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紫茎泽兰及其根内生真菌在重金属矿区修复中的基础研究

作　者: 康宇
导　师: 赵之伟
学　校: 云南大学
专　业: 水生生物学
关键词: 铅锌矿丛枝菌根真菌深色有隔内生真菌镉紫茎泽兰
分类号: X172
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

金属矿山开采过程中产生的尾矿,不仅会占用大量的农业和生活用地,在长期堆积得不到及时治理的情况下还会对矿区生态环境产生深远的消极影响。因此从合理利用土地资源和保护矿区居民生活环境的大局出发,迫切需要寻求综合治理尾矿废弃地的可行途径,而重建植被是解决金属尾矿废弃地环境问题的最佳选择之一。本文以云南澜沧县一个废弃铅锌矿尾矿区为研究对象,对矿内自然生长植物的丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)和深色有隔内生真菌(dark septate endophytes,DSE)定殖情况进行了调查,在实验室内筛选出了相应的AMF和DSE菌株,并对其分类学地位、重金属抗性等进行了研究;以所得的AMF和DSE为接种剂,以紫茎泽兰为宿主植物,在Cd胁迫下,考察了单接种AMF或DSE以及混合接种AMF和DSE对紫茎泽兰的接种效应。取得了以下的主要结果和结论:1.用碱解离,酸性品红染色法对云南省澜沧县竹塘乡募乃老厂铅锌矿尾矿地的19科24种植物的AMF和DSE状况进行了调查,并对矿区土壤中的重金属含量进行了分析。结果发现,矿区土壤中重金属(镉、铅、锌)严重超标,属重度污染区;19种自然生长的植物有AMF定殖,占所调查植物的79.17%;4种植物没有形成AM,占所调查植物的16.67%;1种植物不确定是否形成AM,占所调查植物的5.26%。在19种形成典型AM的植物中,深度感染1种,中度感染15种,轻度感染3种。在所有被调查的植物中,发现17种植物的根中有DSE定殖,占调查植物的70.83%。所调查的全部植物中有17种同时被AMF和DSE感染。紫茎泽兰是该矿区的优势植物,而且普遍被AMF和DSE定殖,其自然感染率达51.21%(AMF)和30.62%(DSE),为中高度感染。2.采用玉米和三叶草为宿主植物,对来自矿区的紫茎泽兰根和根围土壤中的AMF进行了筛选扩繁,并对得到的AMF进行了形态学鉴定,所得AMF为Glomus mossae和Glomus sp.;选取了一株来自重金属污染区的DSE(H84-1),采用形态学和分子生物学技术对其分类学地位进行了鉴定,结果表明H84-1为嗜鱼外瓶霉(Exophiala pisciphila)。以玉米为宿主植物,对H84-1进行了柯赫原则认定,结果表明H84-1在玉米根内形成有典型的DSE形态特征,并符合柯赫原则,H84-1为一株典型的DSE,在纯培养条件下其对Cd表现出较高的耐性。3.以紫茎泽兰为宿主植物,以上述AMF和DSE为接种剂,通过盆栽实验,研究了在Cd胁迫下,单接种AMF或DSE以及混合接种AMF和DSE对紫茎泽兰生物量及其吸收和耐受Cd的影响,Cd在紫茎泽兰地上、地下部分迁移和积累规律,紫茎泽兰抗氧化酶(SOD)对接种的应答等,取得以下主要结果:(1)在实验范围内,AMF和DSE均能在紫茎泽兰根系上成功定殖,且AMF/DSE的侵染程度随着Cd浓度的升高而增大;(2)Cd污染对紫茎泽兰的生长产生负向影响,随基质中Cd浓度增加,紫茎泽兰生物量下降,接种AMF或DSE并不能改变这种趋势,但是,与对照相比,接种AMF/DSE均能增加紫茎泽兰地上、地下部分生物量;(3)无论接种与否紫茎泽兰吸收Cd后主要在根部积累,而且随基质中Cd浓度的增加,紫茎泽兰地上、地下部分Cd浓度也随之增加,与对照相比,接种AMF/DSE增加了紫茎泽兰吸收Cd的趋势;(4)接种AMF/DSE能够显著增强紫茎泽兰对Cd的富集能力,尤其是单接种DSE,其富集系数是对照的两倍多;(5)在Cd胁迫下,接种AMF/DSE可提高紫茎泽兰SOD活性,减小氧化损伤,从而增强其对Cd的抗性。本研究表明,重金属矿区是土壤重金属污染最严重的地区之一,在募乃矿区自然生长的植物中,紫茎泽兰为优势植物,包括紫茎泽兰在内的矿区植物普遍为AMF和DSE定殖;紫茎泽兰对重金属污染具有较强的抗性和适应能力,接种AMF/DSE能增强其对重金属的抗性,并影响重金属在地下、地上部分的积累和迁移;筛选适当的AMF或DSE与紫茎泽兰形成高效抗性组合,利用紫茎泽兰与其根内生真菌联合修复矿区重金属污染土壤具有良好的应用前景。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第一章文献综述  12-22
  1 土壤重金属污染  12-14
    1.1 土壤重金属污染概况  12-13
