梁俊[1]2017年在《东南景天镉解毒相关代谢过程及关键基因克隆》文中指出重金属污染的植物修复技术是一项具有广阔应用前景的新兴技术,在土壤重金属污染治理中具有极大的潜在价值。东南景天(Sedum alfredii Hance)是在我国本土发现的锌/镉超积累植物,研究显示有较好的潜力和应用前景。本研究以超积累生态型东南景天(HE)为材料,以非超积累生态型东南景天(NHE)为对照,采用营养液培养法,运用实时定量PCR技术、HPLC技术、激光共聚焦技术和ICP-MS等,研究了甘氨酸甜菜碱(GB,以下简称甜菜碱)和硫代谢在东南景天镉耐性和积累中的作用,取得的主要研究结果如下:1.采取水培试验探索了甜菜碱与东南景天镉耐性和积累的关系。试验结果表明:外源甜菜碱能促进镉胁迫下东南景天的生长,在HE中,400μM镉处理时东南景天叶片出现部分失绿现象,外源甜菜碱使植株叶片一定程度上复绿;在NHE中,20μM镉处理使植株出现倒伏、叶片脱落,外源甜菜碱能使镉胁迫下的植物保持正常生长,并且显着增加植株地上部生物量。外源甜菜碱能普遍增加东南景天植株体内镉含量,在HE中,在10、20、100、400μM 4个镉处理水平下,外源甜菜碱使植株地上部镉含量分别增加了16.8%、33.2%、6.3%和119.9%,根部镉含量分别增加了161.9%、17.6%、2.7%和58.6%;在NHE中,在2、10、20μM 3个镉处理浓度下,外源甜菜碱使植株地上部镉含量分别增加了6.3%、62.3%和128.3%,根部镉含量则分别减少了5.5%和增加了7.8%和61.3%。两种生态型东南景天叶片甜菜碱含量随着镉处理浓度的增加而表现出增加的趋势,在400μM镉处理时,超积累生态型东南景天叶片中甜菜碱含量是对照叶片中甜菜碱含量的6.2倍,非超积累生态型东南景天在20μM镉处理时叶片甜菜碱含量是对照叶片中甜菜碱含量的1.8倍。对比两种生态型东南景天甜菜碱含量,在20μ镉处理时HE的甜菜碱含量是NHE的2倍。外源甜菜碱能显着提高植株叶片的甜菜碱含量,所有东南景天处理叶片甜菜碱含量均显着增加。这些结果表明,甜菜碱是东南景天应对镉胁迫的一种应答机制,但是内源产生的甜菜碱不足,而外源甜菜碱能显着增强东南景天的镉耐性并增加东南景天对镉的积累。2.利用水培试验,对镉胁迫下东南景天甜菜碱醛脱氢酶(BADH)基因表达和酶活性在镉处理后的变化、外源甜菜碱对东南景天抗氧化酶和转运子基因表达、外源甜菜碱对东南景天氧化物含量和镉在茎中的分布进行了研究。试验结果表明:HE在镉胁迫下叶片BADH活性增强,BADH基因表达在高浓度镉处理时显着增强;在NHE中,叶片BADH活性只在镉处理后短时间内增强,BADH基因表达未受到镉处理的影响。HE叶片两种SOD基因在20μM镉处理及甜菜碱处理时表达量均无明显变化,而CAT基因表达受到镉和甜菜碱的显着上调;在NHE中,外源甜菜碱能增强两种SOD和CAT基因表达,同时又能降低镉处理后这些抗氧化酶基因的上调程度。甜菜碱处理能显着增加镉处理时东南景天叶片金属离子ATP酶2(HMA2)的表达量,而对金属耐性蛋白(MTP1)基因表达无显着影响。外源甜菜碱能显着降低两种生态型东南景天叶片中因镉胁迫产生的MDA、过氧化氢(H2O2)和超氧阴离子(O2-)。外源甜菜碱处理还使两种生态型东南景天茎中的镉分布发生变化,镉都有向中柱集中的趋势。这些研究结果表明,外源甜菜碱通过提高植物抗氧化能力和促使镉规律分布来增强植株镉耐性,通过提高镉转运子表达量来增加植株镉积累量。3.利用Genebank中其他物种的硫代谢酶氨基酸序列,在线设计合成了硫代谢几个关键酶基因的兼并引物,克隆了以上基因的片段,利用实时定量PCR技术研究了镉对东南景天5个硫代谢酶和硫腺苷甲硫氨酸合成酶(SAMS)、烟酰胺合成酶(NAS)基因表达的影响,结果表明:ATPS、PCS、NAS叁个基因对镉处理有较为明显的响应,而且在HE中均较NHE明显,在超积累东南景天中,PCS在镉处理浓度为400μM时表达量比其他处理都高,但在10、100μ时变化不明显。NAS在HE中,从镉处理24 h后根部表达量开始上升,到镉处理8天后地上部和根部表达量都显着上升,在100μM镉处理8天的根系中,NAS基因表达量是对照的19.5倍;在NHE中,叶片NAS基因在镉处理后表达量也显着上升,但是根部却显着降低。NAS基因表达在东南景天的地上部和根部差异巨大,根部表达量显着高于地上部;在HE中,100μM镉处理8天后,根部NAS基因表达量显着增加达到地上部的3171倍,NHE中最大差异是45.3倍。在10μM镉处理下,HE根部NAS表达量是NHE根部的141倍,但是两种生态型地上部NAS基因表达差异不大。这些研究结果表明,HE能在镉处理时激活硫代谢酶基因表达,植物螯合肽(PCs)并非低浓度镉处理时东南景天的主要解毒手段,NA在东南景天镉超积累中有重要作用。4.利用水培条件,测定了10μM镉处理8天时两种生态型东南景天体内硫含量,含硫的游离氨基酸含量和谷胱甘肽含量。