耐重金属苜蓿中华根瘤菌的筛选及其与能源植物联合富集铜的特性

为了提高能源植物在重金属矿区废弃地边际土壤上的适应性,研发根瘤菌-能源植物联合修复技术,从生长于铜矿废弃地土壤上的紫花苜蓿根瘤中分离纯化根瘤菌,并研究其对紫花苜蓿、多年生黑麦草和甜高粱等能源植物生长和富集铜的作用,探究根瘤菌对铜矿废弃地土壤改良的效应。结果表明,从紫花苜蓿根瘤中分离筛选到一株耐铜铅镉的苜蓿中华根瘤菌D10。在铜矿废弃地土壤上,甜高粱的生物量可达黑麦草的4.6～6.4倍。与接灭菌液对照相比,D10菌株能够促进紫花苜蓿和甜高粱的干重显著增加28.6%～78.1%,铜吸收量显著增加50.4%～111.8%。但D10菌株不能促进黑麦草的生长和Cu吸收。D10菌株能够促进甜高粱和紫花苜蓿生长和Cu富集,增加根际土壤有效态Cu含量、水溶性糖含量和土壤脲酶活性,具有应用于铜矿废弃地植被恢复和联合修复污染土壤的潜力。     

耐重金属苜蓿中华根瘤菌的筛选及其与能源植物联合富集铜的特性

为了提高能源植物在重金属矿区废弃地边际土壤上的适应性,研发根瘤菌-能源植物联合修复技术,从生长于铜矿废弃地土壤上的紫花苜蓿根瘤中分离纯化根瘤菌,并研究其对紫花苜蓿、多年生黑麦草和甜高粱等能源植物生长和富集铜的作用,探究根瘤菌对铜矿废弃地土壤改良的效应。结果表明,从紫花苜蓿根瘤中分离筛选到一株耐铜铅镉的苜蓿中华根瘤菌D10。在铜矿废弃地土壤上,甜高粱的生物量可达黑麦草的4.6～6.4倍。与接灭菌液对照相比,D10菌株能够促进紫花苜蓿和甜高粱的干重显著增加28.6%～78.1%,铜吸收量显著增加50.4%～111.8%。但D10菌株不能促进黑麦草的生长和Cu吸收。D10菌株能够促进甜高粱和紫花苜蓿生长和Cu富集,增加根际土壤有效态Cu含量、水溶性糖含量和土壤脲酶活性,具有应用于铜矿废弃地植被恢复和联合修复污染土壤的潜力。     

四种草本植物对铅锌尾矿土壤重金属的抗性与吸收特性研究

盆栽试验的结果表明,高羊茅、早熟禾、黑麦草和紫花苜蓿在铅锌尾矿土壤或处理的尾矿土壤上都能生长,但在处理土壤上生长的植物长势明显优于对照,其中紫花苜蓿的生物量所受影响比其他几种草本植物更大,说明其重金属抗性低于其他几种植物.单位面积上4种植物体内重金属含量均为Zn>Pb>Cu>Cd,但每种植物对Cd、Pb、Zn和Cu的吸收浓度和分布均不相同,一般为根系浓度大于茎叶.加入改良剂和有机肥(菜枯)使生长在铅锌尾矿污染土壤上的4种草本植物生物量显著增加,植物体中的Cd、Pb和Zn元素浓度下降,但Cu元素浓度反而上升,结果单位面积上4种草本植物吸收各重金属元素的量均有所增加,可见利用改良措施与草本植物相结合的方法来修复重金属污染土壤具有可行性.     

生草对关中地区有机猕猴桃园土壤养分及细菌群落的影响

为探究不同生草模式对关中地区有机猕猴桃园土壤养分及细菌群落的影响,试验设置多年生黑麦草+毛苕子（Mode 1）、多年生黑麦草+草木樨（Mode 2）、多年生黑麦草+白三叶（Mode 3）及鼠茅草（Mode 4）,以自然生草处理为对照（CK）,观察草种生长特性、研究生草对果园耕层（0~20 cm）土壤养分影响,采用高通量测序法分析细菌群落结构。结果表明：鼠茅草越冬率最高,样地杂草株数最少。人工生草较自然生草有机质提高了6.46%~38.63%,以多年生黑麦草+毛苕子效果更为明显,且该处理提高土壤脲酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶活性最为显著,分别为3.37、44.17和3.46 mg·d^-1·g^-1。同时,与自然生草相比,多年生黑麦草+毛苕子、多年生黑麦草+草木樨和多年生黑麦草+白三叶提高了土壤细菌群落的丰富度和多样性,多年生黑麦草+毛苕子存在最多差异显著的细菌分支。综上,关中地区有机猕猴桃园种植多年生黑麦草+毛苕子在一定程度上有助于提高土壤有机质及养分含量,改善土壤微生态环境。     

