湿地植物通气组织,渗氧.ppt

湿地植物通气组织(孔隙度), 渗氧量,重金属吸收和耐性及它们的相互关系,Wetland plants vs upland plants,根著型湿地植物与旱生植物之间最大的不同是前者有能力生存在水饱和的土壤中，这归结于它们已经进化和发展了一系列特征去适应土壤缺氧的生长环境（Cronk ＆ Fennessy, 2001; Visser et al., 2003） 对于草本湿地植物是如何适应其生长环境的问题，目前有两种策略解释：一是代谢适应策略，二是结构适应策略 许多科学家认为输送O2的通气组织系统是草本湿地植物有能力生存于湿地缺氧土壤中的一个决定性机理（Armstrong et al., 1994; Pezeshki, 2001; Colmer, 2003a）湿地植物具有发达通气组织,Fig. 5. Cross-sectional scanning electron micrographs of the root (5cm behind root tip) showing aerenchyma from inwetland macrophytes of B. syzigachne (a) C. flabelliformis (b), C. malaccensis (c), L. hexandra (d), O. javanica (e), P. fugax (f),,Wetlands plants have the unique ability to transport oxygen to support their roots growing in anaerobic substrates .,,Aerenchyma (通气组织）,Porosity（孔隙度） (% gas volume/root volume),铁/锰膜 由于湿地植物根部的渗氧等因素，在植物根表面和根际往往会形成一层由铁、锰的氧化物称为 “铁/锰膜”（Fe/Mn plaque）（Chen et al., 1988）。

铁/锰膜可以对重金属如As、Cd、Zn具有强大的吸附作用，并使这些元素与铁/锰共沉淀于根表面（Otte et al., 1989） 湿地植物根部渗氧等因素诱导产生的铁/锰膜促进重金属的吸附和沉淀，从而降低这些毒性元素对植物的毒害作用（Doyle & Otte, 1997）10/30/2019,5,根表覆盖有铁膜的湿地植物能在重金属污染的土壤或强酸性的矿区土壤中生存,铁膜,湿地植物根部一个重要特点是可以在湿地植物根部表面形成铁膜 (Armstrong et al., 1967).,韶关凡口附近水稻田水稻根表铁膜,铁锰形成部位有局部的氧化环境,在浸水土壤中，局部氧化环境的形成主要有两大机制 一是根系释放的氧气， 二是根系分泌的一些氧化性物质，包括一些氧化酶， 此外，铁氧化细菌（Emerson et al., 1999）和甲烷氧化细菌（King & Garey, 1999）对于根表铁膜的形成也起到一定的作用Metal distribution on and within roots,,Metal tolerance in wetland plants (populations),湿地植物被认为具有重金属的先天耐性:同种湿地植物不同种群之间对重金属耐性没有明显差异（Ye et al., 1997;McCabe et al., 2001）. 但不同湿地植物种之间对重金属的耐性是明显不同的（Snowden & Wheeler, 1993；Matthews et al., 2005）。

Iron tolerance in different wetland plants,Porosity vs radial O2 loss vs iron plaque vs metal tolerance,,,湿地植物通气组织和渗氧对其铅锌耐性的影响及机理研究,专 业：生态学 博士生：杨俊兴 导 师：叶志鸿,2008年12月,中山大学博士论文答辩,研究材料,,中山大学博士论文答辩,1.2.6 生长指标和耐性指数的测定 （1）分别测量每种湿地植物根长，计算其延长量并称量根部及地上部的干重 （2）耐性指数（tolerance index, TI）反映湿地植物对重金属的耐性程度分别以每株植物最长根的根长、地上部干重、地下部干重、总生物量计算耐性指数（TI）（Wilkins, 1978）：,10/30/2019,17,1.2.4 渗氧测定 渗氧的测定采用 Kludze（1994）的方法，植物根部向溶液中释放的氧气氧化溶液中的柠檬酸钛(Ⅲ) ，根据柠檬酸钛(Ⅲ)的被氧化的量，计算出植物的渗氧量和渗氧率10/30/2019,18,1.2.5 孔隙度测定 孔隙度的测定依据Raskin（1983）和Thomson等（1990）的试验方法,10/30/2019,19,中山大学博士论文答辩,25种湿地植物琼脂和水培条件下生长31天后的渗氧量,中山大学博士论文答辩,25种湿地植物琼脂和水培条件下生长31天后的孔隙度,中山大学博士论文答辩,25种湿地植物渗氧量与孔隙度之间的相关性,,,,ROL vs Fe plaque,,ROL vs Zn in Fe plaque,,Fe plaque vs Zn,,,ROL vs Zn tolerance,18种湿地植物Pb和Zn耐性指数与其渗氧量的相关性,湿地植物渗氧对其砷的耐性和吸收的影响,答辩人：李 慧 指导教师：叶志鸿教授,实验一 琼脂培养条件下20种湿地植物渗氧、孔隙度及砷吸收以及它们之间的相互关系,试验材料和方法 1.1 试验材料,10/30/2019,28,10/30/2019,29,,3. 结果,10/30/2019,30,10/30/2019,31,,,,,,,,,,,,表1-2 在琼脂条件下生长30天后湿地植物根部渗氧率和对As耐性指数（根据根干重）（平均值±标准误, n = 4）,10/30/2019,32,表1-4 在琼脂条件下生长30天后湿地植物孔隙度（平均值±标准误, n = 4）,,,,,,,,,,实验二 土培条件下不同渗氧能力的湿地植物对砷的耐性及重金属吸收和转运的影响,1. 试验材料和方法 1.1 试验材料 1.1.1 试验土壤 供试土壤取自华南农业大学农场的水稻土（0-20 cm 耕作层）。

