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香薷植物耐高铜毒害的机制及修复植物材料资源化利用前景

作　者: 彭红云
导　师: 杨肖娥
学　校: 浙江大学
专　业: 植物营养学
关键词: 香薷植物 耐铜 重金属 电镜分析 能谱分析 红外分析 细胞壁 挥发油 植物修复
分类号: X173
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要


重金属污染是土壤污染的主要类型之一。近年来,铜污染土壤的植物修复研究在国内掀起热潮。采用海州香薷开展铜污染土壤的研究,已从实验室水培、盆栽试验的生长特性反应和耐及解铜毒的生理生化反应,进展到室外大田修复污染土壤的示范工程及修复技术推广应用阶段。紫花香薷被报道为另一我国原生铜耐性/富集植物,在重金属复合污染土壤上,也有修复前景。本文以海州香薷和紫花香薷为材料,采用水培和大田实验,运用透射电镜（TEM）和能谱（EDX）技术、傅立叶红外（FTIR）技术、气质联用（GC/MS）技术、ICP分析技术等,研究了海州香薷和紫花香薷对铜胁迫的响应、高铜产生的细胞毒性及细胞壁组分变化、细胞壁及其组分参与解铜毒作用、多金属污染土壤的改良-植物修复效应、及海州香薷和紫花香薷地上部挥发油成分分析,阐明海州香薷和紫花香薷耐高铜毒害的机制及其修复材料资源化利用前景。主要研究结果总结如下: 1.水培试验表明,诸暨海州香薷耐铜能力远高于三门紫花香薷PFE1及WFE,九溪紫花香薷耐铜性最差。50μmol L-1Cu处理时,诸暨海州香薷对铜的耐性指数为TI>100%,而PFE1、WFE和PFE2分别为65%、62%、58%;100μmol L-1Cu处理时,诸暨海州香薷、PFE1、WFE和PFE2对铜的耐性指数（TI）分别下降为95%、62%、59%和42%。铜处理对紫花香薷的毒害甚于海州香薷,100μmol L-1Cu处理时,诸暨海州香薷体内大量和微量元素变化不显著,而50μmol L-1Cu处理时,PFE1、WFE和PFE2中K明显降低。就生物量而言,<100μmol L-1Cu处理时,同样铜处理水平下,九溪紫花香薷的生物量明显高于诸暨海州香薷和三门紫花香薷,对铜的富集能力为:PFE2>WFE>PFE1>诸暨海州香薷。根和地上部生物富集因子均为:PFE2>WFE>PFE1>诸暨海州香薷。 2.TEM超微结构表明,矿山生态型海州香薷的根、茎及叶细胞在50μmol L-1Cu处理时,没有显著的毒害;100μmol L-1Cu处理时,海州香薷的根细胞器有明显受损,但茎及叶细胞器正常。而矿山生态型紫花香薷的根、茎及叶在50μmol L-1Cu处理时,已发生明显的毒害。紫花香薷根部受到的毒害最严重,其次是茎、叶。250μmol L-1Cu处理时,海州香薷的根及茎细胞壁显著增厚,而50μmol L-1Cu处理时,紫花香薷的根及茎细胞壁明显增厚。250μmol L-1Cu处理的海州香薷,以及50μmol L-1Cu处理的紫花香薷的根及茎细胞壁增厚的现象,对植物抵抗重金属污染起着重要作用。 3.EDS能谱分析表明,100μmol L-1Cu处理时,海州香薷的根、茎及叶细胞壁表面及细胞壁内,有大量的高密度电子体沉积,且其中Cu含量和Cu/C及Cu/O比值较高,尤其时海州香薷根细胞壁内的Cu/C及Cu/O比值最高。海州香薷的细胞壁,尤其是根细胞壁在富集和解高铜毒害中起着重要作用。50μmol L-1Cu处理时,紫花香薷的根、茎及叶细胞壁上的Cu/C及Cu/O比值,要低于胞内高密度电子体中,对

