小花碱茅对高盐和干旱联合胁迫下硼污染土壤的修复及调控机理研究

Boron (B) is an essential element for plants. However, excess boron in soil may exert toxic effects to plants, and excess B often presents together with high salinity and drought. Currently, it is still unclear how plants respond to soil high B under the combined stress of high salinity and drought. It is also necessary to know how to improve the efficiency of the phytoremediation of B-contaminated soils using regulatory methods. In this study, Puccinellia tenuiflora (Griseb.) Scribn. et Merr. will be used as testing plant species. Greenhouse potting and field trials will be conducted to simulate various stress conditions. Plant biomass, physilogical responses, B accumulation and distribution, and water use efficiency (WUE) will be determined to analyze the effect of B on P. tenuiflora under the combined stress of salinity and drought. The stress effect and interaction of the stressing factors will be analyzed. The effect of soil properties on plant under the multi-stress conditions will be evaluated using potting experiments with sampled soils from B-contaminated sites. Soil and plant-based regulatory approaches for the enhancement of soil B phytoremediation will be applied and their efficiency will be evaluated respectively. Finally, these regulatory methods will be tested for practical application under field conditions. The results of this study can be used on the phytoremediation of B-contaminated soils under the combined stress of salinity and drought in the future.

硼（B）是一种植物必需元素，但如果在土壤中过量存在则会对植物产生毒害。土壤高硼常与高盐和干旱胁迫同时发生，然而高盐和干旱联合胁迫如何影响植物在高硼土壤上的生长及修复效应，目前尚不清楚；如何通过调控手段提高多重胁迫下高硼土壤的植物修复效果，有待深入研究。本研究拟选取小花碱茅作为供试植物，以盆栽试验结合野外试验为主要手段，模拟特定胁迫条件，通过考察植物生物量、生理响应、硼的富集和分配、水分利用效率等指标，探究盐分和水分联合胁迫下小花碱茅对土壤硼的响应机理和修复效应，揭示各胁迫因子的贡献及因子间的相互作用关系。利用污染现场的土壤作为栽培基质，分析多重胁迫下植物生长和修复效应的主要影响因素。从土壤和植物两个角度设计调控措施，研究不同调控措施对高盐和干旱联合胁迫下硼污染土壤植物修复的强化效应和作用原理，并通过野外试验检验调控技术的实用性。本研究结果可以应用于高盐和干旱联合胁迫下硼污染土壤的植物修复。

硼（B）是高等植物生长发育必需的微量元素，但是如果过量存在则会对植物产生毒害。在干旱半干旱地区，土壤高硼常与高盐和干旱胁迫同时存在，因此有必要研究高盐和干旱联合胁迫如何影响硼的毒害效应以及高盐和干旱联合胁迫下不同的土壤或植物调控技术的作用效果。本项目以小花碱茅（Puccinellia tenuiflora）为供试植物，以盆栽试验为主要研究手段，辅以种子萌发试验和土柱栽培试验，研究了高盐和干旱联合胁迫条件下植物对硼毒害的响应，多重胁迫下植物生长的主要影响因素，以及多种调控措施对硼毒害的缓解效应。本项目的主要发现有：（1）在高盐、干旱和高硼三个胁迫因素中，硼对小花碱茅生长的影响最大；过量硼会抑制小花碱茅的生长，高盐和干旱胁迫能缓解硼对植物生长的抑制效应，且这种缓解效应随着硼胁迫的增强而增大；过量硼会抑制小花碱茅种子萌发，高盐和干旱可缓解硼对种子萌发的抑制作用；（2）土壤质地、pH值、有机质和总硼含量与土壤有效硼含量密切相关；较多的粘粒可以有效缓解高盐和高硼对植物造成的毒害，还可以缓解干旱对植物生长的抑制；腐殖酸能够缓解硼的毒害效应，其作用效果与土壤中粘粒的含量呈负相关。（3）在各种调控措施中，增施氮、磷，补充水分供应能够抑制硼的吸收，促进钾的吸收；添加草炭和生物炭能抑制硼的吸收，5%的添加量对联合胁迫的缓解效果较好；丛枝菌根真菌（AMF）能够抑制植物对硼和钠的吸收，增加植物组织中磷的含量，提高钾钠比，增强植物对硼的耐性。喷施外源信号物质茉莉酸（JA）可以抑制植物对硼的吸收，提高植物体内抗氧化酶活性；喷施浓度为0.1 mM的茉莉酸对硼毒害的缓解效应最好。本项目的一个重要的创新点是在土壤高硼胁迫的基础上，同时考虑到高盐和干旱的胁迫的影响。本项目获得的研究成果，能够为多重胁迫下过量硼对植物的毒害效应研究提供重要的理论依据，能够为高盐和干旱胁迫下高硼土壤的植物修复及其调控提供技术支持。