结果表明:HE地上部和根部硫含量比对照分别增加了36.7%和32.6%;但是在NHE中没有显着差异。HE根部和地上部半胱氨酸(Cys)含量在镉处理后都出现增加,在根部比对照增加了46%,达到显着水平;而在NHE中,地上部Cys含量在镉处理后少量增加,而根部则显着降低,比对照降低了78%。超积累东南景天地上部Cys含量高于根部,而非超积累根部高于地上部。甲硫氨酸(Met)变化趋势与Cys相似,但超积累体内Met含量高于非超积累东南景天。HE根部Met含量在镉处理后最大增加了8.4倍。镉处理后,两种生态型东南景天谷胱甘肽含量都显着增加,在HE中,增加的主要形式为还原型谷胱甘肽(GSH),地上部和根部GSH含量比对照分别增加了32%和142%,而氧化型谷胱甘肽(GSSG)含量变化不大;而在NHE中,GSSG含量显着增加,地上部和根部GSSG含量比对照分别增加了38%和84%,而GSH含量变化不大。在两种生态型东南景天中,地上部和根部GSH含量都高于GSSG,而且总的谷胱甘肽含量在根部高于地上部。这些结果表明,HE在镉处理时会同化更多的硫并合成更多的含硫化合物以应对镉胁迫。
朱凰榕, 周良华, 阳峰, 梁诗琪, 赵秋香[2]2019年在《两种景天修复Cd/Zn污染土壤效果的比较》文中指出为对比研究重金属超富集植物东南景天与伴矿景天对酸性Cd/Zn污染土壤的提取修复效果,利用盆栽及田间试验同时种植两种景天。结果表明,(1)盆栽试验为期两年,种植东南景天的土壤Cd质量分数从3.51 mg·kg~(-1)降到0.46 mg·kg~(-1),土壤Zn质量分数从865 mg·kg~(-1)降为516 mg·kg~(-1);种植伴矿景天的土壤Cd质量分数从3.44 mg·kg~(-1)降到0.55 mg·kg~(-1),土壤Zn质量分数从852 mg·kg~(-1)降为577 mg·kg~(-1)。(2)田间试验为期一年,韶关种植东南景天的土壤Cd质量分数从1.38 mg·kg~(-1)降为1.07 mg·kg~(-1),土壤Zn质量分数从501 mg·kg~(-1)降为462 mg·kg~(-1);种植伴矿景天的土壤Cd质量分数从1.71 mg·kg~(-1)降为0.93 mg·kg~(-1),土壤Zn质量分数从585 mg·kg~(-1)降为505 mg·kg~(-1)。(3)在室内盆栽条件下,每年秋季种植的东南景天产量显着高于伴矿景天;东莞和韶关的伴矿景天在野外环境下均比东南景天具有更好的适应性及生长能力,生物产量远高于东南景天。(4)在盆栽试验条件下,东南景天重金属Cd、Zn修复能力与效果优于伴矿景天;而在野外田间试验条件下,伴矿景天对Cd、Zn的提取修复效果优于东南景天。综上,东南景天与伴矿景天对酸性Cd/Zn复合污染土壤均具有很好的提取修复效果。本研究对酸性Cd/Zn污染土壤的植物提取修复技术具有一定的参考意义。
王海新[3]2017年在《锌镉超积累植物东南景天对镍的耐性与积累机制》文中进行了进一步梳理随着工业化生产和现代化城市发展,我国农田土壤重金属污染问题日益严重,对我国农作物的安全生产与居民健康造成了巨大危险。据环保部与国土资源部调查显示,我国农田土壤的主要重金属污染物为镉、镍、铜、砷、汞、铅。由于重金属污染具有累积性、隐蔽性、长期性、巨大的危害性、和不可逆转性等特点,重金属污染防治现已经成为当今国际研究的难点和热点。植物修复作为一种新兴的绿色环保生物技术,较之传统修复方法来说具有成本低、效益高、环境友好等优点,在污染环境生态修复中具有广泛的应用前景。东南景天是我国本土发现的锌镉超积累植物,其生物量大、生长速度快,是重金属污染植物修复的一种良好潜在材料,已逐渐用于我国重金属污染土壤植物修复实践工作中。前期研究表明,东南景天不仅能超积累重金属锌和镉,其对铅、铜等亦具有较强的耐性和积累能力。然而,迄今为止对于东南景天是否能耐受和积累高量镍仍一无所知,探明锌镉超积累植物东南景天对镍的耐性与积累特征,有助于其在镉、镍等重金属复合污染土壤中的实践应用。基于此,本研究以锌镉超积累生态型东南景天及其非超积累生态型为材料,采用溶液培养法,综合运用显微镜荧光染色、透射电镜、同步辐射微区X射线荧光谱(μ-XRF)、ICP-MS等技术,较为系统地研究了锌镉超积累东南景天对镍的耐性与积累能力及其调控机制。取得的研究结果主要包括两个方面:(1)锌镉超积累生态型东南景天根系对高镍胁迫的耐受性:采用水培实验,通过显微镜荧光染色、透射电镜、μ-XRF、ICP-MS等技术比较分析了锌镉超积累生态型(HE)与非积累生态型(NHE)东南景天根系对镍胁迫的耐性差异。首先,通过测定不同浓度(0-200 μM)与时间(0-72 h)镍胁迫下两种生态型东南景天根系的质膜完整性、脂质过氧化、活性氧自由基、细胞超微结构等指标的变化差异,发现两种生态型东南景天根系在镍胁迫下均呈现出一定程度的质膜受损和膜质过氧化损伤以及根部活性氧自由基(过氧化氢和超氧负离子)的过量积累。