<address id="japib"><nav id="japib"></nav></address>

<cite id="japib"></cite>

        砷脅迫對濕地植物香蒲生長的影響及其耐受性分析

        任偉 楊桂英 劉云根 劉雪 李夢瑩 趙蓉 王妍

        引用本文:
        Citation:

        砷脅迫對濕地植物香蒲生長的影響及其耐受性分析

          作者簡介: 任偉(1992?),男,河北人,碩士生,主要從事濕地生態修復研究;
          通訊作者: 王妍, wycaf@126.com
        • 中圖分類號: X53

        Effect of arsenic stress on the growth of Typha angustifolia L. in plateau wetlands and its arsenic tolerance

          Corresponding author: WANG Yan, wycaf@126.com
        • CLC number: X53

        • 摘要: 為探究砷(As)脅迫下典型濕地挺水植物香蒲(Typha angustifolia L.)的生長響應及其對砷的耐受性,采用室內模擬方式,通過外源添加Na2HAsO4·7H2O設置不同As質量比的脅迫生境(w(As)分別為0、50、100、150、200、600 mg·kg?1),探析香蒲生長、生理特性對砷的響應及砷的積累特征,綜合評價香蒲對砷的耐受性. 研究結果表明:香蒲株高、根長、植株干重和側芽數等生長指標對砷脅迫均表現出低促高抑的響應,香蒲體內葉綠素、丙二醛(MDA)和還原型谷胱甘肽(GSH)含量亦呈先增后降趨勢,在土壤w(As)為100~150 mg·kg?1處理條件下各指標達到峰值,總體而言香蒲地上部對砷脅迫較為敏感,地下部表現出較強的抗逆性;不同濃度砷脅迫下香蒲不同部位對砷的積累與轉移存在差異,其積累能力大小為地下部>地上部、枯葉>新葉,轉運系數較小,表明香蒲對砷的富集集中在地下部. 應用隸屬函數及主成分分析對不同w(As)脅迫下的香蒲綜合評價表明,香蒲對砷具有較強的耐受性. 在砷污染河湖濱濕地及土壤治理中,香蒲具有一定的潛在應用價值,研究結果為砷污染河湖的植物修復提供理論依據和技術支撐.
        • 圖 1  砷脅迫對香蒲CCI,MDA含量,GSH含量的影響

          Figure 1.  Effect of As stress on relative chlorophyll content, MDA and GSH contents in Typha

          圖 2  砷脅迫下香蒲不同部位的砷含量

          Figure 2.  The w(As)in Typha under As stress

          表 1  供試土壤的基本性質

          Table 1.  Physical and chemical properties of the tested soil

          土壤類型酸堿度有機質/(g·kg?1總磷/(g·kg?1總鈣/(g·kg?1總砷/(mg·kg?1
          紅壤3.971.840.572.868.39
          下載: 導出CSV

          表 2  砷脅迫對香蒲生長特性的影響

          Table 2.  Effect of arsenic on the growth of Typha angustifolia

          w (As)/ (mg·kg?1)株高/cm根長/cm側芽數/株地上部干重/g地下部干重/g
          CK73.25±16.63cd27.00±7.10bc1.50±1.22b3.57±0.98 c0.90±0.08c
          5089.24±3.39b43.20±1.79a2.80±1.10a8.45±2.14b5.14±1.44b
          10086.27±8.83bc38.43±6.19ab1.50±0.84b7.90±3.39b4.15±1.70bc
          150106.57±9.90a38.42±11.98b1.83±0.41ab15.75±3.41a9.52±2.79a
          20060.22±14.46d24.30±18.64bc0.20±0.45c2.53±1.17c0.78±0.39c
          60059.80±10.40d20.61±10.25c0.25±0.50c3.53±1.29c0.83±0.38c
          數據為平均值±標準偏差. 每一個指標同列數據后不同字母表示處理間差異顯著(p<0.05),下同.
          下載: 導出CSV

          表 3  砷脅迫下香蒲生理特性相關性分析

          Table 3.  Correlation analysis of physiological characteristics of Typha under As stress

          因子葉尖CCI葉中CCI地上部MDA地下部MDA地上部GSH地下部GSH
          葉尖CCI10.477**?0.582*?0.378?0.3790.165
          葉中CCI1?0.422?0.316?0.3320.051
          地上部MDA10.0340.256?0.332
          地下部MDA10.846**?0.623*
          地上部GSH10.320
          地下部GSH0.129
          **:在0.01水平下(雙側)相關性顯著;*:在0.05水平下(雙側)相關性顯著.
          下載: 導出CSV

          表 4  砷脅迫下香蒲對As的轉運富集

          Table 4.  As bioconcentration factor and transfer factor of Typha under As stress

          w(As)/(mg·kg?1)轉運系數地上部富集系數新葉富集系數枯葉富集系數地下部富集系數
          CK0.010.000.000.000.00
          500.270.290.020.661.08
          1000.220.170.020.890.78
          1500.330.210.060.790.64
          2000.300.270.070.740.90
          6000.400.310.120.510.78
          下載: 導出CSV

          表 5  砷脅迫下濕地植物香蒲各生物指標的耐性指數

          Table 5.  Tolerance index of various biological indicators of Typha under As stress

          w(As)/
          (mg·kg?1)
          株高根長側芽數地上部
          干重
          地下部
          干重
          葉尖
          CCI
          葉中
          CCI
          地上部
          MDA
          地下部
          MDA
          地上部
          GSH
          地下部
          GSH
          CK1.001.001.001.001.001.001.001.001.001.00 1.00
          501.221.971.435.061.781.141.360.891.050.92 5.92
          1001.182.331.424.611.001.331.361.302.662.2411.51
          1501.454.161.4210.571.221.721.711.401.361.34 2.96
          2000.820.640.900.870.111.461.581.500.930.75 5.86
          4000.780.340.441.360.670.881.082.280.711.27 2.86
          6000.820.630.760.920.110.851.200.640.340.6910.16
          下載: 導出CSV

          表 6  各綜合指標的系數及貢獻效率

          Table 6.  The coefficient and contribution efficiency of each integrated indicators

          綜合
          指標
          株高根長側芽數地上部
          干重
          地下部
          干重
          葉尖
          CCI
          葉中
          CCI
          地上部
          MDA
          地下部
          MDA
          地上部
          GSH
          地下部
          GSH
          方差貢
          獻率/%
          累積貢
          獻率/%
          Z10.8370.7020.7530.840.769?0.1030.109?0.013?0.765?0.681?0.15237.7437.74
          Z2?0.1280.44?0.1310.4460.424?0.643?0.4360.5160.4340.5540.70422.4360.16
          Z30.0310.5210.1340.005?0.1310.2820.710.6540.3770.326?0.4916.4276.58
          Z4?0.3670.0810.1220.1850.390.5930.314?0.4460.1450.1510.40810.9287.51
          Z5?0.021?0.0960.615?0.201?0.042?0.067?0.1060.0030.1760.0440.0514.3891.89
          下載: 導出CSV

