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EDTA和NTA对苎麻吸收重金属镉的影响机制研究

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EDTA和NTA对苎麻吸收重金属镉的影响机制研究

作者：王亚琴湖南大学

学位级别：硕士

镉污染主要来源于农业和工业生产、污水灌溉以及金属采集和冶炼等过程过程。由于镉具有非生物降解性、化学移动性以及生物毒性，因而能够通过食物链对植物、动物甚至人体产生毒害作用。镉污染对生态系统和人体健康造成了严重的威胁，针... 详细信息

镉污染主要来源于农业和工业生产、污水灌溉以及金属采集和冶炼等过程过程。由于镉具有非生物降解性、化学移动性以及生物毒性，因而能够通过食物链对植物、动物甚至人体产生毒害作用。镉污染对生态系统和人体健康造成了严重的威胁，针对镉污染的修复技术已经引起全球越来越多的关注。螯合诱导植物修复技术是一种廉价、安全、对环境友好且非常有前途的土壤修复技术，主要利用金属鳌合剂的螯合能力来活化土壤中的重金属，诱导植物的超富集能力，促进重金属向植物地上部分转移，从而提高植物的修复效率。苎麻，俗称“中国草”，是一种中国特有的纤维作物，它生物量大、生长速度快且对土壤重金属镉有较强的耐性和富集性。因此，苎麻作为我国重要的经济作物，是一种理想的镉污染治理的目标作物。本研究以苎麻为目标植物，以重金属Cd为目标污染物，选择不可降解性螯合剂EDTA和天然可降解螯合剂NTA为土壤添加物，研究这两种螯合剂对苎麻修复重金属Cd污染土壤的影响以及作用机制。主要研究结果如下：1、Cd胁迫和金属螯合剂（EDTA和NTA）存在下铜绿微囊藻藻液光密度和叶绿素含量变化趋势是基本一致的。EDTA和NTA处理下，藻液光密度和叶绿素含量随时间变化呈上升趋势，而高浓度EDTA-Cd和NTA-Cd溶液中藻液光密度和叶绿素含量在实验后期出现下降趋势。这说明Cd是影响铜绿微囊藻生长的主要因素，EDTA和NTA对铜绿微囊藻的生长代谢的影响不大，且在一定程度上能够缓解Cd对铜绿微囊藻的毒害。2、EDTA和NTA处理下，Cd胁迫下的苎麻植株出现不同程度地黑色斑点或叶片枯萎症状，且螯合剂的添加引起了苎麻叶片内MDA含量的增加以及叶绿素含量和游离脯氨酸含量的降低，这可能是因为螯合剂或者镉螯合物在苎麻叶片中的积累干扰了脂肪氧合酶的作用途径和光合作用过程，同时也降低了镉对植物体内渗透系统的伤害。然而，NTA处理组MDA平均含量低于EDTA处理组，而叶绿素含量高于EDTA处理组，这可能是因为NTA对苎麻的毒害作用低于EDTA。Cd胁迫下，EDTA的添加引起了苎麻根系土壤脲酶活性的上升和过氧化氢酶活性变化呈急剧下降趋势，但对磷酸酶活性影响不大，这说明EDTA能减轻Cd胁迫对土壤脲酶的毒害但能加重对过氧化氢酶的毒害。NTA处理下，苎麻根系土壤脲酶、过氧化氢酶以及磷酸酶活性变化均呈上升趋势，其中土壤脲酶活性变化最明显而土壤磷酸酶活性变化最不明显，这说明NTA均能缓解Cd胁迫对土壤脲酶、过氧化氢酶以及磷酸酶的毒害作用。3、土壤活化实验中，EDTA提取态Cd和NTA提取态Cd均显著高于对照组，这说明EDTA和NTA都能有效地活化土壤中的重金属Cd。在苎麻吸收动力学实验中，苎麻根部对Cd溶液、EDTA-Cd溶液和NTA-Cd溶液中Cd的吸收均符合Michaelis–Menten方程，说明苎麻根系对三种条件下Cd的吸收都是由转运载体所介导的逐渐趋于饱和的过程。EDTA和NTA能够螯合土壤中的Cd并形成Cd螯合物，从而提高土壤Cd的有效性且促进植物对Cd和Cd螯合物的吸收。盆栽实验中，EDTA和NTA处理下苎麻根、茎、叶各部分的总Cd含量以及茎部、叶片TF有明显上升，尤其是EDTA处理组苎麻体内Cd转运水平接近超积累植物。苎麻各部分细胞壁Cd含量随螯合剂浓度上升而下降，而细胞内和细胞外Cd含量则随螯合剂浓度呈上升趋势，尤其是在EDTA处理下苎麻叶片中的变化非常明显。结果表明EDTA和NTA可能促进Cd从根部往地上部分转运通过促进其共质体途径和质外体途径的运输。苎麻叶片Cd积累量也显著增加可能是因为叶片中栅栏组织提供巨大的细胞空间来贮存镉或镉螯合物，而且叶肉细胞中的液胞也能贮存大量的Cd.