然而,在高浓度镍(100μM)处理72h后,超积累生态型东南景天根系的质膜受损、膜脂质过氧化与活性氧自由基的积累量均显着低于非超积累生态型根系。根尖细胞的超微结构分析结果证实了这一点,高浓度镍处理72h后,非超积累东南景天根尖细胞超微结构产生明显的破坏,而超积累东南景天根尖细胞超微结构则无明显变化。可见,超积累生态型东南景天根系对高镍胁迫具有较强的耐性。通过ICP-MS分析两种生态型根系对镍的积累特性发现在同等镍处理浓度与处理时间下超积累生态型东南景天根系镍的积累量要显着低于非超积累生态型。由此推测,相较于非超积累生态型,超积累生态型东南景天根系对镍的吸收速率更低或其根系木质部对镍的装载能力更强。通过对木质部汁液的分析证实了超积累生态型东南景天根系木质部对镍的装载速率要显着高于非超积累生态型,尤其是在高镍胁迫下,从而促使其根系向地上部快速转运镍,降低根系镍的积累量。此外,同步辐射μ-XRF与荧光显微染色分析发现两种生态型根系镍与超氧负离子的分布特征均有明显的生态型差异,非超积累东南景天根系在100μMMNi处理24 h后,镍和超氧负离子均大量积聚在中柱周围,而超积累东南景天根系中则无此现象,这进一步证实了在高镍胁迫下超积累生态型东南景天通过高效的木质部装载系统向地上部快速转移镍,降低了过量的镍在根系积累所带来的氧化胁迫。综上可知,相较于非积累生态型,锌镉超积累生态型东南景天根系对高镍胁迫具有较强的耐受性,主要原因在于其根系木质部对镍具有更高效的装载系统,促使根系吸收、积累的过量镍及时向地上部转运,以降低镍在根细胞中的过度累积所引起的氧化胁迫,从而维持根系的正常生长与生理功能。(2)锌镉超积累生态型东南景天对镍的积累能力与区隔特性:采用水培实验,分析比较了两种生态型东南景天在不同镍浓度(0-200 μM)长期处理后的生长状况、镍含量与分布特征变化。结果显示,两种生态型东南景天在镍长时间处理后均出现不同程度的毒害症状,但非超积累生态型受胁迫程度更为严重,其在Ni≥25μM处理28天后生物量急剧下降,而锌镉超积累生态型东南景天则在Ni≤50μM处理浓度下均生长正常,这证实了后者对镍胁迫具有较强的耐受性。进一步研究发现两种生态型东南景天虽然对镍的总吸收量没有显着差异,但在高镍胁迫时锌镉超积累生态型对镍的向地上部转运率要显着高于非超积累生态型,其地上部镍的含量显着高于后者,茎中镍含量可高达753±44mgkg-1,但根部含量则相对较低。然而,无论是何种生态型东南景天,镍在根中含量最高,茎次之,叶最低。通过同步辐射μ-XRF技术分析发现在两种生态型东南景天茎叶中镍均主要分布于维管组织,表皮层次之。在处理28天后,随着镍处理浓度增加,超积累生态型东南景天茎维管束中镍含量迅速升高,且增幅较大,但茎其他部位镍含量增幅不大;非超积累生态型中亦出现类似现象,尽管维管束中镍增幅相对较低。两种生态型东南景天叶片只在高镍处理下才能在叶脉和表皮中检测到镍的信号。上述结果虽然再次证实了锌镉超积累生态型东南景天对镍胁迫具有较强的耐受性,但也说明了其地上部对镍的积累能力并不十分突出,其主要原因在于:尽管超积累生态型东南景天从根部向地上部转运镍的能力要显着高于非积累生态型,从而降低根系镍的累积来抵御长期镍胁迫的毒害作用,但镍在其地上部运输过程中大部分被区隔于木质部组织中,无法转移到茎叶其他组织细胞中,这很大程度上限制了其地上部对镍的积累能力。
陶琦[4]2017年在《质外体途径在超积累植物东南景天镉吸收与运输中的作用及其调控机制》文中研究指明利用重金属超积累植物对污染土壤进行"植物提取"修复,是一项具有广阔应用前景的治理重金属污染的新技术。遗憾的是,大部分超积累植物生物量较小,生长缓慢,修复效率低,限制了该技术的大面积推广应用。深入研究超积累植物重金属吸收及运输机制,对于植物提取修复技术的应用和改良具有重要意义。目前关于共质体途径在超积累植物镉吸收与运输中的作用机理已做了大量研究,但对质外体途径在超积累植物镉吸收及运输中的作用及调控机制还不清楚。本论文以超积累生态型(hyperaccumulating ecotype,HE)和非超积累生态型(non-hyperaccumulating ecotype,NHE)东南景天为材料,采用稳定同位素示踪技术、组织荧光染色、单克隆免疫荧光、扫描离子选择电极技术、高效液相色谱、电感耦合等离子体质谱等,研究两种生态型东南景天根系质外体途径对镉吸收积累的贡献,探讨了根系细胞壁多糖修饰、根系质外体屏障发育、根尖草酸分泌以及植物内源激素脱落酸对质外体途径的影响及调控。取得的主要研究结果如下:1、采用稳定同位素示踪、组织荧光染色等技术,研究了两种生态型东南景天根系质外体途径对镉吸收及运输的贡献。试验结果表明,外源添加代谢抑制后,两种生态型东南景天木质部汁液中镉浓度均显着降低,但HE木质部汁液镉浓度仍然是NHE的5倍,而HE中镉向地上部的净流速率远大于镉向根中的净流速率,表明部分镉能通过质外体途径进入木质部。