重金属富集植物

鉴于此，本研究以白音诺尔铅锌矿区自然植物为研究对象，探讨植物重金属富 集机制，并进行适应性物种筛选试验，从中筛选出抗性较强，适应当地生境的优良 品种：以期为铅锌矿山及其它类地区的生态恢复与植被重建提供种质材料与一定的 理论基础。 1．2国内外研究进展 1．2．1 重金属对植物细胞结构的影响 重金属破坏植物细胞超微结构ll】，魏海英12】研究发现，经过Cd，Pb胁迫7天后， 大羽醉叶绿体的外膜破裂甚至完全消失：有的高浓度培养中叶绿体完全解体；线粒 体外膜断裂或消失；细胞核遭到破坏，染色质凝聚，核质解体；在Cd浓度为100mg／kg 时内质网断裂呈片段状同时在Pb的培养液中出现大量黑色颗粒。徐勤松等13，4】发现 Cd、Cr对水花生叶片超微结构的损伤作用表现为叶绿体解体；线粒体峭突膨胀和 空泡化；细胞核变形，染色质凝集和核质解体，核膜破裂。李荣春等15一】对Cd、Pb 及其复合污染对烤烟叶片细胞亚显微结构的影响进行了研究，发现Cd损伤诱变烟 叶叶肉细胞的亚显微结构，具体表现为叶绿体类囊体肿胀或解体，基粒片层紊乱甚 至消失，类囊体空泡化；细胞核出现明显变形，较严重者则表现出核中央出现较大 的空泡，核膜解体，线粒体空泡化。叶绿体含量不断下降，最终导致死亡。 1．2．2植物重金属耐性机理 植物耐性是指植物体内具有的某些特定生理机制，使其能生存于高浓度的重金 属环境中而不被伤害。一般认为，耐性具备金属排斥和金属积累两条基本途径。 2 白音诺尔铅锌矿铅超富集植物筛选及其耐性研究 金属排斥性是指植物将重金属吸收后排出体外，或阻碍重金属在植物体内的运 输。从生物体内将重金属排除，是一种很好的解毒方式，这已在许多试验中得到证 实。Niest7．8】对不同耐性植物的金属离子吸收与代谢关系进行了研究，得出植物原 生质膜能主动排出金属离子。植物还可以通过脱落老叶的方式把体内重金属离子排 出[91。大量的研究认为，有些植物可以将重金属离子大量积累在根部积，减少重金 属离子向地上部分运输，使地上部分免遭伤害，提高了植物的耐性。例如玉米处于 1000 mg／kg铅处理环境，其根部铅含量可高达1043 mg&g，而地上部分为68．8 me．／ k一10J。Salt等⋯J报道，重金属胁迫条件下，Indian mustard的根部重金属含量要明显 高于地上部分。也有相关试验结果表明【l 2。，当铅浓度达到400p．g／g时，A．marina根 部可以将铅排出体外，这一过程发生在根的表皮层细胞。 金属积累包括以下几个途径：①与细胞壁结合，植物细胞壁是重金属离子进入 植物体的第一屏障，它能沉淀部分重金属，阻止重金属离子进入细胞原生质，使细 胞原生质内的其他细胞器免受伤害。彭鸣等【13】在电子显微镜下观测到，细胞壁对重 金属有沉淀作用。NishizonotHll987年发现，Athyrium yokoscens．的细胞壁中积累有 大量锌(Zn)、铜(Cu)和镉(cot)，含量可达整个细胞总量的70．90％。 ②隔离并贮存在特殊器官中。重金属可以被一些超富集植物贮存在叶片表皮毛 等不影响其正常生长发育的器官中，这样可以避免重金属离子对其叶肉细胞造成直 接伤害Il习。Salt[16】通过Cd处理芥菜(Brassicajuncea)后发现，其叶片表皮毛中Cd含 量是叶片组织高53倍。 1．2．3重金属污染的植物修复技术 关于土地的治理，目前有客土法、石灰改良法、化学淋洗法等【I 71。以上方法在 改良和治理污染土壤方面均有明显效果，然而，实际应用也存在某些局限，如淋洗 法造成营养元素的淋失；客土法费用较高，适用面积很小；沉淀法虽然可以降低土 壤溶液中重金属离子的溶解度，却会导致土壤某些营养元素沉淀，从而降低土壤肥
concentrations of Arteml"sia SaCFOTUm Ledeb． VSI'．Messerschmidciana(Bess．) Y．R．L i ng．and Artemisia sacrorum Ledeb．were 2264．47 mgJkg and 1 5 1 1．96mg／kg， enrichment factors were 1．246 and O．705，respectively；Pb transportation coefficients were
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treatment scope，the mining ecotype could grow in soils supplied、Ⅳitll 2313．35 mg／kg， while the growth of non—mining ecotype Was restrained at Pb>一8 1．2mg／kg．nle lead content of shoot about mining ecotype increased、析tll the rise of soil lead content．In 200 mg／l(g treatment level，the ministry mining eeotype total lead content and accumulation of non—mining ecotype was 26．7 times．