山西工矿区PAHs和SO_2复合污染对玉米苜蓿—土壤系统生态毒理效应研究报告

1、.XX工矿区PAHs和SO_2复合污染对玉米苜蓿土壤系统生态毒理效应研究【摘要】：本课题以土壤中多环芳烃(PAHs,以萘、菲、芘为代表)和二氧化硫(S02,以硫酸盐和亚硫酸盐为S02在土壤中的衍生物)为目标污染物,XX工矿区的生黄土为供试土壤,玉米和紫花苜蓿为供试植物。在室内土培模拟试验的基础上,采用生化技术和PCR-DGGE、荧光定量PCR等分子生物学技术,从植物方面系统研究了PAHs和S02单一及复合污染对玉米和苜蓿萌发率、株高、根伸长、生物量、苜蓿组织抗氧化酶系统(SOD、POD、CAT、GPX)、可溶性蛋白和丙二醛(MDA)含量的影响；从土壤方面系统研究了污染胁迫对苜蓿土壤酶活性(蔗糖

2、酶、脲酶、脱氢酶)和土壤微生物多样性的影响,并探讨了这些生理变化和植物耐性之间的关系。主要研究结果如下：(1)PAHs和S02单一及复合污染下,低浓度对玉米/苜蓿种子萌发率有一定的刺激作用但影响不明显,高浓度SO2(S4P0)和PAHs(S0P4)时两者种子发芽率受到明显抑制。对株高和根长的影响总体表现为：低浓度促进高浓度抑制的现象,但对根长的抑制作用更为显著。PAHs对苜蓿株高的毒害作用大于SO2。同一浓度下苜蓿根长的抑制作用大于玉米。复合污染下苜蓿株高和根长以协同抑制为主,玉米株高和根长以拮抗效应为主。PAHs和SO2单一及复合污染对根系生物量的影响大于地上部生物量,PAHs比SO2对生物

3、量的影响大,而且对苜蓿的影响要比玉米大。(2)PAHs和SO2单一及复合污染下,低浓度PAHs或S2单一处理苜蓿叶片蛋白含量升高,高浓度降低,当SO2浓度10mg-kg-1时,PAHs-SO2复合处理可溶性蛋白含量下降趋势更加明显。低浓度S1P0和SOP1处理时MDA含量最低,高浓度S4P0和SOP4处理时MDA含量最高。PAHs-SO2复合污染低浓度时(SO2=10mg-kg-1),两者联合作用降低了单一污染对细胞膜脂的氧化损伤,当SO210mg-kg-1时,两者交互作用加剧了膜脂过氧化,MDA含量持续升高。对抗氧化酶活性的影响表现为,S02单一污染胁迫下,与对照相比,低浓度时苜蓿叶片SOD

4、、CAT活性均被显著诱导而升高,GPX却被抑制,而高浓度S02时SOD酶活性被抑制；PAHs单一污染胁迫下,SOD、CAT、GPX活性被显著诱导而升高。而PAHs或SO2单一污染胁迫下,POD活性均低于对照被显著性抑制。PAHs-SO2复合污染低浓度时SOD、CAT活性表现为上升,高浓度时酶活性诱导作用逐渐降低直至被抑制；GPX表现为复合污染低浓度时活性下降,而中高浓度时活性上升诱导作用逐渐增强；POD表现为在中浓度时抑制作用降低,其余系列浓度下抑制作用显著。(3)PAHs和S02单一及复合污染下,苜蓿土壤蔗糖酶和脱氢酶活性均表现为,低浓度(S1P0)时酶活性被抑制,中浓度(S2P0、S0P2

5、)时活性回升,高浓度(S3P0S4P0、S0P3S0P4)时酶活性又被抑制的现象。PAHs-SO2复合低浓度(S1P1)时蔗糖酶活性被激活,脱氢酶活性被协同抑制,与对照相比差异不显著。复合污染高浓度(S3P3、S4P4)时两种酶活性均降低且表现为协同抑制作用。而PAHs-SO2复合污染胁迫下,土壤脲酶活性高于对照被激活,复合污染低浓度(S1P1)时脲酶活性被协同激活,复合污染高浓度时产生显著性的拮抗作用。相关性分析知,蔗糖酶活性与PAHs浓度之间成显著负相关,脲酶活性与PAHs和SO2浓度之间成显著正相关。(4)PAHs和S02单一及复合污染下,PAHs对土壤细菌群落多样性和微生物量的抑制作用

