不同生态型蜈蚣草的As富集能力差异及其生理机制
文献类型：学位论文
| 作者 | 刘颖茹 |
| 答辩日期 | 2005-07 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 陈同斌 |
| 关键词 | 植物修复 超富集植物 蜈蚣草 砷 生态型 富集能力 耐性 蒸腾 吸收动力学 XAS EXAFS XANES 形态 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 生态学 |
| 英文摘要 | 土壤As污染是当前世界范围内普遍存在的环境问题。随着As超富集植物蜈蚣草的发现，以其为基础的As污染土壤的植物修复技术越来越受到关注。其中提高蜈蚣草对As污染土壤的实地修复效率以及探索蜈蚣草对As的富集机理是该领域所要解决的优先课题。本研究选择了分布于我国安徽、重庆、湖南、台湾、福建、广西、广东等7个省、市、自治区中10个不同地理区域的13个蜈蚣草生态型，一方面筛选出As富集能力不同的蜈蚣草生态型，为提高As污染土壤的修复效率提供植物材料；另一方面通过比较不同生态型蜈蚣草中可能影响其富集能力产生差异的蒸腾能力、根系吸收能力、植物体内As形态的转化等生理学特征，进一步确定了蜈蚣草富集As的相关参数，从而为揭示其富集机理奠定基础。主要研究结果如下： 1.不同生态型蜈蚣草的株高、羽叶数、生物量、羽片密度、羽片形态、叶面积等外部形态特征存在显著的差异。根据这些指标可将来自于10个不同地理区域的蜈蚣草生态型分为3组：I，包括重庆（CQ）、湖南郴州（HN1）和湖南石门（HN5）三种生态型，主要分布在整体取样取区域的中部；II，包括安徽铜陵（AH）、福建厦门（FJ）、台湾台北（TW），广东广州（GD）及广西南宁（GX3）五种生态型，主要分布在东南部；III，包括广西南丹（GX1）和广西德保（GX2）两种生态型，主要分布于西南部，体现出不同生态型形态学上的地带性差异。整体上，株高、羽叶数、生物量等指标在属于西南部组的生态型中较高，在距海洋较近的东南部组中较低，而在靠近大陆中部的中部组中居中。 2.不同生态型蜈蚣草对As的耐受能力有显著差异。湖南郴州的4种生态型（HN1－HN4）及湖南石门生态型（HN5）的耐As能力明显强于其他生态型，对于其中同一地理区域的4种生态型HN1－HN4，生境中As浓度高的生态型，耐As能力强。表明，大尺度的空间差异及局地生境的As浓度对蜈蚣草的耐As能力均有显著影响。 3.不同生态型蜈蚣草对As的富集能力不同，表现在羽片中As浓度的差异上。对As富集能力最强的生态型为广西南丹生态型（GX1），其羽片中As浓度达4366mg/kg，为As富集能力最低的湖南石门生态型（HN5，1201mg/kg）的3.6倍。根据羽片As浓度的高低可将13个蜈蚣草生态型分为4组：高富集能力组，包括AH、GX1、GD三个生态型，羽片中As浓度变化在4366mg/kg（GX1）~3727mg/kg（GD）之间；中高能力组，包括GX3、GX2、CQ、HN1、FJ五个生态型，羽片中As浓度变化在3559mg/kg（CQ）~3022mg/kg（HN1）之间；中低富集能力组，包括HN2、HN3、TW三个生态型，羽片中As浓度变化在2725mg/kg（TW）~2240mg/kg（HN2）之间；低富集能力组，包括HN4和HN5两个生态型，羽片中As浓度变化在1563mg/kg（HN4）~1201mg/kg（HN5）之间。 4.P与As为同主族元素，但二者在蜈蚣草中的分布规律不同。As主要分布于蜈蚣草的羽片，根部较少；P主要分布于蜈蚣草的根部，羽片中较少。而且不同As富集能力组中的蜈蚣草生态型，其羽片中As浓度间存在显著差异，但P在浓度在不同组生态型之间未表现出明显差异。蜈蚣草对P、As的吸收、转运可能存在不同的机理。 5.不同生态型蜈蚣草的蒸腾能力不同，体现在单位羽片干重的日蒸腾量上存在显著差异。