          表 7  砷脅迫下香蒲耐受性綜合評價

          Table 7.  Under arsenic stress tolerance evaluation of Typha

          w(As)/(mg·kg?1)u(1)u(2)u(3)u(4)u(5)D耐受性評價
          1500.000.000.960.711.000.69D≥0.5
          1001.000.481.001.000.000.490.5>D>0.35較強
          500.160.650.360.170.740.45
          2000.23?0.33 0.980.590.440.43
          CK0.240.400.420.140.510.35D=0.35健康
          6000.181.000.000.000.500.31D<0.35較弱
          下載: 導出CSV
          幸运快三
        • [1] He J, Charlet L. A review of arsenic presence in China drinking water[J]. Journal of Hydrology, 2013, 492(10): 79-88.
          [2] Fendorf S, Michael H A, Geen A V. Spatial and temporal variations of groundwater arsenic in South and Southeast Asia[J]. Science, 2010, 328(5982): 1 123-1 127. DOI:  10.1126/science.1172974.
          [3] 董萌, 趙運林, 雷存喜, 等. 蔞蒿(<italic>Artemisia selengensis</italic>)對土壤中鎘的脅迫反應及修復潛力研究[J]. 環境科學學報, 2012, 32(6): 1 473-1480. Dong M, Zhao Y L, Lei C X, et al. Growth responses and phytoremediation potential of <italic>Artemisia selengensis</italic> to Cd stress[J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2012, 32(6): 1 473-1480.
          [4] Ma L Q, Komar K M, Tu C, et al. A fern that hyperaccumulates arsenic[J]. World Environment, 2001, 409(6820): 579.
          [5] 楊桂英. 蕨類植物修復重金屬污染的應用研究進展[J]. 江蘇農業科學, 2016, 45(5): 10-14. Yang G Y. Advances in the application of ferns to repair heavy metal pollution[J]. Jiangsu Agricultural Science, 2016, 45(5): 10-14.
          [6] 韋朝陽, 陳同斌, 黃澤春, 等. 大葉井口邊草—一種新發現的富集砷的植物[J]. 生態學報, 2002, 22(5): 777-778. DOI:  10.3321/j.issn:1000-0933.2002.05.022. Wei C Y, Chen T B, Huang Z C, et al. Cretan brake (<italic>Pteris creticaL</italic>): An arsenic-accumulating plant[J]. Acta Ecologica Sinica, 2002, 22(5): 777-778.
          [7] Wang H B, Wong M H, Lan C Y, et al. Uptake and accumulation of arsenic by 11 pteris, taxa from southern China[J]. Environmental Pollution, 2007, 145(1): 225-233. DOI:  10.1016/j.envpol.2006.03.015.
          [8] 徐長春, 鄭戈, 林友華. “十三五”國家重點研發計劃農田鎘砷污染防治領域資助情況概述[J]. 農業環境科學學報, 2018, 37(7): 1 321-1 325. DOI:  10.11654/jaes.2018-0298. Xu C C, Zhen G, Lin Y H. Brief introduction to research projects on prevention and control of cadmium and arsenic pollution in croplands supported by National Key R&D Program of China in 13th Five-Year Period[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2018, 37(7): 1 321-1 325.
          [9] Wang Q, Cui Y, Dong Y. Phytoremediation—An effective approach of heavy metal cleanup from contaminated soil[J]. Acta Ecologica Sinica, 2001, 21(2): 326-331.
          [10] 王愛云, 黃姍姍, 鐘國鋒, 等. 鉻脅迫對3種草本植物生長及鉻積累的影響[J]. 環境科學, 2012, 33(6): 2 028-2 037. Wang A Y, Huang S S, Zhong G F, et al. Effect of Cr (Ⅵ) stress on growth of three herbaceous plants and their Cr uptake[J]. Environmental Science, 2012, 33(6): 2 028-2 037.
          [11] Chen Y L, Hong X Q, He H, et al. Biosorption of Cr (VI) by <italic>Typha angustifolia</italic>: Mechanism and responses to heavy metal stress[J]. Bioresource Technology, 2014, 160(5): 89-92.
          [12] Chaturvedi A D, Pal D, Penta S, et al. Ecotoxic heavy metals transformation by bacteria and fungi in aquatic ecosystem[J]. World Journal of Microbiology & Biotechnology, 2015, 31(10): 1 595-1 603.
          [13] Metwally A, Safronova V I, Belimov A A, et al. Genotypic variation of the response to cadmium toxicity in <italic>Pisum sativum</italic> L.[J]. Journal of Experimental Botany, 2005, 56(409): 167-178.
          [14] 王軍, 周美學, 許如根, 等. 大麥耐濕性鑒定指標和評價方法研究[J]. 中國農業科學, 2007, 40(10): 2 145-2 152. DOI:  10.3321/j.issn:0578-1752.2007.10.004. Wang J, Zhou M X, Xu R G, et al. Studies on selecting Indices and evaluation methods for Barley’S (<italic>Hordeum vulgare L</italic>.) waterlogging tolerance[J]. Seiantia Agficalmra Sioiea, 2007, 40(10): 2 145-2 152.
          [15] Gupta S, Srivastava S, Pardha Saradhi P. Chromium increases photosystem 2 activity in <italic>Brassica juncea</italic>[J]. Biologia Plantarum, 2009, 53(1): 100-104. DOI:  10.1007/s10535-009-0013-3.
          [16] Bhor V M, Raghuram N, Sivakami S. Oxidative damage and altered antioxidant enzyme activities in the small intestine of streptozotocin-induced diabetic rats[J]. International Journal of Biochemistry & Cell Biology, 2004, 36(1): 89-97.
          [17] 陳國梁, 馮濤, 陳章, 等. 砷在農作物中的累積及其耐受機制研究綜述[J]. 生態環境學報, 2017, 26(11): 1 997-2 002. Chen G L, Feng T, Chen Z, et al. Research review on the mechanisms of arsenic uptake and its resistance in crops[J]. Ecology and Environment Sciences, 2017, 26(11): 1 997-2 002.
          [18] 李思妍, 史高玲, 婁來清, 等. P、Fe及水分對土壤砷有效性和小麥砷吸收的影響[J]. 農業環境科學學報, 2018, 37(3): 415-422. DOI:  10.11654/jaes.2017-1251. Li S Y, Shi G L, Lou L Q, et al. Effects of P, Fe and water supply on arsenic availability in soil and accumulation in wheat seedlings[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2018, 37(3): 415-422.
          [19] 陳懷滿. 土壤-植物系統中的重金屬污染[M]. 北京: 科學出版社, 1996.