紫花苜蓿与多年生黑麦草不同种植模式下沙化土壤碳、氮含量和酶活性研究

通过豫北地区连续6年定位试验,以沙化裸地为对照,研究了紫花苜蓿单播、多年生黑麦草单播、紫花苜蓿与多年生黑麦草混播3种种植模式下土壤碳、氮含量和相关土壤酶活性,并分析了其间的相互关系。结果表明:与沙化裸地相比,0~40cm土层3种种植模式下土壤碳、氮含量均不同程度地增加。其中,土壤有机碳含量表现为紫花苜蓿与多年生黑麦草混播模式下最高,为9.17g/kg;土壤全氮和碱解氮含量表现为紫花苜蓿/多年生黑麦草混播和紫花苜蓿单播模式下最高,且二者之间无显著性差异(P>0.05);紫花苜蓿/多年生黑麦草混播模式下土壤脲酶、蛋白酶、蔗糖酶、淀粉酶和纤维素酶活性最高,分别比沙化裸地增加266.80%、87.79%、49.96%、433.26%和232.38%;相关性分析表明,土壤有机碳分别与蔗糖酶和淀粉酶呈极显著(P<0.01)和显著(P<0.05)正相关,土壤碱解氮与脲酶呈显著正相关(P<0.05)。因此,试验中蔗糖酶、淀粉酶和脲酶可表征土壤碳、氮特征。由此认为,相对于沙化裸地,豫北地区经6年人工草地建植,土壤碳、氮含量以及相关土壤酶活性有效提高,以紫花苜蓿/多年生黑麦草混播为最佳的种植模式。     

VA菌根对坪草矿质养分吸收及草坪质量影响的研究

利用土培盆栽试验对多年生黑麦草接种菌根菌后坪草的生长、色泽以及养分吸收状况进行了探讨.结果表明:接种菌根真菌可使多年生黑麦草根系受到侵染,并可明显增加多年生黑麦草叶片中叶绿素含量.VA菌根可促进黑麦草对P、Fe、Cu、Mg、K、B、Si、S和N等矿质养分的吸收,但却使黑麦草组织中Mn的浓度降低.     

砷胁迫对黑麦草根系形态及养分吸收的影响

黑麦草对重金属具有较强的耐性和富集能力,是一种良好的植物修复材料。为探究砷(As)胁迫下黑麦草的根系形态以及根系养分吸收特征,采用盆栽试验研究了100mg·kg~(-1) As胁迫下,多年生黑麦草(Lolium perenne)和一年生黑麦草(L.multiflorum)的根系形态和营养元素吸收情况,并分别对As吸收与根系形态和养分吸收做相关性分析。结果表明,多年生黑麦草总根长和总根表面积受抑制程度更加明显,分别降低47.6%和46.8%;多年生黑麦草根系As吸收能力是一年生黑麦草的1.2倍。As胁迫促进两种黑麦草根系对N、P、K、Mn元素的吸收,二者相比,多年生黑麦草根系吸收N、P、K三种大量元素受影响更大,而一年生黑麦草根系吸收微量元素Mn受影响更大。总体上看,多年生黑麦草的根系形态和养分吸收能力对As胁迫更加敏感。     

丛枝菌根真菌与褪黑素对多年生黑麦草耐热性的影响

高温胁迫是限制冷季型草生长发育的主要因素。为探究单独接种丛枝菌根真菌（AMF）和外源褪黑素以及联合应用对多年生黑麦草生长和耐热性的影响，采用盆栽试验测试分析高温胁迫下丛枝菌根真菌和外源褪黑素处理对多年生黑麦草的生长，内源褪黑素含量及其合成基因的表达，抗氧化能力和渗透调节物质含量的影响。结果表明，高温胁迫明显抑制多年生黑麦草的生长，而外源褪黑素处理提高了AMF在多年生黑麦草根系中的定殖率。接种AMF和/或褪黑素处理均能促进高温胁迫下多年生黑麦草的生长，增加多年生黑麦草根系内源褪黑素含量和上调褪黑素合成基因的表达，降低相对电导率（EL）、丙二醛（MDA）含量和多酚氧化酶（PPO）活性，同时提高根系抗氧化酶（SOD、POD、CAT和APX）和苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性，以及类黄酮、脯氨酸、总酚、可溶性糖和甜菜碱的含量。其中接种AMF和褪黑素联合应用对提高多年生黑麦草耐热性效果最佳。总的来说，AMF接种和褪黑素处理可上调多年生黑麦草根系褪黑素合成基因表达，提高内源褪黑素含量，增强抗氧化酶活性，降低氧化损伤，同时提高渗透调节能力以增强多年生黑麦草的耐热性。     

