山西省工矿区PAHs和SO2复合浸染对小麦、黑麦草土壤-植物系统生态毒理效应研究

摘要

本文以小麦、黑麦草为供试植物，山西省工矿区生黄土为供试土壤，通过室内培养实验，采用连续提取法、生化技术、变性梯度凝胶电泳技术(PCR-DGGE)、荧光定量PCR(RT-PCR)等技术，进行了土壤中多环芳烃（PAHs，以萘、菲、芘为代表）和二氧化硫(SO2，以硫酸盐和亚硫酸盐作为SO2在土壤中的衍生物)单一及复合污染对土壤-植物系统的生态毒理效应研究。重点研究了山西工矿区同时发现的两种典型环境污染物PAHs和SO2单一及复合污染对小麦和黑麦草幼苗的萌发和苗期生长，以及黑麦草-土壤系统土壤酶活性、植物抗氧化酶系统、土壤微生物生物量、土壤微生物群落多样性的影响，结果表明:
　　 (1)小麦种子萌发对土壤PAHs、SO2单一及复合污染并不敏感，黑麦草种子萌发对PAHs和SO2复合作用的敏感性要相对大于小麦。PAHs与SO2单一污染时小麦与黑麦草幼苗的株高与根伸长均受到一定程度的影响，低浓度PAHs或SO2处理有促进作用，高浓度则为抑制作用;小麦的地下生物量受到PAHs的影响微弱，黑麦草的地下生物量对SO2单一污染胁迫的敏感性要强于PAHs。在PAHs和SO2复合污染条件下，小麦、黑麦草株高，根长及地下生物量均表现为低浓度组合时为协同促进作用，而高浓度组合时为协同抑制作用。
　　 (2)PAHs、SO2单一及复合污染条件下，黑麦草脂质过氧化产物丙二醛(MDA)的含量均呈上升趋势，且随着浓度的升高，脂质过氧化产物在显著增加，而且复合污染条件下细胞膜损伤程度要明显强于单一污染。PAHs、SO2单一及复合污染均引起了植物组织细胞抗氧化系统的应激变化，GPX是对高浓度SO2(500-1000mg·kg-1)污染较敏感的指标，高浓度条件下表现为酶活性被显著抑制;CAT是对高浓度PAHs(100mg·kg-1)胁迫较敏感的指标，高浓度条件下也表现为酶活性被显著抑制;POD在PAHs、SO2单一及复合污染条件下均表现为被显著诱导;CAT在低浓度复合污染条件下表现为被显著诱导。
　　 (3)土壤蔗糖酶与土壤脱氢酶对PAHs、SO2单一及复合污染变化规律具有相似性，中、低浓度表现为促进，高浓度表现为抑制。脱氢酶和蔗糖酶活性与PAHs浓度均出现显著负相关(r=-0.893，r=-0.908，P＜0.05);PAHs与SO2单一及复合污染条件下，黑麦草处理组的脲酶活性总体呈现一定程度激活作用，黑麦草土壤脲酶活性与SO2浓度之间成显著正相关(r=0.952，P＜0.05)，表明土壤中SO2显著影响土壤脲酶活性。
　　 (4)高浓度PAHs或SO2单一污染胁迫均会对黑麦草土壤中的微生物产生抑制作用，导致部分菌群消失，使微生物群落多样性及微生物量减少，而低浓度PAHs或低、中浓度SO2则产生促进作用，一定程度上提高了微生物群落的多样性;PAHs与SO2复合污染胁迫多样性指数变化幅度均大于各自单一污染胁迫，在低浓度的组合S1P1，S2P2生物多样性指数比对照增加，而在中、高浓度S3P3，S4P4组合时明显的抑制了土壤细菌种类，即PAHs与SO2复合污染胁迫高浓度组合表现为协同抑制作用。黑麦草土壤微生物种类对PAHs与SO2复合污染敏感性更强。

目录

摘要

第一章 引言

1．1 研究背景

1．2 国内外研究进展

1．2．1 复合污染

1．2．2 PAHs与SO2污染对土壤-植物系统的生态毒理效应

1．2．3 污染土壤的生态毒理效应

1．3 选题依据

1．4 研究内容

1．4．1 PAHs-SO2复合污染对小麦／黑麦草发芽及幼苗生长的研究

1．4．2 PAHs-SO2复合污染对黑麦草-土壤植物系统的生态毒理效应研究

第二章 PAHs与SO2复合污染对小麦／黑麦草幼苗生长的影响

2．1 材料与方法

2．1．1 供试材料

2．1．2 试验设计

2．1．3 数据统计

2．2 结果与分析

2．2．1 PAHs、SO2复合污染对小麦／黑麦草种子萌发率的影响

2．2．2 PAHs与SO2单一及复合污染对小麦株高、根伸长的影响

2．2．3 PAHs与SO2单一及复合污染对小麦地下生物量的影响

2．2．4 PAHs与SO2单一及复合污染对黑麦草株高、根长的影响

2．2．5 PAHs与SO2单一及复合污染对黑麦草地下生物量的影响

2．3 讨论

第三章 PAHs与SO2复合污染对黑麦草幼苗抗氧化酶系统的影响

3．1 材料与方法

3．1．1 供试土壤与植物

3．1．2 试验设计

3．1．3 测定指标及方法

3．1．4 主要试剂

3．1．5 所需主要溶液

3．1．6 数据统计与分析

3．2 结果与分析

3．2．1 PAHs与SO2单一及复合污染对黑麦草叶片MDA含量的影响

3．2．2 PAHs与SO2单一及复合污染对黑麦草叶片可溶性蛋白含量的影响

3．2．3 PAHs与SO2单一及复合污染对黑麦草叶片SOD的影响

3．2．4 PAHs与SO2单一及复合污染对黑麦草叶片POD的影响

3．2．5 PAHs与SO2单一及复合污染对黑麦草叶片GPX的影响

3．2．6 PAHs与SO2单一及复合污染对黑麦草叶片CAT的影响

3．2．7 黑麦草叶片各项生理生化指标的相关性分析

3．3 讨论

第四章 PAHs与SO2复合污染对土壤酶活性的影响

4．1 材料与方法

4．1．1 供试土壤与植物

4．1．2 试验设计

4．1．3 测定方法与数据处理

4．1．4 主要试剂

4．2 结果与分析

4．2．1 PAHs与SO2单一及复合污染对黑麦草土壤蔗糖酶活性的影响

4．2．2 PAHs与SO2单一及复合污染对黑麦草土壤脲酶活性的影响

4．2．3 PAHs与SO2单一及复合污染对黑麦草土壤脱氢酶活性的影响

4．2．4 黑麦草土壤酶活性之间相关性分析

4．3 讨论

第五章 PAHs与SO2复合污染对土壤微生物多样性的影响

5．1 材料与方法

5．1．1 供试材料

5．1．2 试验设计

5．1．3 土壤微生物总DNA的提取

5．1．4 PCR扩增

5．1．5 荧光定量PCR扩增

5．1．6 聚合酶链反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)

5．1．7 统计分析

5．2 结果与分析

5．2．1 PAHs与SO2单一及复合污染下黑麦草土壤微生物的DGGE图谱分析

5．2．2 PAHs与SO2单一及复合污染下黑麦草土壤微生物多样性指数分析

5．2．3 PAHs与SO2单一及复合污染下黑麦草土壤微生物群落相似性分析

5．2．4 PAHs与SO2单一及复合污染对黑麦草土壤微生物量的影响

5．3 讨论

第六章 结论

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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