进一步用镉示踪剂Leadmium和质外体示踪剂(Trisodium-8-hydroxy-1,3,6-pyrenetrisulphonic acid,PTS)处理植物,发现镉能和 PTS一样从质外体空间进入木质部最终到达地上部。通过密闭箱体根系静水压试验,发现HE木质部汁液中的镉含量随着处理液中静水压的增加而增加,而这一部分的镉增加量主要来源于外界静水压促进的质外体运输的镉。通过PTS和镉在蒸腾流中的比值分析,发现质外体途径对HE地上部镉含量的贡献率随着外界镉浓度的增加而增加,当外界镉浓度达到44.25 μM时,质外体途径的贡献率达到了 37%。上述结果表明,质外体途径参与了超积累植物东南景天对镉的吸收与运输,且外界镉浓度越高质外体途径贡献率越大。2、采用稳定同位素示踪技术、X射线吸收近边结构分析和单克隆免疫荧光法,研究了两种生态型东南景天根系细胞壁多糖组成、细胞壁各组分与镉的结合特点及果胶修饰对质外体镉的固定和再利用能力的影响。试验结果表明,东南景天根系细胞壁主要由果胶、半纤维素1和半纤维素2组成,且叁种组分在NHE中的含量均显着高于HE。NHE根系细胞壁结合的镉要显着高于HE,且果胶是东南景天根系细胞壁中镉的主要结合位点。25 μM镉处理后,NHE果胶甲基酯酶活性上升了 210%,且显着高于HE。单克隆免疫荧光分析也表明,NHE细胞壁中低甲基化果胶含量高.于HE,25 μM镉处理后,两种生态型东南景天根系细胞壁中低甲基化果胶含量均有所增加,而NHE的增幅更大。稳定同位素外流试验和细胞壁吸附-解吸动力学试验均表明两种生态型东南景天根系细胞壁吸附镉的能力相当,但NHE吸附的镉被牢牢固定,而HE吸附的镉更容易解吸释放到质外体自由空间,有利于其向木质部的装载。3、采用荧光染色技术、扫描离子选择电极技术等,研究两种生态型东南景天质外体屏障发育情况和质外体途径的进入位点。试验结果表明,10 μM镉处理后,HE根系导水率要显着高于NHE。两种生态型东南景天根尖分区差异明显,在镉处理下,HE根尖分生区和伸长区均长于NHE。与NHE相比,HE在镉处理后质外体屏障发育更加远离根尖,且控制质外体屏障发育的相关基因SaCYP86A1、SaKCS20、SaCASP的相对表达量也更低,其中两种生态型SaCASP的相对表达量在0-1 cm段根系差异明显,而在1-2 cm段没有显着差异,进一步说明凯氏带发育的起始位置介于0-1 cm根尖处。扫描离子选择电极技术测定结果表明,HE镉离子净流量由根尖向根基逐渐减少,且根尖净流量要远大于NHE。同时,HE根尖的PTS荧光强度要显着强于NHE。另外,HE中侧根数量显着高于NHE,而PTS可以从"无领型"侧根穿过皮层直达木质部。综上,质外体屏障是影响质外体途径的主要因子,而根尖和侧根发育部位由于质外体屏障没有发育或发育不完全而成为HE中质外体途径的主要进入位点。4、采用荧光染色技术和扫描离子选择电极技术,研究了两种生态型东南景天根系草酸分泌特性及其对质外体途径吸收运输镉的影响。试验结果表明,在25 μM镉诱导下,HE根系草酸的分泌量是NHE的2倍,且主要分泌部位位于根尖0-10mm。阴离子通道抑制(Phenylglyoxal,PG)能显着抑制草酸的分泌,降低HE的镉含量,而这种抑制作用在外源添加草酸之后得到恢复。非损伤扫描离子电极技术测定结果表明,HE根尖0-10mm中镉离子净流量最大,且镉离子净流量在外源添加PG后受到显着抑制。对HE,外源添加PG后,凯氏带的发育更加靠近根尖,而草酸分泌使凯氏带的发育更加远离根尖,促使更多的PTS能通过质外体途径进入木质部。以上结果表明,根尖分泌的草酸会通过影响凯氏带的发育从而影响质外体途径对镉的吸收与运输。5、采用荧光染色技术等研究了两种生态型东南景天内源脱落酸(abscisic acid,ABA)对质外体途径的调控。试验结果表明,对照条件下,两种生态型东南景天根系、木质部汁液以及地上部的ABA含量无显着差异,但随着外源镉浓度的升高,HE内源ABA基本不变,而NHE显着升高。外源ABA会抑制HE地上部镉含量,而外源添加ABA抑制剂Abamine时,NHE地上部镉积累量显着增加,但HE地上部镉含量没有显着变化。外源添加ABA后,两种生态型东南景天根系软木脂发育均不同程度的向根尖延伸,但HE延伸更明显。25 μM镉处理后,HE的气孔大小和密度、叶片气孔导度及蒸腾速率没有显着的变化,而NHE中相关参数显着降低。外源ABA会不同程度的抑制两种生态型东南景天的气孔相关参数和蒸腾速率,但HE的抑制程度更加显着;而外源添加Abamine会促进两种生态型东南景天的相关气孔参数和蒸腾速率,但以NHE在高浓度镉处理下的促进效果最为显着。以上结果表明,两种生态型东南景天由于内源ABA的差异导致质外体屏障发育和质外体驱动力蒸腾作用的差异,最终影响质外体途径对镉的吸收与运输。