关键词： EDTA NTA 镉苎麻螯合诱导植物修复藻类毒理学生理代谢土壤酶吸收动力学共质体途径质外体途径

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螯合诱导修复技术中螯合剂污染效应研究

螯合诱导修复技术中螯合剂污染效应研究

作者：刘鹤东北林业大学

学位级别：硕士

土壤重金属污染是当今面临的日益严重和急待解决的重要环境问题。植物修复技术的发明和应用,为土壤修复开辟了新的途径。其中,植物提取因更具有永久性和广域性的特点而成为当前最有发展前途的植物修复方法。螯合诱导修复技术是指,向土... 详细信息

土壤重金属污染是当今面临的日益严重和急待解决的重要环境问题。植物修复技术的发明和应用,为土壤修复开辟了新的途径。其中,植物提取因更具有永久性和广域性的特点而成为当前最有发展前途的植物修复方法。螯合诱导修复技术是指,向土壤中施用螯合剂诱导或强化植物超富集作用。螯合诱导植物提取技术是利用螯合剂的络合能力来活化土壤中的重金属,促进重金属向植物地上部分转移,达到提高植物提取效率的目的。被活化的重金属常以水溶性金属螯合物的形式存在,有利于植物对其吸收和积累,但同时也增加了重金属污染地下水的潜在危险性。本试验将以黑土土壤为研究对象,通过水培和土培等方法,研究EDTA、草酸、EDDS三种螯合剂对玉米种子萌发、生长的影响、对土壤的影响及对地下水的潜在影响。主要研究结果如下：(1)在水培玉米试验中,三种螯合剂对玉米种子的发芽率、苗高、发芽指数都有一定的影响,其影响与螯合剂的种类、浓度和作用时间有关。总体上看,三种螯合剂在高浓度时,对玉米种子萌发生长的影响都是最大的,说明高浓度的EDTA、草酸、EDDS对玉米种子萌芽及生长呈明显的毒性作用。(2)三种螯合剂对土壤微生物数量的影响随处理时间的延长呈现波动性变化,随处理时间的延长,抑制作用呈增强趋势。总体上看,EDTA和草酸对土壤微生物的抑制作用随螯合剂浓度的增大而增强,而EDDS对土壤微生物的抑制作用与浓度成反比。(3)随着浓度的增大,加入EDTA和草酸的土壤逐渐由中性(pH值为7.2)变为弱酸性(pH值为6.2-6.4),而加入EDDS的土壤pH值却略有升高。(4)草酸和EDTA处理的土壤过氧化氢酶活性基本上都是随着浓度的增高呈下降趋势,EDDS则相反。三种螯合剂都可提高土壤的过氧化物酶活性,草酸和EDTA对过氧化物酶活性的刺激作用随浓度的增加呈下降趋势,而EDDS的促进作用随着浓度的增加呈上升趋势。(5)螯合剂处理土壤的TOC含量均高于对照,其中,EDTA和EDDS处理的土壤TOC含量基本上都是随着浓度的增高呈上升趋势,而草酸处理的土壤TOC含量随浓度的变化不是很显著。(6)螯合剂处理的土柱淋滤液中铜含量都较对照明显增加,从铜浓度来看,其淋溶风险大小顺序为：EDDS>EDTA>草酸。EDTA和EDDS处理的土柱土壤TOC含量增加明显,而草酸处理的土壤TOC含量与对照基本相似。总体上看,三种螯合剂降解由难到易的顺序为：EDTA,EDDS,草酸。

关键词：螯合诱导植物修复土壤螯合剂污染效应

茼蒿和苏丹草对铜的积累和耐性比较及EDDS对植物铜积累的影响

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茼蒿和苏丹草对铜的积累和耐性比较及EDDS对植物铜积累的影响

作者：魏岚南京农业大学

学位级别：硕士

水培条件下，研究了双子叶植物茼蒿和单子叶植物苏丹草对铜的积累和耐性差异。结果表明，0.32-50μmol·LCu处理后，茼蒿和苏丹草的生长受到明显的抑制作用，表现为根系伸长生长受到抑制;地上部和根系干重随着Cu处理浓度增加而减小，尤... 详细信息