          Chen M H. Heavy metal pollution in soil-plant systems[M]. Beijing: Science Press, 1996.
          [20] 段德超, 于明革, 施積炎. 植物對鉛的吸收、轉運、累積和解毒機制研究進展[J]. 應用生態學報, 2014, 25(1): 287-296. Duan D C, Yu M G, Shi J Y. Research advances in uptake, translocation, accumulation and detoxification of Pb in plants[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2014, 25(1): 287-296.
          [21] 馬亞琴, 石華榮, 王彬, 等. 遮蔭條件下葉片非順序衰老小麥頂二葉葉綠素熒光特性[J]. 西北農林科技大學學報: 自然科學版, 2016, 44(7): 78-86. Ma Y Q, Shi H R, Wang B, et al. Chlorophyll fluorescence characteristics of top two leaves of non-sequential senescence wheat under shade[J]. Journal of Northwest A & F University: Natural Science Edition, 2016, 44(7): 78-86.
          [22] 胡華冉, 杜光輝, 徐云, 等. 鹽堿脅迫對兩個大麻品種幼苗生長和生理特征的影響[J]. 云南大學學報: 自然科學版, 2016, 38(6): 974-981. Hu H R, Du G H, Xu Y, et al. Effects of salt-a1kaline stress on seedling growth and physiological indexes of two hemp varieties[J]. Journal of Yunnan University: Natural Sciences Edition, 2016, 38(6): 974-981.
          [23] 楚文卉, 謝清哲, 楊超, 等. 1株鎘耐受真菌C12的鑒定及其鎘耐受性研究[J]. 西北農林科技大學學報: 自然科學版, 2017, 45(9): 71-80. Chu W H, Xie Q Z, Yang C, et al. The identification and study on Cd tolerance of C12, a fungus which shows high tolerance to Cd[J]. Journal of Northwest A & F University: Natural Science Edition, 2017, 45(9): 71-80.
          [24] 韓航, 陳順鈺, 趙雅曼, 等. 鉛脅迫對金絲草AsA-GSH循環及鉛積累的影響[J]. 農業環境科學學報, 2018, 37(4): 656-664. DOI:  10.11654/jaes.2017-1523. Han H, Chen S Y, Zhao Y M, et al. Influence of lead stress on the ascorbate-glutathione cycle and subcellular distribution in leaves and roots of <italic>Pogonatherum crinitum</italic>[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2018, 37(4): 656-664.
          [25] 蘭麗貞, 趙群芬. 納米TiO<sub>2</sub>在擬南芥中的富集、轉運及對其生長和生理的影響[J]. 環境科學學報, 2018, 38(2): 837-846. Lan L Z, Zhao Q F. Accumulation, transport of nano-TiO<sub>2</sub> and their effects on growth and physiology in <italic>Arabidopsis thaliana</italic>[J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2018, 38(2): 837-846.
          [26] 嚴明理, 馮濤, 向言詞, 等. 鈾尾沙對油菜幼苗生長和生理特征的影響[J]. 生態學報, 2009, 29(8): 4 215-4 222. DOI:  10.3321/j.issn:1000-0933.2009.08.024. Yan M L, Feng T, Xiang Y C, et al. Effects of uranium tailings on growth and physiological characteristics of Brassicaseedlings[J]. Acta Ecologica Sinica, 2009, 29(8): 4 215-4 222.
          [27] 胡擁軍, 王海娟, 王宏鑌, 等. 砷脅迫下不同砷富集能力植物內源生長素與抗氧化酶的關系[J]. 生態學報, 2015, 35(10): 3 214-3 224. Hu Y J, Wang H J, Wang H B, et al. The relationship between endogenous auxin and antioxidative enzymes in two plants with different arsenic-accumulative ability under arsenic stress[J]. Acta Ecologica Sinica, 2015, 35(10): 3 214-3 224.
          [28] 劉球, 李志輝, 吳際友, 等. 紅椿幼苗對干旱脅迫及復水生理響應的典型相關分析[J]. 西北農林科技大學學報: 自然科學版, 2015, 43(10): 35-44. Liu Q, Li Z H, Wu J Y, et al. Anonical correlation analysis on leaf physiological responses of <italic>Toona cilliate</italic> Roem. seedlings to drought stress and rewatering[J]. Journal of Northwest A & F University: Natural Science Edition, 2015, 43(10): 35-44.
          [29] 韓東英, 李詩剛, 宋桂龍, 等. 砷脅迫下老芒麥和香根草根莖葉砷吸收特征及抗氧化響應[J]. 草業科學, 2018, 35(3): 614-623. DOI:  10.11829/j.issn.1001-0629.2017-0487. Han D Y, Li S G, Song G L, et al. Effect of arsenic on the absorption of arsenic and antioxidant enzyme activity in three parts (roots, stems, leaves) of <italic>Elymus sibiricus</italic> and <italic>Vetiveria zizanioides</italic>[J]. Pratacultural Science, 2018, 35(3): 614-623.
          [30] Baker A J M, Brooks R R, Pease A J, et al. Studies on copper and cobalt tolerance in three closely related taxa within the genus <italic>Silene</italic> L. (Caryophyllaceae) from Za?re[J]. Plant & Soil, 1983, 73(3): 377-385.
          [31] Bragato C, Brix H, Malagoli M. Accumulation of nutrients and heavy metals in <italic>Phragmites australis</italic>, (Cav.) Trin. ex Steudel and <italic>Bolboschoenus maritimus</italic>, (L.) Palla in a constructed wetland of the <italic>Venice lagoon</italic> watershed[J]. Environmental Pollution, 2006, 144(3): 967-975. DOI:  10.1016/j.envpol.2006.01.046.
          [32] Pérez-Esteban J, Escolástico C, Ruiz-Fernández J, et al. Bioavailability and extraction of heavy metals from contaminated soil by <italic>Atriplex halimus</italic>[J]. Environmental & Experimental Botany, 2013, 88(4): 53-59.
