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6种城市绿化树种苗木对土壤Cu、Pb污染的生理响应及耐性评价

作　者: 李永杰
导　师: 李吉跃
学　校: 北京林业大学
专　业: 森林培育学
关键词: 铜 铅 胁迫 积累量 耐性 指标体系
分类号: S718.4
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
下　载: 314次
引　用: 4次
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内容摘要


本文选择城市绿化树种白蜡(Fraxinus pennsylvanica)、国槐(Sophora japonica)、旱柳(Salix matsudana)、紫穗槐(Amorpha fruticosa)、大叶黄杨(Euonymus japonicus)、连翘(Forsythia suspensa)的二年生幼苗为试验为材料,采用盆栽试验的方法研究重金属Cu、Pb胁迫下六种城市绿化树种幼树的生长、生理生化指标的变化情况以及幼树对重金属胁迫的响应情况,用主成分分析法筛选出了绿化树种对Cu、Pb耐受力和积累力贡献率较大的指标,构建了耐土壤Cu、Pb污染的植物监测指标体系,并应用隶属函数法对这六个树种的重金属耐性及积累性进行综合评定,以期为筛选土壤重金属污染修复植物研究积累基础资料,为受污染地区绿化树种的选择提供借鉴依据。具体结果如下：重金属Cu、Pb胁迫下,叶片首先出现失绿症状,随着胁迫浓度的增加,受抑制的程度越大,叶片出现枯黄。随着重金属处理浓度的增加和胁迫时间的延长,植物高生长和地径生长均受到不同程度的抑制,同时比叶重显著下降(P<0.01)。不同浓度Cu、Pb胁迫下,绿化树种叶片叶绿素含量与胁迫浓度表现出显著的抑制剂量效应(P<0.01),叶绿素a／b值总体呈下降的趋势,表明Cu、Pb胁迫对绿化树种的叶绿素a的影响大于叶绿素b。各绿化树种光合作用受到抑制,净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)及蒸腾速率(Tr)均随着胁迫浓度的增加而呈下降趋势,而胞间CO2浓度(Ci)随着浓度的增加而趋于增加,表明限制光合作用的因素主要由非气孔所致。重金属Cu、Pb胁迫导致各绿化树种叶片质膜透性的增大、刺激脯氨酸的合成、叶片膜脂过氧化作用增强及根系活力的下降。随胁迫浓度的增加,保护酶SOD、CAT活性表现为先上升后明显下降的变化趋势,说明保护酶系统清除活性氧的能力受到抑制；POD活性高于对照；丙二醛含量持续增加。Cu、Pb胁迫下,绿化树种对Cu、Pb的吸收主要积累在根部,地上部分的吸收量也主要分布在茎,叶中的积累量较少。随着Cu、Pb浓度的增加,绿化树种各部位的重金属含量呈增加的趋势。在Cu浓度2000 mg·kg-1时,连翘根的Cu含量在6树种中最高,达到725.86 mg·kg-1,大叶黄杨的茎和叶的Cu含量为最高,其含量分别为426.56mg·kg-1、88.87 mg·kg-1。在Pb胁迫下,大叶黄杨各部位Pb含量均为最高,其中叶的Pb含量为33.29 mg·kg-1,茎的Pb含量为60.87 mg·kg-1；根的含量为184.59 mg·kg-1。Cu、Pb胁迫对绿化树种各器官中K、Ca、Mg含量产生了显著的影响(P<0.01),各绿化树种体内的K、Ca、Mg含量随着Cu、Pb浓度的增加,总体上表现出下降的趋势。建立植物耐重金属指标评价体系,用主成分分析法对所有研究指标进行筛选,筛选出对Cu、Pb耐受力和累积力贡献率较大的指标。构建耐土壤Cu、Pb污染的植物监测指标体系。采用隶属函数值法对六种城市绿化树种进行综合评价得出：六个树种对Cu污染耐性由强到弱排序为大叶黄杨>国槐>白蜡>旱柳>连翘>紫穗槐；累积力由强到弱排序为大叶黄杨>连翘>国槐>紫穗槐>旱柳>白蜡。六个树种对Pb污染的耐受力由强到弱排序为大叶黄杨>国槐>白蜡>连翘>旱柳>紫穗槐；积累力由强到弱排序为连翘>旱柳>国槐>大叶黄杨>紫穗槐>白蜡。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
1 前言  11-22
  1.1 城市土壤中重金属污染现状  12-14
    1.1.1 城市土壤重金属污染的来源  12
    1.1.2 城市土壤重金属含量的空间分布  12-13
    1.1.3 重金属在土壤—植物系统中迁移、转化规律的研究  13-14
  1.2 重金属污染下植物的生理生态效应  14-17
    1.2.1 重金属污染对植物生长发育的影响  14-15
    1.2.2 重金属污染对植物细胞解剖结构的影响  15
    1.2.3 重金属污染对植物生理生化代谢的影响  15-17
      1.2.3.1 对光合作用的影响  15-16
      1.2.3.2 对呼吸作用的影响  16
      1.2.3.3 对细胞膜透性的影响  16
      1.2.3.4 对根系的影响  16-17
      1.2.3.5 对矿质营养元素吸收的影响  17
  1.3 植物的重金属污染的抗性机理  17-19
    1.3.1 植物对重金属的排放、阻止或限制作用  17-18
    1.3.2 重金属结合蛋白及螯合作用  18
