根表铁膜在红树植物吸收转运重金属中的作用机理

The iron plaque on the root surface is an amphoteric colloid. The nature of iron plaque renders its ability to affect the pollutant movement through rhizosphere soil to plant organisms. Studies on the role of iron plaque have been hot researches all over the world. Most of studies focus on rice (Oryza sativa). There are also some reports on herbage plants in wetland. However, few reports are on mangrove plants. The latest researches find that root tissue could block the uptake and translation of heavy metals in mangrove plants. The formation of such coatings may be more intense in seedlings. There is no systematic understanding about the role of iron plaque. Futian mangrove in Deep Bay is the only mangrove next to big city centre in China. It is a best place for field study on phytoremediation of heavy metals due to its special condition of heavy metals pollutions. Field and experimental studies are both conducted to illuminate the role and the mechanism of iron plaque on mangrove root surface in uptake and translocation of heavy metals. Firstly, the role of iron plaque on root surface in uptake and translocation of heavy metals will be studied in both Field and experiments. Secondly, both the traditional methods and EXAFS technology will be used to illuminate the mechanism of the role of iron plaque on root surface in uptake and translocation of heavy metals. It will be very important for understanding the heavy metals tolerance mechanism. And it will be very important and helpful for protection and utilization of mangrove in heavy metals phytoremediation.

根表铁膜是一种两性胶体，是根系吸收重金属的门户,已成为污染生态学的研究热点。目前多集中在水稻和一些湿地草本植物，但是关于红树植物的研究甚少。近来发现红树植物可以通过根组织固定重金属，抑制重金属吸收。我们前期研究发现，在重金属污染条件下，红树植物根部有明显的铁膜富集，但是作为更早接触污染物的铁膜，在重金属吸收转运中起什么作用？机理如何？尚未明确。深圳湾红树林作为国内唯一位于大都市腹地的红树林，重金属污染尤为突出。本项目拟以深圳湾红树植物为研究对象，结合野外实验和控制实验，系统阐明根表铁膜对重金属吸收转运的影响；应用分级提取方法研究重金属的不同形态组成，探明根表铁膜结合重金属的形态及动态规律；应用EXAFS技术，研究铁膜的成分及其与重金属的结合形态与方式，探明铁膜吸附重金属的分子机理。不仅是对红树植物重金属耐性机理的补充，也可以为红树林保护及其在重金属修复中的应用提供科学依据。

红树植物根表铁膜较早接触污染物，是根系吸收重金属的门户。红树林存在多种重金属复合污染问题。本项目以深圳红树林为研究对象，研究了重金属复合污染下红树植物根表铁膜的富集特征及其对红树植物吸收转运重金属的影响，根表铁膜组分及其对重金属微区分布的影响。野外实验结果表明：深圳红树林中，秋茄根表铁膜的含量为坝光<西乡<福田<沙井。深圳湾福田红树林中5种红树根表铁膜为老鼠簕（10.81 mgg-1）＞桐花树（10.62 mgg-1）＞木榄（5.09 mgg-1）＞秋茄（4.35 mgg-1）＞银叶树（0.37 mgg-1）。铁膜及其吸附的重金属均为根尖＞根中＞根基。根表铁膜与铁膜中多种重金属呈现极显著正相关关系，说明根表铁膜对重金属具有富集作用。控制实验结果表明：Zn可以缓解重金属的影响，而Pb+Cu处理表现出明显的协同作用。根表铁膜随胁迫和处理时间的增加而增加。重金属胁迫越高，铁膜中固定的Cu和Pb越多。根中固定的Cu、Pb和Zn均随胁迫和时间的增加而增加。叶中Cu、Pb和Zn的含量显著低于根和铁膜。随胁迫时间的增加，铁膜中Cu和Pb的占比变化差异不显著，铁膜中Zn的占比显著下降。随胁迫的升高，铁膜和叶中重金属的占比下降，根中重金属的占比上升；Cu、Pb和Zn的TFroot增加，但TFleaf和DC减少，说明铁膜和根组织抑制了重金属向秋茄地上部分的转运。重金属复合污染下根表铁膜的主要组分为O、Fe、Al、Si、P、C、Na、K、Mg和Pb。诱导铁膜组在外皮层、皮层薄壁组织和中柱部位均有Fe3+染色现象，未诱导铁膜组主要在外皮层部位染色，Fe2+染色部位主要在外皮层，说明根表铁膜上Fe3+和Fe2+共存，诱导铁膜可促进植物体内Fe3+累积和向中柱鞘转移。重金属复合胁迫会促进重金属向中柱鞘转移，增强重金属毒性。诱导铁膜处理组中柱鞘部分Pb的电镜能谱信号强度低于未诱导处理组，Zn高于未诱导组，Cu在单一胁迫下高于未诱导组，但含Pb处理组中Cu均低于未诱导组，说明根表铁膜阻碍Pb的吸收，促进Zn的吸收，对Cu的作用受重金属组合的影响。