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砷低吸收蔬菜的筛选及吸收动力学研究

作　者: Mathieu NSENGA KUMWIMBA
导　师: 曾希柏
学　校: 中国农业科学院
专　业: 环境科学
关键词: 五价砷叶菜类品种差异水培系统筛选累积动力学参数双倒数作图砷吸收率
分类号: X173
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

众所周知,砷是一种毒性极大的农业污染物。它除了会对人畜造成的毒害作用外,也会阻碍植物的正常生长。叶菜类植物是一种高蛋白粮食作物,同时也是人体健康所需矿物的重要来源。由于该食物的大量消耗,采取一定的安全措施来确保其低砷含量是极为重要的。为了改进农产品的安全并降低砷对人体健康的威胁,了解不同作物的砷摄取量和砷迁移并且评估作物对砷摄取的动态平衡机制是非常重要的。这有利于筛选和找出作物体内的砷排除器,它可以运输较少的砷到芽,适合在砷污染农田生长。本研究利用水培法从五种不同品种即莴苣(Lactuce sativa var. longifolia),生菜(Lactuce sativa),芹菜(Apium graveolens L.),苋菜(Amaranthus mangostanus L.)和空心菜(Ipomea aquatica)根据砷浓度,累积,耐性指数,迁移以及和对不同砷水平的摄取筛选了32种不同的叶菜。1.为确定适当的As浓度,采用水培试验对比5种作物在As处理下与对照之间的地上部分生物量(FW)来研究As处理对生长参数的影响。在所有As浓度处理下(1,2,4,6,8和10mg·L-1As)试验的5种作物虽然在高浓度下生长会受到抑制,但均能存活。随着As浓度的增加,地上部分生物量、总生物量、根长及地上部分高度均呈现出下降的趋势,但大部分减少的量均未表示出显著差异。若单独考虑As对地上部分生物量(鲜重)的影响,结果表明在7中As浓度水平下,6mg·L-1的可作为合适的As处理剂量。本研究的结果为下一阶段同等砷浓度处理下砷低吸收作物品种的筛选试验中确保作物正常生长的浓度选择提供依据。2.在稳定的As浓度处理下(6mg·L-1)采用2周的水培试验对32种不同的作物品种在As浓度、As累积量和迁移量这儿方面存在的品种间的筹异。结果显示,不同品种在地上部分As浓度、迁移系数和生物累积系数方面存在显著差异,不同品种在这儿方面分别相差超过8、25和8倍。SJBY品种地上部分中As含量最低,Dayekongxincai (DYKXC)最高。根系中As浓度高出地上部分As浓度达到10到20倍。Sijibaiye (SJB)品种地上部分中As含量大约是DYKXC品种地上部分中As含量的13%。5个品种地上部分As浓度的大小顺序为：生菜<莴苣<苋菜<芹菜<空心菜。根据As处理下的生物量与对照之间的比例计算出耐受性指数(TI),除Dayeqin (DYQ), Baiyexiancai(BYXC) and Yuanyebaixiancai (YYBXC)品种外均较高。相比之下,90%试验作物的耐受性指数超过90%。因此,可通过筛选和培育的方式来降低As在叶菜类作物中的浓度,进而可以在安全吸收量下在轻度或中度污染的土壤上种植这些作物。3.对两种作物[Texuanyinliangsun(TXYLS)和Sijibaiye (SJBY)]对八个不同砷浓度水平的营养液的摄取能力(基于动态参数)进行了比较。24小时后,对营养液中砷的消耗进行了监测来估计这些作物对砷的吸收动力。Km和Vmax值通过双倒数作图法(Lineweaver-Burk plot)(也就是最初速率的倒数(1/V)比基底浓度的倒数(1/[s])来计算。结果显示两种作物都能吸收砷。SJBY的Km和Vmax值(分别为26.72mg·L-1and0.7781.922mg As g-1shoot d. wt.hr-1)要比TXYLS (Km81.92mgL-1和and Vmax1.84mg As g-1shoot d.wt.hr-1)低得多。时间(24小时)对两种作物的砷消耗都有影响。根据以上结果,我们可以再次确定作物SJBY对砷的吸收相对低得多。因此,SJBY有望成为合适的被种植在污染地区的作物。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
Table of Content  9-12
LIST OF TABLES  12-13
LIST OF FIGURES  13-14
ABBREVIATION  14-15
CHAPTER 1 GENERAL INTRODUCTION  15-25
  1.1 BACKGROUND OF RESEARCH  15-16
    1.1.1 Current Issues of Arsenic Contamination in Soil  15-16
  1.2 LITERATURE REVIEW  16-22
    1.2.1 Arsenic in the Environment  16-17
    1.2.2 Arsenic in Soil  17-18
    1.2.3 Use of Arsenic in Ag riculture  18
    1.2.4 Arsenic uptake by plants  18-19
    1.2.5 Effects of Arsenic in Plants  19
    1.2.6 Health effects of arsenic exposure  19-20
    1.2.7 Current remediation tchnologies in As-contaminated soil  20-21
    1.2.8 General information on vegetables  21-22
  1.3 PROBLEM STATEMENT AND RESEARCH OBJECTIVES  22
    1.3.1 Problem Statement  22
    1.3.2 Research objectives  22
  1.4 SCOPE AND LIMITATIONS OF RESEARCH  22-23