          [33] 林海, 張海麗, 董穎博, 等. 重金屬復合污染下草本植物兩兩組合水培的富集特性[J]. 環境科學研究, 2016, 29(8): 1 154-1 162. Lin H, Zhang H L, Dong Y B, et al. Enrichment characteristics of various heavy metals by four herbaceous plants in pair combination under hydroponic culture[J]. Research of Environmental Sciences, 2016, 29(8): 1 154-1 162.
          [34] Zhou H Y, Tan H J, Zhang Z S, et al. Physiological response and adjustment mechanism of <italic>Reaumuria soongorica</italic> and <italic>Salsola passerina</italic> to extreme environment[J]. Journal of Desert Research, 2012, 32(1): 24-32.
          [35] 吳川, 莫競瑜, 薛生國, 等. 不同滲氧能力水稻品種對砷的耐性和積累[J]. 生態學報, 2014, 34(8): 807-813. Wu C, Mo J Y, Xue S G, et al. Characteristics of arsenic (As) tolerance and accumulation in rice (<italic>Oryza sativa</italic> L.) genotypes with different radial oxygen loss[J]. Acta Ecologica Sinica, 2014, 34(8): 807-813.
          [36] Blute N K, Brabander D J, Hemond H F, et al. Arsenic sequestration by ferric iron plaque on cattail roots[J]. Environmental Science & Technology, 2004, 38(22): 6 074-6 077.
          [37] 李夢瑩, 鄭毅, 劉云根, 等. 陽宗海湖濱濕地沉積物砷和有機質對磷賦存形態的影響[J]. 農業環境科學學報, 2016, 35(11): 2 171-2 179. DOI:  10.11654/jaes.2016-0293. Li M Y, Zheng Y, Liu Y G, et al. Effects of arsenic and organic matter on the speciation of phosphorus in the sediments of Yangzonghai Lakeside Wetland[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2016, 35(11): 2 171-2 179.
          [38] 吳萬富, 徐艷, 史德強, 等. 我國河流湖泊砷污染現狀及除砷技術研究進展[J]. 環境科學與技術, 2015, 86(6P): 190-197. Wu W F, Xu Y, Shi D Q, et al. The arsenic pollution status of the rivers and lakes in China and the research progress on arsenic removal techniques[J]. Environmental Science & Technology, 2015, 86(6P): 190-197.
          [39] 張慧娟, 劉云根, 齊丹卉, 等. 陽宗海湖濱濕地表層沉積物重金屬污染特征及生態風險評估[J]. 云南大學學報: 自然科學版, 2017, 39(3): 494-506. Zhang H J, Liu Y G, Qi D H, et al. Pollution characteristics and ecological risk assessment of heavy metals in the surface layer sediments of Yangzonghai lakeside wetland[J]. Journal of Yunnan University: Natural Sciences Edition, 2017, 39(3): 494-506.
        • [1] 燕迪張念念李巧王慶于瀟雨楊建秀陳又清 . 紅火蟻對無水乙醇的耐受性. 云南大學學報(自然科學版), doi: 10.7540/j.ynu.20180591
          [2] 鄧梅張亞洲李陽孔麗蒲至恩 . 硒對不同重金屬脅迫處理的小麥幼苗生理特征的影響. 云南大學學報(自然科學版), doi: 10.7540/j.ynu.20170112
          [3] 袁吉有歐陽志云鄭華徐衛華 . 科爾沁沙地不同恢復方式下生態系統營養元素積累與分配特征. 云南大學學報(自然科學版), doi: 10.7540/j.ynu.20170521
          [4] 孫明波李衛東吳炳元余華衡燮廖國陽姜述德 . 生物反應器培養CHO細胞的生長與代謝研究. 云南大學學報(自然科學版),
          [5] 李璇卜秋力李光菊王倩張亞娟杜光輝劉飛虎 . 磷對工業大麻苗期生長生理影響研究. 云南大學學報(自然科學版), doi: 10.7540/j.ynu.20180315
          [6] 胡華冉杜光輝徐云陳仲英劉浩劉飛虎 . 鹽堿脅迫對兩個大麻品種幼苗生長和生理特征的影響. 云南大學學報(自然科學版), doi: 10.7540/j.ynu.20160090
          [7] 魏巍李根前許玉蘭陳詩呂學輝蔡年輝 . 云南松苗木高徑生長與溫度周期性變化的關系. 云南大學學報(自然科學版),
          [8] 尹瑞萍黃佳聰尹光順吳建花 . 滇西地區滇橄欖自然居群種實形態多樣性與子代苗期生長變異. 云南大學學報(自然科學版), doi: 10.7540/j.ynu.20170255
          [9] 王魏根王麗珍劉永定肖邦定楊洋鮑慈光朱光輝 . 橢圓背角無齒蚌對重金屬元素的積累作用. 云南大學學報(自然科學版),
          [10] 陳良華徐睿張健楊萬勤胡相偉張明錦高順 . 螯合劑對香樟生理特征和鎘積累效率的影響. 云南大學學報(自然科學版), doi: 10.7540/j.ynu.20150523
          [11] 郭連安胡運高楊國濤鄢圣敏易軍 . 不同直鏈淀粉含量水稻籽粒淀粉積累及其相關酶的活性變化研究. 云南大學學報(自然科學版), doi: 10.7540/j.ynu.20140315
          [12] 王學春王紅妮楊國濤 . 不同基因型水稻對低溫潛沼性逆境的耐受能力及其農藝表現. 云南大學學報(自然科學版), doi: 10.7540/j.ynu.20140137
          [13] 李允菲張躍敏劉代億趙敏沖許玉蘭 . 云南松苗期生長對激素浸種的響應. 云南大學學報(自然科學版),
          [14] 暢麗萍丁開宇于海東尚彩玲蓋俊蕾 . 多星韭B染色體頻率隨海拔的變化及其對營養生長和生殖生長的影響. 云南大學學報(自然科學版),
          [15] 田育天鄭煥娣陳善娜張艷周恒蒼楊明摯陳小蘭 . 不同生長調節劑提高香莢蘭抗逆能力的研究. 云南大學學報(自然科學版),
          [16] 張晉晁美燕張世城譚紀振朱慧芬趙家云 . 藍寶石襯底上酞菁銅薄膜的生長及相變研究. 云南大學學報(自然科學版), doi: 10.7540/j.ynu.20130190
          [17] 楊樹明劉關所張素華 . 不同生長環境下水稻孕穗期葉綠素QTL定位. 云南大學學報(自然科學版), doi: 10.7540/j.ynu.20170035
          [18] 韋葉娜王學春趙祥蔣芬胡瑤胡運高 . 油菜秸稈還田對水稻根系及分蘗生長的影響*. 云南大學學報(自然科學版), doi: 10.7540/j.ynu.20170476
          [19] 周麗娟尹海川陳小蘭涂學炎林強王炎炎陳善娜 . 載Pt納米TiO2抑制滇池藍藻生長的研究. 云南大學學報(自然科學版),
          [20] 蘆燕玲吳恒吳雨松陰耕云李忠 . 不同生長期的柚子葉的揮發性成分分析. 云南大學學報(自然科學版), doi: 10.7540/j.ynu.20130587
        • 加載中
        圖(2)表(7)
        計量
        • 文章訪問數:  2630
        • HTML全文瀏覽量:  4237
        • PDF下載量:  19
        • 被引次數: 0
        出版歷程
        • 收稿日期:  2018-10-13
        • 錄用日期:  2019-01-14
        • 網絡出版日期:  2020-04-23

