蚯蚓粘液對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)及Cd富集的影響機(jī)理初探.pdf

1、近年來(lái)，蚯蚓在重金屬污染土壤植物修復(fù)中的應(yīng)用得到了普遍的關(guān)注。許多研究表明，蚯蚓不僅能夠提高污染土壤中重金屬的生物有效性，還能促進(jìn)植物生長(zhǎng)、提高植物對(duì)重金屬的吸收和向地上部的運(yùn)輸。這些結(jié)果說(shuō)明，蚯蚓在螯合誘導(dǎo)植物修復(fù)重金屬污染土壤中具有應(yīng)用的潛力。但遺憾的是，蚯蚓提高土壤中重金屬生物有效性、促進(jìn)植物生長(zhǎng)以及富集重金屬的作用機(jī)理目前還不清楚。因此，本文設(shè)置了一系列的培養(yǎng)試驗(yàn)，主要研究：(1)威廉腔環(huán)蚓(Metaphire guillemi

2、)粘液對(duì)Cd脅迫下番茄(Lycopersicon esculentum)合作903幼苗生長(zhǎng)及Cd富集的影響；(2)蚯蚓粘液及其氨基酸模擬溶液對(duì)番茄幼苗生理指標(biāo)及其體內(nèi)Cd富集的影響；(3)蚯蚓粘液及其氦基酸模擬溶液對(duì)番茄幼苗中Cd的亞細(xì)胞分布及化學(xué)形態(tài)的影響；(4)蚯蚓對(duì)模擬污染土壤中Cd化學(xué)形態(tài)分布的影響，試圖揭示蚯蚓提高土壤重金屬生物有效性，促進(jìn)植物對(duì)重金屬吸收及向地上部運(yùn)輸?shù)淖饔脵C(jī)理，為蚯蚓在植物修復(fù)重金屬污染土壤中的應(yīng)用提供理論

3、依據(jù)。主要結(jié)果如下：
　　 (1)通過(guò)營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)試驗(yàn)研究了威廉腔環(huán)蚓(Metaphire guillemi)粘液對(duì)番茄(Lycopersicon esculentum)合作903幼苗生長(zhǎng)及Cd富集的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在Cd濃度為0和5mgL.1時(shí)，蚯蚓粘液顯著提高了番茄幼苗干生物量，分別使根系及地上部干生物量增加了12.4～33.2％和13.8～44.5％；而在Cd濃度為10mgL-1時(shí)，對(duì)番茄幼苗干生物量沒(méi)有產(chǎn)生顯著影響，甚至在

4、添加高濃度蚯蚓粘液時(shí)使番茄幼苗地上部干生物量比對(duì)照降低4％。同時(shí)，本研究還發(fā)現(xiàn)，隨著外源Cd濃度和蚯蚓粘液添加量的增加，番茄幼苗根系和地上部Cd濃度及富集量顯著增加，且根系Cd濃度及富集量顯著高于地上部.蚯蚓粘液中含有大量的可溶性有機(jī)碳(DOC)、NH4+-N、NO3--N、P和K等植物可利用營(yíng)養(yǎng)成分，促進(jìn)了植物生長(zhǎng)及對(duì)重金屬的富集，這可能是蚯蚓促進(jìn)植物生長(zhǎng)、提高植物對(duì)重金屬富集的作用機(jī)理之一.
　　 (2)通過(guò)營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)試驗(yàn)發(fā)

5、現(xiàn)，與對(duì)照相比，蚯蚓粘液顯著增加了番茄幼苗根系和葉的干生物量，而其氨基酸模擬溶液僅使番茄根系幼苗干生物量較對(duì)照顯著增加.同時(shí)，蚯蚓粘液及其氨基酸模擬溶液均使番茄幼苗平均根直徑、根體積較對(duì)照顯著增加.這些結(jié)果表明，蚯蚓粘液可以促進(jìn)番茄幼苗生長(zhǎng)，這可能與其提高番茄幼苗葉片中葉綠素含量，促進(jìn)番茄幼苗對(duì)Fe、Mn、Zn和Cu等四種微量元素的吸收和運(yùn)輸有關(guān)。而蚯蚓粘液的主要成分氨基酸模擬溶液并未對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)，葉綠素含量，以及Fe、Mn、Zn、C