6、大于S02。中低浓度S02(S1POS3P0)和低浓度PAHs(S0P1S0P2)单一处理促进土壤细菌种类和微生物量增加,高浓度S02(S4P0)抑制土壤细菌群落多样性。中高浓度PAHs(S0P3SOP4)单一处理土壤微生物中的部分菌群消失产生抑制效应。PAHS-SO2复合低浓度组合(S1P1、S2P2)土壤微生物多样性指数升高,高浓度组合S4P4)土壤细菌种类大幅下降,土壤微生物多样性降低。【关键词】：PAHs和SO_2玉米/苜蓿植物抗氧化酶土壤酶土壤微生物多样性【学位授予单位】：XX大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2013【分类号】：X173;S154.4【目录】：中文摘要11-1

7、3ABSTRACT13-16第一章文献综述16-231.1XX工矿区简介161.2多环芳烃(PAHs)和二氧化硫(SO_2)复合污染16-171.2.1PAHs的来源及危害16-171.2.2SO_2的来源及危害171.3复合污染的研究进展17-181.4环境污染的植物-土壤系统监测18-201.4.1环境污染的植物监测18-191.4.2环境污染的土壤微生物监测19-201.5本课题的选题目的和意义20-211.6本课题的研究内容及方案21-23第二章PAHs和SO_2单一及复合污染对玉米/苜蓿幼苗生长的影响23-362.1引言232.2材料与方法23-252.2.1试验材料23-242.2

8、.2试验设计242.2.3试验方法和测定指标24-252.3数据统计25-262.4结果与分析26-342.4.1PAHs和SO_2单一及复合污染对玉米/苜蓿萌发率的影响26-272.4.2PAHs和SO_2单一及复合污染对玉米/苜蓿幼苗株高的影响27-292.4.3PAHs和SO_2单一及复合污染对玉米/苜蓿幼苗根长的影响29-302.4.4PAHs和SO_2单一及复合污染对玉米/苜蓿幼苗地上生物量的影响30-332.4.5PAHs和SO_2单一及复合污染对玉米/苜蓿幼苗根系生物量的影响33-342.5讨论34-36第三章PAHs和SO_2单一及复合污染对苜蓿叶片抗氧化酶系统的影响36-49

9、3.1引言363.2材料与方法36-383.2.1试验材料36-373.2.2试验设计373.2.3试验方法和测定指标37-383.3数据统计38-393.4结果与分析39-473.4.1PAHs和SO_2单一及复合污染对苜蓿叶片可溶性蛋白含量的影响39-403.4.2PAHs和SO_2单一及复合污染对苜蓿叶片MDA含量的影响40-423.4.3PAHs和SO_2单一及复合污染对苜蓿叶片SOD活性的影响42-433.4.4PAHs和SO_2单一及复合污染对苜蓿叶片POD活性的影响43-443.4.5PAHs和SO_2单一及复合污染对苜蓿叶片CAT活性的影响44-453.4.6PAHs和SO_2

10、单一及复合污染对苜蓿叶片GPX活性的影响45-473.5讨论47-49第四章PAHs和SO_2单一及复合污染对苜蓿土壤酶活性的影响49-574.1引言494.2材料与方法49-514.2.1试验材料494.2.2试验设计49-504.2.3试验方法和测定指标50-514.3数据统计514.4结果与分析51-554.4.1PAHs和SO_2单一及复合污染苜蓿土壤蔗糖酶活性的影响51-534.4.2PAHs和SO_2单一及复合污染苜蓿土壤脲酶活性的影响53-544.4.3PAHs和SO_2单一及复合污染苜蓿土壤脱氢酶活性的影响54-554.5讨论55-57第五章PAHs和SO_2单一及复合污染对苜

11、蓿土壤微生物多样性的影响57-695.1引言575.2材料与方法57-625.2.1试验材料57-585.2.2试验设计585.2.3试验方法和测定指标58-625.3数据分析62-635.4结果与分析63-675.4.1PAHs和SO_2单一及复合污染下苜蓿土壤的DGGE图谱分析63-645.4.2PAHs和SO_2单一及复合污染下苜蓿土壤的多样性指数分析64-655.4.3PAHs和SO_2单一及复合污染下苜蓿土壤微生物群落的相似性分析65-665.4.4PAHs和SO_2单一及复合污染对苜蓿土壤微生物量的影响66-675.5讨论67-69第六章结论69-726.1PAHs和SO_2单一及复合污染对苜蓿/玉米幼苗生长的影响