陆生苔藓植物对水体环境适应的光合生理基础及其在水环境监测中的应用

论文摘要

当前环境污染问题越来越受到人们重视,苔藓中的水藓科和柳叶藓科植物已被广泛应用于水体环境质量的监测。但是这类苔藓植物在上海地区分布少、种群小,难于大规模地应用于水体环境监测。因此,研究陆生、湿生藓类植物在水体环境下的生存情况,筛选出能够生存于沉水环境的陆生藓类植物,对于应用苔藓植物进行水体环境监测具有重要应用价值。本文以弯叶灰藓（Hypnum hamulosum）、勃氏青藓（Brachythecium brotheri）、白发藓（Leucobryum glaucum）和虎尾藓（Heddigia ciliata）为材料,测定了它们不同的沉水浸泡时间下的光合作用参数,并设置Cd2+和Cr3+不同浓度和处理时间,测定了弯叶灰藓和勃氏青藓叶绿素、丙二醛含量和过氧化物酶活力,以及对Cd2+和Cr3+的富集能力。研究结果如下:（1）自然条件下四种藓类植物光合有效辐射-光合响应曲线分别为:y=8.9455ln（x）-38.973 （r2=0.9960,勃氏青藓）、Y=-18.7730+5.1738 lnX（r2=0.9884,弯叶灰藓）、Y=-11.7802+ 2.9732 lnX（r2=0.9492,白发藓）、Y=1.3058-5.2271lnX（r2=0.9909,虎尾藓）;勃氏青藓的光补偿点、光合饱和点、95%最大净光合速率分别为70.9869μmol·m-2·s-1、1292.35μmol·m-2·s-1和25.0973μmolCO2·g-1·s-1;弯叶灰藓的光补偿点最低,为37.2380μmol·m-2·s-1,光饱和点为1023.15μmol·m-2·s-1,95%最大净光合速率17.3763μmolCO2·m-2·s-1;白发藓的光饱和点为4种藓类植物中最低的,为811.8μmol·m-2·s-1;虎尾藓的光补偿点、光饱和点、95%最大净光合速率分别为46.4026μmol·m-2·s-1、986.54μmol·m-2·s-1,95%和3.7515μmolCO2·m-2·s-1。与陆生其他高等植物相比,4种藓类植物的光合补偿点都高于一般阴生植物。勃氏青藓、弯叶灰藓和白发藓在水体中浸泡30d的最大净光合速率与其自然条件下的相比,分别为对照的110.78%、80.84%、109.63%,反映出这三种苔藓植物能够较长时间的生存于沉水环境中;沉水浸泡20d后虎尾藓的最大净光合速率仅为自然条件下的5.25%,说明该种苔藓植物不能够适应水体环境;分析表明,4苔藓植物对沉水浸泡处理的光合响应与其植物体结构和野外生境特点有密切关系。（2）在没有添加Cd2+和Cr3+的水体中浸泡14、21、28天后,勃氏青藓的叶绿素含量分别为沉水浸泡7天时的60.77%、58.99%和53.36%,弯叶灰藓分别为100.66%、104.08%和99.14%;勃氏青藓和弯叶灰藓的丙二醛含量在水体中浸泡21d的处理下仅有少量的增加,而过氧化物酶的活力下降并不特别明显,二种藓类植物能够在沉水环境中保持较高的光合作用潜能,与其叶绿素含量和过氧化物酶活力在水环境中不迅速下降、丙二醛含量不明显上升有关。（3）在单一重金属Cd2+和Cr3+胁迫下对勃氏青藓和弯叶灰藓叶绿素和丙二醛含量、过氧化物酶活力的测定表明,随着水体中Cr3+、Cd2+单一浓度或复合污染浓度的升高和处理时间的延长,勃氏青藓和弯叶灰藓叶绿素含量、过氧化物酶活力下降,丙二醛含量在低处理浓度和短处理时间下呈上升趋势,但是高浓度和长时间处理下则反而下降。