（植物营养学专业论文）海南超积累植物的筛选及机理探讨.pdf

海南超积累植物的筛选及机理探讨 摘要 本研究以热带矿区土壤和植物为研究对象，以污染指数法评价矿区污染情况；再 以土壤培养和营养液培养筛选具有超积累特性的植物；从细胞中的分布与化学形态特 征，以及重金属胁迫下的生理生化响应机制等方面研究五指山野菜吸收c d 的机理。 以上作为土壤修复理论和科学依据提供参考。现将本研究的主要结果总结如下： 1 昌江铁矿尾矿库各重金属含量均较高；就全量而言，三个采样点的污染土壤中 都是全量f e 含量处于最高，m n 其次，h g 最低。c u c o 除c r 、m 【l 、f e 较低外，其 他元素均比f e l 和f e 3 含量高，f e l 中m n 、f e 、c r 最高，各金属全量均超出该地区 土壤背景值的标准。土壤p h 降低，土壤有效态金属含量增加。f e l 、c u - c o 、f e 3 的 综合污染指数分别为3 1 、4 3 、1 1 0 ，三个尾矿库达到重度污染的元素分别是c d 和 f e 。铁尾矿库区内植物种类总体上来看较为稀少，其中香蒲和水竹是该地区优势植物， 生长茂盛。f e 、m n 、c u 、z n 、p b 、c d 含量最高的植物分别是假败酱、水蓼、木蓝、 假败酱、合、香蒲( 只讨论地上部分) ，普遍植物根系含量高于地上部分。不同植物 不同尾矿库含量差异较大。 2 昌化大岭尾矿库p b 和z n 含量分别高达7 6 0 0 m g 瓜g 和4 5 3 5 m g k g ，是周边土壤 的1 1 3 倍和2 4 5 倍。铅、锌p i 值分别为2 1 7 和1 5 1 ，该处重金属含量均达到重度污 染，周边土壤p b 含量也较高，这与该地区土壤母质有关。该地区植物类型主要是矮 灌木丛，这是由于植物长期生存选择的结果。其中定居在矿区山上的植物主要有雀贤 树、野香茅、老人皮、坡柳、谷木疾未知名的乔木；在尾矿库生长的植物主要有飞机 草、黄荆、假败酱、龙珠果、大多为一年生植物。对p b 而言，雀贤树p b 含量高达 5 5 6 1 m 刚蛞，其次为龙珠果，最低的是白曼陀罗，而z n 含量最高的是白曼陀罗，其 次为飞机草，含量最低的是老人皮。虽然矿区植物重金属含量相对较高，但与土壤含 量相比，富集系数均小于r ，与超积累植物的标准相比还存在一定的距离。虽然为达 到重金属超积累植物的标准，但选择雀贤树和白曼陀罗作为该地区土壤修复的先锋植 物是有一定的可取价值。 3 乐东石门山尾矿库p b 和z n 含量分别为4 5 7 m g 瓜g 和1 7 4 m g k g ，是周边土壤的 2 4 倍和1 1 6 倍。铅、锌p i 值分别为1 3 和0 6 ，矿区生物多样性复杂，植物生长茂盛， 其中有高大的乔木，层次较矮的灌木丛和一些杂草，其中雀贤树p b 含量处于最高， 最低为猫未木，但总体而言，p b 含量都较低，z n 最高的是黄花穗，最低为破布叶。 该地区植物生长较好，但重金属含量与昌化大岭相比却非常低，研究超积累植物的筛 选价值不大。 4 香蒲根系重金属含量均高于地上部分含量，且地上部分积累量均不符合超积累 临界值的标准。不同重金属不同处理下，香蒲的生长表现出很大的差异。当c u 、m n 、 p b 、z n 分别达到8 0 0 m g 瓜g 、8 0 0 0 m g 瓜g 、1 0 0 0 m g 瓜g 和8 0 0 0 m g 厥g 时，植株叶片普遍 出现毒害，当浓度分别达到1 5 0 0 m g k g 、1 2 0 0 0 m g 瓜昏1 5 0 0 m g 依g 和1 0 0 0 0 m g 厥g 时， 三十天后普遍死亡 5 不同c u 浓度处理下，水蓼的生长表现出很大的差异；水蓼根c u 含量均大于地 上部分，转移系数小于1 。随着处理浓度的增加j 水蓼根部积累量迅速上升，而茎、 叶含量在处理浓度。一_ 2 0 0 m g 瓜g 下变化不大，在2 0 0 - 6 0 0 m g 瓜g 下各部分含量均随处 理浓度的增大而增加，当处理浓度在6 0 0 m 眺g 一1 0 0 0 m g 1 ( g 时，叶片和茎干重金属含 量均下降。 6 杂草对c u 、z n 、p b 的反应非常灵敏，当c u 、z n 、p b 处理分别达到8 0 0 m g l ( g 、 5 0 0 m g k g 和5 0 0 0 m g 瓜g 时，植株死亡。 