刘勇军[5]2007年在《东南景天（Sedum alfredii Hance）种苗繁殖新技术及其对锌耐性和超积累能力的影响研究》文中研究指明东南景天(Sedum alfredii Hance)是在中国浙江省东南部古老的铅锌矿上发现的一种锌／镉超富集植物，具有超积累能力强、生长速率较快、生物量大、适应性较广等优点，已经逐步应用到重金属污染土壤的修复实践中。作为一种以无性繁殖为主的野生植物，东南景天的生物学特性和群体遗传稳定性等方面所知甚少，因而不利于东南景天的进一步遗传改良与超积累性状的深入研究。鉴于此，本论文从东南景天的组织培养技术入手，建立了叁种不同的种苗繁育技术，并比较了不同繁殖方式对锌耐性与超积累能力的影响，为进一步研究植物对重金属超积累性状的遗传机制、植物超积累相关基因的克隆以及东南景天在重金属污染土壤修复实践中的大规模应用奠定了基础。取得的主要结果如下：1．以东南景天幼叶为外植体，研究了2.4-D、6-BA、GA_3和NAA等激素在叶片愈伤组织诱导、分化及壮苗培养中的效应，初步建立了东南景天叶片诱导愈伤组织再生技术体系。即选取东南景天幼嫩叶片，置于MS+6-BA 0.1mg·L~(-1)+2.4-D 1.0～3.0 mg·L~(-1)培养基诱导愈伤组织，获得的愈伤组织在MS+6-BA0.1 mg·L~(-1)+2.4-D 1.0 mg·L~(-1)+Vc 2.0 mg·L~(-1)+1.0 g·L~(-1)活性炭条件下继代培养，挑选合适的愈伤组织置于MS+6-BA 2.0 mg·L~(-1)+2.4-D 1.0 mg·L~(-1)+AgNO_4 2.0 mg·L~(-1)的分化培养基再生植株，最后将幼苗依次移入1／3 MS+NAA 1.0 mg·L~(-1)和MS+6-BA 0.1 mg·L~(-1)+GA_3 2.0 mg·L~(-1)培养基中生根与壮苗。2．以东南景天种子为材料，研究了不同的前处理措施对种子发芽率的影响，并建立了东南景天有性繁殖技术。一般认为东南景天是无性繁殖植物，不产生种子或不能以种子进行繁殖。本研究发现，在矿山和杭州自然条件下，东南景天能顺利完成整个生育期，产生大量种子，并以种子进行繁殖。超积累东南景天是一种浅休眠植物，种子千粒重约为0.0534 g，采收后的种子在常温放置2周或冷藏2周或用50 mg·L~(-1) GA3浸泡处理后，其发芽率都有显着提高，达到17％～20％，发芽期间宜采用基质发芽床和间隙光照。由于幼苗发芽后存在40天左右的生长缓慢期，因此要加强苗期管理，及时补充营养。3．采用传统的扦插方式将矿山取回的茎尖繁殖于杭州沙试验基地，并考察了重金属锌、镉在不同发育时期超积累东南景天地上部各组织中的分布，结果表明：在营养生长阶段，茎部的Zn、Cd含量显着高于叶部，在生殖生长阶段则刚好相反。在生殖器官中，重金属在各部分的含量差异达到了显着水平，表现为子房＞花＞种子，其中种子Zn、Cd含量可达2074.30 mg·kg~(-1)和49.82 mg·kg~(-1)。4．以叶片愈伤再生苗、种子繁殖苗以及直接扦插繁殖苗为材料，研究了不同繁殖方式对东南景天锌耐性与超积累能力特性的影响。结果发现，在1～2000μmol·L~(-1)锌处理水平下，不同繁殖方式超积累东南景天根系与地上部均生长正常；在50～2000μmol·L~(-1)锌处理下，种子繁殖苗地上部、根系生物量显着大于组织再生工苗和扦插繁殖苗；随着锌处理水平的增加，超积累东南景天的根长、根表面积、根体积呈现先增后减的趋势，且种子繁殖苗＞组织再生苗＞扦插快繁苗，当锌处理浓度为250μmol·L~(-1)时，组织再生苗的各根系指标均达到最大值，而种子繁殖苗与扦插繁殖苗的峰值分别出现在Zn处理浓度为500μmol·L~(-1)和1000μmol·L~(-1)时；随着锌处理水平的增加，叶片中叶绿素a和叶绿素b的含量也表现出先增后减的趋势，当Zn处理浓度为500μmol·L~(-1)时，种子繁殖苗叶绿素a和叶绿素b含量达到最大值，分别为0.69mg·g~(-1)和0.30mg·g~(-1)；在不同浓度锌处理水平下，叁种繁殖方式对东南景天锌耐性与积累能力的影响不显着。各种繁殖方式获得的苗对锌均具有很强的耐性和积累能力，在溶液中锌浓度达500μmol·L~(-1)时生长最好，在锌浓度超过1000μmol·L~(-1)时才表现出明显的受害症状；地上部积累锌的含量可达5000 mg·kg~(-1)；且在高浓度锌处理下，种子繁殖苗地上部锌积累量要高于组织再生苗和扦插繁殖苗。这些结果表明，无论哪种方式获得的种苗，均对锌具有很强的耐性与超积累能力，可根据各地的实际情况选择合适的种质保存方式，以用于修复实践。
