EDTA+草酸对香根草富集Cd的影响及其最佳移栽根长

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植物修复是一种利用绿色植物来提取、隔离、解毒有机或无机污染物的资源节约型、环境友好型的替代修复技术,最近几年引起了广泛的关注。重金属已经被应用并还将继续应用在工业、农业、家用方面。比如,重金属如Cd、Cu、Pb和Zn普遍应用于采矿、冶炼、电镀、能源和燃料的生产、电力传输、集约农业、污泥和军事行业。与此同时,一些重金属如Mn、Fe、Cu、Zn、Mo和Ni是微生物、植物和动物必需的或对其有益的微量元素但其它重金属如Cd、Pb、和Hg目前没有已知的生物学或生理学功能。在高浓度之下,重金属具有很强的毒性进而对环境构成威胁。逐渐上升的土壤重金属浓度不仅对植物的生长有消极影响,而且通过摄取水分、土壤和生长在受污染土壤中的食物而损坏动物和人体的健康。以低浓度水平出现在自然环境中的Cd,往往会由于采矿、冶炼和磷肥的过度使用以及农业中的污水污泥而积聚到引发毒性的水平。Cd是一种能引起环境污染和人体健康问题的潜在有害微量金属元素,这主要归功于Cd在土壤—植物系统中的高迁移率。尽管Cd既不是维管束植物(超累积植物除外)的必需元素也不是有益元素,但是在含重金属土壤中生长的植物却积累Cd,这些植物器官中的Cd浓度一般都达到可检测水平,部分原因是土壤Cd通常具有高度可利用性。过量的Cd更容易被根系吸收,植物系统往往能积累大量的Cd。Cd可以通过一些其它的营养物质如Zn、Fe、Ca的代谢途径进入植物根系,然后通过质外体到达根细胞膜,质外体包括连续的细胞壁和细胞间隙等空间。Cd诱导植物在遗传和生理生化水平上发生复杂的变化,导致植物中毒,其中最明显的特征是组织减少、生长减慢、卷叶和失绿、叶根坏死。综上可得,一方面因为食物特别是蔬菜成为人类接触Cd的主要来源,另一方面也由于植物通过植物提取而成为一种修复土壤重金属的潜在有效方式,从而使Cd的植物积累成为一个重要的研究课题。理想的修复土壤污染的植物种族是那些拥有高产量、能忍耐和积累目标污染物的植物。香根草(Vetiveria zizanioides(L.)Nash)因其在侵蚀和沉积物控制方面的有效性而闻名。香根草具有长达3m的庞大根系。而且,香根草生长快,且能生存于高浓度重金属的艰难环境中。一些研究者已经报道香根草是植物修复领域的理想植物,其原因是对重金属的耐受性强、具有高生物量以及对营养物质的需求量低。故本论文采用香根草为研究对象。本论文以去除Cd为目的,开展了EDTA+草酸在水溶液中和土壤中对Cd积累的研究。此外,我们还研究了香根草在Cd污染土壤中的最佳移植根长。具体的研究内容如下:(1)研究联合两种螯合剂(EDTA+草酸)的应用效果。虽然植物修复方法受人青睐且经济可行,是一种替代换土和填埋方式的土壤污染修复方法。然而,它也是一个缓慢的过程。螯合剂诱导植物修复方法已经被提议为植物从土壤中提取重金属的有效工具。最近的大多数研究都集中在单一的螯合剂诱导上,如应用EDTA增加土壤中重金属的生物有效性。很少有研究探讨EDTA+草酸对Cd吸附和毒性缓解的联合影响。因此,本实验研究水培条件和土培条件下EDTA+草酸对香根草提取Cd的影响。同时,水培实验还用来研究EDTA+草酸对香根草细胞内内叶绿素、抗氧化酶(POD和SOD)、GSH的影响。在土培实验中,还研究螯合剂对不同根长的香根草从污染土壤中吸收和转移Cd的影响。结果显示,在水培实验中,0.5mmol L-1EDTA+1mmol L-1草酸仅对地上部吸收Cd具有协同作用。而且,当植物生长在0.5mmol L-1Cd营养液中时,EDTA+草酸的联合解毒作用比单一EDTA或草酸的效果显著。在土培实验中的10~40mg kg-1Cd胁迫下,两种联合螯合剂(EDTA+草酸)对每一根长香根草(3cm除外)的地上部和地下部吸收Cd都具有协同作用。我们可以得出结论:在香根草修复Cd污染的水和土壤时,同时添加EDTA+草酸是一种提高植物修复效率的有效方法。(2)研究香根草移栽至Cd污染土壤中的相对理想根长。为了幼苗方便运输和加快植物生长,香根草在移栽前必须采取剪根处理。从我们了解的专业知识中可得知很少有研究者报道将香根草培育在Cd污染土壤中的最佳根长。本研究采用土培方式研究根长对香根草的Cd积累量、根伸长量和吲哚乙酸含量的影响。研究结果表明6cm根长的植株因对高剂量的Cd(40mg kg-1)耐性更强且生长最好而被选为香根草移栽至Cd污染土壤中的最佳根长。
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