全文目录


第一章 环境中金属有机配体及其研究方法  14-25
  1.1 引言  14
  1.2 环境中有机配体与金属反应  14-16
    1.2.1 金属—有机络合物中的含氧功能团  15-16
    1.2.2 金属—有机络合物中的含氮、硫、磷功能团  16
  1.3 环境中金属有机络合物  16-18
    1.3.1 环境中金属—腐殖质络合物  16-17
    1.3.2 环境中金属—生物配体络合物  17-18
  1.4 光谱和质谱方法研究金属有机络合物  18-22
    1.4.1 紫外—可见光谱(UV-Vis)  18-19
    1.4.2 红外光谱(FTIR)  19-20
    1.4.3 电子自旋共振光谱(ESR)  20-21
    1.4.4 X-射线吸收光谱(EXAFS和AXENS)  21
    1.4.5 核磁共振光谱(NMR)  21
    1.4.6 X-射线荧光光谱(SRXRF)  21-22
    1.4.7 电感耦合等离子质谱，电轰质谱(ICP-MS／ESI-MS)  22
  1.5 金属组学及其研究方法  22-24
  1.6 小结  24-25
第二章 铜污染土壤植物修复研究进展  25-37
  2.1 引言  25
  2.2 土壤中铜污染研究  25-28
    2.2.1 土壤铜污染来源  25-26
    2.2.2 土壤铜污染物理化学因子  26-28
  2.3 铜污染土壤植物修复的研究  28-34
    2.3.1 我国原生植物修复材料研究  28-30
      2.3.1.1 海州香薷  28-29
      2.3.1.2 鸭跖草  29
      2.3.1.3 酸模  29-30
      2.3.1.4 紫花香薷  30
    2.3.2 海州香薷植物修复机理和修复技术应用研究  30-34
      2.3.2.1 我国原生铜耐性，富集植物——海州香薷植物的鉴定及其生长特性  30-31
      2.3.2.2 海州香薷植物对铜耐性和体内解毒的生理生化基础  31-32
      2.3.2.3 海州香薷植物对污染土壤修复及其田间示范试验和应用推广  32-34
  2.4 香薷属植物材料的植物化学特征  34-35
  2.5 植物修复材料的产后处置技术  35
  2.6 研究课题的提出  35-37
第三章 海州香薷和紫花香薷对铜胁迫的响应研究  37-58
  3.1 引言  37
  3.2 材料与方法  37-40
    3.2.1 土培试验  37-38
    3.2.2 水培试验  38-39
    3.2.3分析测试  39-40
  3.3 结果与分析  40-51
    3.3.1 土培试验研究海州香薷和紫花香薷对重金属胁迫的响应  40-49
      3.3.1.1 土壤重金属的组态分析  40-43
      3.3.1.2 重金属胁迫下海州香薷和紫花香薷的生长特性  43-45
      3.3.1.3 重金属胁迫下海州香薷和紫花香薷体内重金属含量和积累量  45-47
      3.3.1.4 重金属胁迫下海州香薷和紫花香薷体内其它必需元素含量  47-49
    3.3.2 水培试验研究海州香薷和紫花香薷对重金属胁迫的响应  49-51
      3.3.2.1 不同铜水平海州香薷和紫花香薷的耐性和生长特性  49-50
      3.3.2.2 铜处理对海州香薷和紫花香薷体内铜含量和积累量的影响  50-51
      3.3.2.3 不同铜水平海州香薷和紫花香薷体内其它必需元素含量  51
  3.4 小结  51-58
第四章 海州香薷和紫花香薷耐铜毒的超微结构分析  58-92
  4.1 引言  58
  4.2 材料与方法  58-59
    4.2.1 供试材料  58
    4.2.2 透射电镜分析  58-59
    4.2.3 EDS能谱分析  59
    4.2.4 细胞壁厚度分析  59
  4.3 结果与分析  59-73
    4.3.1 不同铜水平下海州香薷的亚细胞结构分析  59-68
    4.3.2 不同铜水平下紫花香薷的亚细胞结构分析  68-73
  4.4 高铜处理时海州香薷和紫花香薷细胞内铜分布的EDS分析  73-88
  4.5 不同铜处理时海州香薷和紫花香薷细胞壁的厚度分析  88-89
  4.6 讨论和小结  89-92
第五章 不同铜水平海州香薷和紫花香薷细胞壁及组分特征的FTIR分析  92-109
  5.1 引言  92
  5.2 材料与方法  92-93
    5.2.1 植物材料  92-93