        砷脅迫對濕地植物香蒲生長的影響及其耐受性分析

          作者簡介:任偉(1992?),男,河北人,碩士生,主要從事濕地生態修復研究
          通訊作者: 王妍, wycaf@126.com
        • 1. 西南林業大學 生態與水土保持學院,云南 昆明 650224
        • 2. 西南林業大學水科學與工程中心,云南 昆明 650224

        摘要: 為探究砷(As)脅迫下典型濕地挺水植物香蒲(Typha angustifolia L.)的生長響應及其對砷的耐受性,采用室內模擬方式,通過外源添加Na2HAsO4·7H2O設置不同As質量比的脅迫生境(w(As)分別為0、50、100、150、200、600 mg·kg?1),探析香蒲生長、生理特性對砷的響應及砷的積累特征,綜合評價香蒲對砷的耐受性. 研究結果表明:香蒲株高、根長、植株干重和側芽數等生長指標對砷脅迫均表現出低促高抑的響應,香蒲體內葉綠素、丙二醛(MDA)和還原型谷胱甘肽(GSH)含量亦呈先增后降趨勢,在土壤w(As)為100~150 mg·kg?1處理條件下各指標達到峰值,總體而言香蒲地上部對砷脅迫較為敏感,地下部表現出較強的抗逆性;不同濃度砷脅迫下香蒲不同部位對砷的積累與轉移存在差異,其積累能力大小為地下部>地上部、枯葉>新葉,轉運系數較小,表明香蒲對砷的富集集中在地下部. 應用隸屬函數及主成分分析對不同w(As)脅迫下的香蒲綜合評價表明,香蒲對砷具有較強的耐受性. 在砷污染河湖濱濕地及土壤治理中,香蒲具有一定的潛在應用價值,研究結果為砷污染河湖的植物修復提供理論依據和技術支撐.

        English Abstract

        • 砷和砷的化合物是具有危害性的環境污染物,嚴重威脅著人體健康[1]. 近年來,砷污染嚴重威脅著我國湖泊、河流和水庫等地表水環境安全[2]. 鑒于湖泊濕地面域遼闊、水文條件復雜,采用物理、化學方法進行大面積治理尚難以實現[3],且易帶來其他次生環境風險,使得植物修復成為目前備受關注的生態治理方法. 自Ma等[4]發現蜈蚣草(Pteris vittata)能超富集砷以來,已發現砷超富集植物20多種(包括變種)[5],如大葉井口邊草(Pteris Cretica[6]、傅氏鳳尾厥(Pteris fauriei)及裸子蕨科的粉葉厥(Pityrogramma calomelanos[7]等. 由于超富集植物普遍存在生長緩慢、生物量低、經濟效益低等缺陷,導致重金屬遷移總量相對不高[8],限制了其在植物修復工程中的應用推廣. 在自然環境中存在一些對重金屬耐性較強的植物,盡管其體內重金屬含量不能達到超積累植物的量,但其重金屬遷移總量仍較可觀[9],如王愛云等[10]發現白花三葉草和高羊茅在治理鉻污染土壤有一定的潛在應用價值,董萌等[4]發現蔞蒿對鎘富集能力較強,這些植物對重金屬污染的修復作用不可忽視.

          砷的超富集植物多為陸生植物,水生植物中砷超富集種鮮有報道. 香蒲是多年生水生或沼生草本植物,多生于湖泊、溝渠、沼澤及河流緩流帶,被公認為濕地植物中的優勢品種[11-12],對環境脅迫耐性較強,但目前關于香蒲對砷脅迫的響應機制及耐受性還鮮見報道. 本研究采用室內模擬的方式,探析香蒲在不同濃度砷脅迫下的生長特性、生理反應以及其對砷的耐受性,以期為砷污染的河湖濱濕地保護和生態恢復提供科學依據.

          • 供試植株取自昆明市海云綠化苗木有限公司苗木基地的當年生香蒲萌發苗,篩選高度一致(株高約35 cm),長勢良好的植株作為供試植物. 供試土壤取自昆明市跑馬山海拔1 900 m處的低洼地段,將土壤樣品采回后自然陰干、錘碎、磨細后過4 mm篩備用,基本性質如表1.

            土壤類型酸堿度有機質/(g·kg?1總磷/(g·kg?1總鈣/(g·kg?1總砷/(mg·kg?1
            紅壤3.971.840.572.868.39

            表 1  供試土壤的基本性質

            Table 1.  Physical and chemical properties of the tested soil

          • 本研究模擬濕地環境,通過添加Na2HAsO4·7H2O的方式設置土壤中As(以As5+計)質量比分別為0(CK)、50、100、150、200、600 mg·kg?16個處理,每個處理3個重復,具體方法如下:

            (1)使用黑色聚乙烯塑膠桶(高32 cm,口徑48 cm,底徑32 cm)作為濕地模擬裝置,每桶裝入10 kg干土和10 L純凈水,并按不同試驗處理加入Na2HAsO4·7H2O,使土壤成粘稠狀,充分混勻,自然放置平衡一周后用于試驗.

            (2)在濕地模擬裝置中等間距栽種6株香蒲幼苗,并統一添加等量基肥(N∶P2O5∶K2O為16∶16∶16),于45 d后進行取樣. 期間保持一致的水肥管理,土壤始終處于淹水狀態. 選取植株第2~3層葉片(從上至下),每個處理采集6片葉磨碎混勻,進行各項生理指標的測定. 將收獲的植株用0.01 mol·L?1乙二胺四乙酸二鈉(DETA)與蒸餾水洗凈,用濾紙吸去外部水分,測定株高、根長、側芽數. 分別采集植株地上部(新葉+枯葉)和地下部樣品、新葉與枯葉樣品,在105 ℃下殺青30 min,70 ℃烘干至恒重,粉碎后用于測定砷質量比w(As).

          • 相對葉綠素含量(CCI)利用SPAD-502便攜式葉綠素測定儀測定;丙二醛(MDA)、還原型谷胱甘肽(GSH)含量采用北京索萊寶科技有限公司的試劑盒及Multiskan FC酶標儀測定,所有指標測定為3次重復.

          • 植物、土壤樣品采用HNO3-HCIO4-H2SO4消解的方法(GB/T 5009.11-1996). 所有樣品測定過程中均設置空白對照和重復,使用雙道氫化物原子熒光光度計(AFS-810,北京吉天)測定其中w(As).

          • (1)香蒲對土壤中砷的富集與轉運系數,其計算公式為:

            ${\rm{TF}}={\rm{C}}_{\rm{o}}/{\rm{C}}_{\rm{r}} $

            ${\rm{BCF}}=C_{\rm{i}}/C_{\rm{s}} $

            式中,Co為香蒲地上部砷含量(mg·kg?1),Cr為香蒲地下部砷含量(mg·kg?1),Ci為香蒲不同部位砷含量(mg·kg?1),Cs為試驗土壤中砷含量(mg·kg?1);香蒲不同部位包括地上部與地下部,其中地上部包括枯葉和新葉.

