锌胁迫下CO浓度升高对三种不同光合途径植物生长发育和锌积累的影响

摘要

随着社会的发展,多种人为因为导致土壤重金属污染严重,对生态环境造成危害。目前,有关CO2浓度升高与重金属复合作用对植物影响的文献较少,因此在重金属胁迫下,研究提高CO2浓度对植物的生长发育、吸收和蓄积重金属能力的变化情况很重要,可以为生态安全和植物修复提供参考。本实验利用开顶式气室(Open-top Chamber,OTC)控制大气CO2浓度,研究三种不同光合途径植物(C3植物黑麦草、C4植物百喜草和CAM植物东南景天)在锌污染下对大气C02浓度升高的响应。对植物的生长、植物地上部的PCs、Cys和GSH含量、土壤微生物生物量、植株锌含量及积累总量等指标进行分析,得出以下主要结果:
　　 (1)高CO2浓度均不同程度的增加了C3植物黑麦草、C4植物百喜草和CAM植物东南景天的株高、分蘖数、地上部和地下部干生物量,其中黑麦草和东南景天地上部和地下部干生物量增加均达到显著水平。提高大气C02浓度时,三种植物根冠比变化不一致,有升有降。
　　 (2)CO2浓度增加显著提高了黑麦草、百喜草和东南景天叶片的净光合速率(A)、胞间CO2浓度(Ci)及水分利用效率(WUE),但对气孔导度(gst)的影响不明显。土壤锌污染对三种植物的A、Ci、WUE和gst影响不大。
　　 (3)提高CO2浓度时,锌污染土壤上,黑麦草根体积、百喜草根长和根尖数显著增加,东南景天的根长、表面积、根体积、根尖数及分叉数在两种土壤中均增加显著。锌污染显著降低了黑麦草和百喜草的各根系指标,东南景天各根系指标则在正常CO2浓度条件下因锌污染降低。
　　 (4)黑麦草、百喜草和东南景天地上部均没有检测到PCs。在对照土壤上,高CO2浓度显著提高了黑麦草和东南景天地上部Cys含量。CO2浓度的提高显著增加东南景天地上部GSH含量。在正常CO2浓度条件下,锌污染土壤中黑麦草和东南景天地上部GSH含量增加显著；高CO2浓度时,锌污染则显著增加了东南景天地上部GSH含量。
　　 (5)CO2浓度升高显著增加种植黑麦草土壤中的微生物生物量C,还增加了种植百喜草和东南景天土壤中微生物生物量N,但后者没有达到显著水平。
　　 (6)在CO2升高条件下,黑麦草和百喜草地上部和地下部锌的含量都下降。但是东南景天地上部和地下部锌含量在锌污染土上随CO2的升高略有增加。提高CO2浓度,黑麦草和东南景天地上部锌累积总量显著增加；黑麦草根部锌积累总量在锌污染土上随CO2浓度提高而明显增加,东南景天根部锌积累总量在两种土壤上均显著增加,而百喜草增加量较小。三种植物地上部和地下部锌含量和锌蓄积总量都因锌污染极显著增加。
　　 以上结果表明,大气CO2浓度的升高,增强了植物净光合作用速率,提高了植物水分利用效率,促进了植物根系的生长,改变了土壤微生物生物量,从而不同程度的增加了三种植物的生物量。黑麦草、百喜草和东南景天对锌污染均表现出极大的耐性,提高CO2浓度锌积累总量都为增加,其中黑麦草和东南景天增加显著。因此也许可以将提高大气CO2浓度与种植黑麦草和东南景天相结合,作为植物修复土壤锌污染的有利条件。

目录

文摘

英文文摘

缩略语表

1 文献综述

1.1 我国土壤重金属污染现状

1.1.1 我国土壤中锌污染来源

1.1.2 锌污染对土壤和植物的影响

1.2 C3,C4,CAM植物概述

1.3 二氧化碳浓度升高对植物的影响

1.3.1 大气CO2浓度升高对植物生长发育和生物量的影响

1.3.2 大气CO2浓度升高对植物光合作用的影响

1.3.3 大气CO2浓度升高对植物根系和根际微生态系统的影响

1.3.4 大气CO2浓度升高与其他环境因子相互作用对植物影响

2 选题目的和研究内容

2.1 选题目的

2.2 研究内容:

2.3 技术路线

3 实验材料与方法

3.1 开顶式生长室(Open-top Chamber,OTC)

3.1.1 结构

3.1.2 OTC内CO2、温度、湿度控制原理

3.1.3 OTC的运行参数

3.2 供试土壤

3.3 供试植物

3.4 盆栽实验设计

3.5 实验过程

3.5.1 制备土壤

3.5.2 植物育苗

3.5.3 移苗和定植

3.5.4 盆栽管理

3.6 测定指标及方法

3.6.1 植物光合作用参数的测定

3.6.2 植物收获

3.6.3 植物叶片中植物络合素(PCs)、半胱氨酸(Cys)、谷胱甘肽(GSH)的测定

3.6.4 植物根系形态扫描

3.6.5 植株干样

3.6.6 植株样品锌含量侧定

3.6.7 土样采集

3.6.8 土壤微生物量生物量测定

3.6.9 富集系数(BF)的计算

3.7 数据分析

4 结果与分析

4.1 CO2浓度升高和锌污染对植物株高,分蘖数的影响

4.2 CO2浓度升高和锌污染对生物量的影响

4.3 CO2浓度升高和锌污染对根冠比的影响

4.4 CO2浓度升高和锌污染对光合作用的影响

4.5 CO2浓度升高和锌污染对植物根系形态的影响

4.6 CO2浓度升高和锌污染土壤微生物生物量C,N的影响

4.7 CO2浓度升高和锌污染对植物叶片中PCs、Cys和GSH含量的影响

4.8 CO2浓度升高和锌污染对植物中锌含量的影响

4.9 CO2浓度升高和锌污染对植物地上部和地下部锌蓄积总量的影响

4.10 CO2浓度升高和锌污染对植物富集系数的影响

5 讨论

5.1 CO2浓度升高和锌污染对植物生长发育的影响

5.2 CO2浓度升高和锌污染对植物光合作用的影响

5.3 CO2浓度升高和锌污染对植物根系形态的影响

5.4 CO2浓度升高和锌污染对土壤微生物的影响

5.5 CO2浓度升高和锌污染对植物PCs、Cys和GSH含量的影响

5.6 CO2浓度升高和锌污染对植物积累锌的影响

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