胡杨勇, 马嘉伟, 叶正钱, 柳丹, 赵科理[6]2014年在《东南景天Sedum alfredii修复重金属污染土壤的研究进展》文中研究指明植物修复是净化重金属污染土壤最有潜力的原位修复技术之一,因地制宜地选择植物修复材料是大田植物修复成功实施的关键。国内外已发现的众多重金属超积累植物具有不同的生理特性,其中东南景天Sedum alfredii可忍耐和富集镉(Cd)和锌(Zn)等多种重金属,并且具有生长迅速的特点,是研究植物修复技术的模式植物之一。综述了东南景天对重金属的耐性、吸收、转运及解毒机制,阐明东南景天研究过程中存在的问题,并对其研究前景和方向作了简要分析,为重金属污染土壤植物修复工作的深入开展提供参考。参56
舒钦红[7]2008年在《东南景天（Sedum alfredii Hance）根际土壤微生物的特征及其对不同土壤锌离子吸附的影响》文中认为微生物是根际微生态系统中的重要组成成分。土壤微生物是土壤中的活性胶体,它们比表面大,带电荷,代谢活动旺盛。对于重金属超积累植物而言,在其对特定重金属的超量吸收、积累过程中,微生物对于改善土壤微环境、提高重金属溶解性具有不可忽略的作用。东南景天(Sedum alfredii Hance)是在我国东南部地区一些古老的铅锌矿上发现的一种新的锌镉超积累植物,同时对铅具有富集作用。本研究以超积累植物东南景天为材料,采用野外采样和室内盆栽方法,较系统地研究了不同污染状况下超积累植物根际微生物的生理生态特征变化以及东南景天根际土壤细菌和真菌对土壤锌离子吸附的影响,从而探讨根际微生物在超积累生态型东南景天活化根际土壤重金属中的作用,为重金属污染土壤的植物修复、植物-微生物联合修复提供科学依据。取得的主要研究结果如下:1.通过盆栽试验研究不同污染土壤对两种生态型东南景天根际土壤微生物特征的影响。研究结果表明,不同污染土壤中,两种生态型东南景天根际细菌、放线菌和真菌的数量及微生物生物量碳都大于非根际。在轻污染土壤中,两种生态型东南景天的根际土壤微生物区系和主要生理类群没有显着差异,而在矿山土壤和重污染土中,超积累生态型东南景天根际土壤中的细菌和真菌数量,主要生理类群数量及微生物生物量碳显着高于非超积累生态型。东南景天根际微生物对重金属胁迫的敏感性为放线菌>细菌>真菌,硝化细菌>自生固氮菌>氨化细菌>磷细菌>纤维分解菌。2.在轻污染土壤中,两种生态型东南景天根际土壤基础呼吸速率和微生物代谢商差异不显着,而在矿山土壤和重污染土壤中,非超积累生态型东南景天的根际土壤基础呼吸速率和微生物代谢商显着高于超积累生态型。3.积累生态型东南景天根际细菌和非根际细菌以及根际真菌和非根际真菌对锌离子在矿山土、黄筋泥和黄松土壤中的吸附量均随着起始浓度的增加而增加,去除率也随之上升;两种微生物对Zn~(2+)的吸附等温线均符合Freundlich等温吸附方程。根际细菌对叁种土壤中Zn~(2+)抑制作用均大于非根际细菌,而非根际真菌对叁种土壤Zn~(2+)的促进作用大于根际真菌,就叁种土壤而言,添加细菌和真菌均对黄松土作用明显。
毕德[8]2007年在《典型铅锌矿区优势植物重金属吸收性研究》文中认为土壤重金属污染与治理一直是国际土壤环境科学技术研究的难点和热点。目前,作为一种廉价的、原位绿色治理技术——植物修复已成为国内外土壤修复研究的一个热点。其中利用积累、超积累植物提取修复技术在全球范围内得到应用和发展。超积累植物的筛选、鉴定和驯化是植物修复技术研究与发展的关键。本论文对浙江省典型铅锌矿区进行了野外植被与土壤污染调查,并通过溶液培养试验及土壤盆栽试验,研究了矿区优势植物之一-富阳种群东南景天(Sedum alfredii Hance)的锌镉耐性和吸收性,取得的主要研究进展如下:系统进行了典型铅锌矿废弃地优势植物调查及其重金属积累特性研究。矿区土壤重金属污染严重,土壤中重金属全量平均递增顺序为Cd < Cu < Pb < Zn,植物中重金属全量平均值的顺序为Cu < Cd < Pb < Zn;总结了矿区植物的常见种类,并分别从生态学、遗传学、植物分类学特性等方面,分析了矿区植物对重金属的耐性与吸收性以及矿区植物在矿山环境恢复过程中的功能与作用。发现并鉴定了景天科景天属一新种-伴矿景天(Sedum plumbizincicola X.H. Guo et S. B. Zhou),丰富了中国景天科景天属植物资源。在水培条件下,Zn 200μmol L-1处理时地上部Zn达868 mg kg-1,在Zn 800μmol L-1以下处理水平时无明显受害症状。该东南景天对Cd具有很高的耐性,且地上部积累量较高。Cd 50μmol L-1水培时地上部含量达814 mg kg-1,大大高于100 mg kg-1的超积累植物标准,但根中Cd浓度达到2642 mg kg-1,即其Cd转移系数小于1。在本土培盆栽条件下,该种东南景天Zn含量最高达358 mg kg-1,Cd含量最大为2.55 mg kg-1。富阳种群东南景天对Zn有较高的耐性和吸收性。
