马缨丹对镉污染土壤的修复机理与技术研究

Nowadays the problem of soil heavy metal pollution in China has become increasingly prominent. To this point, The National Twelfth Five-Year Plan explicitly proposed to strengthen the comprehensive control of heavy metal pollution. Cadmium ( Cd )has polluted large area soil and is of strong toxicity. Therefore, the study of Cd pollution repair technology and its tolerance mechanism seems particularly urgent and important. The phytoremediation technology is environment friendly and low cost，and it becomes a hot study topic at present. Cd-hyperaccumulator Lantana camara ( Lantana hereafter ) has large biomass, grow rapidly and it is highly resistant to the stressed conditions. Therefore, Lantana is of great application potential in phytoremediation. However, so far in China and abroad, the Cd tolerance mechanism of Lantana has not been reported. Therefore, our study will: 1, Evaluate the in-situ remediation ability of Lantana applying in Cd polluted soil and apply Cd tolerant microbes to construct Lantana-microbe associated in situ repair technology system; 2, Use RT-qPCR, DGGE technology to study how special microbial function groups related to N and P cycle respond to Cd stress; 3, inoculate AMF in Lantana rhizosphere to see the influence of Arbuscular Mycorrhizal colonization to subcellular distribution and chemical forms of Cadmium in Lantana. This study further explores the tolerance and detoxication mechanisms of Cd in Lantana rhizosphere and will provide scientific basis and theoretical guidance for soil heavy metal control and remediation.

当前我国土壤重金属污染问题日益凸显，对此国家十二五规划明确提出要"加强重金属污染综合治理"。由于我国土壤镉（Cd）污染面积大、毒性强，因此，研究镉污染土壤修复技术及其机理显得尤为迫切和重要。植物修复技术因其环境友好、经济适用等优点成为当前研究的热点,其中镉超累积植物马缨丹生物量大，生长快速，抗逆性强，应用潜力较大。但至今国内外关于马缨丹对Cd污染的耐性和解毒机理研究较少。因此，本课题将：1.评价马缨丹对Cd污染农田的原位修复能力，应用Cd耐性菌种，构建马缨丹-微生物联合原位修复技术体系；2.采用RT-qPCR、DGGE等技术研究马缨丹根际丛枝菌根真菌（AMF）、氨氧化细菌（AOB）等与氮、磷循环相关的特定功能菌群对镉胁迫的响应；3.将马缨丹接种AMF，测定马缨丹体内Cd亚细胞分布及Cd化学形态的变化，进一步探讨马缨丹对Cd的耐性和解毒机理，为土壤重金属污染控制和修复提供科学依据和理论指导。

重金属污染土壤的植物修复技术已成为国内外研究的热点. 为探讨马缨丹（Lantana camara L.）应用于植物修复的可行性，本项目通过盆栽试验，研究了马缨丹对土壤中重金属镉（Cd）的耐性，以及不同施Cd水平下丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）Glomus intraradices（GI）对马缨丹吸收和转运Cd的影响. 此外还研究了不同施镉水平（0、7和28 mg/kg）土壤中单独或联合接种丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）和蚯蚓对马缨丹（Lantana camara L.）的生物量、镉吸收和抗氧化酶活性的影响.结果显示：当土壤Cd含量为50 mg/kg时，马缨丹的生长受到明显的抑制作用；当土壤Cd含量为10 mg/kg时，马缨丹地上部具有较高的Cd积累量. GI表现出对Cd较强的耐性，能较好地侵染马缨丹根系. 与对照相比，接种GI能缓解Cd对马缨丹的生物毒性效应，显著提高马缨丹的生物量（P＜0.05）；接种GI对马缨丹转运Cd没有显著影响（P＞0.05），但当土壤Cd含量为100 mg/kg时,接种GI会抑制马缨丹对Cd的富集. 结果表明马缨丹对Cd具有较强的耐受性，在低Cd污染土壤中具有较高的提取效率；接种GI显著提高了马缨丹对Cd的耐性和地上部Cd的提取量（P＜0.05）。此外，镉还抑制了马缨丹的生长，降低了地上部磷的含量和过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）的活性，提高了过氧化物酶（POD）活性和丙二醛（MDA）含量. AMF能较好地侵染马缨丹根系，接种AMF提高了马缨丹地上部的干重、磷和镉的浓度以及SOD活性，降低了CAT活性和MDA含量. 添加蚯蚓增加了马缨丹地上部镉含量，降低了CAT、POD和SOD活性，提高了MDA含量. 多因素方差分析表明，接种丛枝菌根真菌和蚯蚓的主效应是影响马缨丹镉吸收和抗氧化酶活性的主要因素，二者的交互作用基本没有影响。结果表明马缨丹在修复Cd污染土壤方面具有应用潜力.