    1.3.3 细胞区隔化作用  18-19
    1.3.4 植物的抗氧化酶系统等生理防卫作用  19
  1.4 植物对重金属污染土壤的修复机理  19-20
    1.4.1 重金属的植物提取修复  19-20
    1.4.2 植物挥发修复  20
    1.4.3 植物稳定修复  20
  1.5 研究内容及意义  20-22
2 试验材料与方法  22-30
  2.1 试验地点概况  22
  2.2 试验材料  22
  2.3 试验方法  22-27
    2.3.1 试验布置  22-23
    2.3.2 形态测定指标  23
      2.3.2.1 苗高和地径的测定  23
      2.3.2.2 生长状态观察  23
      2.3.2.3 比叶重测定  23
      2.3.2.4 生物量的测定  23
      2.3.2.5 重金属吸收积累及矿物质元素测定  23
    2.3.3 光合指标测定  23-24
      2.3.3.1 叶片色素含量测定  23-24
      2.3.3.2 气体交换参数的测定  24
    2.3.4 酶活性测定  24-26
      2.3.4.1 丙二醛(MDA)测定  24
      2.3.4.2 过氧化物酶(POD)测定  24-25
      2.3.4.3 超氧化物歧化酶(SOD)测定  25
      2.3.4.4 过氧化氢酶(CAT)测定  25-26
    2.3.5 其它生理指标的测定  26-27
      2.3.5.1 叶片细胞膜透性的测定  26
      2.3.5.2 叶片游离脯氨酸含量的测定  26
      2.3.5.3 根系活力的测定  26-27
  2.4 技术路线  27-29
  2.5 数据分析  29-30
3 重金属污染对绿化树种生长的影响  30-43
  3.1 重金属污染对绿化树种生长的毒害症状  30-33
    3.1.1 Cu污染对绿化树种生长的毒害症状  30-31
    3.1.2 Pb污染对绿化树种生长的毒害症状  31-33
  3.2 重金属污染对绿化树种苗高及地径的影响  33-37
    3.2.1 Cu污染对绿化树种苗高及地茎的影响  33-35
    3.2.2 Pb污染对绿化树种苗高及地径的影响  35-37
  3.3 重金属污染对绿化树种比叶重的影响  37-39
    3.3.1 Cu污染对绿化树种比叶重的影响  37-38
    3.3.2 Pb污染对绿化树种比叶重的影响  38-39
  3.4 重金污染对绿化树种生物量的影响  39-41
    3.4.1 Cu污染对绿化树种生物量的影响  39-40
    3.4.2 Pb污染对绿化树种生物量的影响  40-41
  3.5 小结  41-43
4 重金属污染对绿化树种光合特性的影响  43-59
  4.1 重金属污染对叶片色素含量的影响  43-49
    4.1.1 Cu胁迫对叶片色素含量的影响  43-46
    4.1.2 Pb胁迫对叶片色素含量的影响  46-49
  4.2 重金属污染对光合作用的影响  49-57
    4.2.1 Cu污染对光合作用的影响  50-53
      4.2.1.1 Cu污染对净光合速率(Pn)的影响  50-51
      4.2.1.2 Cu胁迫对蒸腾速率(Tr)的影响  51-52
      4.2.1.3 Cu胁迫对气孔导度(Gs)的影响  52
      4.2.1.4 Cu胁迫对胞间CO_2浓度(Ci)的影响  52-53
    4.2.2 Pb污染对光合作用的影响  53-57
      4.2.2.1 Pb污染对净光合速率(Pn)的影响  53-54
      4.2.2.2 Pb胁迫对蒸腾速率(Tr)的影响  54-55
      4.2.2.3 Pb胁迫对气孔导度(Gs)的影响  55-56
      4.2.2.4 Pb胁迫对胞间CO_2浓度(Ci)的影响  56-57
  4.3 小结  57-59
5 重金属污染对各树种酶活性及其它指标的影响  59-77
  5.1 重金属污染对各树种酶活性的影响  59-67
    5.1.1 重金属污染对丙二醛(MDA)含量的影响  59-61
      5.1.1.1 Cu污染对丙二醛(MDA)含量的影响  59-60
      5.1.1.2 Pb污染对丙二醛(MDA)含量的影响  60-61
    5.1.2 重金属污染对过氧化物酶(POD)活性的影响  61-63
      5.1.2.1 Cu污染对过氧化物酶(POD)活性的影响  61-62
      5.1.2.2 Pb污染对过氧化物酶(POD)活性的影响  62-63
    5.1.3 重金属污染对超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响  63-65
      5.1.3.1 Cu污染对超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响  63-64
      5.1.3.2 Pb污染对超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响  64-65
