伴矿景天根系分泌物及其组分在镉污染土壤修复中的作用

作     者：孙丽娟 

作者单位：湖南师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谭长银

授予年度：2021年

学科分类：12[管理学] 1204[管理学-公共管理] 082803[工学-农业生物环境与能源工程] 07[理学] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 120405[管理学-土地资源管理] 0713[理学-生态学] 

主      题：伴矿景天 根系分泌物 Cd污染 植物修复效率 

摘      要：根系分泌物是植物根系与土壤进行物质、能量以及信息传递的载体。植物通过改变根系分泌物的产生和累积来适应重金属胁迫。而根系分泌物能改变根际土壤理化性质,影响土壤重金属活性和有效性,促进植物对重金属的吸收。通过研究伴矿景天在修复中轻度Cd污染土壤时,其根系分泌物在修复过程中的作用,可为修复Cd污染土壤提供新的思路。本研究以伴矿景天为试验材料,探究了伴矿景天根系分泌物组成和含量在Cd胁迫下的变化,筛选出伴矿景天根系分泌物组分中能提高土壤Cd生物有效性和伴矿景天修复效率的组分或不同组分的组合,为揭示伴矿景天耐Cd或超积累Cd的可能作用机制,以及强化伴矿景天修复中轻度Cd污染土壤中提供一定的参考。主要研究结果如下:（1）由GC-TOF-MS分析可知,伴矿景天根系分泌物由155种代谢物组成,包括有机酸、氨基酸、碳水化合物、脂肪酸、胺类、脂类、醇类和其它物质。Cd胁迫下,有33种根系分泌物被鉴定为差异代谢物,包括苹果酸、乙醇酸、戊二酸、甘氨酸、丙氨酸、异丁胺、尿素等。差异代谢物的变化表明,Cd胁迫同样影响了与之相关的有机酸代谢、脂代谢、氨基酸代谢等代谢途径。差异代谢物代谢途径分析表明,与低Cd处理相关的代谢途径有13条,与高Cd处理相关的代谢途径有6条。其中有5种代谢途径是与Cd胁迫相关性最高的关键途径,主要为氨基酸代谢。（2）根系分泌物组分中,与CK相比,同一浓度的柠檬酸和苹果酸处理下土壤p H在一周内显著降低,柠檬酸和伴矿景天根系分泌物原液处理的土壤DTPA-Cd含量在试验开始后第3天显著增加。不同含量的柠檬酸、甘氨酸、果糖处理对水稻土p H降幅和对Cd的活化效果表现为柠檬酸甘氨酸果糖,其中,柠檬酸处理的土壤p H在试验开始后第1天显著降低了0.25～1.00个单位,土壤DTPA-Cd含量提高了35.14%～66.21%;各处理对紫色土表现为柠檬酸≈甘氨酸果糖,其中,柠檬酸和甘氨酸处理的土壤p H分别降低了0.21～0.27、0.22～0.27个单位,土壤DTPA-Cd含量分别提高了13.31%～20.59%、16.58%～21.55%。在复配处理中,仅柠檬酸与甘氨酸复配处理分别在水稻土和紫色土中效果较好,但各处理在水稻土中的效果都要高于紫色土。（3）根系分泌物组分中,与CK相比,在同一浓度的柠檬酸、苹果酸和琥珀酸处理下,伴矿景天生物量显著提高了27.07%～44.79%,地上部的Cd含量显著提高了23.55%～35.18%。而在不同柠檬酸浓度或与甘氨酸复配处理中,与ACK相比,CG2处理效果最好,伴矿景天生物量显著提高了25.98%,地上部的Cd含量显著提高了17.88%。与对照组相比,各处理均促使土壤中残渣态Cd含量的降低,而向弱酸提取态Cd、可还原态Cd转化,此外,它还提高了土壤中Cd的有效态含量和生物有效性。其中,同一浓度的柠檬酸、甘氨酸和果糖处理,以及CG2处理的土壤Cd有效性均大于50%。此外,在同一浓度的各处理中,柠檬酸处理土壤Cd全量较CK显著降低了14.84%,伴矿景天的修复效率降低了11.33%;在不同柠檬酸浓度或与甘氨酸复配处理中,CA1和CG2处理土壤Cd全量分别较ACK降低了20.46%和20.39%,伴矿景天的修复效率分别为46.16%和46.11%。