土荆芥锰富集特性及耐性机制研究

论文摘要

植物修复技术因其成本低廉、环境友好、可回收有价金属等优点成为国际环境科学的研究热点,超富集植物是植物修复的基础。因此,筛选生长快、适应性强、生物量大的超富集植物,探讨植物的富集特性和耐性机制,是开展污染环境植物修复的重要科学问题。通过温室培养,研究了土荆芥的锰吸收特性、锰对植物生长的影响、土荆芥体内化学组分的变化、土荆芥组织器官显微结构和超微结构、锰在植物体内的区隔化分布等,以期为重金属污染环境修复提供科学依据。通过研究取得以下主要结果：土荆芥是一种具有超富集潜力的锰耐性植物。温室培养下,当锰供应水平为5000μmol·L-1时,土荆芥叶锰含量达20990mg·kg-1,未见明显锰毒症状,符合国际上公认的超富集植物认定标准。随着锰供应水平的增加,土荆芥组织器官内Ca、Mg等矿质元素含量呈下降趋势,Fe、Zn等元素含量也有较大变化,但都维持在植物生长发育的正常水平范围内。在低锰供应水平条件下,糖类和氨基酸等有机物含量升高,其耐锰性增强,但随着锰供应水平的升高,其合成和运输受限,含量逐渐下降。根在2926cm1处表现为土荆芥分泌有机酸不断螯合锰,造成羧酸O—H减少,随着锰供应水平升高,其羧酸螯合力变弱；叶在1642cm-1处的显著吸收峰可能与土荆芥中氨基酸、多肽和蛋白质类物质含量升高有关；土荆芥根、茎、叶在1060cm-1处在最高锰供应水平下吸光度特征峰的变化,主要表现是膜脂过氧化程度加深。当锰供应水平为200μmol·L-1和1000μmol·L-1时,土荆芥根、茎和叶组织结构完整,细胞排列紧密,细胞器清晰可见,未见明显损伤。当锰供应水平为10000μmol·L-1时,土荆芥根尖中疏导组织数量明显减少,茎部分皮层薄壁细胞排列不规整,茎细胞的线粒体嵴数量减少且变得稀疏,叶绿体受损,膜结构出现破损,基粒片层结构减少,嗜锇颗粒数量明显减少。高锰供应水平下,锰在土荆芥叶细胞内可能以类似针状结晶物的形式存在。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概述
• 1.1 引言
• 1.2 土壤重金属污染
• 1.2.1 土壤重金属污染来源
• 1.2.2 土壤重金属污染现状
• 1.2.3 土壤重金属污染危害
• 1.2.4 土壤重金属污染的治理
• 1.3 矿业废弃地
• 1.3.1 矿业废弃地的类型
• 1.3.2 矿业废弃地的环境危害
• 1.3.3 矿业废弃地的环境治理
• 1.3.4 锰矿废弃地
• 1.4 锰矿废弃地生物修复技术
• 1.4.1 微生物修复
• 1.4.2 动物修复
• 1.4.3 植物修复
• 1.5 锰超富集植物及耐性机制
• 1.5.1 锰超富集植物
• 1.5.2 锰耐性机制
• 1.6 本课题的研究目的、意义及主要内容
• 1.6.1 研究目的和意义
• 1.6.2 研究内容
• 1.6.3 技术路线
• 第二章 土荆芥的锰吸收和富集特性
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 供试植物
• 2.2.2 锰矿废弃地概况
• 2.2.3 温室培养
• 2.2.4 植物样品处理
• 2.2.5 元素含量测定
• 2.2.6 数据处理
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 锰对土荆芥生长发育的影响
• 2.3.2 土荆芥对锰的富集
• 2.3.3 锰在土荆芥体内的吸收迁移
• 2.3.4 土荆芥对矿质元素的吸收
• 2.4 结论
• 第三章 土荆芥对锰胁迫生理响应的FTIR分析
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 供试植物
• 3.2.2 温室培养
• 3.2.3 傅里叶红外变换光谱分析
• 3.2.4 数据分析
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 土荆芥根的FTIR分析
• 3.3.2 土荆芥茎的FTIR分析
• 3.3.3 土荆芥叶的FTIR分析
• 3.4 结论
• 第四章 锰对土荆芥超微结构的影响
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 供试植物
• 4.2.2 温室培养
• 4.2.3 石蜡切片样品制备与观察
• 4.2.4 透射电子显微镜样品制备与观察
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 锰对土荆芥组织结构的影响
• 4.3.2 锰对根细胞超微结构的影响
• 4.3.3 锰对茎细胞超微结构的影响
• 4.3.4 锰对叶细胞超微结构的影响
• 4.3.5 锰在土荆芥叶内的亚细胞分布
• 4.4 结论
• 第五章 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 本文的创新点
• 5.3 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间获得的成果和奖励