7 五指山野菜在c d 各处理下富集系数均大于1 ；当土壤中处理浓度为5 0 m 眺g 时， 植物根、茎和叶含量分别高达1 5 9 3 7 m g k g 、1 7 7 3 l m g l 【g 和1 4 4 6 3 m g 依g ，+ 且转移系 数为1 0 6 ，超过超积累植物临界值，即茎叶含量均超过1 0 0 m g 瓜g ( 以干重计) ；当随 处理浓度为4 0 0 时，植物根、茎和叶含量分别高达6 5 6 6 o o m g 瓜g 、9 4 8 4 6 m g k g 和 5 2 0 3 9 m g l ( g ；随着处理浓度的增加，转移系数逐渐降低，富集系数逐渐增大，当处理 浓度为8 0 0 m g k g 时，植株出现死亡。结果表明，处理浓度为5 0 m g 瓜g 时，五指山野 菜茎叶含量超过超积累植物临界值，符合超积累植物的标准，是c d 超积累植物。 8 剑麻种植于为矿砂上，其中较高的是m n ，r 和z n ，h 1 1 6 4 8 在f e 3 下的含量可 达2 2 9 4 5 6 m g 瓜g ，而h g 和a s 含量最低，h 1 1 6 4 8 中c k 下h g 含量最低为0 0 1 0 m g 瓜g 。各 处理下两品种吸收各重金属的量依次m n 、f e 、z n 最高，p b 、n i 、c u 其次，c o 、c r 、 a s 、h g 最低；h 1 1 6 4 8 和毛里求斯比较，c k 下h 1 1 6 4 8 中、p b 、n i 、c o 、h g 、a s 比毛里求斯低，其他元素均比其高，f e l 下h 1 1 6 4 8 中z n 、m n 、c o 、h g 、a s 比毛里求 斯低，其余均高，f e 3 下c d 、p b 、n i 、c r 、a s 几种元素在h 1 1 6 4 8 中含量比在毛里求斯 中含量低，h g 相同，其余的都比其高。通过剑麻对各种重金属的吸收和固定，使得尾 矿库中各种有效态金属含量大大降低，可使随水体流失的金属离子减少，对周边土壤 和水环境造成的压力得到减缓。 9 随处理浓度的增加，五指山野菜叶片中细胞质、细胞壁和细胞器中结合的c d 含量均增加；在o m g 瓜g 到5 0 m 眺g 处理下，根部和地上部分细胞质含量占三者最高， 但l o o m g 依g 到4 0 0 m g 瓜g 处理下细胞壁占的比例最大，细胞器含量总是处于最低。c d 在五指山野菜体内主要以水溶性有机酸盐，重金属的一代磷酸盐 m ( h 2 p 0 4 ) 2 】、果胶 酸盐、与蛋白质结合态或呈吸附态的重金属、草酸盐和二代磷酸盐( 姗0 4 ) 、正磷酸 盐 m 3 0 4 ) 2 】等形式存在，而以硝酸盐、氯化物为主的无机盐及氨基酸盐存在非常少。 1 0 随着c d 处理浓度的增加，五指山野菜生物量有所下降，在c k t 2 下可溶性 蛋白随着处理浓度的增加而增加，t 2 以后随着处理浓度的增加，可溶性蛋白逐渐降 低oc k 配下，五指山野菜叶绿素含量变化不大，再随这处理浓度加大，叶绿素合 成逐渐降低，说明在次浓度下五指山野菜利用光能的能力减弱；随着c d 处理浓度的 升高，五指山叶片的质膜透性有逐渐增加的趋势，但在c k 砣下差异不显著( p = o 0 5 ) ， 这表明在他下c d 处理还没有使细胞膜严重受损，在t 2 t 3 间出现幅度较大的拐点， 表明在此浓度变化下细胞膜受损变化最大，随着处理浓度增加，细胞膜受损越来越严 重。 关键词：热带矿区超积累植物筛选生理特征 r e s e a r c ho nm e c h a n i s m sa n ds e i e c t i o no fh y p e r a c c u m u l a t o r si nh a i n a n a b s t r a c t t l l i sr e s e a r c hw a sp r o c e s s e d 谢也r e s e a r c ho b i e c t so fs o i l sa r l dd l 锄t s 洫m e 仃d p i c a l m i n e r a la r e a s ，丽t h 也em e m o do fp o l l u t i o nm d e x ；也i sp o l l u t i l l gs i t u a t i o l l si 1 1t 1 1 em i l l e r a l a r e a s 、j l ，e r ee v l u a t e db yt 址sr e s e a r c h ，w 1 1 i c hf i l 仃a t e dak i n do f p l a n t 、炳t bs u p e ra c c u m _ u l a t i v e c h a r a c t e r i s t i c