弯叶灰藓在Cr3+、Cd2+污染胁迫下的丙二醛含量增幅高于勃氏青藓,过氧化物酶活力的下降幅度在Cd2+污染处理下高于勃氏青藓,在Cr3+污染处理下低于勃氏青藓,不过从叶绿素含量变化趋势来分析,弯叶灰藓对水体中Cr3+、Cd2+污染的耐受能力要强于勃氏青藓。（4）勃氏青藓和弯叶灰藓受Cd2+和Cr3+复合污染时的受害程度高于单一重金属元素;从叶绿素和丙二醛含量、过氧化物酶活力的变化分析,弯叶灰藓对Cd2+、Cr3复合污染的耐受能力强于勃氏青藓;从POD的变化情况来分析,弯叶灰藓对低浓度下的复合污染的耐受能力大于勃氏青藓。（5）勃氏青藓和弯叶灰藓在单一和复合重金属Cd和Cr的污染下,两种藓类植物对Cr3+和Cd2+均有很强的吸收能力,表现在随着水体中Cr3+、Cd2+浓度的上升,两种藓类植物对它们的吸收呈指数式增长。两种藓类植物对Cd2+和Cr3+的吸收能力也不同的,弯叶灰藓对Cd2+的吸收能力大于勃氏青藓,而勃氏青藓对Cr3+的吸收能力大于弯叶灰藓。当在Cd2+浓度为200mg.L-1的水中浸泡14天后,弯叶灰藓的Cd2+含量高达3317.84mg.kg-1,富集系数为15.59,勃氏青藓的Cd2+浓度为1983.52mg.kg-1;当在Cr3+浓度为100mg.L-1的水中浸泡14天后,弯叶灰藓的Cr3+浓度达545.10mg.kg-1,富集系数达5.10,勃氏青藓Cr3+浓度更高,达818.76mg.kg-1。Cd2+、Cr3+复合污染下,Cd2+和Cr3+对弯叶灰藓和勃氏青藓对这两种元素的吸收均有相互促进作用。综上所述,勃氏青藓、弯叶灰藓和白发藓能够在水中存活30d而保持较高的光合能力,这与其叶绿素含量和过氧化物酶活力在水中不迅速下降、丙二醛含量不明显上升有关;弯叶灰藓比勃氏青藓能够更好地适应于沉水环境,对Cd2+和Cr3+污染的耐受性更强;两种藓类对水中Cd2+和Cr3+均有很强的吸收能力,也能够更适合于复合污染下的Cd2+和Cr3+吸收净化。考虑到勃氏青藓和弯叶灰藓两种藓分布广泛、生物量大、取样容易,利用这两种藓类植物,无论是水环境监测、Cr3+和Cd2+污染水体的修复,还是作为水族宫植物,均具有潜在的应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1 水环境重金属污染现状
• 1.1 我国水环境重金属污染现状
• 1.2 国外水环境重金属污染的现状
• 2 水环境重金属污染的检测
• 2.1 传统的检测方法
• 2.2 生物监测
• 2.3 利用水生植物监测和净化水环境
• 3 苔鲜植物应用于环境污染监测的研究进展
• 3.1 苔藓植物的生理结构特征
• 3.2 苔藓植物吸附环境污染物的机制
• 3.3 国内关于将苔藓植物作为环境监测指示生物的研究状况
• 3.4 国外关于将苔藓植物作为环境监测指示生物的研究状况
• 4 苔藓植物的光合生理特征
• 4.1 光照对苔藓植物光合作用能力的影响
• 4.2 水分对苔藓植物光合作用能力的影响
• 5 重金属污染对植物生长和代谢的影响
• 5.1 镉（cd）污染对植物体的影响
• 5.2 铬（Cr）污染下植物的形态变化
• 5.3 重金属复合污染的研究概况
• 第二章 研究目的和意义
• 第三章 陆生藓类对沉水环境的光合生理特征
