近三十年來，由于經(jīng)濟和生活水平快速發(fā)展，大量氮磷營養(yǎng)物質(zhì)隨著廢水廢棄物的排放進入江河湖庫中，導致水生態(tài)系統(tǒng)大面積退化，水體富營養(yǎng)化問題日益突出。一些廢水中還含有銅等潛在毒害金屬，加之富營養(yǎng)化水體中又常使用銅化合物來殺藻或改善水質(zhì)。當銅濃度超標時，危及到水生生物的生存，包括銅在內(nèi)的重金屬通過食物鏈對人們和動物的安全和健康也構(gòu)成了嚴重威脅。目前，大型水生植物在重金屬和富營養(yǎng)化水體生物修復中的應(yīng)用已在國內(nèi)外受到極大關(guān)注。本研究通過分析鳳眼蓮對銅的累積作用及其生理響應(yīng)，闡明銅脅迫下鳳眼蓮的生理適應(yīng)機制，并探討鳳眼蓮根系抗銅菌的去銅作用及其在緩解菹草銅脅迫毒害中應(yīng)用潛力。同時，針對河北省洋河水庫富營養(yǎng)化問題，在對水庫及其上游西洋河流域氮磷污染調(diào)查和監(jiān)測的基礎(chǔ)上，模擬水庫開放水域，有針對性應(yīng)用生態(tài)修復工程，創(chuàng)建單一植物生態(tài)圍隔和不同生活型的水生植物組合群落，對鳳眼蓮等水生植物在富營養(yǎng)化水體水質(zhì)改善中的應(yīng)用進行了探索性研究。 研究結(jié)果表明，在中濃度(0.5-5 mg／L)銅脅迫下，鳳眼蓮具有較強的累積銅和緩解銅毒害的能力。鳳眼蓮各組織的平均銅含量最高達314 mg／kg干重(14 d)，所累積的銅主要分布在根部，根部最高銅含量在1800 mg／kg干重(8 d)以上。鳳眼蓮葉片在銅脅迫下，三種光合色素濃度降低后又能恢復到較高水平，主要歸因于SOD、POD和CAT三種抗氧化酶的保護作用，使銅誘導的膜脂過氧化毒害在一定程度上得到緩解。在高濃度(10 mg／L)銅脅迫下，雖然光合色素濃度和膜脂過氧化產(chǎn)物等受到嚴重影響，鳳眼蓮仍然表現(xiàn)出高累積銅(平均含銅量在300 mg／kg干重以上)的潛力，但是達到一定培養(yǎng)時間(6 d)就會死亡。根系在銅累積脅迫下外觀形態(tài)和結(jié)構(gòu)逐漸退化，但在較長時間(30 d)內(nèi)可以維持生長，其根際微生物菌團在緩解銅毒過程中可能起到了重要作用。 從鳳眼蓮根系分離到一株抗銅菌ACU，分析表明，該菌具有很強的耐銅和去銅能力。16S rDNA序列(GenBank基因注冊號為：EF151985)確定ACU是一種屬于腸桿菌科(Enterobacteriaceae)的新菌株。SDS-PAGE分析結(jié)果證明，ACU去銅機制可能是通過菌體細胞分泌小分子量(約50 kDa)的胞外蛋白與銅結(jié)合形成復合物。通過在植物表面接種ACU，在低中銅濃度(0-3 mg／L)下，菹草生物量增長率短期內(nèi)(4 d)就表現(xiàn)出較大幅度的提高，甚至在高濃度(10 mg／L)銅處理中，也推遲了菹草的致死時間(8 d)，而對照(沒有接種ACU的菹草)4 d內(nèi)就已死亡。通過顯微鏡觀察，在中濃度(3 mg／L)銅脅迫下，接種ACU使菹草的根和葉保持相對完整形態(tài)結(jié)構(gòu)，而對照處理中根和葉的結(jié)構(gòu)已遭到嚴重破壞。這些結(jié)果說明ACU具有明顯的緩解銅脅迫對菹草的毒害作用，并且在一定程度上可促進菹草的生長發(fā)育。 通過人工生態(tài)圍隔考察各植物的生長特點和凈化效果，試驗表明，各受試水生植物均可正常生長，降低水庫富營養(yǎng)化水體中氮磷營養(yǎng)水平，減輕有機污染負荷，增加溶解氧濃度。在50 d的監(jiān)測時間內(nèi)，所有恢復水生植物生長的圍隔內(nèi)水體已由富營養(yǎng)化狀態(tài)過渡到中營養(yǎng)化狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上，采用鳳眼蓮等水生植物以鑲嵌組合加串聯(lián)組合的方式在開放流動的模擬條件下對洋河水庫的水質(zhì)進行了逐級修復試驗。人工復合生態(tài)系統(tǒng)試驗表明，鳳眼蓮與水生植物的鑲嵌組合加各級串聯(lián)組合能有效去除氮磷，而對于還原性有機污染物，鳳菱睡鑲嵌組合的去除效果相對要好于鑲嵌組合加各級串聯(lián)組合。該系統(tǒng)使水庫水體由原來的富營養(yǎng)化型向中營養(yǎng)化型轉(zhuǎn)變。 綜上所述，鳳眼蓮在中濃度銅污染水體修復中具有較好效果，其根系抗銅菌ACU在污水去銅過程以及緩解菹草銅毒害方面也具有一定的應(yīng)用潛力。鳳眼蓮等水生植物在改善洋河水庫富營養(yǎng)化水質(zhì)的的模擬過程中也發(fā)揮了較好作用。
【學位單位】：華中農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2007
【中圖分類】：X52
【部分圖文】：