    1.2 土壤重金属污染的修复  13-14
  2 丛枝菌根真菌在重金属污染土壤修复中的作用及机理  14-17
    2.1 丛枝菌根真菌（AMF）  15-16
    2.2 AMF 在植物抗逆性及土壤重金属污染治理当中的作用  16-17
  3 深色有隔内生真菌（DSE）研究进展  17-22
    3.1 DSE 概述  17-18
    3.2 DSE 的形态特征、结构及分类  18-20
    3.3 DSE 的生态学功能、研究进展  20-22
第二章研究内容与技术路线  22-25
  1 研究目的、意义  22-23
  2 研究内容  23
  3 技术路线  23-25
第三章募乃铅锌矿尾矿地AMF 及DSE 定殖状况调查  25-34
  1 样地介绍  25
  2 材料和方法  25-27
    2.1 材料采集  25-26
    2.2 样品处理  26
    2.3 数据分析  26
    2.4 统计分析  26-27
  3 结果  27-32
    3.1 募乃铅锌矿（尾矿堆）土壤重金属含量  27
    3.2 AMF 和DSE 定殖状况  27-32
  4 讨论  32-33
  5 本章小结  33-34
第四章紫茎泽兰根内生真菌的分离筛选及基础生物学研究  34-51
  1 供试AMF 菌种的筛选及扩繁  34
  2 供试DSE 菌种的基础生物学研究  34-49
    2.1 供试DSE 菌种的形态学观察  34-35
      2.1.1 菌落及形态学特征观察方法  34-35
    2.2 结果  35-36
    2.3 供试DSE 菌种的柯赫法则认定  36-38
      2.3.1 接种剂的准备  36
      2.3.2 玉米无菌苗的培养  36
      2.3.3 DSE 和玉米共培养体系的建立  36
      2.3.4 收获及镜检  36-37
      2.3.5 根内DSE 菌株的再分离  37
      2.3.6 结果  37-38
      2.3.7 讨论  38
    2.4 供试DSE 菌株的分子生物学鉴定  38-45
      2.4.1 菌丝体的培养  38-39
      2.4.2 CTAB 法提取基因组DNA  39
      2.4.3 PCR 扩增  39-40
      2.4.4 PCR 产物的纯化  40-41
      2.4.5 纯化的PCR 产物的序列测定  41
      2.4.6 序列比对  41-42
      2.4.7 结果  42-44
      2.4.8 讨论  44-45
    2.5 纯培养条件下供试DSE 菌种的重金属Cd 耐性  45-49
      2.5.1 H84-1 在含隔固体培养基上的生长状况  45-47
      2.5.2 液体摇瓶培养下菌株的Cd 耐性和吸附研究  47-49
  3 本章小结  49-51
第五章镉胁迫下AMF/DSE 接种紫茎泽兰的生物学效应  51-62
  1 实验材料及方法  51-52
    1.1 供试培养基质  51
    1.2 供试装置  51
    1.3 供试植物与培养方法  51-52
      1.3.1 紫茎泽兰无菌苗的制备  51
      1.3.2 紫茎泽兰幼苗菌根化  51-52
      1.3.3 移栽及重金属镉（Cd）毒性处理  52
      1.3.4 温室栽培管理  52
      1.3.5 紫茎泽兰植株收获  52
  2 参数测定方法  52-53
    2.1 紫茎泽兰根内AMF/DSE 定殖率测定  52-53
    2.2 紫茎泽兰生物量测定  53
    2.3 培养基质及紫茎泽兰植株体重金属含量测定  53
    2.4 抗氧化酶（超氧化物歧化酶 SOD）活性测定  53
  3 数据分析  53-54
  4 结果  54-59
    4.1 盆栽紫茎泽兰根内AMF/DSE 感染状况  54-55
    4.2 盆栽紫茎泽兰的生物量  55-56
    4.3 盆栽紫茎泽兰植株体内重金属的含量及分布  56-58
    4.4 超氧化物歧化酶（SOD）活性  58-59
  5 讨论  59-61
  6 本章小结  61-62
参考文献  62-73
附录一：论文中所用试剂、培养基及营养液配方：  73-74
  1 试剂和缓冲液的配制  73
  2 培养基和营养液配方  73-74
附录二：论文缩略词表  74-75
致谢  75

紫茎泽兰及其根内生真菌在重金属矿区修复中的基础研究

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