    5.1.4 重金属污染对过氧化氢酶(CAT)活性的影响  65-67
      5.1.4.1 Cu污染对氧化氢酶CAT活性的影响  66
      5.1.4.2 Pb污染对CAT活性的影响  66-67
  5.2 重金属污染对其它生理指标的影响  67-75
    5.2.1 重金属污染对游离脯氨酸含量影响  67-69
      5.2.1.1 Cu污染对游离脯氨酸的影响  67-68
      5.2.1.2 Pb污染对游离脯氨酸的影响  68-69
    5.2.2 重金属污染对叶片细胞膜透性的影响  69-72
      5.2.2.1 Cu污染对叶片细胞膜透性的影响  70-71
      5.2.2.2 Pb污染对叶片细胞膜透性的影响  71-72
    5.2.3 重金属污染对根系活力的影响  72-75
      5.2.3.1 Cu胁迫对根系活力的影响  72-73
      5.2.3.2 Pb胁迫对根系活力的影响  73-75
  5.3 小结  75-77
6 绿化树种对重金属及矿物质元素的吸收特性  77-110
  6.1 各树种对重金属的吸收与积累  77-91
    6.1.1 各树种Cu、Pb含量的差异  77-83
      6.1.1.1 各树种Cu含量的差异  77-80
      6.1.1.2 各树种Pb含量的差异  80-83
    6.1.2 各树种Cu、Pb积累量的差异  83-88
      6.1.2.1 Cu积累量在植物体内迁移分配  83-85
      6.1.2.2 Pb积累量在植物体内迁移分配  85-88
    6.1.3 各树种对Cu、Pb的迁移转化能力的差异  88-91
      6.1.3.1 各树种对Cu的迁移转化能力的差异  88-90
      6.1.3.2 各树种对Pb的迁移转化能力的差异  90-91
  6.2 Cu污染对各器官矿物质元素的吸收特性  91-99
    6.2.1 Cu污染对各器官全K含量的影响  91-94
      6.2.1.1 Cu污染对根全K含量的影响  91-92
      6.2.1.2 Cu污染对茎全K含量的影响  92-93
      6.2.1.3 Cu污染对叶全K含量的影响  93-94
    6.2.2 Cu污染对各器官全Ca含量的影响  94-97
      6.2.2.1 Cu污染对根全Ca含量的影响  94-95
      6.2.2.2 Cu污染对茎全Ca含量的影响  95-96
      6.2.2.3 Cu污染对叶全Ca含量的影响  96-97
    6.2.3 Cu污染对各器官全Mg含量的影响  97-99
      6.2.3.1 Cu污染对根全Mg含量的影响  97-98
      6.2.3.2 Cu污染对茎全Mg含量的影响  98-99
      6.2.3.3 Cu污染对叶全Mg含量的影响  99
  6.3 Pb污染对各器官矿物质元素的吸收特性  99-108
    6.3.1 Pb污染对各器官全K含量的影响  99-103
      6.3.1.1 Pb污染对根全K含量的影响  99-100
      6.3.1.2 Pb污染对茎全K含量的影响  100-101
      6.3.1.3 Pb污染对叶全K含量的影响  101-103
    6.3.2 Pb污染对各器官全Ca含量影响  103-105
      6.3.2.1 Pb污染对根全Ca含量影响  103
      6.3.2.2 Pb污染对茎全Ca含量的影响  103-104
      6.3.2.3 Pb污染对叶全Ca含量的影响  104-105
    6.3.3 Pb污染对各器官全Mg含量的影响  105-108
      6.3.3.1 Pb污染对根全Mg含量影响  105-106
      6.3.3.2 Pb污染对茎全Mg含量的影响  106-107
      6.3.3.3 Pb污染对叶全Mg含量的影响  107-108
  6.5 小结  108-110
7 植物耐土壤重金属污染监测指标体系的建立与选择  110-128
  7.1 植物耐土壤重金属污染指标体系的建立  110-123
    7.1.1 植物耐土壤Cu污染指标体系的构建  112-117
    7.1.2 植物耐土壤Pb污染指标体系的构建  117-123
  7.2 各树种对重金属耐性的综合评定  123-126
    7.2.1 绿化树种对Cu的耐力及积累力综合评定  124-125
    7.2.2 绿化树种对Pb的耐力及积累力综合评定  125-126
  7.3 小结  126-128
8 结论与展望  128-133
  8.1 结论  128-130
  8.2 展望  130-133
参考文献  133-145
个人简介  145-146
导师简介  146-147
致谢  147

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中图分类: > 农业科学 > 林业 > 林业基础科学 > 森林生物学 > 树木学
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