si ns o i lc ul t l l r ea 1 1 dm l 仃i e n ts 0 1 u t i o nc u l t u r ea n de x p l o r e dm e c b a l l js m so f 也e c h r o m i cu p t a l ( ei n 勋z 小矽埘绷西哪加z s ) a tm e a s p e c t so fc h r o h l i cd i 曲曲u t i i l gh l 廿1 e c e u s 、c h e 蚵c a l ld l a r a 屺t e r i s t i c s 、a i l db i o c h e m i c a lr e s p o n s em e c h a i l i s mu n d e rh e a v ym e t a l s 缸e s s ，觚ds 0o n a ut l l er e s u n so fm er e s e a r c hm e n t i o na b o v e 、o u l db ep r o v i d es o m e r e f - e r e n c e sf o rt h es c i e m i f i cb a s i so fs o i lr e m e d i a t i o nt h e o r i e s 1 、n l ec o n t e n t s0 fa l lm eh e a v ym e t a l si i lm i l l e r a lt a i lh e a po f ( h m g j i 趾g w e r ea l la ta1 1 i 幽l e v e l a sf 缸a s 允ud o s ew a sc o n c e r n e d 也ec o m e n to ff et o o ku p 也em o s td l l r i i 培a l lo ft 1 1 em r e es a i l l p l i l l gp o i i l t s ，1w 嬲s e c o n d h gl a s t a t 也es a n l p l i l l g p o i l l to fc u - c o ，c o n t e m so fc r m na i 】【df ew e r ea 1 1i i lac o l p 删c i v ed i s a d v a n _ t a g e c o m p a r e dt 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m gw e l lp l a n t s 、i 也m e1 1 i g h e s tc o m e n t si i lf e ，m n ，c u ，z 玛p b ，c dr e s p e c t i v e l y w e t es t n c 坶t 翻i p h e t aj a m 哦c e m i s ( l ) k l m p o l y 9 0 m l mh y d r o p i p e rl l n 出g o 睁r qb 硼g e & 口c 勿翻叩办p 纪知臃口耙p 刀s 括f z j 玩巩碍聊p ，z d c 口胁彳m p ，耙册岛聊 口埘加办竹口n l 船议o i l l y a b o v eg m u l l dw e r et a ：k e nh 1 _ t 0a c c o u l l t ) ，w 1 1 i l e ，f o rg e n e r a lp l 砌s ，c o n t e n t so f 也o s em e t a l s i nr 0 0 tw e r el l i 曲e r 也a nm a to fu p g r o u r l d a n dd i 丘i e r e n tt a i lh e a p s 、e r ed i d b r e n ti n d i s s i i i l i l a r p l a n t s 2 、p ba i l dz nc o n t e n t so ：f t a i lh e a p si i lc h a n gh u ad al i i ls e v e r a l l yr e a c h e dt 07 6 0 0m g 瓜ga i l d4 5 3 5 m g k 舀w t l i c hw a sn e a d y1 1 3t i 】：n e sa i l d2 4 5t i m e s 觞m u c ha sm o s eo f s u n d i n gs o i l a n da l s o 1 cp iv a l u e so f p ba n dz ni l l 汕t o u l l d i l l gs o i l sa l s og o tal l i 吐 l e v e l 。