吊兰对镉的耐性及其对镉污染土壤的修复效果

吊兰对镉的耐性及其对镉污染土壤的修复效果汇报一、研究背景与意义二、耐Cd植物的筛选三、吊兰对Cd的耐性与积累四、吊兰对Cd污染土壤的修复效果重金属污染危害严重20世纪20年代以来，随着金属冶炼、电解和电镀技术的发展，Cd污染现象明显增加，在世界范围内给人类及家畜的健康带来严重的危害。Cd污染土壤的治理已迫在眉睫。我国辽宁省葫芦岛锌厂附近土壤Cd含量最高达33.07mg·kg-1；位于美国宾夕法尼亚州锌冶炼区,土壤Cd含量由37.4mg·kg-1到1020mg·kg-1不等；而在我国湖南宝山矿区，有些层土壤Cd的含量甚至达到了2587mg·kg-1。我国受重金属污染的耕地面积近3亿亩，金属尾矿废弃地属典型重金属污染区。植物修复具有良好的生态效益和审美价值。观赏植物作为修复物种，不会通过食物链危及人类健康；经济效益明显。植物种选择是修复成功与否的关键。耐Cd观赏植物的筛选碰碰香滴水观音蟹爪兰火炬兰雏菊含羞草白雪姬树马齿苋百日草吊兰吊兰含羞草白雪姬树马齿苋CK、20、50mg·kg-13个Cd浓度进行筛选万寿菊羽衣甘蓝修复用观赏植物的筛选吊兰对Cu、Pb、Cd具有很强耐性，这为修复治理重金属污染土壤提供了重要植物材料。实验①选取生长状况相近的吊兰幼苗②配置不同Cd梯度浓度（CK、5、10、20、50、100、200mg·kg-1以纯Cd2+计）的土壤。稳定两周后每盆栽种吊兰2颗，另设一组不栽种吊兰的空白组。以上每种处理均设三个重复。③栽培50天后，测定生长指标、生理指标和Cd富集量④测定土壤中Cd的形态分布⑤测定土壤理化性质、土壤酶活性以及Cd的污染程度吊兰对Cd的耐性和累积特性研究Cd浓度(mg·kg-1)根长(cm)茎叶长(cm)根干重(g·株-1)茎叶干重(g·株-1)总干重(g·株-1)耐性指数(%)CK14.28±0.68b10.79±1.10a7.01±3.49ab4.33±2.15ab11.34±3.52ab100517.77±0.90a10.85±1.36a7.60±3.56ab5.09±2.84ab12.69±6.23ab124.461015.56±1.93b10.84±1.20a7.76±3.72ab5.85±2.44a13.61±6.12a108.962016.13±1.40ab10.28±1.30a8.23±2.03a5.34±1.34ab13.57±3.35a112.985014.71±2.82b10.04±0.99a6.21±3.00ab4.33±1.52ab10.54±4.24ab102.991009.75±1.28c9.21±1.25ab5.13±1.75ab3.37±1.32ab8.50±2.94ab68.302009.64±1.04c7.68±1.67b3.80±0.84b2.74±1.20b6.54±0.90b67.51Cd对吊兰生长的影响当Cd浓度低于100mg·kg-1浓度时，生长指标均与对照组无明显差别，且耐性指数均高于100。Cd对吊兰生理指标的影响Cd浓度(mg·kg-1)电导率(µs·cm-1)O2·-产生速度(µmol·g-1FW·min-1)MDA含量(µmol·g-1·FW)叶绿素a(mg·g-1·FW)叶绿素b(mg·g-1·FW)类胡萝卜素(mg·g-1·FW)a/bCK46.17±2.64f1.01±0.16d3.21±0.53bc18.97±2.47b11.19±1.95bc2.56±0.32ab1.71±0.10a551.50±3.62e1.01±0.12cd3.08±0.31c20.15±1.10ab11.74±0.68ab2.78±0.42ab1.72±0.10a1054.40±2.65e1.07±0.12cd3.22±0.76bc21.55±0.66a12.44±1.04a2.93±0.37a1.74±0.09a2060.60±2.42d1.13±0.13cd3.44±0.69bc20.96±0.87a12.05±0.21ab2.88±0.24ab1.74±0.09a5064.00±3.10c1.19±0.08bc3.63±0.42bc20.42±0.92ab11.72±0.82ab2.76±0.22ab1.74±0.08a10067.60±2.42b1.28±0.11bc3.85±0.41b17.02±1.30c9.89±0.30cd2.65±0.47ab1.72±0.12a20071.03±2.64a1.46±0.07a4.15±0.38a15.88±0.21c9.12±0.54d2.44±0.18b1.74±0.08a电导率和O2·-产生速度均与Cd浓度正相关，但当Cd浓度低于100mg·kg-1浓度时，吊兰的MDA和叶绿素含量均与对照组无明显差别。