在高富集组生态型中，单位干重羽片日蒸腾量最大，变化在70.07~88.13g之间；中高富集组中，变化在40.87~62.97g之间；中低富集组中变化在39.55~63.89g之间；低富集组在42.82~47.27g之间。从高富集组至低富集组，蜈蚣草单位羽片干重的日蒸腾量表现出较明显的降低趋势。而且高富集组中的生态型单位干重日蒸腾量显著高于其他3个组。由此可以看出，As富集能力强的蜈蚣草生态型，其羽片蒸腾能力也强。 6.蜈蚣草根部对As的吸收特征在不同生态型间存在显著差异，体现在吸收动力学参数Imax、Km、Cmin的差异上。其中，Km、Cmin与As富集能力关系密切，As富集能力强的生态型，其Km、Cmin较低，而且差异显著。表明了蜈蚣草根部转运载体对As的亲和力大小显著影响了蜈蚣草对As的富集能力，对As亲和力强的生态型，其富集能力也强。 7.所有蜈蚣草生态型均具有还原As（V）的能力，其中湖南石门生态型（HN5）的还原能力最强，其根部As（V）的比例仅为35.8%，其余生态型的还原能力相对较弱，根部As（V）的比例为59.6%～83.8%，且彼此间无显著差异。此外，不同生态型蜈蚣草体内As-GSH组分的相对含量差异很大，其中湖南郴州中高浓度砷污染区生态型（HN3）根部中的As-GSH比例最高，达16.3%，为比例最低的福建厦门生态型（FJ，3.9%）的4.2倍。不同生态型蜈蚣草对砷形态转化能力的差异很可能与As富集能力间存在一定关系，GSH合成能力较高的生态型，其As转运能力较低，从而导致大部分As留在植物根部，耐性相对提高，而羽叶中As浓度相对较低。 8.来自于湖南郴州的4种生态型HN1－HN4，其生境土壤中As浓度分别为108mg/kg、1159mg/kg、3579mg/kg和7527mg/kg。在不同As浓度的长期作用下，蜈蚣草在形态、耐As能力、As富集能力等方面均有差别，与低As浓度环境的生态型相比，高As浓度下的蜈蚣草生态型其株高、生物量、叶形指数、单位干重羽片叶面积均较小，而根冠比较大，耐As能力较强；富集As能力较弱。通过近一步分析，蜈蚣草羽片的蒸腾能力、体内As形态的差异在4种生态型间差异较小，同As富集能力存在差别的关系不大。而环境中不同的As浓度明显影响蜈蚣草根部对As的吸收特征，体现在吸收动力学参数上存在显著差异。随着土壤As浓度的增加，Imax、Km、Cmin均有显著增加。这表明，环境As浓度对蜈蚣草As富集能力的影响主要是通过改变其根部对As的吸收特征来实现的。 本文的研究结果发现蜈蚣草存在As富集能力不同的生态型差异，而这种生态型上的差异不仅体现在大尺度的空间差异上，还体现在局地不同As浓度的生境中。通过实验，筛选出了As富集能力差异较大的生态型，同时还确定了蒸腾能力、根系对As的吸收能力以及植物体对As形态的转化特征是可能影响蜈蚣草富集能力的重要参数。这些研究结果对提高蜈蚣草的修复效率以及进一步研究蜈蚣草的As富集机理具有重要意义。 此外，本研究还确定了蜈蚣草在我国分布的北界，并探讨了其分布的生态条件，为将蜈蚣草用于As污染土壤修复的地理范围提供参考依据。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2010-12-16 |
| 页码 | 129 |
| 源URL | [http://192.168.22.105/handle/311030/306]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 刘颖茹. 不同生态型蜈蚣草的As富集能力差异及其生理机制[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院研究生院. 2005. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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