w l i c hm i g h tb ec o n c e m e d 、7 l ，i t hs o i lp a r e n tm a 士e r i a l s a sar e s u l to ft h es u n ，i v a l s e l e c ti nal o n gt e m l 也em a i np l a i l t 娜e si i lt h i sr e g i o nw e r es l l r u b s ，a i l dm o s to f w h i c hi i l 也em i n e r a l 甜e aw e r e q e x i a 阳，0 册6 叩p g d 拧g d p r 嘲彬侣跆”矗) ac 口m 崛尸d 6 硷砌i 口 6 p m 6 绷b d p 以j 纪加硇p ，i 砌批缸1 ds o m eo t h e ru i 血n o w n 缸e e s t h ep l 趾t sg r o w m go n t l l et a i lh e a p s 、e r em o s t l y ，m o s to ft h e mw e r ea n n u 引s o n 缸1 ec a s eo fp b ，t l l ev a l u ei l l 跏懿加w a su pt 05 5 6 1 m 眺g ，胁洳朋加e f 胁阳，：办卸砌s e c o n d ，a z l dd 口忽朋ll e a s t w h i l ef - 0 rz nc o n t e n t w t l i c hw 2 u s1 1 i 曲e s ti i ld 口f 删三，s e c o n di se 印口f d ，f “mo 面，口m 聊厶 凡枷砌幻6 p m 6 口玎b d e 以l a s t i ns p i t eo ft h ec o m p a r a t j v e1 1 i l 苫hh e a 、俘m e t a l sc o n t e m si n 廿l e p l a n t s0 fm i i l e r a la r c 钆t l l e i ra c c u m u l 舐i o nc o e 伍c i e n t sw e r c1 e s s 也a n1 。a n ds t i uc o u l d n t r e q 试r e 廿1 es t a n d 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学位论文版权使用授权说明 本人完全了解海南大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权海南大学可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存和汇编本学位论文。本人在导师指导下完成的论文成果，知识产权归属海南大学。 保密论文在解密后遵守此规定。 论文作者签名；槲 日期：厶，g 年g 月，妇 本人已经认真阅读“c a l i s 高校学位论文全文数据库发布章程”，同意将本人的学位论文提 交“c a l i s 高校学位论文全文数据库”中全文发布，并可按“章程”中规定享受相关权益。旦童 诠塞堡銮厦造卮：旦坐生j 旦= 生；旦三生2 垃。 论文作者签名： 日期：扛炉睁 导师签名： 日期：衍6 月p 日 徭 锄弘 、善 名 羽 、珏 1 前言 1 1 矿山开采对环境的影响 矿山的开采在很大程度上改变了矿山原有的环境。矿山开采耗费大量的土地资源， 开采后破坏的土地，丧失原有的自然生态系统；废弃物堆置场是周围环境的严重污染源。 矿山按其产品性质分类，有冶金矿山( 黑色金属、有色金属、稀土元素、放射性元素等) 和非金属矿山( 煤矿、石料、陶土等) ；按其开采方式分类，有露天开采矿山和地下开采 矿山。不同性质的矿山和不同的开采方式，其对生态环境破坏的过程和特征有很大差异。 矿山开采引起的生态破坏，主要由以下三个过程导致：( 1 ) 开采活动对土地的直接破坏， 如露天开采会直接毁坏地表土层和植被，地下开采会导致地层塌陷，从而引起土地和植 被的破坏；( 2 ) 矿山开采过程中的废弃物( 如尾矿、矸石等) 需要大面积的堆置场地，从而 导致大量占用土地和对堆置场原有生态系统的