植物中銻的積累過程及銻與砷的復(fù)合作用研究.pdf

1、銻是環(huán)境中微量但普遍存在的有毒元素。近年來由于無序的礦山開采和冶煉、落后的工業(yè)生產(chǎn)和集約化的農(nóng)業(yè)活動(dòng)造成銻大量的進(jìn)入環(huán)境中，對(duì)人類健康造成極大危害。砷與銻屬于同一主族且經(jīng)常伴生存在，因此經(jīng)常會(huì)形成砷銻復(fù)合污染。植物修復(fù)由于其良好的經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效應(yīng)獲得了學(xué)術(shù)界和公眾的廣泛關(guān)注。研究銻在植物體內(nèi)的富集轉(zhuǎn)化以及砷與銻在植物體內(nèi)的相互作用對(duì)于認(rèn)識(shí)植物耐性機(jī)理和植物修復(fù)技術(shù)的實(shí)踐均具有理論與實(shí)際意義。本文通過一系列水培實(shí)驗(yàn)，以蕨類植物為主要研究

2、材料，應(yīng)用生理生化測(cè)定技術(shù)、氫化物原子熒光光譜法、HPLC-ICP-MS測(cè)定技術(shù)以及亞細(xì)胞分離技術(shù)等手段，研究了植物對(duì)銻的富集與轉(zhuǎn)化、砷銻對(duì)植物亞細(xì)胞間的相互作用以及砷銻形態(tài)在植物吸收富集間的相互作用。主要研究結(jié)果如下：
　　 研究了白玉鳳尾蕨與印度芥菜對(duì)銻的吸收富集與轉(zhuǎn)化特征。結(jié)果表明，白玉鳳尾蕨(Pteris Cretica‘icai-lineata’)與印度芥菜(Brassica juncea L.Czern)是銻的耐性植

3、物；白玉鳳尾蕨在Sb(Ⅲ)、Sb(Ⅴ)、TMSb處理下地上部與根中銻最高含量分別為815.6mg/kg和6065.3mg/kg、311.7mg/kg和7624.4mg/kg、185.9mg/kg和229.0mg/kg；印度芥菜在Sb(Ⅲ)、Sb(Ⅴ)、TMSb處理下地上部與根部中銻最高含量分別為322.3mg/kg和2663.3mg/kg、46.1mg/kg和1022.1mg/kg、7.4 mg/kg和152.5mg/kg，可見白玉鳳尾

4、蕨與印度芥菜對(duì)Sb(Ⅲ)的富集轉(zhuǎn)運(yùn)能力最強(qiáng)、Sb(Ⅴ)次之、TMSb最弱，其中白玉鳳尾蕨比印度芥菜對(duì)銻的富集能力更強(qiáng)。三種形態(tài)的銻處理中，白玉鳳尾蕨與印度芥菜均表現(xiàn)出對(duì)Sb(Ⅴ)最強(qiáng)的轉(zhuǎn)化能力，這兩種植物根部吸收Sb(Ⅴ)后最多18%轉(zhuǎn)化為Sb(Ⅲ)，但運(yùn)至地上部以后，83%都轉(zhuǎn)化為Sb(Ⅲ)；白玉鳳尾蕨與印度芥菜對(duì)Sb(Ⅲ)的轉(zhuǎn)化能力最弱，95%的Sb(Ⅲ)可直接被植物吸收并向地上部運(yùn)輸，只有5%左右銻被轉(zhuǎn)化為Sb(Ⅴ)；TMSb處理

5、下，白玉鳳尾蕨可直接吸收轉(zhuǎn)運(yùn)TMSb并將其40%左右轉(zhuǎn)化為Sb(Ⅲ)，6%左右轉(zhuǎn)化為Sb(Ⅴ)，而印度芥菜將TMSb全部轉(zhuǎn)化為無機(jī)銻，且整株植物Sb(Ⅲ)占95%以上
　　 研究了四種蕨類植物對(duì)砷銻的吸收富集與亞細(xì)胞分布。結(jié)果表明，圓蓋陰石蕨(Humata tyermanni Moore)、白玉鳳尾蕨(P.cretica)、劍葉鳳尾蕨(Pteris ensiformisBurm)、傅氏鳳尾蕨(Pteris fauriei Hie

6、ron)根部砷最高含量分別為18.7mg/kg、153.9mg/kg.309.2 mg/kg、293.0 mg/kg，銻最高含量分別為2359.9 mg/kg、4985.8 mg/kg、6404.5 mg/kg、5111.7 mg/kg，這四種植物都是砷銻的耐性植物且鳳尾蕨屬(白玉鳳尾蕨、劍葉鳳尾蕨、傅氏鳳尾蕨)植物對(duì)砷銻的耐性要高于陰石蕨屬(圓蓋陰石蕨)植物；銻的加入能顯著提高四種蕨類植物根與根狀莖砷含量，卻顯著降低傅氏鳳尾蕨葉與莖部

7、砷含量，尤其是劍葉鳳尾蕨根部與圓蓋陰石蕨葉部，前者加入銻以后砷含量由46.5mg/kg增至153.9mg/kg，增幅達(dá)231%；后者加入銻以后砷含量由3.5mg/kg降至1.7mg/kg，降幅達(dá)51%。四種蕨類植物體內(nèi)各部位胞液、細(xì)胞壁與細(xì)胞器砷含量分別占43%-91%、7%-41%、2%-19%，銻含量分別占2%-34%、44%-93%、1%-21%，因此四種蕨類植物其亞細(xì)胞砷含量分布特征均為：胞液>細(xì)胞壁>細(xì)胞器，銻含量分布特征均為

8、：細(xì)胞壁>胞液>細(xì)胞器。
　　 研究了波士頓蕨(Nephrolepis exaltata)體內(nèi)砷銻形態(tài)與亞細(xì)胞間的相互作用。結(jié)果顯示，在波士頓蕨體內(nèi)，砷銻之間具有相互抑制的作用。相對(duì)于10mg/LAs處理來說，銻的加入能夠降低波士頓蕨體內(nèi)各部位砷含量，降幅最高達(dá)62%，但是可促使根部細(xì)胞壁中的砷向胞液與細(xì)胞器轉(zhuǎn)移，也可以促使羽葉與葉柄胞液處的砷向細(xì)胞壁與細(xì)胞器轉(zhuǎn)移；銻的加入總能讓砷含量最高的某一亞細(xì)胞組分向其他組分轉(zhuǎn)移。相對(duì)于2

9、0mg/LSb處理來說，砷的加入能夠降低波士頓蕨體內(nèi)各部位銻含量，降幅最高達(dá)78%，但可促使波士頓蕨根部細(xì)胞器中的銻向細(xì)胞壁與胞液轉(zhuǎn)移，也可以促使羽葉與葉柄處細(xì)胞壁向其他兩個(gè)亞細(xì)胞組分轉(zhuǎn)化。
　　 在砷處理下，波士頓蕨體內(nèi)羽葉DMA含量可占總砷的58%，Sb(Ⅲ)的加入使各部位As(Ⅲ)所占的比例由18%-30%降至13%-17%。在銻處理下，波士頓蕨體內(nèi)Sb(Ⅲ)高達(dá)94%以上；加入Sb(Ⅲ)以后，波士頓蕨根部與葉柄處Sb(Ⅴ