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 材料培养和处理方法
• 1.3 测定方法
• 1.4 数据统计分析
• 2 结果和分析
• 光响应方程及其比较'>2.1 四种陆生藓类的光合^光响应方程及其比较
• 2.2 沉水环境中四种藓类的光合光响应曲线
• 3 讨论
• 2+和Cr³⁺对勃氏青藓和弯叶灰藓生理特征的影响'>第四章 单一Cd²⁺和Cr³⁺对勃氏青藓和弯叶灰藓生理特征的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 材料培养和处理方法
• 1.3 测定方法
• 1.4 数据统计
• 2 结果与分析
• 2+浓度和处理时间对两种藓类植物叶绿素含量的影响'>2.1 单一Cd²⁺浓度和处理时间对两种藓类植物叶绿素含量的影响
• 3+浓度和处理时间对二种藓类植物叶绿素含量的影响'>2.2 单一Cr³⁺浓度和处理时间对二种藓类植物叶绿素含量的影响
• 2+、Cr³⁺污染浓度和处理时间对两种藓类丙二醛（MDA）含量的影响'>2.3 单一Cd²⁺、Cr³⁺污染浓度和处理时间对两种藓类丙二醛（MDA）含量的影响
• 2+、Cr³⁺污染浓度和处理时间对两种藓类植物氧化物酶活性的影响'>2.4 单一Cd²⁺、Cr³⁺污染浓度和处理时间对两种藓类植物氧化物酶活性的影响
• 3 讨论
• 第五章 Cd 和Cr 复合污染对两种藓类生理特性的影响
• 1 材料与方法
• 1 1 试验材料
• 1.2 材料培养和处理方法
• 1.3 测定方法
• 1.4 数据统计
• 2 结果与分析
• 2+、Cr³⁺复合污染浓度和处理时间对两种藓类叶绿素含量的影响'>2.1 Cd²⁺、Cr³⁺复合污染浓度和处理时间对两种藓类叶绿素含量的影响
• 2+、Cr³⁺复合污染浓度和处理时间对两种藓类植物MDA 含量的影响'>2.2 Cd²⁺、Cr³⁺复合污染浓度和处理时间对两种藓类植物MDA 含量的影响
• 2+、Cr³⁺复合污染浓度和处理时间对两种藓类植物POD 活性的影响'>2.3 Cd²⁺、Cr³⁺复合污染浓度和处理时间对两种藓类植物POD 活性的影响
• 3 讨论
• 第六章弯叶灰藓和勃氏青藓对水体Cr 和Cd 的吸收与富集作用
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 材料培养和处理方法
• 1.3 测定方法
• 1.3.1 苔藓植物体的处理
• 1.3.2 样品的硝化处理
• 1.3.3 样品的化学分析
• 1.4 数据统计
• 2 结果与分析
• 2+、Cr³⁺污染浓度和处理时间对勃氏青藓体内Cd²⁺和Cr³⁺含量的影响'>2.1 单一Cd²⁺、Cr³⁺污染浓度和处理时间对勃氏青藓体内Cd²⁺和Cr³⁺含量的影响
• 2+、Cr³⁺污染浓度和处理时间对弯叶灰藓体内Cd²⁺和Cr³⁺含量的影响'>2.2 单一Cd²⁺、Cr³⁺污染浓度和处理时间对弯叶灰藓体内Cd²⁺和Cr³⁺含量的影响
• 2+、Cr³⁺污染浓度和时间的变化，对勃氏青藓体内重金属含量的影响'>2.3 复合Cd²⁺、Cr³⁺污染浓度和时间的变化，对勃氏青藓体内重金属含量的影响
• 2+、Cr³⁺污染浓度和时间的变化，对弯叶灰藓体内重金属含量的影响'>2.4 复合Cd²⁺、Cr³⁺污染浓度和时间的变化，对弯叶灰藓体内重金属含量的影响
• 3 讨论
• 参考文献
• 致谢
• 硕士生期间撰写和发表的论文