重金属污染的黄棕壤中施用促根剂对黑麦草生长的影响

在重金属复合污染的黄棕壤中施用促根剂栽培黑麦草,通过测定黑麦草的生物量、重金属含量、根系活力、土壤中重金属有效态含量、电导率、有效磷含量,研究重金属污染及促根剂对黑麦草的生长情况及土壤质量的影响。试验结果表明,对轻度重金属污染土壤施用促根剂对黑麦草的生长有良好的促进效果,促根剂的施用量为2.5g/kg时,对黑麦草生长的促进效果最好;土壤中铜、锌以及磷、锌之间存在着明显的交互作用;黑麦草中重金属含量的离子冲量受到土壤中重金属有效态离子冲量的影响。     

VA菌根对坪草矿质养分吸收及草坪质量影响的研究

利用土培盆栽试验多年生黑麦草接种菌根菌后坪草的生长，色泽以及养分吸收状况进行了探讨，结果表明：接种菌根真菌可使多年生黑麦草根系受到侵染，并可明显增加多年生黑麦草叶片中叶绿素含量，VA菌根可促进黑麦草对P，Fe,Cu,Mg,K,B,Si,S和N等矿质养分的吸收，但却使黑麦草组织中Mn的浓度降低。     

促进镉吸收积累的植物根际促生菌的筛选及其对一年生黑麦草的影响

植物根际促生菌（PGPR）具有促进植物生长和提高重金属吸收的能力。因此,将PGPR作为土壤修复菌接种到具有较大生物量的植物根际,对提高植物修复效率具有重要意义。从镉污染地区的植物根际土壤中分离得到30株耐镉菌株,根据其分泌吲哚乙酸（IAA）、溶磷、产1-氨基环丙烷-1-羧酸（ACC）脱氨酶、铁载体及促生试验结果,选取2株具有PGPR特性的菌株接种到耐镉性不同的两种一年生黑麦草品种IdyⅡ和Wasehope中,测定它们对黑麦草生长和镉吸收积累的影响。当土壤镉含量为（19.5±0.42） mg·kg^-1时,分别接种Pi01和Ma02,结果表明：镉处理下,接种2种菌株后两种一年生黑麦草的生物量和镉积累量均显著提高（P<0.05）;叶绿素含量增加;光合作用增强;根际土壤镉有效态含量增加。因此,接种筛选出的2种PGPR能够促进黑麦草生长,增加其对镉的积累。     

琥珀酸黄杆菌促生机理及其对多年生黑麦草生长和抗逆性的生理调控作用

为探究琥珀酸黄杆菌（Flavobacterium succinicans）对非生物胁迫下多年生黑麦草（Lolium perenne）的缓解效应,本试验研究了菌株DSM4002的生物学特性,并在盆栽条件下,分析了干旱（维持相对含水量（30±5）%处理7 d和14 d）、低温（4℃处理3 d和7 d）和盐胁迫（150 mM NaCl处理5 d和10 d）下根际接种DSM4002对多年生黑麦草生长和生理特性的影响。结果表明,DSM4002具有分泌吲哚乙酸（Indole-3-acetic acid,IAA）、溶磷和产铁载体能力,对壮观霉素、卡那霉素等具有抗性,对氯霉素敏感。同时,接种DSM4002能够提高正常生长、干旱、低温和盐胁迫下多年生黑麦草的生物量、抗氧化酶活性、可溶性糖和脯氨酸含量,降低相对电导率和丙二醛（Malondialdehyde,MDA）含量。综上,琥珀酸黄杆菌促进多年生黑麦草的生长与其自身具有分泌IAA、溶磷和产铁载体能力有关,而且它能够调节植物体内氧化还原平衡,从而增强多年生黑麦草的抗旱、抗寒和抗盐能力。     

