AM真菌调节紫花苜蓿对重金属元素Cd的吸收和分配策略

论文摘要

重金属污染是指由于人类活动的影响,致使土壤中重金属含量明显高于其原有含量,过多的重金属元素在土壤中造成生态环境恶化的现象。近年来基于植物生长特性提出的“植物修复”技术已经成为生态学和环境学研究的热点问题,但目前相关领域的研究大多集中在超富集植物的筛选等方面。虽然超富集植物富集重金属的能力较强,但其生物量低下,对适生生境的要求较高。基于此,本研究选择高生物量的紫花苜蓿（Medicago sativa L.）为材料,研究AM真菌对紫花苜蓿吸收和分配重金属元素Cd效应的调控机制,探究紫花苜蓿作为生物修复材料用于Cd污染土壤治理的可行性。本研究工作分为三个部分：1)研究接种土著混合AM真菌和单一AM真菌对紫花苜蓿吸收和分配Cd元素的差异。2)探究在不同磷水平条件下,接种单一AM真菌对紫花苜蓿吸收和分配Cd元素的影响。3)利用组织化学法检测Cd元素在紫花苜蓿组织和细胞中的沉积位点。主要结果如下：1)土著混合AM真菌对紫花苜蓿的侵染率高于单一AM真菌地表球囊霉（Glomus versiforme）,并且土著混合AM真菌对紫花苜蓿耐受Cd胁迫的促进效应强于G. versiforme。接种AM真菌可有效促进紫花苜蓿的生长和磷营养状况的改善（P<0.05）,并且土著混合AM真菌的效应优于G. versiforme（P<0.05）。接种AM真菌可增加紫花苜蓿对Cd的富集量,接种G. versiforme有利于Cd在植物根系中的固定,减少其向地上部分的转移。2)不同磷处理条件下,AM真菌对紫花苜蓿的侵染状况不同,外源添加20mg·kg-1磷水平下,AM真菌对陇中苜蓿的侵染率最大,而AM真菌对天水苜蓿的侵染率则在外源添加mg·kg-1磷水平时最大；不同的施Cd浓度对AM真菌的侵染率没有显著影响.（P>0.05）。两种紫花苜蓿的生物量和总磷含量均随着磷水平的增加而增大,而施Cd浓度对紫花苜蓿的生长没有显著影响（P>0.05）。天水苜蓿对于AM真菌的依赖性强于陇中苜蓿,接种AM真菌可显著促进天水苜蓿的生长和磷含量的积累（P<0.05）,但对于陇中苜蓿则起负作用,接种处理的生物量和总磷含量均低于对照不接种处理。接种AM真菌可显著提高天水苜蓿对Cd的吸收和固定（P<0.05）,增加Cd在其根系中的分配比例,但对于陇中苜蓿接种AM真菌不利于其生物量的增加以及对Cd的吸收和固定。两种紫花苜蓿对Cd的积累量随着施磷水平的增加而增加。陇中苜蓿和天水苜蓿可作为高生物量植物用于Cd污染土壤的修复。3)重金属Cd在紫花苜蓿茎中的沉积位点主要为韧皮部、厚角组织、表皮、髓等非木质化区域；在其根系中主要沉积在导管和淀粉粒周围,或被淀粉粒包裹,未发现Cd在导管细胞壁内的沉积。植物组织的木质化抑制Cd在木质部区域的沉积。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1 重金属胁迫下AM真菌的生理生态学效应
• 1.1 重金属胁迫条件下AM真菌的多样性
• 1.2 重金属对AM真菌孢子数和侵染率的影响
• 2 AM真菌提高植物耐重金属胁迫的机制
• 2.1 菌丝体对重金属的吸附作用
• 2.2 菌根分泌物对重金属的螯合作用
• 2.3 促进宿主植物对矿质营养的吸收
• 2.4 调节重金属在宿主植物地上部分和地下部分的分布
• 2.5 改变植物抗氧化酶活性和内源激素水平
• 2.6 调节参与吸收和转运重金属离子的基因的表达
• 3 本研究课题的提出
• 第二章 接种AM真菌对紫花苜蓿Cd吸收和分配的影响
• 1 引言