通過相差顯微鏡觀察，在中濃度 (3mg/L)銅作用下，鳳眼蓮根系已經(jīng)退化，與對照(添加銅濃度為 0mg/L)相比，12d時根系呈褐黑色，根表面積萎縮，根毛脫落(如圖2一2所示)。但是，當培養(yǎng)到30d時，90%的植株仍然能夠存活。這說明鳳眼蓮在中濃度銅脅迫下具有一定的適應(yīng)調(diào)節(jié)能力，從而維持植物的生長。尸圖2一2鳳眼蓮根系外觀形態(tài)的變化(相差顯微鏡:1000x)。圖中a為對照，b為 3mg/L銅處理Fig.2一 2ChangeofexternalaPPearaneeintherootofE.erassiPes(Phase一eontrast mieroseope:1000x).a:eK:b:3mg/LeuZ+ 3.1.2銅對鳳眼蓮葉片光合色素含量的影響鳳眼蓮葉片Chla相對濃度隨著培養(yǎng)時間變化而變化，_目_不同銅濃度卜變化趨勢有較大差異(圖2一3(a))。當添加銅濃度為 0.05mg幾時，Chla相對濃度先下降后上升，雖然到培養(yǎng)第5時下降到對照 (0mg/L)的70%

過量銅(濃度為 100mg/L)的LB培養(yǎng)液等體積混合產(chǎn)生沉淀，SDS一隊GE電泳分析結(jié)果表明，從該沉淀物中分離出一種蛋白質(zhì)，該蛋白分子量大小約為50切a(如圖2一9所示)。而陰性對照(不接菌的培養(yǎng)液)則沒有沉淀產(chǎn)生。這結(jié)果說明，ACU在銅作用下具有產(chǎn)生胞外銅結(jié)合蛋白的的能力。kDa卜 1ACU116…渤翱66.2令心一今潤麟淤側(cè)喲婦幽45明口乒腳，35喇口自25圈日.麟釋圖2一9鳳眼蓮根系抗銅菌胞外銅結(jié)合蛋白SDS一以GE分析結(jié)果Fig.2一 9SDS一 PAGEanalysisresultofextraeellulareoPPer-bindingProteinof eoPPer-resistantstrainfromrhizosPhereofE.erassiPes

并且在植株周圍有大量的白色絮狀物，而接種ACU的范草10天后才開始衰敗死亡。其他銅處理組中接種ACU的范草在各個培養(yǎng)時期均比未接種長得好。從范草根和葉的形態(tài)變化看，3m叭銅處理組中范草根部(圖2一n一a)呈褐黑色、根肉緊實密度增大，葉片細胞(圖2一11一b)明顯萎縮、葉細胞間隙由于過度擠壓而變形;接種抗銅菌ACU處理中，根部(圖2一11一c)沒有明顯褐黑色，根肉較為疏松，葉肉細胞(圖2一11一d)結(jié)構(gòu)完整，細胞間隙明顯可見。因此，抗銅菌ACU提高了范草對銅脅迫的適應(yīng)能力，使得根和葉保持相對完整的形態(tài)結(jié)構(gòu)。圖2一n抗銅菌ACU對范草根(a，c)和葉(b
【引證文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 李德明;孫潤生;張秀娟;;水生植物對幾種重金屬耐性的研究進展[J];武漢生物工程學院學報;2011年02期

相關(guān)博士學位論文 前1條

1 葉小梅;水葫蘆厭氧發(fā)酵特性及工藝技術(shù)研究[D];南京農(nóng)業(yè)大學;2011年

相關(guān)碩士學位論文 前3條

1 施榮;河口性景觀水體凈水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)及凈化效果研究[D];上海海洋大學;2011年

2 張躍偉;白洋淀控藻生物鏈研究[D];河北大學;2009年

3 嚴政;鳳眼蓮和大薸對鈾的富集與耐受性機制試驗研究[D];南華大學;2012年

本文編號：2872513