用于植物修复的多数植物对生长环境的适应性较弱,并且生物量较小,因此,植物修复在实际工程应用中存在较大的局限性,修复效率较低。为强化植物修复效率,论文以超积累植物三叶鬼针草(Bidens pilosa L.)为供试材料,探究了外源植物激素和低分子有机酸(low molecular weight organic acids,LMWOAs)以及两者联合作用对植物修复重金属污染土壤效率的影响,为外源物质强化植物修复技术提供了科学依据。论文主要取得了以下研究成果:(1)在Cd污染土壤中,研究了叶面喷施0.05、1、2 mg/L的6-苄基腺嘌呤(6-benzylaminopurine,6-BA),3、10、30 mg/L的水杨酸(salicylic acid,SA)和0.01、0.1、1 mg/L的24-表油菜素甾醇(24-epi-brassinosteroid,EBR)对三叶鬼针草修复重金属污染土壤的影响。与无喷施对照组相比,在喷施合适浓度的三种外源植物激素后,促进三叶鬼针草叶片部Cd含量分别增加了4.21%、31.79%、14.89%,值得注意的是,SA和EBR显著影响着叶片Cd含量但对茎和根部Cd含量影响较小,而6-BA则对茎部和根部Cd含量有显著影响,对叶片Cd影响较小。叶片喷施植物激素后显著提高了植物体内叶绿素含量,在适当浓度的三种植物激素喷施下叶绿素a含量提高了79.31%、92.27%、51.12%,此时叶绿素荧光参数中光化学猝灭系数(q P)和非光化学猝灭系数(NPQ)分别提高了11.32%、89.16%、78.43%和51.71%、241.12%、27.85%。研究还发现,外源植物激素喷施后减缓了Cd离子对植物的氧化胁迫,促进SOD、CAT活性分别提高了68.33%、10.28%、6.17%和31.43%、37.87%、37.31%。由此可看出,外源植物激素喷施后皆对植物长势有着较好的促进作用,但相较于其它植物激素30 mg/L的SA作用效果最为显著,在此时植物根、茎、叶干重和茎长分别提高了48.14%、11.91%、74.50%和14.35%。(2)通过根部分别施加1、5、15 mmol/kg的柠檬酸(citric acid,CA)、酒石酸(tartaric acid,TA)和苹果酸(malic acid,MA)强化三叶鬼针草对污染土壤中Cd的植物提取。与无施加对照组相比,添加适量浓度的CA、TA、MA,促进重金属转移系数(TF)提高了16.45%、12.61%、5.73%,植物提取率提高了169.21%、71.28%、63.11%。通过对根部施加外源低分子有机酸,增加了体内抗氧化物(GSH、Caro)含量,提高了抗氧化酶活性,降低了脂质过氧化物对植物细胞的损伤,论文通过对叶片叶绿素荧光参数测定发现,根部施加CA、TA、MA时增强了植物光合作用能力,此时促进叶片的最小荧光值(F0)分别降低了31.62%、0.28%、17.95%,而叶片的PSII的潜在效率(Fv/F0)分别提高了117.87%、2.25%、13.18%。三种外源低分子有机酸的施加改了根部土壤酶活性,其促进了土壤蔗糖酶、脲酶、蛋白酶、磷酸酶活性的提高,而对过氧化氢酶活性则呈现显著抑制,此时分别下降了32.43%、33.33%、8.66%。高浓度的TA、MA施加后降低了根部细菌多样性与丰度,但CA的降低作用最不显著,同时CA实验组根部土壤中固氮菌属(Azotobacter)、假单胞菌属(Pseudomonas)、节杆菌属(Arthrobacter)等根际促生菌的丰度显著上升。论文通过相关性冗余分析发现,植株体内的CA和MA的浓度与植株生长、光合作用、抗性能力等指标呈显著正相关,而TA则与大多数指标呈负相关。(3)在外源单一施加植物激素和低分子有机酸的基础上,进行了CA和SA(15/0、15/3、15/10、15/30、5/30、1/30、0/30)两者联合作用对三叶鬼针草修复Cd污染土壤的影响研究。实验结果显示,二者联合作用与单一施加时相比,对植物吸收土壤重金属有着更为显著的促进作用,在施加CA的浓度为15mmol/kg和SA为30mg/L时,与无施加对照组相比,茎叶部Cd含量提高了-66.43%,同时促进重金属转运系数TF、PR、BCF的值分别提高了85.44%、134.12%和59.22%。此时二者联合作用更为显著地促进了三叶鬼针草的生长,并且体内MDA、H2O2、Pro的含量分别下降了58.21%、57.33%、68.12%,促进叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量提高了111.49%、73.46%、93.29%。CA和SA的联合作用更为显著地改变了脲酶、硝态盐还原酶的活性。与此同时,联合作用显著改变了土壤中尿素、铵态氮、硝态氮、亚硝酸盐的含量,在施加15mmol/kg的CA和10mg/L的SA时,铵态氮含量提高了174.49%,施加5mmol/kg的CA和30mg/L的SA后硝态氮含量提高了169.37%倍,因此外源CA和SA的联合施用促进了土壤氮的转化。(4)6-BA、SA、EBR叶片喷施后,促进植物生长发育,提高植株对Cd的吸收、富集和转运,强化了修复效果,其中以SA(30 mg/L)的综合强化效果最佳。CA、TA、MA根部施加后,促进植株抗氧化能力和光合能力提升,提高土壤酶活性、土壤弱酸态Cd含量和根际促生菌丰度,强化了植株对镉污染土壤的修复效果,其中以CA(15mmol/kg)综合强化效果最佳。联合作用与单一施加相比强化效果更为显著,并且提高根部氮转化相关酶活性,促进土壤氮转化,加强植株对Cd的吸收积累,其中以CA(15 mmol/kg)和SA(30 mg/L)联合作用强化效果最佳。