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～（134）Cs与Cu污染土壤植物修复的研究

作　者: 郑洁敏
导　师: 陈子元；唐世荣
学　校: 浙江大学
专　业: 生物物理学
关键词: 134Cs Cu 土壤 苋科植物 蕨类植物 忍耐性 超积累 CO2影响 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


土壤中重金属和放射性核素污染日趋严重,植物修复技术以其成本低、环境友好等特点成为污染土壤治理行之有效的方法之一,引起了国内外学者的高度重视。超积累植物是植物修复技术的关键,筛选和发现超积累植物是植物修复技术的难点所在。提高超积累植物对无机物的吸收能力、增加其地上部生物量、加速其生长速率,进而提高植物修复的效率是又一个值得研究的问题。针对上述问题,本论文研究了苋科植物、蕨类植物、印度芥菜和向日葵对Cu和/或134Cs的忍耐、吸收、运输和积累的特点;同时,研究了土壤中施加添加剂和提高CO2气体浓度对植物吸收134Cs和/或Cu的影响,旨在探索134Cs和/或Cu污染土壤高效植物修复的技术。主要研究结果归纳如下: 1.选用富钾植物集中的苋科植物——籽粒苋、苋菜、青葙、千日红、千日白和寿昌苋,水培42天后,进行3种不同134Cs活度处理(2.775×105 Bq盆-1、5.55×105 Bq盆-1、1.11×106 Bq盆-1),1周后收获并分析植物各部位的134Cs比活度。结果表明,6种苋科植物均表现出对134Cs具有较强的吸收和积累能力,而且134Cs主要积累在植物的地上部。同种植物地上部的134Cs比活度与溶液中134Cs活度有关,134Cs活度越高,植物中134Cs比活度越大。籽粒苋地上部的烘干重显著高于其他5种苋科植物,因此尽管其地上部134Cs比活度相对较低,但是其地上部从134Cs水溶液中去除的134Cs总量在6种植物中最大,表现出很高的134Cs去除率。苋菜和青葙地上部具有较高的134Cs积累量、转移能力和较大的生物量,也表现出在134Cs污染土壤植物修复技术中潜在的利用价值。 2.在水培实验的基础上,将对134Cs去除能力较强的籽粒苋和苋菜播种在不同134Cs污染(5.55×105 Bq盆<sup>-1、1.11×106 Bq盆-1和1.665×106 Bq盆-1)的土壤中,发芽并生长共49天后测定植物地上部134Cs的比活度。结果表明,籽粒苋和苋菜地上部134Cs比活度随着土壤中134Cs比活度的增加而增加,两种植物对134Cs均表现出较高的富集能力,是134Cs污染土壤植物修复较好的材料。实验同时研究了26种化学添加剂对土壤中134Cs的解吸能力。在供试的26种添加剂中,（NH4）2SO4溶液对土壤中134Cs具有最强的解吸能力。土壤中施加0.4 molL-1的（NH4）2SO4溶液减少了苋菜地上部对134Cs的总去除量,但对籽粒苋地上部134Cs总去除量无显著性影响。说明在土壤中施加（NH4）2SO4对不同的植物去除污染土