不同生长条件下内生真菌对多年生黑麦草生理特性的影响

本研究通过比较带内生真菌(E+)、不带内生真菌(E-)和混合(M)3个种群的多年生黑麦草(Lolium perenne)在田间自然条件和温室不同水分处理下生理指标的变化,以解释内生真菌在不同生长条件下对多年生黑麦草内部生理机制的影响。结果表明,在温室条件下,土壤含水量为田间最大持水量(field water content,FWC)的15%(干旱)和60%(水淹)时,内生真菌侵染显著(P0.05)提高了多年生黑麦草总叶绿素含量、可溶性糖含量、脯氨酸含量、超氧化物歧化酶活性和过氧化氢酶活性,同时降低了丙二醛含量和过氧化物酶活性,但在水分含量为45%FWC时,3个种群生理指标并无显著差异(P0.05);说明在胁迫条件下,内生真菌通过提高保护酶活性以增加寄主的抗逆性。在田间条件下,黑麦草叶绿素含量、可溶性糖含量、脯氨酸含量、超氧化物歧化酶活性和过氧化氢酶活性的变化趋势依次为E+ME-,丙二醛含量和过氧化物酶活性的变化趋势依次为E-ME+,表明在自然生长条件下,内生真菌仍然通过内部生理机制的改变促进寄主生长。     

生草对黄土高原旱地苹果园土壤性状的影响

对黄土高原渭北苹果园生草土壤性状测定结果表明,生草能降低0~60 cm土层土壤容重,增加土壤孔隙度,提高田间贮水量,且与生草年限呈正相关;能显著提高0~20 cm土层有机质含量,种植禾本科牧草有机质年积累量为0.10%,种植豆科牧草年积累0.15%;随生草年限的增加,较深土层土壤有机质趋于增加,种植白三叶改善较深土层土壤有机质的效果强于种植黑麦草。对N、P、K营养的影响主要表现在0~40 cm土层,生草的前期(4年)土壤养分消耗大于积累,苹果与牧草在该土层存在养分竞争,在第5年全氮、全磷、全钾呈现恢复性增长,全氮、全磷、全钾的演变呈现“S”型的演变过程,但生草能提高0~40 cm土层水解氮、速效磷及速效钾含量,具有活化有机态N、P、K的功能,有利于果树对N、P、K营养元素的吸收利用;生草类型不同,活化N、P效果不同,黑麦草活化P的作用大于白三叶,而白三叶活化N的作用大于黑麦草;生草后土壤三大微生物类群数量及过氧化氢酶、尿酶、碱性磷酸酶活性都显著提高,并随生草年限的增加趋于增加。     

锰渣-土壤混合基质上黑麦草和紫花苜蓿生长状况及其对锰的累积特征

以紫花苜蓿(Medicago sativa)和黑麦草(Lolium perenne)为材料,在盆栽条件下探讨紫花苜蓿和黑麦草在电解锰渣–土壤混合基质中的生长状况及其对锰(Mn)的吸收特点。结果表明:土壤添加7%、14%、21%、28%、35%的电解锰渣后,紫花苜蓿、黑麦草的发芽率明显下降,而总生物量随着电解锰渣添加量的增加先增加后降低;但两种植物的株高均出现不同程度的增加,特别是黑麦草。随着电解锰渣添加量的增加,黑麦草中光合色素含量增加,在锰渣添加为14%时叶绿素含量最大,显著高出无锰渣对照34.7%(P 0.05);紫花苜蓿中叶绿素和类胡萝卜素含量随着锰渣添加先增加后下降,在锰渣添加量为14%时达到最大,分别高出对照59.7%、28.0%。在土壤中添加锰渣后,紫花苜蓿中丙二醛(MDA)含量、抗氧化酶包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性明显提高,而黑麦草中MDA含量、SOD、CAT和POD活性没有明显变化,说明黑麦草的耐受性大于紫花苜蓿。同时,在锰渣–土壤混合基质上紫花苜蓿、黑麦草的地上部分和根系中的锰含量均随着电解锰渣的添加量增加而提高,总体上黑麦草的富集系数大于紫花苜蓿,而对Mn的转移能力是紫花苜蓿大于黑麦草。研究结果显示,两种植物都可作为锰渣堆场生态修复的备选植物,但锰渣对紫花苜蓿的抑制作用大于黑麦草,因此,黑麦草更适合作为锰渣堆场生态修复的先锋植物。     

乙烯利浸种对不同土壤水分条件下多年生黑麦草幼苗生长的影响

本试验以多年生黑麦草‘爱神特’(Lolium perenne cv.Accent)种子为材料,土壤设3个水分梯度,分别为田间最大持水量的30%(FWC 30)、50%(FWC 50)、70%(FWC 70),模拟重度干旱、水分适宜、水分充足的土壤水分条件。同时设4个浸种处理分别为0(CK)、0.05%、0.1%、0.2%浓度的乙烯利溶液浸种24 h,通过测定出苗率、苗长、根系总表面积、根系总长度和侧根数等指标,探讨各乙烯利浸种处理对多年生黑麦草苗期抗旱性的影响。结果表明,适宜多年生黑麦草生长的土壤含水量在田间最大持水量的30%~50%之间,过多的灌溉水并不利于多年生黑麦草的生长。0.05%~0.1%浓度乙烯利浸种能够在一定程度上减轻土壤水分因素的差异对多年生黑麦草生长造成的影响,但相比乙烯利浸种处理,土壤含水量对多年生黑麦草苗期生长的影响更大。     

