根瘤菌对紫花苜蓿对铜胁迫抗性的影响开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

1.选题的目的和意义(含国内外的研究现状分析)

当前,土壤重金属污染问题已成为环境保护领域的焦点,而微生物-植物联合修复重金属污染土壤的技术,因其环境友好、操作简单、成本低廉而备受关注。

本研究通过植物的联合修复,了解在铜胁迫条件下接种根瘤菌后与苜蓿组成的共生体系对铜污染的耐受性以及对铜污染土壤的修复能力,进一步改善土壤的结构,为开展改良众多重金属污染土壤的生物修复和可持续利用提供重要的依据和指导意义。

2国内外研究现状(文献综述)

2.1重金属污染土壤现状

岩石风化和火山喷发等地质活动,是重金属污染土壤的自然来源,但人为原因是引起重金属污染的主要原因,包括冶金化工、煤炭燃烧、尾气排放、矿产开发等领域,均导致了大量重金属进入土壤中,据统计,在我国已有24个省(市)出现了不同程度的重金属污染区域,有近五分之一的耕地受到了镉、锌、汞、铅、铜等重金属污染,沿海地区由于存在污水灌溉农田的状况,重金属对土壤的污染尤为明显。重金属污染会对植物的生长产生严重的负面影响,同时由于富集效应的存在,重金属也会危害到人畜的健康,因此对农业经济发展与人民健康产生着双重损害。

2.2重金属污染土壤修复

根际微生物应用于重金属污染土壤的修复一直是人们关注和研究的热点。近年来,国内外学者不断从根际环境中分离、筛选出具有良好重金属抗性及吸附特性的菌株,并将这些菌株应用于重金属污染物修复研究中,取得了较为显著的成果。

根瘤菌主要指与豆类作物根部共生形成根瘤并能固氮的杆状细菌,其和豆科植物的共生固氮作用是微生物和植物之间最重要的互惠共生关系。近年来,根瘤菌对重金属土壤修复的影响也引起国内外学者的广泛关注。

重金属会危害植物生长,而根瘤菌能通过减少植物对重金属的吸收来减轻其毒害作用,促进植物生长。 Fatnassi 等研究发现,将根瘤菌和根际促生细菌共同接种到豆科植物 Vicia faba 后,可降低植物根部对 Cu 的吸收并增加其干重。

与此相反,有研究表明,有些根瘤菌会促进宿主植物对重金属的吸收、转运和累积,但同时也促进了植物的生长。如陈生涛等研究发现,接种固氮菌菌株 Rhizobium sp. W33 的黑麦草等 7 种植物,与对照相比,不仅其根部的 Cu 累积量增加,其中 5 种植物的干重还分别增加了 11% ~ 56%. Sánchez 等也发现,将 Bradyrhizobium 接种到豆科植物白羽扇豆和大豆中,能促进铜吸收并促使其从植物根部向地上部分转移,减轻 Cu 对这两种植物生长的抑制作用,增强其对 Cu 的耐受性。

此外,除了能够促进豆科植物在重金属胁迫条件下的生长外,根瘤菌还能促进非豆科植物在重金属胁迫环境下的生长. 如 Reichman 等研究发现,重金属耐受根瘤菌菌株 Bradyrhizobiumjaponicum CB1809,不但能促进豆科植物的生长,当将其接种到向日葵(Helianthus annus L. )和小麦(Triticum aestivum L. )后,也能促进这两种非豆科植物生长,在 5μM 的 As 胁迫环境下,接种菌株的向日葵和小麦,其根部干重分别增加了 15%和 34%.

2.3重金属污染土壤植物L微生物联合修复技术的影响因素

2.3.1土壤中重金属污染特性

重金属的生态环境效应与其总量相关性不显著,从土壤物理化学角度来看,土壤中重金属各形态是处于不同的能量状态,其生物有效性不同。在污染土壤中,由于矿物和有机质成分对重金属的吸附,水溶态重金属所占份额不多。因此,重金属的生物可利用性、其对植物和微生物的毒性和抑制机理都会影响重金属污染土壤植物修复的效率。

2.3.2植物本身生理生化特性

作为植物—微生物联合修复技术的主体,富集植物一般应具有以下几个特性:即使在污染物浓度较低时也有较高的积累速率,尤其在接近土壤重金属含量水平下,植株仍有较高的吸收速率,且须有较高的运输能力;能在体内积累高浓度的污染物,地上部能够较普通作物累积10~500倍以上某种重金属的植物;最好能同时积累几种金属;生长快,生物量大;具有抗虫、病能力。

2.研究(设计)的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

3.选题研究的内容

本研究拟以根瘤菌-苜蓿共生体系为微生物-植物联合修复技术中的模式生物,通过基质模拟铜污染盆栽实验,分析不同铜污染程度下接种抗铜根瘤菌后,紫花苜蓿中脂质过氧化产物、氧自由基、抗氧化酶系统、抗坏血酸-谷胱甘肽氧化还原系统等含量的变化,研究根瘤菌对紫花苜蓿对铜胁迫抗性的影响,以期为为根瘤菌-苜蓿共生体系用于重金属污染土壤的修复提供理论依据及数据支持。

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