唐琳[9]2017年在《设施农业土壤镉-硝酸盐复合污染边生产边修复过程研究》文中认为近几十年来,全球人口迅速增长,对蔬菜和纤维的需求量巨大,设施农业土壤使用强度也随之增大,由于工业叁废的排放以及农药和化肥的过量使用,导致大量设施农业土壤受到镉和硝酸盐严重污染,严重威胁农产品安全和人类健康。针对我国乃至世界设施农业土壤的镉和硝酸盐复合污染,发展资源节约、环境友好的治理与修复技术是一个亟待解决的问题。镉和硝酸盐各自的特性决定了修复过程的差异,真正能够应用于镉-硝酸盐复合污染土壤修复的植物和微生物材料十分有限。本文以我国原生镉超积累植物东南景天、收集于世界各地的小白菜、空心菜种质资源的材料,采用水培试验、盆栽试验和大田试验,研究了不同基因型小白菜、空心菜对镉和硝酸盐吸收和积累的差异,CO2或/和修复菌剂强化提高超积累东南景天修复镉污染的过程,富集植物和水分管理的耦合作用,超积累植物-低积累蔬菜轮作联合强化措施"边修复边生产"技术模式及效应分析,取得的主要研究成果如下:(一)采用大田筛选试验研究了复合污染土壤中62个基因型小白菜的生物量、镉和硝酸盐的吸收和积累能力差异。结果表明,不同基因型小白菜对复合污染土壤中镉和硝酸盐的吸收和积累能力差异很大,镉含量最高和最低的基因型相差63倍,硝酸盐含量最高和最低的基因型相差10倍。7个小白菜基因型(四月慢,甜脆春水白,28天速生白菜,德高埃菲尔,蚕白,丰邦四月白和四季小黄金)被筛选为镉-硝酸盐共低积累基因型小白菜,可以在中轻度镉-硝酸盐复合污染土壤上安全生产。降低氮肥供应率,提高钾肥供应率,叶面喷施水溶性锌肥可以降低生长在镉-硝酸盐复合污染土壤上的小白菜体内的镉和硝酸盐含量。利用土壤改良剂增加土壤钙、镁和锰的有效性,也是降低小白菜体内镉和硝酸盐含量的有效方式。(二)采用大田筛选试验研究了 38个基因型空心菜对复合污染土壤中镉和硝酸盐的吸收和积累能力差异。结果表明,不同基因型空心菜对复合污染土壤中镉和硝酸盐的吸收和积累能力差异很大,镉含量最高和最低的基因型相差39倍,硝酸盐含量最高和最低的基因型相差6倍。4个空心菜基因型(江西大叶空心菜、港种青梗柳叶空心菜、香港大叶白梗空心菜和纯白小叶空心菜888)被筛选为镉-硝酸盐共低积累基因型空心菜。可以在中轻度镉-硝酸盐复合污染土壤上安全生产。增加磷肥供应比例可以降低生长在镉-硝酸盐复合污染土壤上的空心菜体内的镉、铅和锌等重金属的含量。(叁)采用水培和根箱试验,研究了 CO2或/和修复菌剂强化东南景天修复镉污染土壤的潜力。结果表明,CO2和修复菌剂联合强化处理显着增加了两种生态型东南景天的农艺性状、光合作用和根系分泌,促进东南景天对镉的活化、吸收和积累。不同的是,超积累东南景天将镉向地上部尤其是叶片中转移,从而刺激根系吸收更多的镉。非超积累东南景天将吸收的镉贮存在根部,转移到地上部的镉又尽可能多的被固定在了茎里,很少向叶片转移,从而将镉毒害降到最低。由此可见,两种生态型东南景天对镉胁迫的响应机制存在巨大差异。利用CO2和修复菌剂联合强化提高超积累东南景天对镉污染土壤的修复效率是可行的。(四)采用盆栽试验,研究了淹水对不同基因型空心菜镉-硝酸盐吸收和积累的影响。结果表明,淹水处理增加了各种基因型空心菜的各农艺性状,产生稀释效应,降低了空心菜体内镉和硝酸盐的含量和富集系数。淹水处理提高了土壤pH值,降低了土壤中镉的有效性,将高积累空心菜对复合污染土壤有效镉和硝酸盐的修复效率分别提高了 30.86%和27.81%,但是却降低了土壤中总镉的去除效率。高积累基因型空心菜对土壤有效镉和硝酸盐的去除率高,是一种良好的修复材料。低积累基因型空心菜具有更低的镉和硝酸盐转移系数和富集系数,体内镉和硝酸盐含量符合国家食品安全标准,可以在镉-硝酸盐复合污染土壤上安全生产。(五)采用大田试验,在镉-硝酸盐复合污染设施农业土壤上种植了内生菌强化超积累东南景天,配合以农业有机废弃物大棚发酵CO2施肥,并将发酵残渣作为有机肥施入土壤,轮作以镉-硝酸盐共低积累空心菜和小白菜,并配合以合理的水分管理措施。结果表明,在两年的修复试验中,联合强化处理超积累东南景天总镉积累量分别是常规栽培超积累东南景天的2.57和2.48倍。与常规蔬菜轮作处理相比,与超积累东南景天轮作的空心菜和小白菜具有更低的镉和硝酸盐含量,符合国家食品安全标准。经过两年的边生产边修复后,复合污染土壤中的总镉、有效镉和硝酸盐含量分别降低了 56.51%、62.70%和65.35%。证实了此轮作系统可以在不完全停止生产的同时,对中度镉-硝酸盐复合污染土壤开展植物修复,是一套行之有效的镉-硝酸盐复合污染土壤"边生产边修复"技术体系。