全文目录


摘要  5-8
目录  8-12
第一部分 文献综述  12-46
  第一章 无机物污染土壤修复技术的研究现状  12-27
    1.1 土壤中重金属和放射性核素污染的现状  12-13
    1.2 影响植物从土壤中吸收重金属和放射性核素的因素  13-15
      1.2.1 土壤理化性质的影响  13-14
      1.2.2 植物的根系分泌物的影响  14
      1.2.3 微生物的影响  14
      1.2.4 竞争离子的影响  14-15
    1.3 现有的污染土壤治理方法  15-20
      1.3.1 物理化学措施  15-17
        1.3.1.1 工程方法  15
        1.3.1.2 化学固定法  15-16
        1.3.1.3 土壤淋洗法  16-17
        1.3.1.4 电动力学修复技术  17
        1.3.1.5 玻璃化技术  17
      1.3.2 生物措施  17-19
        1.3.2.1 动物修复技术  17-18
        1.3.2.2 微生物修复技术  18
        1.3.2.3 植物修复技术  18-19
      1.3.3 农业措施  19-20
    1.4 蕨类植物在修复环境中无机污染物的潜在能力  20-27
      1.4.1 超积累植物在科属内的分布特点及其意义  20-21
      1.4.2 蕨类植物与环境的关系  21
      1.4.3 蕨类植物对无机污染物的吸收  21-26
        1.4.3.1 蕨类植物对于重金属元素(Cd、Cu、Zn、Ni、Pb、Cr等)的吸收  22-23
        1.4.3.2 蕨类植物对于稀土元素(REEs)的吸收  23-24
        1.4.3.3 蕨类植物对于放射性核素(~(137、134)Cs、~(85、90)Sr)的吸收  24-25
        1.4.3.4 蕨类植物对于其它元素(As、N、P等)的吸收  25-26
      1.4.4 蕨类植物的生物习性和繁衍方式  26-27
  第二章 植物忍耐和超积累无机污染物的生理和分子机理的研究  27-38
    2.1 超积累植物或忍耐植物对重金属吸收、转运和贮存过程及其分子机理  27-30
      2.1.1 根际分泌物的作用  27-28
      2.1.2 根部的吸收及贮存  28-29
      2.1.3 木质部的运输作用  29
      2.1.4 重金属在叶部的贮存  29-30
    2.2 超积累植物和忍耐植物的解毒机理  30-35
      2.2.1 金属硫蛋白(MTs)  30-31
      2.2.2 植物络合素(PCs)  31-32
      2.2.3 有机酸  32-33
      2.2.4 氨基酸  33
      2.2.5 其他结合物质  33-34
      2.2.6 氧化还原作用  34
      2.2.7 抗氧化系统  34-35
    2.3 研究植物忍耐和积累重金属和放射性核素机理的主要手段  35-38
      2.3.1 高效液相色谱—质谱联机(HPLC—ICP—MS)  35
      2.3.2 X-射线吸收光谱(XAS)  35-36
      2.3.3 同位素示踪技术  36
      2.3.4 微区分析技术  36-38
  第三章 诱导植物超积累的方法及CO_2浓度升高对植物修复的作用  38-46
    3.1 有机整合物诱导技术  38-41
      3.1.1 相关研究结果  38-39
      3.1.2 诱导产生超积累现象的原理  39-40
      3.1.3 存在的问题  40-41
    3.2 基因工程诱导技术  41-42
      3.2.1 相关的研究结果  41-42
      3.2.2 存在的问题  42
    3.3 CO_2浓度升高诱导技术  42-46
      3.3.1 CO_2浓度升高对植物生长和生物量的影响  42-43
      3.3.2 CO_2浓度升高对植物根系及根际环境的影响  43-44
      3.3.3 大气中CO_2浓度升高对植物抗胁迫能力的影响  44-46
第二部分 研究内容  46-104
  第四章 不同水培的苋科植物对~(134)Cs的吸收和积累  46-52
    4.1 材料与方法  46-48
      4.1.1 供试植物  46-47
      4.1.2 营养液组分  47
      4.1.3 植物的培养和处理  47
      4.1.4 ~(134)Cs活度的测定  47-48
    4.2 结果分析与讨论  48-51
      4.2.1 植物生物量  48-49
      4.2.2 植物对~(134)Cs的积累和转移  49-51
    4.3 结论  51-52
  第五章 苋菜和籽粒苋对土壤中~(134)Cs的修复研究  52-60
    5.1 材料与方法  52-54
      5.1.1 供试植物  52
      5.1.2 供试土壤~(134)Cs污染处理  52-53
      5.1.3 不同的提取剂的解吸作用  53
      5.1.4 不同浓度(NH_4)_2 SO_4溶液的解吸作用  53-54
      5.1.5 植物的培养与处理  54
      5.1.6 ~(134)Cs活度的测定方法  54
    5.2 结果讨论与分析  54-59
      5.2.1 各种提取剂对~(134)Cs从土壤中解吸能力的影响  54-56
      5.2.2 植物的生长情况  56
      5.2.3 植物对~(134)Cs的吸收和转移能力  56-59
    5.3 结论  59-60
  第六章 铜矿尾矿上生长的密毛蕨对Cu的耐性及吸收  60-69
    6.1 材料与方法  60-62
      6.1.1 材料  60-61
      6.1.2 植物和土壤中Cu含量测定方法  61-62
      6.1.3 土壤有机质含量的测定方法  62
    6.2 结果分析与讨论  62-68
      6.2.1 废铜矿渣上密毛蕨的生长情况  62-63
      6.2.2 密毛蕨对Cu的吸收及转移能力  63-68
    6.3 结论  68-69
  第七章 不同蕨类植物对Cu的吸收特性  69-81
    7.1 材料与方法  69-71
      7.1.1 植物材料  69
      7.1.2 植物培养与Cu处理  69-70
      7.1.3 生物量和Cu含量测定  70
      7.1.4 酶液的提取  70
      7.1.5 超氧化物歧化酶(SOD)活性的测定  70-71
      7.1.6 过氧化物酶(POD)活性的测定  71
      7.1.7 丙二醛(MDA)含量的测定  71
    7.2 结果分析与讨论  71-80
      7.2.1 三种蕨类植物对Cu的忍耐程度  71-73
      7.2.2 三种蕨类植物对Cu的吸收和积累  73-75
      7.2.3 Cu胁迫对植物叶片MDA、POD和SOD的影响  75-80
    7.3 结论  80-81
  第八章 CO_2浓度升高对印度芥菜和向日葵蓄积Cu的影响  81-88
    8.1 材料与方法  82-83
      8.1.1 土壤处理  82
      8.1.2 供试植物  82
      8.1.3 CO_2气体处理装置  82-83
      8.1.4 植物样品中Cu含量测定  83
    8.2 结果分析与讨论  83-87
      8.2.1 植物生长情况  83-85
      8.2.2 植物对Cu的吸收  85-87
    8.3 结论  87-88
  第九章 CO_2浓度倍增对蕨类植物修复Cu污染土壤能力的影响  88-100
    9.1 材料与方法  89-91
      9.1.1 供试土壤  89
      9.1.2 供试植物  89
      9.1.3 CO_2气体处理装置设计  89-90
      9.1.4 CO_2气体处理  90
      9.1.5 植物生物量和Cu积累量的测定  90
      9.1.6 抗氧化物和抗氧化酶的测定  90-91
      9.1.7 土壤微生物生物量的测定  91
    9.2 结果分析与讨论  91-99
      9.2.1 植物生长情况  91-94
      9.2.2 植物对Cu的吸收  94-95
      9.2.3 生理指标的变化  95-97
      9.2.4 土壤微生物生物量的变化  97-99
    9.3 结论  99-100
  第十章 总结与展望  100-104
    10.1 本文主要研究结果  100-102
      10.1.1 苋科植物对~(134)Cs污染的土壤具有植物修复的潜力  100
      10.1.2 矿山密毛蕨是一种新发现的Cu忍耐和积累植物  100-101
      10.1.3 CO_2气肥对植物修复技术潜在的作用  101-102
    10.2 本论文的创新点  102
    10.3 对未来研究工作的展望  102-104
参考文献  104-120
英文摘要  120-123
附录：攻博期间发表的论文  123-124
致谢  124

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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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