    5.2.2 香薷植物根、茎、叶细胞壁提取分离  93
    5.2.3 香薷植物细胞壁及组分的FTIR表征  93
  5.3 结果与分析  93-102
    5.3.1 海州香薷和紫花香薷各器官及其细胞壁中铜含量  93-94
    5.3.2 对照处理时香薷植物根、茎及叶细胞壁的FTIR表征  94-101
    5.3.3 铜处理后香薷植物根、茎及叶细胞壁的FTIR表征  101-102
  5.4 讨论  102-109
第六章 海州香薷和紫花香薷细胞壁对铜的吸附解吸特性  109-117
  6.1 引言  109
  6.2 材料与方法  109-110
    6.2.1 供试材料  109
    6.2.2 香薷植物根、茎、叶细胞壁提取  109-110
    6.2.3 香薷植物根、茎、叶细胞壁对铜吸附解吸试验  110
      6.2.3.1 细胞壁对铜吸附-解吸动力学  110
      6.2.3.2 改变果胶质对铜吸附-解吸动力学影响  110
  6.3 结果与分析  110-115
    6.3.1 不同香薷对铜吸附-解吸动力学  110-114
    6.3.2 改变果胶质含量对铜吸附-解吸动力学影响  114-115
  6.4 小结  115-117
第七章 海州香薷对多金属复合污染土壤的植物修复效应研究  117-139
  7.1 引言  117-118
  7.2 材料与方法  118-119
    7.2.1 大田试验  118-119
    7.2.2 土壤pH和DOM测定  119
    7.2.3 土壤重金属形态分级  119
    7.2.4 土壤重金属有效态含量测定  119
    7.2.5 植物体内重金属含量测定  119
    7.2.6 统计分析  119
  7.3 结果与分析  119-134
    7.3.1 土壤改良—植物根际效应对土壤pH和DOM含量影响  119-121
    7.3.2 土壤改良—植物根际效应对土壤中Cu分布及其植物有效性影响  121-126
    7.3.3 土壤改良—根际效应对土壤中Pb、Zn、Cd分布及其植物有效性影响  126-130
    7.3.4 土壤改良对海州香薷生物产量的影响  130-132
    7.3.5 土壤改良对重金属在海州香薷体内分配和富集的影响  132-134
  7.4 讨论和小结  134-139
第八章 不同重金属水平下海州香薷和紫花香薷地上部挥发油成分分析  139-153
  8.1 引言  139-140
  8.2 材料与方法  140-141
    8.2.1 水培试验和挥发油提取  140
    8.2.2 大田试验和挥发油提取  140
    8.2.3 GC／MS分析挥发油成分  140-141
  8.3 结果与分析  141-149
    8.3.1 不同铜水平下海州香薷和紫花香薷地上部挥发油的总离子流图  141-142
    8.3.2 不同重金属水平下海州香薷地上部挥发油的总离子流图  142-143
    8.3.3 不同铜水平对海州香薷地上部挥发油成分的影响  143-145
    8.3.4 不同铜水平对紫花香薷地上部挥发油成分的影响  145-148
    8.3.5 不同重金属水平对海州香薷地上部挥发油成分的影响  148-149
  8.4 讨论和小结  149-153
第九章 盛花期海州香薷和紫花香薷修复材料地上部挥发油成分分析  153-164
  9.1 引言  153-154
  9.2 材料与方法  154
    9.2.1 供试材料和挥发油提取  154
    9.2.2 GC／MS分析挥发油成分  154
  9.3 结果与分析  154-163
    9.3.1 香薷植物挥发油成分的提取率测定  154-155
    9.3.2 矿区及大田条件对海州香薷体内主要挥发油成分影响  155-159
    9.3.3 矿区及非矿区条件对紫花香薷体内主要挥发油成分影响  159-163
  9.4 小结  163-164
第十章 主要成果和创新点及展望  164-167
英文摘要  167-171
参考文献  171-180
攻博期间负责及参与的主要科研项目  180-181
攻博期间论文发表、专利申请及国际会议参与情况  181

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 环境科学基础理论 > 环境生物学 > 环境植物学
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