张奕斌[10]2014年在《东南景天根系分泌物组成和特性研究》文中认为当今土壤重金属污染日趋严重,植物修复技术以其成本低、环境友好以及不引起二次污染等优势,已引起国际社会的广泛关注。可以说植物修复技术有着广阔的应用前景,但由于目前对植物重金属超积累认识的不足限制了该技术的改进和应用。东南景天(Sedum alfredii Hance)作为一种我国原生的锌镉超积累植物和铅富集植物,被认为是植物修复的良好材料。根系分泌物是植物响应外界环境胁迫最直接的反应,超积累植物根系分泌物的研究对于提高植物修复效率有着重要的意义。本研究以两种生态型的东南景天为研究材料,采用溶液培养的方法,运用高效液相色谱、离子色谱、电感耦合等离子质谱等分析技术,建立了东南景天根系分泌物的分析检测方法,比较系统地研究了东南景天根系分泌特性,取得主要研究结果如下：1.建立了适合东南景天根系分泌物收集分离并测定其中主要有机酸和氨基酸的方法。以两种生态型东南景天为原材料,采用营养液培养,以0.5mM CaCl2溶液收集植物根系分泌物,运用阴、阳离子交换柱层析法以及固相萃取法对根系分泌物中有机酸和氨基酸组分进行有效分离和纯化,综合运用反相色谱法、反相离子对色谱法以及离子色谱法进行根系分泌物中有机酸和氨基酸组分的定性和定量分析。同时又将该方法拓展用于东南景天根、茎、叶中的有机酸和氨基酸的分析。两种生态型东南景天根系分泌物中有机酸和氨基酸组成基本一致,但含量存在显着差异。分泌物有机酸组成为大量的草酸、酒石酸、乳酸,以及少量的苹果酸、柠檬酸、延胡索酸；氨基酸组成为18种蛋白氨基酸以及γ-氨基丁酸、鸟氨酸等非蛋白氨基酸。两种生态型东南景天根、茎、叶中有机酸组成基本一致,主要有草酸、酒石酸、苹果酸、乳酸、柠檬酸、延胡索酸,以及少量乙酸、琥珀酸、丙酸,但含量存在显着差异。2.在Zn/Cd/Pb叁种不同重金属处理下,两种生态型东南景天根系分泌物pH值均显着降低(P<0.05)。普遍的根系分泌物酸性HE型较NHE型更大,而不同重金属之间,Pb胁迫下根系分泌物酸性最强,其次是Zn胁迫下,而Cd胁迫下分泌物酸性相对较弱,这与Zn/Cd/Pb叁种重金属在营养液中的形态以及各自的生物毒性都有很大关系。3.在Zn/Cd/Pb叁种不同重金属处理下两种生态型根系分泌物中有机酸和氨基酸的组成基本一致,但分泌量差异显着。重金属Zn胁迫下,两种生态型东南景天草酸、酒石酸、谷氨酸、γ-氨基丁酸分泌量均显着增加,其中酒石酸、谷氨酸、γ-氨基丁酸分泌量HE型显着高于NHE型(P<0.05),对Zn胁迫有很强的响应。重金属Pb胁迫下,两种生态型东南景天草酸、柠檬酸、谷氨酸、γ-氨基丁酸分泌量均显着增加,且HE型显着高于NHE型(P<0.05),对Pb胁迫有很强的响应。不同重金属胁迫下,两种生态型东南景天草酸的分泌量均显着增加,但两种生态型之间差异不大;两种生态型东南景天苹果酸、延胡索酸的分泌量较低,规律不明显。4.两种生态型东南景天根系在应对重金属胁迫时,响应速率和根系有机酸和氨基酸分泌速率差异显着(P<0.05),HE型较NHE型更快。重金属处理12h,HE型分泌量已经显着增加,而NHE型分泌量增加不多,甚至还出现一定程度降低的情况,NHE型分泌量的显着增加基本出现在处理36h。HE型的这种快速响应机制可能是其特有的,是HE型高重金属耐性以及超积累能力的一种表现。5.重金属Zn处理下外源添加草酸和γ-氨基丁酸都能增加两种生态型东南景天的生物量,减轻重金属Zn对植物的毒害。γ-氨基丁酸能显着增加东南景天地上部Zn积累量,而草酸却不能(P<0.05)。重金属Pb处理下外源添加草酸和γ-氨基丁酸对两种生态型东南景天的影响不同。草酸和γ-氨基丁酸不仅能增加HE型的生物量,而且还能显着增强其地下部Pb的富集能力,γ-氨基丁酸的作用强于草酸(P<0.05)。草酸和γ-氨基丁酸不仅不能增加NHE型的生物量,而且还降低其地下部Pb的富集能力(P<0.05)。
参考文献：
[1]. 东南景天镉解毒相关代谢过程及关键基因克隆[D]. 梁俊. 浙江大学. 2017
[2]. 两种景天修复Cd/Zn污染土壤效果的比较[J]. 朱凰榕, 周良华, 阳峰, 梁诗琪, 赵秋香. 生态环境学报. 2019
[3]. 锌镉超积累植物东南景天对镍的耐性与积累机制[D]. 王海新. 浙江大学. 2017
[4]. 质外体途径在超积累植物东南景天镉吸收与运输中的作用及其调控机制[D]. 陶琦. 浙江大学. 2017
[5]. 东南景天（Sedum alfredii Hance）种苗繁殖新技术及其对锌耐性和超积累能力的影响研究[D]. 刘勇军. 浙江大学. 2007
[6]. 东南景天Sedum alfredii修复重金属污染土壤的研究进展[J]. 胡杨勇, 马嘉伟, 叶正钱, 柳丹, 赵科理. 浙江农林大学学报. 2014
[7]. 东南景天（Sedum alfredii Hance）根际土壤微生物的特征及其对不同土壤锌离子吸附的影响[D]. 舒钦红. 新疆农业大学. 2008
[8]. 典型铅锌矿区优势植物重金属吸收性研究[D]. 毕德. 安徽师范大学. 2007
[9]. 设施农业土壤镉-硝酸盐复合污染边生产边修复过程研究[D]. 唐琳. 浙江大学. 2017
[10]. 东南景天根系分泌物组成和特性研究[D]. 张奕斌. 浙江大学. 2014
标签：环境科学与资源利用论文; 土壤重金属污染论文; 土壤改良论文; 生态修复论文; 土壤结构论文; 土壤密度论文; 镉污染论文; 甜菜碱论文; 硝酸盐论文;