螯合劑對苧麻吸收、積累重金屬的影響及其機(jī)理研究.pdf

1、苧麻是一種多年生宿根性的經(jīng)濟(jì)作物，具有較強(qiáng)的耐干旱、貧瘠等逆境的能力。在對重金屬礦區(qū)植物資源的調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)，苧麻能良好地生長于這些重金屬脅迫的環(huán)境中，并成為優(yōu)勢物種；進(jìn)一步的研究結(jié)果顯示，苧麻對重金屬污染土壤中的重金屬有極強(qiáng)的積累能力。許多研究表明，向重金屬污染土壤施加螯合劑能促進(jìn)植物對重金屬的吸收，目前的研究集中于不同螯合劑對植物吸收、積累重金屬的影響，以及吸收機(jī)理研究，且還沒有涉及苧麻。
　　 本研究以不同品種苧麻為實(shí)驗(yàn)材

2、料，以篩選重金屬鎘、鉛的耐性品種，研究施加螯合劑EDTA和EGTA對苧麻吸收重金屬的影響為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，從苧麻植物的光合系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng)兩個方面重點(diǎn)研究了施加螯合劑前后苧麻植物的重金屬耐性機(jī)理，并詳細(xì)分析了苧麻葉片中重金屬的積累量與各項生理生化指標(biāo)之間的相關(guān)性，比較了不同麻齡苧麻幼苗對重金屬和螯合劑脅迫的反應(yīng)。研究結(jié)果表明：
　　 (1)對本研究所采用的15個苧麻品種進(jìn)行Pb(0～2.00 mmol/L)、Cd(0～0.08 mmo

3、l/L)重金屬耐性試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，從植物干重積累和Pb、Cd重金屬元素積累兩個方面考慮，相對來說，多倍體2號和湘苧3號具有較強(qiáng)的耐性。
　　 (2)重金屬污染土壤處理苧麻幼苗的結(jié)果表明：①苧麻中重金屬的積累量因礦山土壤來源的不同(Pb，Zn，Cu，Cd等重金屬的含量比例不同)而有明顯的差異：②重金屬在苧麻根、莖、葉中的分布也因礦山土壤來源的不同而表現(xiàn)出差異性，規(guī)律不太明顯；③礦山土壤中的重金屬不易進(jìn)入所試驗(yàn)品種的苧麻植物體內(nèi)，但重金

4、屬一旦進(jìn)入植物根系則較易從根部遷移、轉(zhuǎn)運(yùn)到地上部。施加螯合劑(包括EDTA和EGTA，處理濃度為10 mmol/kg干土)后，對苧麻幼苗吸收、積累Pb或Cd有較強(qiáng)的促進(jìn)作用，特別是在根和葉中的積累，而對Cu和Zn的促進(jìn)或抑制吸收則基本上沒有規(guī)律性；同時，螯合劑對多倍體2號的重金屬元素增強(qiáng)吸收效果要稍強(qiáng)于湘苧3號。
　　 (3)在一般土壤(重金屬含量相對較低)中施加低濃度(5～10 mmol/kg)螯合劑(包括EDTA和EGTA)

5、，提高苧麻幼苗葉片葉綠素(Chl)和可溶性糖含量以及Chl a/b比值，但降低類胡蘿卜素(Car)含量和Car/Chl比值；提高光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、細(xì)胞間CO2濃度(Ci)和水分利用率(WUE)，但降低蒸騰速率(Tr)；提高最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)、實(shí)際量子效率(φPSII)、電子傳遞效率(ETR)和光化學(xué)淬滅系數(shù)(qP)，但抑制非光化學(xué)淬滅系數(shù)(NPQ)；提高谷胱甘肽(GSH)含量以及超氧化物歧化酶(SOD)、過氧

6、化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)和抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性，降低可溶性蛋白和MDA含量。說明低濃度螯合劑處理能促進(jìn)苧麻幼苗葉片中光合色素的生成和積累，提高光合效率，同時刺激抗氧化酶的活性和非酶抗氧化劑的積累，提高植物的抗氧化能力；但高濃度(15 mmol/kg)螯合劑對苧麻幼苗產(chǎn)生毒害作用。
　　 (4)重金屬污染礦山土壤處理，降低苧麻幼苗葉片Chl和Car含量以及Car/Chl比值，但提高可溶性糖含量以及Chl

7、a/b比值；降低Pn、Tr、Gs和Ci，但提高WUE；降低Fv/Fm、φPS II、ETR和NPQ，但對qP有輕微的促進(jìn)作用：降低可溶性蛋白和GSH含量以及SOD、POD、CAT活性，但對APX活性有輕微的刺激作用，并提高M(jìn)DA含量。施加低濃度(5～10 mmol/kg)的螯合劑(包括EDTA和EGTA)后，苧麻幼苗的各項生理生化指標(biāo)均得到顯著的改善。說明本研究所采用的重金屬污染礦山土壤處理抑制了苧麻幼苗葉片中光合色素的生成和積累，降低

8、光合效率，同時抑制抗氧化酶的活性和非酶抗氧化劑的積累，減弱植物的抗氧化能力；但施加低濃度的螯合劑能顯著地改善苧麻幼苗的生長狀況，增強(qiáng)抗氧化能力。
　　 (5)施加螯合劑后，苧麻葉片中Pb和Zn的積累量與可溶性蛋白和MDA含量沒有相關(guān)性，與SOD和POD活性有顯著的正相關(guān)性，與Chl、AsA和GSH含量，APX和CAT活性，以及Pn、Tr、Fv/Fm、φPSII和ETR等指標(biāo)有極顯著的正相關(guān)性，與可溶性糖含量和WUE有極顯著的負(fù)相

9、關(guān)性；葉片Cu和Cd的積累量與可溶性蛋白、Chl、AsA和GSH含量，SOD、POD、CAT和APX活性，以及Pn、Tr、Fv/Fm、φPS II和ETR等指標(biāo)有極顯著的正相關(guān)性，與可溶性糖和MDA含量以及WUE有極顯著的負(fù)相關(guān)性。在不考慮其他因素的情況下，與葉片重金屬積累量有顯著相關(guān)性的指標(biāo)均可以作為此狀態(tài)下苧麻幼苗受重金屬脅迫程度的生理生化指標(biāo)。此外，本研究采用的苧麻，其葉片中Pb和Zn的積累量具有極顯著的正相關(guān)性，葉片中Cu和Cd