【摘 要】
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浮萍（Duckweed）生长迅速,对重金属毒性具有耐受性,尤其对水体中重金属具有高富集能力,淀粉积累多,可以用来生产乙醇、丁醇和沼气等能源,最大限度地减少对有限原油和天然气的依赖。由此可见,浮萍在修复水环境重金属污染物方面和成为替代能源原料方面有巨大的应用潜力。因此,本研究通过对各地的浮萍进行种属鉴定及遗传多样性分析,再筛选出对重金属Cd污染水体的修复效果最好的浮萍株系,通过研究Cd胁迫对浮萍的生
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浮萍（Duckweed）生长迅速,对重金属毒性具有耐受性,尤其对水体中重金属具有高富集能力,淀粉积累多,可以用来生产乙醇、丁醇和沼气等能源,最大限度地减少对有限原油和天然气的依赖。由此可见,浮萍在修复水环境重金属污染物方面和成为替代能源原料方面有巨大的应用潜力。因此,本研究通过对各地的浮萍进行种属鉴定及遗传多样性分析,再筛选出对重金属Cd污染水体的修复效果最好的浮萍株系,通过研究Cd胁迫对浮萍的生理损伤、淀粉积累、Cd富集率和水体中Cd去除率的影响,选定最优的条件应用于水体修复中,对浮萍物种的生物学理解、修复应用和生产乙醇等方面都有重要的意义。此外,通过检测重金属Cd在浮萍体内的分布、储存形态及浮萍根际微生物群落的变化,初步解释浮萍对重金属Cd的耐受机制,也为更好的将浮萍应用于能源和环境修复方面提供新的见解。1.浮萍种属鉴定及遗传多样性分析:本研究通过大量采集贵州省和川渝地区的浮萍株系,利用形态学鉴定和分子鉴定方法,将70株浮萍聚类得到3属5种,分别是Lemna aequinoctialis、Lemna minor、Spirodela polyrhiza、Spirodela intermedia、Landoltia punctata,其中L.minor分布最多,其次是L.aequinoctialis,L.punctata最少。绿萍属适应能力更强,分布最广。贵州省、四川省和重庆市基于atp F-atp H的单倍型指数、群体突变率、每Kb平均核苷酸差异数、单倍型多态性指数和核苷酸多态性指数均远大于已报道的湖南、湖北、福建和吉林地区,说明在高温多雨,全年温润的地区更能使浮萍科植物积累较多的遗传多样性。2.L.minor0014在镉胁迫下的生理响应:根据0.5、10、30 mg/L Cd浓度胁迫下70份浮萍种质的生理响应及富集情况,筛选出L.minor0014是在Cd污染水体修复方面最优的株系。再通过0～5 mg/L Cd浓度梯度胁迫处理,检测其在不同时间的生理指标及富集情况。结果显示0.1 mg/L胁迫5d,L.minor0014生长速率快,其SOD、POD、MDA含量最低,富集Cd较多,满足用于植物修复的理想植物标准。3.镉在L.minor0014体内的区隔化分布情况:本研究为探究浮萍对Cd的富集机制,对浮萍体内Cd的组织分布、亚细胞分布和化学形态特征进行测定。结果显示在0.1、0.5、1 mg/LCd胁迫12 h时,浮萍根部Cd含量分别为7.9、8.4、8.7 mg/kg,叶片中Cd含量分别为4.1、3.3、5.1 mg/kg,水体中的重金属Cd最初进入浮萍体内是先被浮萍根部细胞壁吸收。处理7d后,浮萍细胞器中Cd含量分别为5.3、7.4、15.6 mg/kg,将污染物滞留在浮萍细胞器中,且Cd在浮萍各组织中的化学形态均是以移动性和毒性相对较低的HNa Cl提取态Cd分配比例最大。4.镉对L.minor0014根际微生物群落的影响:研究Cd对浮萍生理生化反应、超微结构特征的迫害及对浮萍根际微生物群落的影响,解释浮萍根际微生物在浮萍耐受Cd中的重要作用。浮萍根际优势菌群为变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidete）、蓝藻菌门（Cyanobacteria）等,Cd胁迫下,微生物群落的丰度均略低于对照组,但是耐受重金属的优势细菌种群也有所增加。由此说明浮萍对重金属Cd有一定的抗性和耐受力。5.L.minor0014开发应用:本研究检测了不同浓度Cd胁迫下浮萍对水体中Cd的去除效果及积累淀粉的能力,对水体Cd去除率达到70%～90%。经过0.1mg/L Cd处理后的浮萍产生淀粉51.4 mg/g。说明在Cd胁迫后提高了浮萍淀粉的含量。本研究为利用浮萍治理重金属污染水体及后续应用提供理论依据,且掌握Cd和毒性效应的内在联系,对揭示Cd对浮萍毒性的本质具有重要意义。不仅提高浮萍在污染水体中的适应性,也能为更好的利用浮萍为能源和环境修复方面提供新的见解。
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