Cd对吊兰保护酶系统的影响Cd浓度(mg·kg-1)SOD(U·g-1FW)POD(U·g-1FW)CAT(mg·g-1·min-1)CK871.79±78.04b390.00±65.19b2.10±0.37a51202.87±68.98a450.00±61.24b2.33±0.43a10770.74±56.10c612.50±86.60a2.31±0.28a20661.39±69.49d262.50±35.36c2.04±0.10a50587.48±61.88de175.00±25.00d1.38±0.13b100528.91±56.51e116.67±10.21de0.90±0.04c200407.24±49.81f75.00±18.03e0.71±0.02c低浓度的Cd对保护酶系统有一定的激活作用。吊兰体内Cd含量与分布项目根积累浓度(mg·kg-1)地上部分积累浓度(mg·kg-1)富集系数转运系数根地上部分CK7.85±0.20a6.95±0.15a11.5110.190.885598.82±6.61b81.52±5.82b20.3716.810.82510179.60±3.67c149.30±11.61c18.7715.600.83120265.50±0.30d221.20±7.60d13.8111.510.83350469.00±6.16e393.70±17.63e9.598.050.840100883.20±61.10f623.80±15.75f8.916.290.7062001522.00±32.53g856.50±8.53g7.774.370.563几种植物累积量的比较植物名称Cd浓度(mg·kg-1)栽培天数(day)根累积量(mg·kg-1)叶累积量(mg·kg-1)遏蓝菜Thlaspicaerulescensa594407937克里夫兰烟Nicotianaclevelandii8自然生长30.5239.18羽叶鬼针草Bidensmaximowicziana509087.189.2龙葵Solanumnigruma10080109.9167.8茄子Solanummelongena10090188.864.0蜀葵AlthaearoseaCav.100120178.5135.6剑麻Aagavesisalana100自然生长133.655.86宝山堇菜Violabaoshanensisa210自然生长882745吊兰C.comosum10050883.2623.8吊兰对Cd耐性很强，在Cd浓度低于100mg·kg-1时均能正常生长。吊兰对Cd的累积能力非常强。吊兰生长对土壤Cd形态分布的影响Cd浓度(mg·kg-1)EXCCAFe-MnOMRES(mg·kg-1)%(mg·kg-1)%(mg·kg-1)%(mg·kg-1)%(mg·kg-1)%CK0.07±0.02a10.110.06±0.01a9.380.10±0.02a14.070.05±0.02a6.590.41±0.05a59.8550.75±0.23ab15.410.42±0.01b8.590.64±0.01a13.240.30±0.04a6.192.74±0.58b56.58101.48±0.02b15.400.86±0.02c8.951.27±0.02b13.220.66±0.03ab6.895.32±0.43c55.54203.19±0.04c16.011.88±0.08d9.442.50±0.18c12.571.41±0.02b7.0910.93±0.05d54.90508.29±0.13d16.724.88±0.11e9.855.47±0.23d11.023.73±0.00c7.5127.21±0.93e54.8910017.15±0.26e17.1810.40±0.09f10.4410.26±0.35e10.288.84±0.