水培条件下，研究了双子叶植物茼蒿和单子叶植物苏丹草对铜的积累和耐性差异。结果表明，0.32-50μmol·LCu处理后，茼蒿和苏丹草的生长受到明显的抑制作用，表现为根系伸长生长受到抑制;地上部和根系干重随着Cu处理浓度增加而减小，尤其是根系干重减少量更为显著。随着Cu处理浓度的增加，苏丹草和茼蒿叶片叶绿素含量都下降。过量Cu处理后苏丹草和茼蒿根系细胞膜受到明显伤害，表现为MDA含量上升，根系电解质渗漏率增加。Cu处理后，苏丹草和茼蒿体内Cu含量随着Cu处理浓度的增加而增加，且绝大部分积累在植物的根系。与苏丹草相比，茼蒿对Cu的积累能力更强，50μmol·LCu处理时茼蒿地上部Cu含量可以达到64mg·kg，而苏丹草地上部Cu含量只有24mg·kg，差异达到极显著水平(P＜0.01)。相同浓度Cu处理下苏丹草根系Cu含量和其细胞壁Cu含量均高于茼蒿，且苏丹草根系糖醛酸含量也高于茼蒿。相同Cu处理浓度下，茼蒿地上部可溶态Cu含量要显著高于苏丹草，且其百分含量也显著高于苏丹草;同时相同浓度Cu处理下茼蒿地上部非蛋白巯基含量也显著高于苏丹草。为了弄清可降解螯合剂EDDS诱导植物修复效果及其机理，研究了螯合剂EDDS和EDTA对苏丹草、玉米、大豆、茼蒿、青菜吸收土壤重金属的影响;水培条件下，研究了高浓度可生物降解螯合剂EDDS对茼蒿生长和Cu积累的影响;同时探讨了茼蒿根系伤害在EDDS诱导植株地上部Cu积累中的作用。结果显示，土培条件下，施用5mmol·kgEDDS和EDTA可以显著增加供试植物地上部Cu、Pb、Zn和Cd的含量及积累量。EDDS比EDTA具有更强的溶解土壤Cu和增加植物吸收积累Cu的能力。但对土壤Pb的溶解和增加其在植物地上部积累的作用，EDTA大于EDDS。在5种不同的植物中，EDDS对茼蒿Cu含量和积累量的促进作用最大。EDDS处理下茼蒿地上部Cu含量和积累量分别达到973mg·kg和每盆909μg。施用EDDS和EDTA后的5-30d内，土壤Cu、Pb、Zn和Cd含量(水提取态)随时间显著下降，尤其是在施用EDDS的土壤中下降更为迅速，EDDS施用8个月后对植物地上部干重和重金属含量已无显著影响。与EDTA相比，可生物降解螯合剂EDDS在诱导植物修复重金属污染特别是Cu污染上有很大的潜力，且环境风险较小。水培条件下，在含50μmol·LCu的Hoagland营养液中，加入50-3000μmol·L EDDS可以显著缓解Cu对茼蒿的毒害作用，显著降低茼蒿地上部Cu含量。对茼蒿根系进行不同程度的伤害处理，则显著提高Cu在茼蒿地上部的积累量，且茼蒿地上部Cu含量与其根系电解质渗漏率呈显著的正相关。这些结果似乎表明，根系细胞膜透性的破坏对EDDS-Cu进入植物体内起关键作用。

关键词：茼蒿苏丹草糖醛酸 EDDS 螯合诱导植物修复可生物降解

EDTA与可降解螯合剂联合施用促进地被竹土壤铅污染修复研究

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EDTA与可降解螯合剂联合施用促进地被竹土壤铅污染修复研究

作者：杨轶雄四川农业大学

学位级别：硕士

近年来,重金属污染土壤植物修复技术由于其经济性以及环境友好性而引起了广泛的关注。乙二胺四乙酸(EDTA)的施用能极大地提升土壤铅污染植物修复的效率,但会带来一定的环境风险。选择适宜的可降解螯合剂与EDTA复配使用不仅能降低螯合剂... 详细信息