1.1.2 试验植物,10/30/2019,33,1.2.4 铁膜的提取 采用DCB法（Taylor & Crowder, 1983）提取湿地植物根表膜，提取液定容后用ICP-OES进行测定溶液中的As、Fe和Mn元素含量植株根表Fe、Mn膜数量采用mg root d.w. kg-1（根干重）为单位 1.2.5 生长指标和耐性指数的测定（同“实验一”） 1.2.6 重金属含量的测定（同“实验一”）,10/30/2019,34,10/30/2019,35,图 1-1 对照处理琼脂溶液中，植物根部的孔隙度与渗氧率的相关性,渗氧率-孔隙度,渗氧率-对砷的耐性,10/30/2019,36,图 2-1 对照处理琼脂溶液中植物根部渗氧率与砷处理浓度为 0.8 mg L-1时的As耐性指数（根重）的相关性,图 2-2 琼脂培养的对照条件下，10 种供试湿地植物的渗氧率与其在砷处理浓度为 60 mg kg-1土培条件下，耐性指数（株高）的相关性,渗氧量-地上部（总）生物量、根长,10/30/2019,37,10/30/2019,38,图 5-1 对照条件下湿地植物根部渗氧量与 2 个砷处理浓度（0.8 mg L-1 ，1.6 mg L-1 ）下其最长根根长的相关性,10/30/2019,39,图 6-2 琼脂培养的对照条件下，10 种供试湿地植物的渗氧率与其在砷处理浓度为对照、60 mg kg-1的土培条件下，根表中Fe浓度的相关性,10/30/2019,40,图 6-3 琼脂培养的对照条件下，10 种供试湿地植物的渗氧率与其在砷处理浓度为对照、60 mg kg-1的土培条件下，根表中 Mn 浓度的相关性,10/30/2019,41,图 9-1 土培条件下，在砷处理浓度分别为 60 mg kg-1时，10种供试湿地植物根表中的As浓度分别与根表中 Fe 浓度、Mn 浓度的的相关性,根表As的浓度-Fe、Mn的浓度,2 结论 对照条件下，具有较大通气组织（孔隙度）的湿地植物根部放氧率也大并成显著性正相关。

对照条件下渗氧率大的湿地植物，在砷污染环境中，对As的耐性越强、根部对As的吸收、地上部生物量、总生物量、根长也越大并成显著性正相关 对照条件下渗氧率大的湿地植物，在砷污染环境中，根表As、Fe、Mn的浓度越大、地上部砷酸还原酶活性（指数）越大、地上部As的富集率越小并成显著性相关10/30/2019,42,结论,土培砷污染条件下， As耐性指数大的湿地植物，其根表As、Fe浓度也大并成显著性正相关 土培砷污染条件下，根表Fe的浓度越大的植物根表富集As的浓度也越大并成显著性正相关三种常见红树植物根部渗氧在其重金属（Pb, Zn, Cu）和多环芳烃耐性中的作用及机理研究,博士生：刘 永 导 师：叶志鸿 教授（中山大学） 谭凤仪 教授（香港城市大学）,中山大学博士学位论文答辩,表2. 六种温室培养的红树幼苗根系的渗氧测定结果（平均值 ± 标准差， n = 6 ）,植物根系渗氧量和渗氧率结果（一）,31,,,,图2-4. 六种温室培养的红树幼苗侧根渗氧方式 （数据表示为平均值 ± 标准差, n = 6） Fig. 2-4. ROL rate along lateral roots (ROL spatial pattern) of seedlings of six greenhouse incubated mangrove species (all data are shown as means ± standard errors, n = 6).,图5. 六种温室培养的红树幼苗侧根渗氧方式 （数据表示为平均值 ± 标准差, n = 6）,植物根部渗氧方式结果（一）,34,小结,1. 不同的植物种的根系具有不同的渗氧量和渗氧率，其中六种红树的渗氧量从大到小依次为：老鼠簕（A. ilicifolius）I级、秋茄（K. obovata）和木榄（B. gymnorrhiza）II级、桐花（A. corniculatum）III级、白骨壤（A. marina）和榄李（L. racemosa）为IV级；,2. 六种红树植物都具有渗氧的“完全屏障”，有利于其植根于淹水较深的环境中生长，而草本湿地植物的渗氧方式则有“完全屏障”和“部分屏障”两种；,3. 采自轻度污染地马湾的桐花（A. corniculatum）和秋茄（K. obovata），渗氧总量以及根尖渗氧率与根基的比值低于未污染地榕树澳的样本，这说明生境中的污染物可能会对植物的根部渗氧量和渗氧方式有一定程度的影响。

37,,,图9. 不同植物样品的根部通气组织孔隙度（%）（平均值 ± 标准差，n=4）,植物根部孔隙度测定结果,41,,,图10. 不同植物样品的根系渗氧总量（图A）与渗氧率（图B） （平均值 ± 标准差，n=4）,,植物根部的渗氧量和渗氧率测定结果,42,,,图12. 三种红树植物的根系渗氧量与其通气组织孔隙度变化的相关性分析,相关性分析（一）,44,小结,1. 老鼠簕（A. ilicifolius）和秋茄(K. obovata)的2龄树苗的渗氧量显著高于1龄树苗，最主要的原因是其根部通气组织的孔隙度显著变大以及根的生物量显著增加；,2. 三种红树植物的根系渗氧量大小与其根的通气组织孔隙度成极显著正相关，并且这相关性无种间差异；而渗氧量的大小正相关地决定了同一片红树林里的同样深度处的底泥的氧化还原势（Eh）的高低46,,,,3.3 三种红树植物根部渗氧在其重金属 耐性中的作用及机理探讨,实验对象：三种渗氧量不同的红树植物 桐花（Ae。