            (2)香蒲對砷脅迫的耐受性綜合評價方法,首先參考Metwally等方法[13],將砷脅迫下香蒲各性狀指標統一以耐性指數表示,耐性指數計算公式為:

            $ {\rm{IT}}= L/L_{{\rm{ck}}} $

            式中,L為各處理組香蒲性狀指標參數,Lck為對照組香蒲性狀指標參數.

            對各單項指標進行主成分分析,將原來多個彼此相關的指標轉換成新的少數幾個彼此獨立的綜合指標,主成分分析采用SPSS21. 0進行。建立綜合指標Zj方程[14],其計算公式為:

            $ {{Z}_{j}}=\sum\nolimits_{i=1}^{m}{{_{ij}}xi,}\left( i=1,2\cdots m,j=1,2\cdots ,p,p\leqslant m \right), $

            式中,Zj表示某w(As)第 j 綜合指標值,bij表示第j個綜合指標第i個指標的載荷,xi表示w(As)第i個指標的標準化后的耐性指數.

            采用隸屬函數法對不同土壤w(As)脅迫下的香蒲進行綜合評價,利用以下公式計算耐砷綜合評價D值,其計算公式為:

            $ D = \sum\nolimits_{{{j}} = 1}^{{n}} {\left[ {{{u}}\left( {{{{\rm{{X}}}}_{{J}}}} \right) \times {{{{\rm{W}}}}_{{J}}}} \right],{{{\rm{J}}}} = 1,2 \cdots {{n}}} $

            式中 $u\left( {{X_J}} \right) = \dfrac{{{X_J} - {{{X}}_{{\rm{MIN}}}}}}{{{X_{{\rm{MAX}}}} - {X_{{\rm{MIN}}}}}},J = 1,2 \cdots n$是植株綜合指標的隸屬函數值計算公式,$u\left( {{X_J}} \right)$ 表示隸屬函數值;$\left( {{X_J}} \right)$ 表示第J個綜合指標;XMIN表示第J個綜合指標的最小值;XMAX表示第J個綜合指標的最大值. ${W_J} = \dfrac{{{P_J}}}{{{\displaystyle\mathop \sum \nolimits_{J = 1}^n} {P_J}}}$是植物綜合指標的權重計算公式,WJ表示第J個綜合指標在所有綜合指標中的重要程度,PJ表示某個材料第J個綜合指標的方差貢獻率.

          • 采用Microsoft Office Excel 2010處理生長及生理指標測定值;應用SPSS 21. 0對數據進行相關分析(Pearson)和P=0.05水平下的方差分析(ANOVA);統計數據采用Origin 2018軟件繪圖.

          • 表2可知,隨著供試土壤中w(As)的增加,香蒲的株高和根長在0~150 mg·kg?1呈上升趨勢,在150 mg·kg?1附近達到峰值,分別達到106.5、38.42 cm;且與其它處理間差異顯著(P<0.05). 大于150 mg·kg?1的砷脅迫下呈下降趨勢,隨著供試土壤中w(As)的增加,香蒲的地上部和地下部干重可能由于植株的個體差異存在波動,但整體都呈現出先升后降趨勢,且150 mg·kg?1處理與其它處理間差異顯著(P<0.05). 土壤中w(As)達到200 mg·kg?1時香蒲植株矮小,側芽個數減少,根部生長受到抑制,須根明顯減少,出現斷根現象,枯葉隨外源砷含量增加而增加,表現為強毒性.

            w (As)/ (mg·kg?1)株高/cm根長/cm側芽數/株地上部干重/g地下部干重/g
            CK73.25±16.63cd27.00±7.10bc1.50±1.22b3.57±0.98 c0.90±0.08c
            5089.24±3.39b43.20±1.79a2.80±1.10a8.45±2.14b5.14±1.44b
            10086.27±8.83bc38.43±6.19ab1.50±0.84b7.90±3.39b4.15±1.70bc
            150106.57±9.90a38.42±11.98b1.83±0.41ab15.75±3.41a9.52±2.79a
            20060.22±14.46d24.30±18.64bc0.20±0.45c2.53±1.17c0.78±0.39c
            60059.80±10.40d20.61±10.25c0.25±0.50c3.53±1.29c0.83±0.38c
            數據為平均值±標準偏差. 每一個指標同列數據后不同字母表示處理間差異顯著(p<0.05),下同.

            表 2  砷脅迫對香蒲生長特性的影響

            Table 2.  Effect of arsenic on the growth of Typha angustifolia

          • 葉綠素含量是表現植物光合作用強弱的一個重要生理指標,直接標志著植物生長的能力,從圖1(a)可以看出,葉尖相對葉綠素含量. 隨著土壤中w(AS)的增加香蒲葉片相對綠葉素含量亦呈現出先增加后減少的趨勢. 葉尖、葉中的相對葉綠素含量均在150 mg·kg?1砷處理下達到最高值,且與其它處理差異顯著(P<0.05).

            圖  1  砷脅迫對香蒲CCI,MDA含量,GSH含量的影響

            Figure 1.  Effect of As stress on relative chlorophyll content, MDA and GSH contents in Typha

            圖1 b可以看出,隨著供試土壤中w(As)增加,香蒲地上部與地下部MDA含量均表現出先升后降的趨勢,且地上部MDA含量一直明顯高于地下部. 當土壤中w(As)為100 mg·kg?1時地下部MDA含量最高,而地上部MDA含量在土壤中w(As)為200 mg·kg?1砷處理下最高. 地上與地下部MDA含量分別在土壤中w(As)達到200、600 mg·kg?1時低于CK. 生物體的防御體系中,除了抗氧化酶參與酶性抗氧化系統外,還有谷胱甘肽(GSH)等非酶類抗氧化物質[15]. 由圖1c可知,隨著供試土壤中w(As)增加,植物體內GSH 含量先升后降,地上部高于地下部;在土壤中w(As)大于200 mg·kg?1砷脅迫下,GSH 含量開始下降. 如表3所示,通過CCI、MDA含量和GSH含量相關性分析,表明葉尖相對葉綠素與地上部MDA含量之間呈顯著負相關,地下部GSH含量與MDA含量之間呈極顯著正相關.

            因子葉尖CCI葉中CCI地上部MDA地下部MDA地上部GSH地下部GSH
            葉尖CCI10.477**?0.582*?0.378?0.3790.165
            葉中CCI1?0.422?0.316?0.3320.051
            地上部MDA10.0340.256?0.332
            地下部MDA10.846**?0.623*
            地上部GSH10.320
            地下部GSH0.129
            **:在0.01水平下(雙側)相關性顯著;*:在0.05水平下(雙側)相關性顯著.

