铜污染土壤施用磷肥对黄麻(Corchorus capsularis L.)生理特征和修复潜力研究

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黄麻具有生物量大、根深、耐重金属等优点,可利用其修复重金属污染的理想天然纤维材料之一。黄麻属的长果种黄麻可以作为特色蔬菜,对不同的重金属有植物修复的潜力,黄麻已应用于铜、镍、锌、镉、铅等重金属污染的植物修复。重金属污染可在土壤累积,降低在该土壤种植农作物的产量,并可影响食品安全。有害重金属污染的土壤急需要治理,而采用植物修复如黄麻是一种低投入、有效、原位的修复方法。但缺乏重金属铜对黄麻生长发育影响和黄麻应答胁迫调控的研究。本研究采用盆栽实验,在人工添加硫酸铜土壤(0、100、200、300和400 mg kg-1)的土壤种植黄麻;在天然铜尾砂土壤(2221 mg kg-1)配合施用不同用量磷肥(0、30、60和120 kg ha-1)。研究了铜胁迫和磷肥对黄麻农艺性状、生物量、光合作用、纤维产量和质量的影响,探讨了黄麻应答铜胁迫的氧化应激、抗氧化反应,并利用透射显微电镜技术分析了对亚细胞器的影响。为我国铜矿区土壤栽培黄麻,提供适宜的磷肥用量,获得较高生物量,并就黄麻进行铜污染土壤修复提供了理论依据。主要结果如下:1. 不同浓度铜污染土壤对黄麻农艺性状和生理特征的影响黄麻可以耐受300 mg kg-1的铜胁迫,但不会显著降低生长或生物量,但当进一步增加铜浓度(400 mg kg-1)导致其生长和生物量显著下降。随土壤中铜含量的增加,黄麻叶片的光合色素下降和光合作用降低。土壤中高浓度的铜引起叶片丙二醛的含量增加,引起黄麻脂质过氧化损伤。超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性增强,可清除氧化应激产生的活性氧。分析了播种(DAS)后30、60、90和120天,不同器官(根、叶、茎杆和韧皮)中铜的含量。在黄麻生长的早期,铜在地下部分积累较多,而在地上部分积累较少。而在纤维成熟阶段,Cu则被运输到地上部分,很少积累在根。随土壤中铜浓度的增加,黄麻吸收的铜也逐渐增加,表明黄麻是潜在的铜污染土壤植物修复资源。2. 磷肥对铜尾砂土壤两个黄麻品种生长发育和产量的影响磷肥能降低铜尾砂矿种植黄麻的氧化应激,改善黄麻生长、组成和细胞结构。铜尾砂污染土壤(2221 mg kg-1)中培养的两个黄麻品种(红铁骨选和古巴长荚),施用不同用量磷肥(0、30、60和120 kg ha-1)时,两个品种存在差异。红铁骨选的铜耐受指数高于古巴长荚,表明红铁骨选对铜胁迫的耐受性可能更强。中等磷肥用量(60 kg ha-1)改善了黄麻的生长、生物量、叶绿素含量、纤维产量和质量以及光合作用指标。高施用量的磷肥(120kg ha-1)对两种黄麻品种都有抑制作用,影响铜尾砂矿黄麻的农艺性状和生理特性。抗氧化酶活性增加,降低了重金属铜的胁迫对黄麻叶片的氧化应激。高浓度的铜改变了这两种黄麻的叶绿体、质体、线粒体和许多其他细胞器的超微结构。在铜污染土壤中,黄麻对铜的富集量随着施磷肥量的增加而增加,表明磷肥的施用增强了黄麻修复铜污染土壤的能力,黄麻作为纤维作物可在铜尾砂种植,且只需要中等浓度磷肥用量。
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