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文檔簡介
1、人工濕地已被廣泛用于多種污水的處理。人工濕地處理各種污水的同時,污水中攜帶的各類污染物可能對濕地中生長的植物造成負面的影響。氨氮和有機污染物是污水中常見的污染物成分,研究氨氮和有機污染物脅迫下濕地植物的污染物耐受性及其機理,對于保證人工濕地的處理效果和生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)維持具有重要的意義。
本論文利用植物生理生化研究手段,研究了在氨氮和有機污染物脅迫下,典型濕地植物蘆葦、浮萍、苦草的生理響應機制,明確了典型濕地植物對氨氮和有
2、機污染物的耐受性,探討了典型濕地植物在氨氮和有機污染物脅迫之后的恢復規(guī)律;并利用蛋白質組學研究技術,對典型濕地植物進行了差異蛋白質組的比較分析,研究了濕地植物對氨氮和有機污染物脅迫的分子抗性機制。研究結果如下:
(1)在氨氮、有機污染物脅迫下,濕地植物的生理活動受到了不同程度的影響。如膜系統(tǒng)受到傷害,葉綠素含量降低。但是,植物具有一定的自我防御能力,可以抵抗一定的脅迫。通過研究典型濕地植物生理生化指標對氨氮、有機污染物脅迫
3、的響應規(guī)律,明確了典型濕地植物對氨氮、有機污染物的耐受性。
①蘆葦對氨氮、有機污染物具有較高的耐受性。在氨氮濃度、有機污染物濃度(CODCr)分別為160mgL-1、200mgL-1時,蘆葦葉綠素含量、膜系統(tǒng)穩(wěn)定性、營養(yǎng)元素含量、抗氧化防御系統(tǒng)和滲透調節(jié)物質含量處于正常水平,說明160mgL-1氨氮、200mgL-1CODCr未對蘆葦產(chǎn)生脅迫,蘆葦正常生長。
②浮萍對氨氮、有機污染物具有一定的耐受性。在氨氮濃
4、度、CODCr分別為80mgL-1、400mgL-1時,浮萍葉綠素含量、膜系統(tǒng)穩(wěn)定性、營養(yǎng)元素含量、抗氧化防御系統(tǒng)和滲透調節(jié)物質含量處于正常水平水平,說明80mgL-1氨氮、400mgL-1CODCr沒有對浮萍產(chǎn)生脅迫,浮萍正常生長。
③苦草對氨氮、有機污染物較為敏感,耐受性較低。在氨氮和CODCr濃度分別為2mgL-1、100mgL-1時,苦草葉綠素含量、膜系統(tǒng)穩(wěn)定性、營養(yǎng)元素含量、抗氧化防御系統(tǒng)和滲透調節(jié)物質含量處于正
5、常水平,說明2mgL-1氨氮、100mgL-1CODCr沒有對苦草產(chǎn)生脅迫,苦草正常生長。
(2)植物具有自我修復能力,在一定限度的脅迫條件下,不會造成植物的不可逆損傷,在去除脅迫后植物能夠恢復到正常水平。通過研究蘆葦、浮萍、苦草在去除脅迫之后生理生化指標的恢復規(guī)律,考察了典型濕地植物恢復能力。
①320mgL-1氨氮、400mgL-1CODCr脅迫30天后的蘆葦,在去除脅迫后,其相對電解質滲透率、丙二醛、活
6、性氧、葉綠素、營養(yǎng)元素含量、抗氧化防御系統(tǒng)、滲透調節(jié)物質含量恢復到正常水平;當氨氮濃度、CODCr過高(分別≥640mgL-1、800mgL-1),則超過蘆葦?shù)哪褪芊秶?,蘆葦受到不可逆?zhèn)Γ谌コ{迫后不可恢復。
②160mgL-1氨氮、800mgL-1CODCr脅迫14天后的浮萍,在去除脅迫后,其相對電解質滲透率、丙二醛含量、活性氧含量、葉綠素含量、抗氧化防御系統(tǒng)、滲透調節(jié)物質含量恢復到正常水平;當氨氮濃度、CODCr過
7、高(分別≥320mgL-1、1000mgL-1),則超過浮萍的耐受范圍,浮萍受到不可逆?zhèn)?,在去除脅迫后不可恢復。
③4mgL-1氨氮、200mgL-1CODCr脅迫14天后的苦草,在去除脅迫后,其相對電解質滲透率、丙二醛含量、活性氧含量,葉綠素含量、抗氧化防御系統(tǒng)、滲透調節(jié)物質含量恢復到正常水平;當氨氮濃度、CODCr過高(分別≥8mgL-1、300mgL-1),則超過苦草的耐受范圍,苦草受到不可逆?zhèn)?,在去除脅迫后不可
8、恢復。
(3)結合蛋白質組學研究技術,對典型濕地植物進行了差異蛋白質組比較分析及鑒定,研究了濕地植物對氨氮和有機污染物脅迫的分子抗性機制,同時,對典型挺水、漂浮和沉水型濕地植物進行耐受能力比較分析。
①氨氮脅迫對蘆葦、浮萍和苦草具有類似的傷害機制。過高濃度的氨氮脅迫會抑制氮代謝過程中關鍵酶——谷氨酰胺合成酶和光合作用關鍵酶—1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶的表達下調,造成自由氨在體內過量積累和光合作用減弱,
9、抑制濕地植物的正常生長。
②蘆葦、浮萍和苦草對氨氮的耐受機制存在差異。三種濕地植物通過調節(jié)抗氧化防御相關蛋白的表達上調抵抗氨氮的傷害,其中,蘆葦體內上調表達的是過氧化氫酶、谷胱甘肽轉移酶;浮萍體內上調表達的是過氧化氫酶、錳超氧化物歧化酶和過氧化物酶;苦草體內上調表達的是錳超氧化物歧化酶。
③有機污染物脅迫對蘆葦、浮萍和苦草的傷害機制存在差異。在有機污染物脅迫下,蘆葦體內參與光合作用的1,5-二磷酸核酮糖羧化酶
10、/加氧酶的表達受抑制,進而減弱其光合作用,導致蘆葦?shù)恼IL受阻礙;浮萍和苦草體內參與能量代謝的三磷酸腺苷合酶的表達下調,導致生物體的三磷酸腺苷的合成受阻,引起能量供應不足,植物生長受到阻礙。
④蘆葦、浮萍和苦草對有機污染物的耐受機制存在差異。在有機污染物脅迫下,蘆葦通過上調尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶的表達,促進糖類物質的合成,從而為機體提供更多的能量,進而提高蘆葦對有機污染物的耐受能力;浮萍通過上調甘油醛-3-磷酸脫氫酶
11、和谷胱甘肽轉移酶的表達,提高體內的能量供應和抗氧化防御能力,進而提高浮萍對有機污染物的耐受能力;苦草通過上調谷胱甘肽轉移酶的表達,提高對有機污染物的耐受能力。
⑤就濕地植物對氨氮的耐受能力而言,蘆葦適合于氨氮濃度不超過160mgL-1的污水處理,浮萍適合于氨氮濃度不超過80mgL-1的污水處理,苦草適合于氨氮濃度不超過2mgL-1的污水處理;就濕地植物對有機污染物的耐受性而言,蘆葦適合于CODCr不超過200mgL-1的污
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