06d8.8553.13±1.14f53.2020035.69±1.46f18.1522.99±0.16g11.6918.04±0.41f9.1818.69±0.19e9.50101.20±0.03g51.47空白组土壤Cd形态分布实验组土壤Cd形态分布Cd浓度CdCon(mg·kg-1)EXCCAFe-MnOMRES(mg·kg-1)%(mg·kg-1)%(mg·kg-1)%(mg·kg-1)%(mg·kg-1)%CK0.05±0.01a9.140.04±0.00a7.240.10±0.01a18.670.13±0.01a23.810.22±0.01a41.1450.59±0.15ab12.740.37±0.02ab7.960.86±0.01ab18.671.06±0.00ab23.041.73±0.37a37.59101.49±0.17b16.150.76±0.03b8.211.61±0.05bc17.451.94±0.00bc20.923.45±0.69a37.27203.46±0.32c19.211.59±0.03c8.862.75±0.11c15.282.90±0.05c16.087.30±0.91ab40.57508.29±1.00d20.233.70±0.20d9.036.12±0.04d14.935.65±0.03d13.7717.24±3.10b42.0410017.66±0.22e21.108.22±0.24e9.8311.32±0.13e13.539.66±0.10e11.5436.81±3.62c44.0020034.16±1.29f22.0916.00±0.52f10.3418.81±1.27f12.1616.56±0.26f10.7169.14±11.04d44.70空白组与实验组各Cd形态百分比的T检验项目ItemsEXCCAFe-MnOMRESRC（%）9.065-10.04032.402141.495-25.391T-1.6574.520-10.580-3.8617.720P0.1490.0040.0000.0080.000植物的生长明显促进了RES向弱结合态的转化，提高了土壤中Cd的迁移能力Cd处理下实验组与空白组的Cd总量.项目实验组Cd总量(mg·kg-1)空白组Cd总量(mg·kg-1)CK0.53±0.04a0.68±0.03a54.60±0.35b4.85±0.07b108.57±0.50c9.57±0.57c2017.32±0.42d19.22±0.00d5040.32±0.71e48.89±1.45e10082.98±1.24f99.12±0.92f200154.00±0.53g195.90±0.50g空白组与实验组Cd总量下降百分比差别的T检验（n=7）项目RC(%)TPCd总量-13.7105.4270.003植物的吸收作用不是造成根际土壤比非根际土壤重金属全量低的唯一原因。植物的生长明显促进了RES向弱结合态的转化，提高了土壤中Cd的迁移能力吊兰对Cd污染土壤修复效果的研究项目浓度(mg·kg-1)pH值电导率(µs·cm-1)有机质(%)总氮(g·kg-1)总磷(g·kg-1)总钾(g·kg-1)空白组CK5.33±0.00a101.00±5.66a2.56±0.28a1.55±0.07a2.06±0.05a9.69±0.73a54.82±0.14b102.50±9.19a2.56±0.46a1.55±0.11a2.05±0.03a9.69±0.43a104.74±0.18b115.50±9.19ab2.57±0.52a1.54±0.03a2.05±0.15a9.64±0.60a204.68±0.25bc132.50±4.95b2.56±0.50a1.54±0.05a2.05±0.06a9.59±0.22a504.50±0.11bcd153.00±7.78c2.37±0.73a1.53±0.05a2.03±0.10a9.56±0.09a1004.39±0.08cd197.00±9.90d2.30±0.63a1.53±0.16a2.02±0.05a9.49±0.38a2004.30±0.05d235.00±7.07e2.20±0.10a1.52±0.08a1.99±0.04a9.36±0.21a实验组CK5.48±0.10a56.80