• 2 材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验设计
• 2.3 试验收获及样品制备与分析
• 2.3.1 样品株高及生物量的测定
• 2.3.2 菌根侵染率的测定
• 2.3.3 样品Cd浓度的测定
• 2.3.4 样品磷浓度的测定
• 2.3.5 数据分析
• 2.3.6 计算方法
• 3 结果
• 3.1 紫花苜蓿的AM真菌侵染率
• 3.2 不同处理对紫花苜蓿生长特征的影
• 3.2.1 不同处理对紫花苜蓿株高的影响
• 3.2.2 不同处理对紫花苜蓿生物量的影响
• 3.2.3 紫花苜蓿的菌根依赖性
• 3.2.4 AM真菌对紫花苜蓿磷营养的影响
• 3.3 不同处理对紫花苜蓿磷营养状况的影响
• 3.3.1 不同处理对紫花苜蓿磷浓度的影响
• 3.3.2 不同处理对紫花苜蓿磷含量的影响
• 3.4 不同处理对紫花苜蓿Cd吸收和分配的影响
• 3.4.1 不同处理对紫花苜蓿Cd浓度的影响
• 3.4.2 不同处理对紫花苜蓿Cd含量的影响
• 3.4.3 不同处理对紫花苜蓿Cd分配的影响
• 4 讨论
• 4.1 不同处理对AM真菌侵染率的影响
• 4.2 不同处理对紫花苜蓿生物量的影响
• 4.3 不同处理对紫花苜蓿菌根依赖性的影响
• 4.4 不同处理对紫花苜蓿磷营养状况的影响
• 4.5 不同处理对紫花苜蓿吸收和分配Cd的影响
• 第三章 不同磷水平条件下接种AM真菌对紫花苜蓿Cd吸收和分配的影响
• 1 引言
• 2 材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验设计
• 2.3 试验收获及样品制备与分析
• 2.3.1 样品株高及生物量的测定
• 2.3.2 菌根侵染率的测定
• 2.3.3 紫花苜蓿各部分的镉浓度测定方法
• 2.3.4 样品磷含量的测定
• 2.3.5 数据分析
• 2.3.6 计算方法
• 3 结果
• 3.1 紫花苜蓿的AM真菌侵染率
• 3.2 不同处理对紫花苜蓿生长特征的影
• 3.2.1 不同处理对紫花苜蓿株高的影响
• 3.2.2 不同处理对紫花苜蓿生物量的影响
• 3.2.3 紫花苜蓿的菌根依赖性
• 3.2.4 AM真菌对紫花苜蓿磷营养的影响
• 3.3 不同处理对紫花苜蓿磷营养状况的影响
• 3.3.1 不同处理对紫花苜蓿磷浓度的影响
• 3.3.2 不同处理对紫花苜蓿磷含量的影响
• 3.4 不同处理对紫花苜蓿Cd吸收和分配的影响
• 3.4.1 不同处理对紫花苜蓿Cd浓度的影响
• 3.4.2 不同处理对紫花苜蓿Cd含量的影响
• 3.4.3 不同处理对紫花苜蓿Cd分配的影响
• 4 讨论
• 4.1 不同处理对AM真菌侵染率的影响
• 4.2 不同处理对紫花苜蓿生物量的影响
• 4.3 不同处理对紫花苜蓿菌根依赖性的影响
• 4.4 不同处理对紫花苜蓿磷营养状况的影响
• 4.5 不同处理对紫花苜蓿吸收和分配Cd的影响
• 第四章 重金属Cd在紫花苜蓿体内沉积位点的显微观察
• 1 引言
• 2 材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验设计
• 2.3 试验方法
• 3 试验结果与分析
• 3.1 Cd在紫花苜蓿茎中的沉积位点
• 3.2 Cd在紫花苜蓿茎中的沉积位点
• 4 讨论
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 硕士期间发表的学术论文与项目资助
• 致谢