近年来,重金属污染土壤植物修复技术由于其经济性以及环境友好性而引起了广泛的关注。乙二胺四乙酸(EDTA)的施用能极大地提升土壤铅污染植物修复的效率,但会带来一定的环境风险。选择适宜的可降解螯合剂与EDTA复配使用不仅能降低螯合剂带来的环境风险,还能增加土壤铅污染植物修复的效率。本试验选择铺地竹(Sasa argenteostriata(Regel)***)为研究材料,选用4种可降解螯合剂——次氮基三乙酸(NTA)、三聚磷酸钠(STPP)、谷氨酸N,N-二乙酸(GLDA)以及聚天冬氨酸(PASP)与EDTA以不同比例(1:1,1:2)联合施用,比较不同螯合剂组合促进地被竹土壤铅污染修复效率以及环境风险,筛选出其中效果较好可降解螯合剂及其与EDTA的复配比例;然后将筛选出的螯合剂组合应用于美丽箬竹(Indocalamus decorus ***)和铺地竹中,研究螯合剂组合诱导2种地被竹土壤铅污染修复的有效性与安全性,筛选出诱导地被竹铅积累效率最高、环境风险最小的螯合剂组合,并选择铺地竹深入研究其生理响应及解毒机制;最后选用铺地竹对上一步选择出来的最佳螯合剂组合进行螯合剂施用方式的研究,比较不同螯合剂浓度(900、1200、1500 mg/kg)和施用方式(1次施用、分3次施用)对地被竹土壤铅污染修复效率、环境风险和地被竹生理响应、解毒机制的影响,筛选出最佳的螯合剂施用方式。研究结果如下:(1)4种可降解螯合剂与EDTA联合施用促进地被竹土壤铅污染修复研究结果表明:(1)施用螯合剂显著提升了地被竹各器官的铅含量,除EDTA处理外,EN1:1、ES1:1及EG1:1处理促进地被竹土壤铅污染修复效率较高;(2)各处理土壤酸溶态铅含量均显著增加,最大值出现在EDTA处理;(3)ES1:1处理土壤水溶性铅在25 d后达到与EDTA处理相同的水平,其余处理在25 d内均显著低于EDTA处理;(4)综合分析而言,选择NTA和GLDA与EDTA1:1联合施用具有相对较高的修复效率以及更低的环境风险。(2)螯合剂组合诱导地被竹土壤铅污染修复研究结果表明:(1)施用螯合剂后,2种地被竹均表现出较高的耐受性,尤其是铺地竹,各处理总生物量较CK均有所增加;(2)美丽箬竹和铺地竹各处理铅积累总量最大值均出现在EN处理,分别为各自CK的1.53倍和1.25倍;(3)施用螯合剂组合显著增加了土壤中的酸溶态铅含量和水溶性铅含量,具体表现均为EDTA>EN≈EG;(4)各处理土壤脲酶活性增加,最大值出现在EN处理;EDTA及EG处理土壤过氧化氢酶活性均显著降低;(5)铺地竹通过积累Pro来维持细胞渗透平衡并缓解螯合剂和铅对叶片的负面影响;(6)植物细胞螯合作用在铺地竹缓解螯合剂和铅的毒性中具有重要意义;(7)综上所述,EDTA与NTA1:1联合施用是诱导地被竹土壤铅污染修复有效性与安全性最高的螯合剂组合。(3)EDTA与NTA联合施用的不同方式对地被竹铅富集及环境风险影响研究结果表明:(1)地被竹总生物量随螯合剂浓度及施用频度的增加而降低,总生物量最高值出现在1次施用900 mg/kg螯合剂处理;(2)分3次施用螯合剂处理地被竹铅积累总量均小于1次施用螯合剂处理,1次施用900 mg/kg螯合剂对地被竹地上及地下部分铅积累均有显著促进作用;(3)在施用频度相同时,土壤中酸溶态铅和水溶性铅含量随着螯合剂浓度的增加而增加;3次施用螯合剂处理土壤水溶性铅含量随时间的增长而增长,并在20 d之后显著高于同浓度1次施用螯合剂处理;(4)综合分析比较后认为,1次施用900 mg/kg螯合剂组合更有利于地被竹对铅的积累和转运,且环境风险更低。

关键词：土壤铅污染地被竹 EDTA 可降解螯合剂螯合诱导植物修复环境风险

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重金属污染土壤的植物修复

河南科技学院学报 2010年第2期38卷 47-51页

作者：牛立元河南科技学院河南新乡453003

对重金属污染土壤植物提取作用(主要是螯合诱导植物修复)的概念、基本原理、主要方法及存在问题进行了综述.植物修复是指利用绿色植物从环境中清除污染物或将其转变为无害形式的过程,即植物-生物修复,主要包括植物提取、植物过滤、植物... 详细信息

对重金属污染土壤植物提取作用(主要是螯合诱导植物修复)的概念、基本原理、主要方法及存在问题进行了综述.植物修复是指利用绿色植物从环境中清除污染物或将其转变为无害形式的过程,即植物-生物修复,主要包括植物提取、植物过滤、植物固定、植物挥发和植物降解作用,其中植物提取因具有成本低、能够保持土壤肥力等特点,越来越受到人们的重视.

关键词：螯合诱导植物修复重金属污染植物修复土壤