Tllis shows that the potential repairing of lead—contaminated of mining ecotype is higher than non·mining ecotype。 ’4．nle anatomical structure of mining ecotype of drtemisia sacrorum Ledeb．Vat． Messerschmidtiana had no obvious difference compared witll contrast．But the non-mining ecotype showed serious symptoms of lead poisoning．It showed that mining ecotype had a strong tolerance to Pb．Artemisia SaCrOTUN Ledeb． Va2"．
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指导教师签名．：．翌主攀．一一
日期．．2墨笸厶
内蒙古农业大学硕士学位论文 1 前言 1．1 研究的目的和意义 随着工业快速发展，大量开发矿产资源，导致我国土壤重金属污染程度加剧， 目前，我国将近2500X 104hm2农田土壤受重金属污染，作物生产、农产品的品质和 地下水开采等方方面面均受到很大影响，并危及到人民的生活健康1200X 104t粮食 被重金属严重污染。 白音诺尔铅锌矿位于内蒙古自治区赤峰市，为长江以北最大的铅锌矿，但是由 于长年的频繁开采，不可避免地对当地生态环境造成了极大的污染。矿物开采和利 用过程中，Pb、Zn及其伴生的Cu、Cd、Hg等金属，严重污染当地土壤，致使农 田、水体及人类身体健康受到严重威胁。截至目前，关于重金属超富集植物的筛选 及其深入研究还未全面开展，特别是内蒙古地区，相关报道甚是少见，尤其是重金 属超富集植物的富集机理研究还是一片空白。因此，促进该区生态恢复与植被重建， 意义深远而重大。
enrichment Y．R．Li ng．were 2637．1 6 mg／kg，253．96mg／kg．The hi曲est Pb
factor Was 1．35
in the plant，while the highest Pb translocation coefficient Was 1 0．3 8．Thus，Artemisia SSCTOTU叨Ledeb．VaT．Messerschmidtiana(Bess．)Y．R．Li ng．was thought as a new
Messerschmidtiana could be a kind of new germplasm resources for theoretical research
and technical implementation of lead—contaminated soils．
Keywords：hyperaccumulator；Artemisia SaCYOrUm Ledeb．Vf3T．Messerschmidtiana
内蒙古农业大学
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本人申明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究
工作及取得的研究成果．据我所知，除了文中特别加以标注和致谢蚵 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，‘也不包 含为获得我校或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料，与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡猷均已在论文中作了明确的说。 明并表示谢意． 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任．
和3．73。 2、通过密毛白莲蒿对铅的耐性试验表明，密毛白莲蒿根部和地上部分对铅含量 最高分别可达294．17mg／kg和2857．86mg／kg，植株对铅富集系数最高可达3．1；植株 对铅的转运系数最高可达lO．38。 3、通过对密毛白莲蒿矿山生态型和非矿山生态型分别进行铅胁迫实验后发现， 在处理范围内，非矿山生态型能够耐受的最大土壤铅浓度为81．2 mg／kg，而矿山生 态型即使在铅浓度高达2313．35mg／kg的土壤上仍然能正常生长。矿山生态型各处理 地上部的铅含量随着土壤铅浓度的增加而不断增加。非矿山生态型各处理植株地上部 的铅含量差别不大：在200 mg／kg处理水平，矿山生态型地上部铅含量是非矿山生态 型的26．7倍。这说明矿山生态型修复铅污染土壤的潜力高于非矿山生态型。 4、通过叶片解剖结构观察发现，经过一定浓度铅处理之后，矿山生态型的解剖 结构同正常种区别不大，而非矿山生态型则表现出了严重的受铅毒害症状。具体表现 为叶片组织结构松散，细胞排列不规则，叶绿体和细胞核解体。由此说明，密毛自莲 蒿矿山生态型在铅胁迫下表现出了很强的耐受性，可以为探讨铅在植物体中的超富集 机理和铅污染土壤植物修复的理论研究和技术实施提供一种新的种质资源。