外源DOM构效特征与圆锥南芥根际捕获和吸收Pb的微观作用机理研究

Dissolved organic carbon (DOC) is known to affect the Pb cycle in terrestrial ecosystem due to its overriding influence on Pb complexation, but its role as a mediating factor in the bio-availability of Pb in plants remained controversial because of the structure complexity of DOM and diversity environmental effects on DOM-Pb complexation. This research is designed to observe structures of DOM collected from Yunnan Pb-Zn mining areas, understand the characteristics and factors of DOM-Pb complexation process, explore the relationship of structure and efficiency of DOM-Pb complexation, determine the relationship of DOM-Pb and bioavailability by using Arabidopsis and Pb hyper-accumulator plants Arabis paniculata F., discover the impact of DOM on mineral membrane on rhizosphere, endogenous Pb-ligands, upward transportation mechanisms in Arabis paniculata F. in a microscopic scale, and reveal the effects and mechanism of DOM on organic ligands and inorganic precipitation with Pb, its root to shoot transportation, storage process in plants, which is of great significance in increasing phytoremediation efficiency for soil Pb pollution.

溶解性有机质(Dissolved Organic Matter, DOM)与Pb的络合，不仅会改变Pb在土壤中的生物有效性，还会影响植物根际Pb离子捕获与屏蔽，某些外源DOM还可进入植物体，干预植物对Pb的吸收和向上输送。认识Pb在富集植物-土壤体系中的微观机理，对指导植物修复具有重要意义。本研究拟选择云南兰坪铅锌矿区典型污染土壤，以Pb富集植物圆锥南芥为供试植物，以Pb-有机配体构效等Pb形态特征为研究视角，以Pb从土壤-根际界面-根茎叶的植物吸收过程为主线，揭示外源DOM在①改变土壤铁锰氧化态和腐殖酸结合态中的Pb释放；②改变根际分泌物和矿物膜的离子捕获与屏障；③增加跨根吸收和向上输送能力中的微观机理，探索DOM改变富集植物吸收Pb过程中的关键环节和作用机制，为完善Pb进入富集植物微观机理的科学认识，解释复杂环境条件下Pb生物可利用性的差异，提高Pb的植物修复效率提供理论和技术支撑。

溶解性有机质(Dissolved Organic Matter, DOM)与Pb的络合，不仅会改变Pb在土壤中的生物有效性，还会影响植物根际Pb离子捕获与屏蔽，某些外源DOM还可进入植物体，干预植物对Pb的吸收和向上输送。本研究选择云南兰坪铅锌矿区Pb富集植物圆锥南芥、鬼针草，羽叶鬼针草、三叶鬼针草、婆婆针为供试植物，以Pb-有机配体构效等Pb形态特征为研究视角，以Pb从土壤中的矿物风化为起点，开展从土壤-根际界面-根茎叶的植物吸收过程为主线，对比4种野外富集植物对Pb的吸收特征和富集能力的基础上，以DOM为研究中心，围绕DOM在铅矿物-根界面的作用机制和Pb进入植物细胞后的耐受机制开展研究。结合微区X射线荧光光谱、X射线吸收近边结构谱和透射电子显微镜-能量色散X射线光谱等技术，系统模拟了多种DOM作用下Pb的释放规律和三叶鬼针草从铅矿物中吸收Pb的过程，并探索了柠檬酸（天然小分子有机酸）、腐植酸和EDTA（人工合成螯合剂）三类DOM在植物吸收Pb的过程、细胞Pb结合态的转化和Pb向地上部迁移中的作用，同时探讨了植物细胞对Pb的耐受和解毒机制。揭示外源DOM对Pb释放的影响和特异性植物对Pb的富集特征研究富集植物作用下的铅矿物风化过程，探索矿物/土壤-植物系统中Pb元素的吸收、微区分布、迁移和形态转化规律，有助于深入认识矿物来源的Pb进入富集植物的微观机理、揭示根际DOM在矿物的元素释放和重金属的吸收过程中的作用机制，以及认识富集植物耐受Pb胁迫的细胞机制 ，最终为高效实施植物修复Pb污染的土壤奠定理论基础。为完善Pb进入富集植物微观机理的科学认识，解释复杂环境条件下Pb生物可利用性的差异，提高Pb的植物修复效率提供理论和技术支撑。