            表 3  砷脅迫下香蒲生理特性相關性分析

            Table 3.  Correlation analysis of physiological characteristics of Typha under As stress

          • 圖2 a可見,砷脅迫下香蒲體內不同部位砷的積累存在差異. 香蒲地上部與地下部砷含量隨著土壤中w(As)的升高而不斷增加,且各處理間差異顯著(P<0.05). 當砷濃度為600 mg·kg?1時,地上與地下部砷含量均達到最大,分別為187.75、465.16 mg·kg?1. 富集系數反映植物體對重金屬的富集能力,而轉運系數則反映重金屬在植物體內的運輸和分配情況[10]. 香蒲地上部、地下部對砷富集系數均值分別為0.21、0.63(表4),地下部富集系數是地上部2.5~4.5倍,植物地下部對砷的富集能力高于地上部. 隨著土壤中w(As)的增加,香蒲的轉運系數呈波動式上升,轉運系數平均值為0.26<1,在600 mg·kg?1砷處理達到峰值(0.40). 如圖2 b所示,從植物地上部的新葉與老葉分析可知,香蒲新葉與枯葉砷含量隨著土壤中w(As)的增加,總體呈增加趨勢,且各處理間差異顯著(P<0.05). 由表4可知,枯葉與新葉對砷的富集系數均值分別為0.60、0.05,枯葉富集系數達新葉38.7~4.1倍,兩者對砷的富集水平差異較大.

            圖  2  砷脅迫下香蒲不同部位的砷含量

            Figure 2.  The w(As)in Typha under As stress

            w(As)/(mg·kg?1)轉運系數地上部富集系數新葉富集系數枯葉富集系數地下部富集系數
            CK0.010.000.000.000.00
            500.270.290.020.661.08
            1000.220.170.020.890.78
            1500.330.210.060.790.64
            2000.300.270.070.740.90
            6000.400.310.120.510.78

            表 4  砷脅迫下香蒲對As的轉運富集

            Table 4.  As bioconcentration factor and transfer factor of Typha under As stress

          • 按照公式(3)進行耐性指數計算得出表5,進一步分析香蒲對砷的耐受性. 側芽數在土壤中w(As)為50 mg·kg?1處理下耐性指數最大,比對照增加了77.78%;但是香蒲株高、根長、地上部干重、地下部干重、葉尖CCI和葉中CCI,在土壤中w(As)為150 mg·kg?1砷脅迫下達到最大;而香蒲MDA與GSH耐受性指數大小卻呈現波動式變化. 綜合以上結果,不同土壤w(As)對各指標的影響不同,用不同單項指標的耐性指數來評價香蒲砷的耐受性,評價結果亦會不同. 說明香蒲對As的耐受性是一個復雜的綜合性狀,單個指標難以真正反映出植物砷的耐性. 采用多指標綜合評價,才更具有客觀性和科學性. 如表6所示,研究采用主成分分析,將原11個單項指標轉換為5個新的綜合指標Z1、Z2、Z3、Z4和Z5,其積累貢獻效率達到了91.89%,反應11個指標的信息.

            w(As)/
            (mg·kg?1)
            株高根長側芽數地上部
            干重
            地下部
            干重
            葉尖
            CCI
            葉中
            CCI
            地上部
            MDA
            地下部
            MDA
            地上部
            GSH
            地下部
            GSH
            CK1.001.001.001.001.001.001.001.001.001.00 1.00
            501.221.971.435.061.781.141.360.891.050.92 5.92
            1001.182.331.424.611.001.331.361.302.662.2411.51
            1501.454.161.4210.571.221.721.711.401.361.34 2.96
            2000.820.640.900.870.111.461.581.500.930.75 5.86
            4000.780.340.441.360.670.881.082.280.711.27 2.86
            6000.820.630.760.920.110.851.200.640.340.6910.16

            表 5  砷脅迫下濕地植物香蒲各生物指標的耐性指數

            Table 5.  Tolerance index of various biological indicators of Typha under As stress

            綜合
            指標
            株高根長側芽數地上部
            干重
            地下部
            干重
            葉尖
            CCI
            葉中
            CCI
            地上部
            MDA
            地下部
            MDA
            地上部
            GSH
            地下部
            GSH
            方差貢
            獻率/%
            累積貢
            獻率/%
            Z10.8370.7020.7530.840.769?0.1030.109?0.013?0.765?0.681?0.15237.7437.74
            Z2?0.1280.44?0.1310.4460.424?0.643?0.4360.5160.4340.5540.70422.4360.16
            Z30.0310.5210.1340.005?0.1310.2820.710.6540.3770.326?0.4916.4276.58
            Z4?0.3670.0810.1220.1850.390.5930.314?0.4460.1450.1510.40810.9287.51
            Z5?0.021?0.0960.615?0.201?0.042?0.067?0.1060.0030.1760.0440.0514.3891.89

            表 6  各綜合指標的系數及貢獻效率

            Table 6.  The coefficient and contribution efficiency of each integrated indicators

            利用隸屬函數加權平均法,依據Z1~Z5綜合指標的方差貢獻率,根據公式(3)計算香蒲耐受性的綜合評價值D值,D值為[0~1]閉區間的純數,其反映了香蒲的綜合耐受能力的大小,數值越大,表明耐As的能力越強,并根據D值對香蒲的As耐受性排序. 參考CK的綜合評價D值對其進行分級,如表7所示. 在土壤w(As)為150 mg·kg?1時香蒲對砷的耐性綜合評價D值大于0.5,對砷的耐受程度最高;100、50、200 mg·kg?1D值在0.35~0.5之間,香蒲表現出較強的耐受性;只有600 mg·kg?1砷處理低于CK的D值0.35,對砷的耐受性表現為較弱的程度. 整體上可以確定低濃度0 ~200 mg·kg?1砷對香蒲生長具有促進作用,隨著砷濃度的升高,砷對香蒲生長出現抑制作用.

            w(As)/(mg·kg?1)u(1)u(2)u(3)u(4)u(5)D耐受性評價
            1500.000.000.960.711.000.69D≥0.5
            1001.000.481.001.000.000.490.5>D>0.35較強
            500.160.650.360.170.740.45
            2000.23?0.33 0.980.590.440.43
            CK0.240.400.420.140.510.35D=0.35健康
            6000.181.000.000.000.500.31D<0.35較弱

