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两种暴露途径及硝酸钙的施加对植物吸收转运氟的影响

两种暴露途径及硝酸钙的施加对植物吸收转运氟的影响

作     者:崔思凡 

作者单位:四川大学 

学位级别:硕士

导师姓名:杨金燕;余朝阳

授予年度:2021年

学科分类:07[理学] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0713[理学-生态学] 

主      题: 叶菜类蔬菜 吸收途径 叶面阻控 健康风险分析 

摘      要:氟(F)是地球上第13丰富的元素,广泛分布于岩石圈、水圈、大气圈和生物圈,由于各种自然因素或人为活动氟被释放出来进入环境,随着生物地球化学循环进入生物体内,最终通过食物链食物网被摄入到人体内,超过一定限值时可能会危害人体健康。本研究的供试材料为叶菜类蔬菜,通过发芽试验,探究在不同氟浓度梯度下,生菜(Lactuca sativa *** Hort.)、小白菜(Brassica chinensis L.)和菠菜(Spinacia oleracea L.)的发芽率、生长状况及生理响应的差异,初步了解氟对3种叶菜类蔬菜的毒性作用,筛选出一种合适的植物进行下一步的水培试验。通过水培试验,分别以根和叶为吸收途径,探究不同途径吸收氟对植物的影响,同时探究硝酸钙(Ca(NO))对植物吸收氟的阻控作用,并确定其最适施加量。此外还根据水培试验得到的实验结果,对氟进行人体健康风险评估,判断不同处理下,人类通过摄入含氟叶菜类蔬菜对人体健康的危害。发芽试验表明,氟的存在明显降低了生菜和菠菜种子的发芽率和发芽指数,同时菠菜幼苗的生长也受到了抑制,而生菜的根长、芽长和鲜重在不同氟浓度下没有显著性差异。小白菜在发芽和生长初期,表现出氟不敏感性,发芽和生长基本没有受到抑制。随着氟暴露浓度的增加,植物中积累的氟含量也显著增加,相同剂量的氟暴露情况下,植物的含氟量为菠菜小白菜生菜。由于氟胁迫,3种植物体内出现了氧化应激反应,合成了大量的丙二醛(MDA)、脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖。综合比较,由于小白菜相比于菠菜有着更高的发芽率,且在发芽阶段对氟胁迫表现出良好的耐受性,而在生长期间又能够吸收积累较多的氟,故选择小白菜作为试验材料进行接下来的水培实验。水培试验发现,随着氟暴露量的增加,植物富集了更多的氟。从叶进入植物的氟主要分布在叶片中,几乎不向根部迁移,叶中积累的氟导致叶片出现萎黄现象,随着氟浓度的增加,显著抑制了植物的生长。而经由根进入到植物体内的氟主要分布在根中,其中小部分向上转运至叶片。相比于经叶进入,经由根进入植物体内的氟对根长和生物量的影响很小,各处理下没有显著性差异,且对叶片损伤低于叶片直接暴露于氟的处理。在氟胁迫下,小白菜叶片中的叶绿素含量下降,而丙二醛(MDA)、可溶性糖和可溶性蛋白增加。氟胁迫导致植株的光合作用受到抑制,且出现明显的脂质过氧化。细胞内的抗氧化防御系统开始工作,生成大量的可溶性糖、可溶性蛋白对多余的活性氧进行清除。随着钙施加浓度的增加,叶中积累的钙含量增多。当植株暴露于低氟处理下,经由根吸收氟的植株叶片中钙含量整体高于经由叶吸收氟的植株。当叶暴露于含氟环境中时,叶片中的钙含量与氟暴露浓度呈显著负相关。在高氟处理下,钙增加了根吸收氟的量,同时降低其向上转运至地上部的含量,最终有效降低小白菜可食部位的氟含量,且钙的存在在一定程度上能阻止氟进入叶片,尤其是1 g/L钙的处理,显著降低了叶片中的氟浓度。对于叶暴露于氟中的植株,钙能缓解氟胁迫下植物的生长抑制,使小白菜的生物量明显增加,而对于根暴露下的植株,钙对植物的生长没有表现出明显的促进作用。综合考虑钙对植物在氟胁迫下的影响,发现在高氟浓度下(20 mg/L),施加1 g/L的钙能有效降低氟对植物的毒害作用。基于本研究中水培实验的结果,对小白菜中的含氟量进行人体健康风险分析发现,儿童和成人通过摄入含氟量为0~5243 mg/kg的小白菜而导致的日均摄入量远低于安全限值,且危害商数也均小于1,表明不会有潜在的非致癌风险。由于儿童体重较轻,日均摄入量(DI)和危害商数(HQ)相较于成人更大,因此在同浓度的含氟污染物暴露下,儿童可能有着更高的健康风险。

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