  1.5 CONTRIBUTIONS AND SIGNIFICANCE OF THE PRESENT RESEARCH  23
  1.6 RESEARCH CONTENTS AND TECHNICAL ROUTE  23-25
    1.6.1 Research contents  23-24
    1.6.2 The technical route of the research  24-25
CHAPTER 2 A PRELIMINARY HYDROPONIC SCREENING STUDY TOEVALUATE A SUITABLE LEVEL OF ARSENIC (Ⅴ) RESISTANCE IN LEAFYVEGETABLES  25-36
  ABSTRACT  25-26
  2.1 INTRODUCTION  26-27
  2.2 MATERIALS AND METHODS  27-28
    2.2.1 Plant mate rial and Preparation of seedlings  27
    2.2.2 Hydroponic Screening  27
    2.2.3 Detemination of arsenic and Evaluation of vegetable growth  27-28
    2.2.4 Statistical analysis  28
  2.3 RESULTS  28-33
    2.3.1 Influence of As treatments on the growth of species  28-32
    2.3.2 Translocation factor  32-33
  2.4 DISCUSSION  33-35
  2.5 CONCLUSION  35-36
CHAPTER 3 IDENTIFICATION OF VEGETABLE GENOTYPES WITHLOW-AS UPTAKE,TRANSLOCATION AND HIGH TOLERANCE UNDERHYDROPONICS  36-54
  ABSTRACT  36-37
  3.1 INTRODUCTION  37-38
  3.2 MATERIALS AND METHODS  38-40
    3.2.1 Plant materials and Preparation of seedlings  38
    3.2.2 Hydroponic Screening  38-40
    3.2.3 Chemical analysis of plant tissues  40
    3.2.4 Statistical analysis  40
  3.3 RESULTS  40-49
    3.3.1 Genotypic variations in shoot As concentration and accumulation  40-41
    3.3.2 Arsenic accumulation  41-43
    3.3.3 Genetic variations in shoot biomass trait under As stress  43-47
    3.3.4 Genetic variations in root-to-shoot transport and nutrient solution-to-plant  47-49
  3.4 DISCUSSION  49-52
    3.4.1 Genetic variations in As concentration among cultivars  49-50
    3.4.2 Growth response of vegetable to As toxicity  50-51
    3.4.3 The important factors affecting As uptake by cultivars  51
    3.4.4 Identification of genotypes with low-As uptake  51-52
  3.5 CONCLUSION  52-54
CHAPTER 4 UPTAKE KINETICS OF ARSENIC(V)BY TWO GENOTYPES OFLEAFY VEGETABLE UNDER HYDROPONIC  54-63
  ABSTRACT  54-55
  4.1 INTRODUCTION  55
  4.2 MATERIALS AND METHODS  55-57
    4.2.1 Plant materials  55
    4.2.2 Methods  55-57
      4.2.2.1 Plant growth  55-56
      4.2.2.2 Kinetics of As(Ⅴ)uptake  56
      4.2.2.3 Calculations of As Uptake Rates and Kinetic parameters  56-57
      4.2.2.4 Statistical analysis  57
  4.3 RESULTS  57-60
    4.3.1 Depletion of As concentration in nutrient solution  57-58
    4.3.2 Arsenic uptake by lettuce  58-59
    4.3.3 Short-term Arsenic uptake kinetics  59-60
  4.4 DISCUSSION  60-61
  4.5 CONCLUSION  61-63
CHAPTER 5 CONCLUSION AND FUTURE DIRECTIONS  63-65
  5.1 CONCLUSION  63-64
  5.2 FUTURE DIRECTIONS  64-65
REFERENCES  65-77
ACKNOWLEGMENT  77-79
DEDICATION  79-80
RESUME  80-81

砷低吸收蔬菜的筛选及吸收动力学研究

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