            表 7  砷脅迫下香蒲耐受性綜合評價

            Table 7.  Under arsenic stress tolerance evaluation of Typha

          • 砷不是植物的必需元素,但有研究發現,微量砷可以刺激植物的生長發育[17],合理的施用Ca3(AsO42會使小麥、大豆等得到有效增產[18]. 過量的砷在土壤中可危害植物的生長,引起植物在生物性狀等方面的異常[19]. 本試驗表明,隨著土壤中w(As)增加,香蒲株高、根長、植株干重、側芽數等指標均表現出先增后減趨勢(表2),砷脅迫對香蒲生長起到低促高抑的作用,這與砷超富集植物蜈蚣草相類似[4-6]. 研究表明,低濃度重金屬會促進香蒲葉綠素形成,而高濃度則抑制其葉綠素的形成[15]. 本研究也表明在高濃度砷脅迫條件下,香蒲對光能的利用效率降低. 香蒲葉尖CCI低于葉中(圖2(a)),可能由于葉片吸收砷后多富集于維管束鞘和柵欄組織[20],通過葉脈轉移至葉尖,促使葉綠素酶活性增強,增加葉綠素分解[21],光合作用下降,進而促使葉尖葉色變淡甚至出現黃化現象. MDA是反應組織細胞膜損傷程度的重要指標,脅迫環境中,植物細胞原生質膜中的活性物質可與不飽和脂肪酸發生過氧化作用產生的丙二醛交聯[22],形成脂褐素,進而促使質膜系統受到傷害,干擾細胞的正?;顒? 在同一時期MDA積累量低,表示植物抵逆性強[23];MDA積累量高,反之. 本研究表明,一定濃度范圍內香蒲MDA含量均隨土壤中w(As)增加而表現出先上升后下降的趨勢,但在高濃度砷脅迫下,MDA含量卻低于CK(圖2b),表明高砷脅迫下細胞膜脂過氧化作用加劇,胞膜性系統難以維持平衡,香蒲地下先于地上部被打破平衡,可能是由于植物地下部最先受砷脅迫導致. GSH在維持機體氧化狀態的平衡中起重要作用,是組織細胞抗氧化損傷的主要抗氧化物質,能夠敏感并綜合反應組織的氧化應激能力及受損程度. 本試驗說明,適量砷脅迫下促使香蒲自我保護機制的啟動,低砷刺激下GSH被誘導,促使GSH含量升高以減輕對植株的損傷,大于200 mg·kg?1高砷脅迫下,形成過量的誘導已經超出葉片GSH的清除能力,并造成了葉片中抗氧化酶系統的紊亂[24],致使GSH含量開始下降,產生大量活性氧自由基植物細胞,使平衡遭到破壞,產生的活性氧自由基開始抑制抗氧化酶的活性,表現出酶活性下降[25]. 砷脅迫下香蒲體內地上部GSH含量高于地下部,亦說明As對植物生長的影響機制復雜,砷脅迫對植物的不同組織器官具有不同的生物學效應. 嚴明理等[26]對鈾對油菜幼苗生長和生理特征的影響研究發現植物組織中MDA含量與綠素含量呈顯著負相關. 在本研究中葉尖相對葉綠素含量與地上部MDA含量之間同樣呈顯著負相關(表3),主要原因是MDA為高活性的脂過氧化物,可與脂類、核酸、糖類及蛋白質發生交聯作用[27]而影響質膜和葉綠體片層膜的結構和功能,影響膜的流動性及其與酶的結合力. MDA含量可影響位于片層上的葉綠素含量[28],因此,在砷脅迫下,從植物葉綠素含量,即從香蒲葉尖顏色的變化,判斷植株受砷脅迫的強弱程度,與韓東英等[29]在老芒麥和香根草的研究相符. 地下部GSH含量與MDA含量之間呈極顯著正相關,可能是由于在AsA-GSH循環中,AsA是一種強抗氧化劑,在APX作用下氧化為MDA,GSH將MDA的歧化物還原成AsA,使H2O2分解為H2O[24],最終GSH含量影響MDA含量的高低.

            重金屬積累能力的大小是修復植物選擇的一個重要指標. 香蒲不同部位砷含量,隨土壤中w(As)增加呈現劑量依賴效應,香蒲地上部砷積累濃度最大值187.75 mg·kg?1低于Baker等[30]提出的參考值(砷超積累植株地上部砷含量必須在1 000 mg·kg?1以上),說明香蒲對砷具有一定的累積能力,并非超富集. 從整體來看無論土壤中w(As)增加低或高,香蒲不同部位對砷富集能力存在差異,其大小順序為地下部>地上部,枯葉>新葉. 由此可見,香蒲通過地下部的吸收富集進而把砷阻隔在地下部,降低對植物地上部的危害度,香蒲將砷轉移至枯老葉部以保護植株最具生命力的器官. As被植物根部吸收后不易向地上部分轉運,在Bragato等[31]、Jesteban等[32]的研究中也出現了類似現象. 可能是由于香蒲吸收的砷大部分以難溶態形式積累在根部[33],與根部細胞壁中的配體發生包括離子交換、吸附、絡合、沉淀和結晶在內的多種反應[34-35],形成重金屬螯合物固定在液泡中,致使其向地上部分的轉移不易發生,也可能是香蒲相對氧化的根際微環境,使其根表面形成鐵膜,進而砷被強烈吸附在根部鐵膜上的原因[36].

            在砷污染的湖泊河流中,陽宗海和大屯海湖濱濕地底泥中砷的富集程度為10~81 mg·kg?1[37]和160~780 mg·kg?1[38]. 有研究表明[39],我國水體表層底泥中As質量比為4.0~980.6 mg·kg?1. 從香蒲的綜合耐受性評價來看,香蒲可在含砷低于150 mg·kg?1土壤中健康生長;高于600 mg·kg?1土壤中,砷對香蒲的毒害效應顯現,處于生長抑制狀態. 結合上述砷污染河湖濕地底泥的砷污染程度,香蒲具有較強的耐受性,可在大部分砷污染河湖濕地底泥中生長,表明在砷污染河湖濱濕地及土壤治理中,香蒲具有一定的潛在應用價值.

          • (1)砷脅迫對濕地植物香蒲表現出低促高抑的作用;香蒲體內葉綠素、MDA和GSH含量均呈先增加后降低的規律;且不同植物組織器官具有不同的生物學效應,地上部對砷脅迫相對敏感,地下部抗逆性強. 香蒲對砷的防御體系中,相關指標存在耦合關聯性,通過香蒲葉尖顏色的變化,可以判斷植株受砷脅迫的強弱程度.

            (2)不同砷濃度脅迫下,其不同部位對砷的積累濃度存在差異,均反映出劑量依賴效應,高低順序為:地下部>地上部,枯葉>新葉;且表現出不同的轉運富集能力. 植株通過阻隔砷在地下部,以降低對地上部的毒害效應,砷往老葉枯葉部轉移以保護植株最具生命力的器官免受傷害.

            (3)香蒲對不同濃度砷脅迫下的香蒲綜合評價表明,香蒲對砷具有較強的耐受性.

        參考文獻 (39)

        目錄

          /

          返回文章
          返回