±3.12a2.06±0.37a1.31±0.08ab2.16±0.11cb13.70±0.29b55.46±0.06a67.80±2.28b1.97±0.26a1.28±0.10ab2.33±0.05ab14.44±0.37a105.35±0.08ab73.40±3.91bc1.81±0.34a1.24±0.10a2.37±0.10a14.70±0.47a205.33±0.08ab75.40±3.36c2.02±0.45a1.29±0.07ab2.21±0.04b13.35±0.13bc505.28±0.10b80.00±3.39c2.16±0.70a1.34±0.07ab2.12±0.03cbd12.99±0.00cd1005.22±0.11b90.00±1.92d2.20±0.28a1.38±0.13ab2.08±0.07cd12.48±0.25d2004.93±0.19c112.00±11.07e2.23±0.15a1.44±0.09b2.03±0.05d11.13±0.07eCd对土壤基本理化性质的影响吊兰不是固氮植物，吊兰生长大量吸收土壤中的氮，使氮含量下降。有机质主要来源于微生物对腐败物质的分解，吊兰生长周期较长，在试验期内基本未发生枯死落叶等情况，因此有机质含量有所降低。Cd对土壤酶的影响项目浓度(mg·kg-1)蔗糖酶(mg·g-1·24h-1)脲酶(mg·g-1·24h-1)磷酸酶(mg·100g-1·2h-1)过氧化氢酶(ml)空白组CK7.12±0.251.07±0.18a21.08±0.44a2.82±0.17a57.11±0.151.10±0.13a19.04±2.55ab2.72±0.11a107.06±0.200.91±0.04ab17.55±1.21ab2.61±0.01ab207.07±0.100.76±0.18bc15.83±1.73bc2.50±0.29abc507.10±0.050.60±0.13cd13.66±1.77cd2.35±0.06bcd1007.12±0.250.48±0.04d10.67±1.34de2.21±0.13cd2007.09±0.150.35±0.04e9.04±0.96e2.10±0.14d实验组CK7.21±0.521.18±0.11a25.95±1.35a2.94±0.07a57.19±0.461.17±0.15a25.84±1.35a2.97±0.07a107.14±0.351.06±0.12ab26.70±2.11a2.93±0.05a207.16±0.410.92±0.12bc25.24±1.08ab2.81±0.09b507.13±0.330.77±0.08cd24.15±0.93b2.71±0.07b1007.12±0.540.66±0.07d22.07±0.63c2.59±0.07c2007.04±0.370.44±0.14e17.59±0.96d2.39±0.07d实验组与空白组土壤酶活性差别的T检验（n=7）指标蔗糖酶脲酶磷酸酶过氧化氢酶T2.1307.83110.3598.873P0.0770.0000.0000.000吊兰对土壤酶起到了良好的修复作用吊兰对镉污染土壤中细菌数量的影响对镉污染土壤中放线菌数量的影响对镉污染土壤中真菌数量的影响重金属污染土壤中微生物数量依次为：根际组＞非根际组＞对照组。显示出栽培吊兰显著增加了重金属污染土壤中的微生物数量，对污染土壤具有良好的修复效果外源调节剂对植物重金属耐性和富集特性的影响研究柠檬酸对土壤Cd有较强的活化作用，能够有效提高吊兰对Cd的吸收，而较高Cd富集量又抑制了吊兰的生长.EDTA对吊兰富集能力的影响相对较弱，对吊兰的生长也无显著影响。EDTA和柠檬酸混合处理不仅促进了对吊兰对Cd的吸收，还促进了Cd从吊兰地下部分向地上部分的转移较低浓度的P促进了吊兰对Cd的吸收，而过高浓度的P，则会抑制吊兰对Cd的吸收。吊兰地下部分、地上部分的富集系数以及转运系数分别在P浓度为216mg/kg，278mg/kg，188mg/kg时达到最大。结论吊兰对Cd具有很高的耐性和富集能力，有超富集Cd的潜力。吊兰的生长能促进残渣态向弱结合态转化，有利于植物修复的进行。吊兰在保持土壤性质和土壤修复方面均有良好的作用，能显著降低土壤Cd污染程度。汇报完毕敬请各位专家批评指正！