铬胁迫对芥菜型油菜生理特性和铬富集的影响

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摘要:采用盆栽试验研究了重金属铬胁迫对芥菜型油菜来凤芥菜和四川黄籽的出苗率、幼苗生物量、叶绿素含量、丙二醛含量(MDA) ,超氧化物歧化酶( SOD)、过氧化物酶( POD) 活性、铬的亚细胞分布和铬富集的影响. 目的是为阐明植物遭受铬胁迫的毒害机制和铬污染土壤的植物修复提供理论依据. 结果表明,低浓度铬能够促进芥菜型油菜生长,提高出苗率,增加幼苗生物量和叶绿素含量,但MDA 含量降低; 高浓度铬导致芥菜型油菜出苗率、幼苗生物量和叶绿素含量下降,MDA 含量增加,并且MDA 含量与叶绿素含量呈显著负相关. 当土壤中外源铬浓度< 300 mg / kg时,铬处理导致2 种油菜叶片中SOD 和POD 活性都增加,但是当铬浓度> 300 mg / kg时,铬抑制叶片中SOD 和POD 活性. 来凤芥菜和四川黄籽叶片富集的铬主要分布于细胞质中( 分别为48. 57% ~ 64. 77% 和41. 03% ~ 76. 42% ) ,其次为细胞壁,而叶绿体和线粒体中含量很低( < 10% ) . 相对而言,四川黄籽能够耐受较高浓度的铬胁迫. 2 种油菜根和地上部分铬含量随铬处理水平的提高而增加. 在加入300 mg / kg铬的土壤中,芥菜型油菜生长70 d 后,来凤芥菜和四川黄籽叶片累积铬的平均浓度分别达167. 30 和197. 60 mg / kg,平均每株地上部富集铬总量均达最大值,分别为1. 71 和2. 81 mg / plant,平均每株从土壤中带走的铬分别占土壤中全铬含量的0. 23% 和0. 38% . 在铬污染土壤植物修复中,四川黄籽具有潜在的应用价值.
    铬广泛应用于化工、轻工、冶金、纺织、机械等行业. 我国是世界铬盐生产大国,据不完全统计,我国年产铬已超过16 万t,每年新排放铬渣约60 万t,历年累积堆存铬渣近600 万t,受铬严重污染的土壤达1 250多万t. 铬不仅污染土壤,影响植物生长发育,而且还可通过食物链影响人类健康[1]. 因此,研究铬污染土壤修复新技术具有重要意义. 利用超积累植物对重金属的富集特性而进行植物修复,因运作成本低、操作简便、生态友好、且可大规模实施等优点而日益成为目前治理重金属污染土壤的一种有效方法. 重金属污染区域的植物修复主要是利用超积累植物吸收污染土壤中的重金属,从而达到净化土壤的目的. 但自然界中存在的超积累植物种类稀少,分布受地域局限,并且生物学产量低,因此,从植物资源中筛选生物学产量高、富集重金属能力较强的
    植物将成为植物修复技术的一条新思路.植物在遭受铬胁迫时会发生一系列生理生化变
化. 低浓度铬处理对高丹草幼苗根系质膜ATPase 活性影响较小,较高浓度铬处理使其ATPase 活性及根生长受到抑制[2]. 长期铬胁迫将导致叶片中重金属积累,增加植物叶绿素酶的活性,促进叶绿素分解,叶片变黄,光合作用下降[3 ~ 7]. 因此,叶绿素的破坏程度可以作为植物在重金属铬胁迫下组织受损程度的判定标准之一. 此外,铬胁迫也会导致细胞内活性氧累积,产生氧化胁迫[6,8,9]. 活性氧在植物体内积累,若不能及时清除,则可抑制CO2的固定,并参与叶绿体的降解,引发膜脂过氧化[10]. SOD、POD 能调节细胞内的活性氧水平,减弱细胞内因活性氧大量积累而造成的伤害[11]. 活性氧清除酶系统活性较高的植物对铬胁迫的耐受性也较强[11 ~ 13].
    近年来,各国环境科学工作者在耐铬植物筛选方面做了大量研究. 相继发现了李氏禾[14]、Dicoma niccolifera Wild 和Sutera fodina Wild[15] 3 种铬超积累植物,紫狼尾草、芦竹具有修复铬污染土壤潜力的植物[16,17]. 李氏禾适合于修复铬污染人工湿地,而
其余几种植物作为铬污染土壤的植物修复材料,缺乏实际操作可行性. 十字花科芸薹属植物芥菜型油菜耐旱、抗寒、生物量较大,可大量富集Pb、Cd、Ni、Zn 和Cu 等多种重金属[18 ~21],可作为这些重金属污染矿区土壤修复的植物材料. 然而关于芥菜型油菜对重金属铬富集特性和铬污染土壤修复的研究相对缺乏. 本研究以来凤芥菜和四川黄籽为试验材料,采用盆栽试验,在不同外源铬含量水平的土壤上,分析了2 种油菜的生长状况、富集铬效应,以期为阐明植物遭受铬胁迫的毒害机制和铬污染土壤的植物修复提供理论依据.
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