多年生黑麦草种质材料苗期耐钴性综合评价及钴离子富集特性研究

通过测定27份多年生黑麦草(Lolium perenne L.)种质材料的株高、地上生物量、质膜透性、叶绿素含量和游离脯氨酸含量等形态和生理指标,利用主成分分析法和隶属函数法对其进行耐钴性综合评价,探讨钴胁迫下多年生黑麦草对重金属钴的富集特性。结果表明:来自于荷兰的奥瓦逊和来自于苏联的莫桑斯克多年生黑麦草耐钴性较强;来自于澳大利亚的堪加鲁何谷和来自于英国的帕科尔多年生黑麦草耐钴性最差;其他材料居中。在钴胁迫下这4份多年生黑麦草地上部和地下部钴含量均显著增加(P<0.05),耐钴性较弱的材料对钴的富集系数均明显大于耐钴性较强的材料;重金属钴转移系数随着土壤中钴浓度的增加呈现先上升后下降的趋势。     

褪黑素预处理提高多年生黑麦草抗旱性的机理分析

前期试验证明一定浓度褪黑素(melatonin, MT)预处理可以提高多年生黑麦草(Lolium perenne)的抗旱性。为进一步分析褪黑素预处理影响多年生黑麦草抗旱性的机理,在前期试验的基础上,分析了干旱胁迫条件下25μmol·L~(-1)MT预处理对多年生黑麦草抗氧化酶活性和代谢产物积累的影响。结果表明,MT预处理显著延缓了多年生黑麦草草坪质量、光化学效率、相对含水量的下降速率以及相对电导率、丙二醛的上升速率。MT预处理通过提高干旱胁迫条件下多年生黑麦草超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶的活性,维持细胞内膜系统的稳定性。MT预处理也可能通过提高干旱胁迫条件下多年生黑麦草异亮氨酸、脯氨酸、鸟氨基、赤藓酮糖和葡萄糖胺等相关代谢产物的积累,增强多年生黑麦草的渗透调节能力和抗氧化能力,进而提高多年生黑麦草的抗旱性。     

三七不同轮作年限土壤中几种重金属元素含量的探究

对种植三七后土壤中的几种重金属元素含量进行了检测,以了解三七不同轮作年限土壤中重金属元素的存在情况,从而为三七的再次种植提供参考依据。在三七产区选择一年生、三年生、五年生、七年生三七栽培土壤,采用火焰原子吸收法分别对其中的铜、锌、铅、铬、镍5种重金属元素进行检测分析。结果表明,土壤中的这几种重金属元素含量都符合国家土壤标准和三七GAP栽培标准,并且不同轮作年限土壤中的铜、锌、铅、铬、镍含量不呈现规律性变化。     

空心莲子草对污泥重金属的响应与吸附效应

植物修复（Phytoremediation）是解决越来越突出的重金属污染问题的一种较好的方法,已成为生态学和环境学研究的重要课题,而植物对重金属的响应和吸附效应是该问题的科学基础。为此,本研究采用盆栽方法,设定污泥与沙壤土的不同体积配比（无污泥、5%污泥、10%污泥和20%污泥）作为生长基质,测定在含不同重金属的基质中生长不同时间（3-6月）的空心莲子草（Alternanthera philoxeroides）叶片的生理指标[叶绿素含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化物酶（POD）活性]和在含重金属基质中生长6个月后的空心莲子草根、茎、叶中重金属元素（Cd、Cr、Mn、Ni、Pb、Cu、Zn）含量。结果表明,空心莲子草叶片中叶绿素含量总体上随生长基质中污泥体积比例升高而升高;空心莲子草叶片中SOD活性、POD活性总体随生长基质中污泥体积比例升高而升高,但在含重金属的生长基质中生长5个月后,叶绿素含量、SOD活性和POD活性均明显下降;在各处理下,空心莲子草对Mn、Ni、Cr、Pb、Cu和Zn的吸收主要分布在叶片,且空心莲子草的转运系数大于1。研究结果说明,空心莲子草对污泥重金属有较好的耐受性,且转运系数大于1。虽然该植物根、茎、叶的富集系数均小于1,不属于超富集植物,但在受重金属污染的土壤植物修复中仍有一定的参考作用。