外源水杨酸对中山杉406铬毒害的缓解效应开题报告

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1. 研究目的与意义

重金属是指密度大于或等于 5.0g/cm3的金属元素，铁(fe)、锰(mn)、锌（zn）、铬（cr）、汞（hg）、铅（pb）、银（ag）、钼（mo）等40多种金属元素均属于重金属。在环境污染领域中，有时也会将一些有明显毒性的轻金属元素（如铝（al））、非金属元素（如砷（as））归入重金属[1]。重金属中，锌（zn）、铜（cu）、钴（co）等是植物正常生长代谢所必需的微量元素[2]，但是这些元素的浓度超过一定范围后，会表现出毒性[3]。大部分重金属如镉（cd）、汞（hg）、铅（pb）等是植物的非必需元素，极低浓度就能对生物体造成危害。重金属普遍存在于大气、土壤和水中，容易进入食物链并积累，从而造成危害[4]。根据来源和分布特征，重金属可以划分为四类：一是通过大气沉降进入水体和土壤的重金属污染；二是通过工业废水废气排放等城市化工业化引起的重金属污染；三是生活垃圾等固体废弃物引起的重金属污染；四是农业生产中的重金属污染，如污水灌溉、施用污泥、使用化肥农药等[5]。

从工业革命开始，因工业技术的飞速发展和人类活动的加剧，重金属污染问题不断加重。特别是近代以来， 随着工业三废汇入灌溉水以及含有大量重金属的农药化肥的大量使用，土壤-植物-环境系统中的重金属污染问题日趋严峻。过量重金属离子一旦进入环境参与水体土壤生物系统的循环特别是进入土壤后就很难予以排除并且在生物体内还有有机化的趋势。作为食物链中的初级生产者，植物通过吸收在其根、茎、叶及籽实中大量积累还可通过动物的取食进入食物链严重危及动物和人类的健康。我国粮食因重金属污染每年减产 1000 多万吨，有1200万吨粮食被重金属污染，经济损失超过200亿元[6]。通常植物在受到重金属污染时都会出现生长迟缓、植株矮小、根系生长受抑制直至停止、叶片褪绿、出现褐斑等症状，严重时甚至导致作物产量降低和植物死亡。

植物修复以安全、廉价的特点成为了治理重金属污染问题研究的热点。国内外学者对铬污染土壤的植物修复进行了探索[7]。有人用白花三叶草、高羊茅、紫花苜蓿、早熟禾、荔枝草等植物修复重金属铬污染的土壤。另有报道印度芥菜可同时积累高浓度的镉、锌、铅[8]。李鲜珠等通过室外盆栽模拟试验以及重金属镉污染区采样分析试验，首次发现并且证实了万寿菊和蓖麻是重金属镉超富集植物[8]。韩志萍等研究了芦竹在镉和汞污染模拟湿地中的富集能力，表明该植物在重金属修复方面具有重要作用[9]。然而用于植物修复的大多是草本植物，但是草本植物富集量有限。有学者致力于研究木本植物在重金属修复当中的作用，并取得了一定成效[10]。中山杉属于杉科落羽杉属，是半常绿高大乔木，树干挺直，树型优美，具有生长速度快、耐盐碱、耐湿等特点，因而受到了人们的重视，得到大面积推广。目前针对中山杉耐盐性、耐涝性以及耐风性的研究较多，在江苏滨海盐碱地[11]、滇池湖滨湿地[12]以及沿海沙质海岸[13]等大规模推广。有学者提出中山杉在耐污染方面也具有明显优势[14,15]，基于这一论断，探究中山杉在治理重金属胁迫上的作用显得格外重要。

2. 国内外研究现状分析

世界各地土壤中铬的含量悬殊甚大，美国土壤中含铬平均值100 10-6，苏联为20010-6，日本为2010-6～20010-6，我国为8210-6。铬在土壤中的垂直分布规律一般为土壤表层含量高，越往下铬的含量越少。说明外界进入土壤中的铬大部分被固定在耕层，很少向下渗透，铬在土壤中的水平分布主要受成土母质及人为因素的影响。

植物的根是首先受到重金属元素伤害的部位，在植物中，绝大部分的铬积累在根中，而较少向叶片运输。六价铬比三价铬更有植物毒性。铬元素可以抑制种子萌发和幼苗生长，打破植物的水和营养平衡。通过电镜观察经铬处理植物的超微结构，可以知道，宝各胁迫会减少叶片中栅栏组织和海绵组织细胞数量。增加木质部和韧皮部细胞的细胞壁中的高电子密度物质和液泡数量。植物根细胞发生一定程度的扭曲变形，并高度空泡化，产生致密的溶酶体，并且会产生质壁分离现象。

铬可以抑制细胞中呼吸链上单电子的传递。铜或者铁载体发生氧化还原反应，铬在线粒体中被细胞色素运输转运，还原细胞色素。被还原的细胞色素血红素作为铬结合载体，阻碍电子转运。铬会结合在复合体vi上的cyta3，从而抑制细胞色素氧化酶的活性，从而干扰正常的呼吸作用。有研究显示，根细胞中的线粒体中的细胞色素b区域可以产生超氧根负离子，参与氧化胁迫。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容

（1）研究中山杉是否在耐铬胁迫方面具有明显成效。

（2）比较落羽杉、中山杉406的耐铬胁迫差异性，选出耐铬胁迫品种。

4. 研究创新点

（1）试验材料为水培，并且每天通气4小时，其加入的铬浓度基本保持不变，且各根系接触到的重金属浓度基本相同，不是盆栽可以比拟的，此试验方法可避免土培铬分布不均且易板结而产生的误差。

（2）此次试验的试材，都是首次进行抗铬性研究，对于探讨并全面了解中山杉耐铬生理机制具有重意义。

（3）本次试验的三种缓解物质，5-氨基乙酰丙酸是首次进行重金属缓解的研究，对其缓解机制进行初步研究。