6、u等微量元素的吸收和運(yùn)輸產(chǎn)生顯著的影響。
　　 (3)在Cd脅迫下，蚯蚓粘液顯著提高了番茄幼苗體內(nèi)葉綠素含量和抗氧化酶活性，如超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化物酶(POD)和過(guò)氧化氫酶(CAT)，顯著促進(jìn)了番茄幼苗對(duì)Fe、Mn、Zn、Cu等四種微量元素的吸收及運(yùn)輸。這可能是蚯蚓粘液促進(jìn)番茄幼苗生長(zhǎng)及對(duì)Cd富集的原因之一。但是，氨基酸模擬溶液雖然也能提高番茄幼苗體內(nèi)葉綠素含量和抗氧化酶活性，促進(jìn)番茄幼苗對(duì)Fe、Mn、Zn、Cu的吸

7、收和運(yùn)輸，但其促進(jìn)作用顯著低于蚯蚓粘液。
　　 (4)在Cd脅迫下，蚯蚓粘液分別使番茄幼苗根系、莖和葉的鮮重增加123.9％、16.2％和32.0％，Cd濃度升高22.5％、14.4％和28.9％，Cd富集量增加173.2％、14.5％和75.4％。這可能與蚯蚓粘液提高了番茄幼苗亞細(xì)胞分布中可溶態(tài)Cd濃度、化學(xué)形態(tài)中無(wú)機(jī)及溶解形態(tài)Cd濃度有關(guān)。同時(shí)，氨基酸模擬溶液也具有同樣的作用，即促進(jìn)了番茄幼苗生長(zhǎng)及對(duì)Cd的富集，并且提高了番

8、茄幼苗亞細(xì)胞分布中可溶態(tài)Cd濃度、化學(xué)形態(tài)中無(wú)機(jī)及溶解態(tài)Cd濃度。但是，氨基酸模擬溶液的這種作用顯著低于蚯蚓粘液。這些結(jié)果表明，蚯蚓粘液通過(guò)改變番茄幼苗體內(nèi)Cd的亞細(xì)胞分布及化學(xué)形態(tài)，促進(jìn)了番茄幼苗的生長(zhǎng)及對(duì)Cd的富集。
　　 (5)蚯蚓(Metaphire guillemi)活動(dòng)顯著提高了模擬Cd污染土壤高沙土(10mgCd kg-1,Orthic aquisols)中Cd的生物有效性，特別是蚯蚓活動(dòng)頻繁場(chǎng)所蚓穴及蚯蚓代謝產(chǎn)物

9、蚓糞中Cd的生物有效性顯著高于接種蚯蚓土壤土體。與對(duì)照相比，蚯蚓活動(dòng)顯著提高了土體中可交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)Cd濃度，而蚓穴壁及蚓糞中可交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)Cd濃度又顯著高于接種蚯蚓土壤土體。同時(shí)，蚯蚓體內(nèi)和體表可以分別富集和分泌Cd，且蚯蚓體內(nèi)和粘液中Cd濃度均隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)顯著升高，二者之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系.這些結(jié)果表明，蚯蚓可以提高土壤中Cd的生物有效性，其作用機(jī)理可能包括：1）蚯蚓活動(dòng)顯著降低了土壤pH，尤其是蚓穴壁及蚓糞p

10、H;2)產(chǎn)生有機(jī)物質(zhì)并使之與重金屬Cd充分混合；3）體表分泌.
　　 以上這些試驗(yàn)結(jié)果表明，(1)蚯蚓粘液顯著促進(jìn)番茄幼苗生長(zhǎng)及對(duì)Cd的富集，這可能是蚯蚓促進(jìn)植物生長(zhǎng)及對(duì)Cd富集的作用機(jī)理之一；(2)蚯蚓粘液促進(jìn)植物對(duì)重金屬的富集可能與其促進(jìn)植物生長(zhǎng)、加快植物代謝有關(guān)；(3)蚯蚓粘液中的氨基酸在蚯蚓粘液促進(jìn)植物生長(zhǎng)及對(duì)Cd富集中具有一定的作用，但其作用效率遠(yuǎn)低于蚯蚓粘液；(4)蚯蚓粘液促進(jìn)植物生長(zhǎng)及對(duì)重金屬的富集可能與其含有的I