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1、山东农业大学 硕士学位论文 茶皂素在土壤重金属镉、锌污染修复中的效应研究 姓名：敬佩 申请学位级别：硕士 专业：环境科学 指导教师：李光德 20100605 山东农业大学硕士学位论文 1 摘 要 摘 要 茶皂素是一种生物表面活性剂，具有生物降解性好、表面活性大等特 点，其在土壤重金属污染修复中的应用是近年来的一个新兴研究领域。本 课题通过研究茶皂素对油菜幼苗生长和生理特性、油菜吸收土壤重金属和 对土壤酶活性的影响，探讨茶皂素对土壤环境的安全效应，以期为科学合 理利用茶皂素修复土壤重金属提供依据。主要研究结果如下： （1）Cd 浓度为 5 mgL-1水培液添加茶皂素对油菜株高和根长影响研 究结果
2、表明，随茶皂素浓度的增大，油菜的株高、根长呈现先增加后降低 的变化趋势。说明在 Cd 存在情况下，低浓度茶皂素（200 mgL-1）促进 油菜植株和根系增长，达到一定浓度（200 mgL-1）抑制了植株和根系 的生长。 （2）Cd 浓度为 5 mgL-1水培液添加茶皂素对油菜叶片酶影响结果表 明，随茶皂素浓度的增大，油菜叶片的 SOD 酶、CAT 酶活性总体呈现先 升高后降低的趋势。说明低浓度茶皂素（200 mgL-1）可以提高 SOD 酶、 CAT 酶活性，高浓度茶皂素（200 mgL-1）抑制酶活性。低浓度茶皂素 提高油菜叶片抗氧化酶系统的活性，减轻油菜叶片膜脂过氧化的程度，缓 解 Cd
3、对油菜的毒害。 （3）在 Cd、Zn 复合污染土壤中添加茶皂素对油菜生长发育影响结果 表明，随着茶皂素浓度的升高，油菜株高和干重呈现先降低后增加的变化 趋势。茶皂素浓度高于 0.5 mmolkg-1时，油菜株高和干重均高于未加茶皂 素对照组，说明茶皂素可有效提高油菜的生长，减轻 Cd、Zn 对油菜危害。 （4）茶皂素可以改变土壤中 Cd 的形态，增加了土壤中 Cd 的可氧化 态和弱酸提取态含量，降低了土壤中 Cd 的残渣态含量，从而提高了土壤 中 Cd 的生物有效性。而茶皂素对土壤中 Zn 的形态没有产生明显影响。 茶皂素在土壤重金属镉、锌污染修复中的效应研究 2 （5）茶皂素对 Cd、Zn
4、在油菜体内的分配产生一定的影响，使 Cd、 Zn 更多的由根向地上部分转移。油菜对 Cd 的富集能力大于 Zn。 （6）茶皂素可以降低土壤脲酶活性，提高土壤过氧化氢酶活性，有 利于土壤肥力的发挥和植物的生长。 关键词：关键词：生物表面活性剂；茶皂素；重金属；污染土壤 山东农业大学硕士学位论文 3 Study of the effect of tea saponin on remediation of Cadmium and Zinc in soil JING Pei Directed by associate professor LI Guang-de Abstract Tea saponin
5、 is a kind of biosurfactant and has the characteristic of good biodegradation and large surfactivity. Its application in soil heavy metal pollution restoration is a new research in recent years The purpose of this thesis is to discuss probe into the safety effectiveness of tea saponin and provides f
6、oundation for Scientific and reasonable utilization of tea saponin repair soil heavy metal, by the research of rapeseed seedling growth and physiological properties with tea saponin、the absorption of soil heavy metal and the influence of soil enzyme activity with tea saponin. Main research results a
7、re as follows: (1) In hydroponic nutrient with the concentration of Cd for 5, the heights and the weights of rape with tea saponin concentrations were first rised then reduced. (2) In hydroponic nutrient with the concentration of Cd for 5, the activities of SOD and CAT of the rape leaves with tea sa
8、ponin concentrations were first rised then reduced. Tea saponin in low concentration range can ease rape poison of Cd, improve the system of rape leaves antioxidant enzymes , and partly lighten the rape leaves plasmalemma peroxide level. (3) In the Cd, Zn pollution of soil, with tea saponin concentr
9、ation increases, rapeseed height and dry weight first reduce and then rise . From the tea saponin concentration of 0.5 茶皂素在土壤重金属镉、锌污染修复中的效应研究 4 mmolkg-1, rape plant height and dry weight are higher than comparison group. Therefore, the tea saponin in certain concentration range can mitigate rapeseed
10、 growth of Zn, Cd poisons. (4)Adding the tea saponin to soil doesnot affect the form of soil Zn, but mitigating toxieity was most signifieant，but can increase oxidation and extract weak Cd content, thereby improving the Cd biological toxicity. (5)The distribution of plants for the root stem after Cd
11、, Zn absorbed in rapeseed. Tea saponin change the distribution of Cd, Zn in rapeseed,and more transfer from root to stem ang leaves. The Cd concentration ability is stronger than Zn, and the rape root concentration Cd, Zn also higher than cauline leaf. （6）Tea saponin can reduce soil urease activity,
12、 but can improve soil catalase activity. Key Words: Biosurfactant; Tea saponin; Heavy metals; Contaminated soils 英文缩略表 缩写缩写 英文英文 中文说明中文说明 Cd Cadmium 镉 Zn Zinc 锌 mg Milligram 毫克 g Gram 克 kg Kilogram 千克 mgkg-1 MilligramKilogram-1 毫克每千克 gkg-1 GramKilogram-1 克每千克 mL Milliliter 毫升 N Nitrogen 氮 P Phosphor
13、us 磷 molL-1 MoleLiter-1 摩尔每升 POD Peroxidase 过氧化物酶 SOD Superoxide dismutase 超氧化物歧化酶 CAT Catalase 过氧化氢酶 MDA Malondialdehyde 丙二醛 关于学位论文原创性和使用授权的声明 本人所呈交的学位论文，是在导师指导下，独立进行科学 研究所取得的成果。对在论文研究期间给予指导、帮助和做出 重要贡献的个人或集体，均在文中明确说明。本声明的法律责 任由本人承担。 本人完全了解山东农业大学有关保留和使用学位论文的规 定，同意学校保留和按要求向国家有关部门或机构送交论文纸 质本和电子版，允许论文被
14、查阅和借阅。本人授权山东农业大 学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学 位论文，同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录 到中国学位论文全文数据库 ，并向社会公众提供信息服务。 保密论文在解密后应遵守此规定。 论文作者签名： 导 师 签 名： 日 期： 山东农业大学硕士学位论文 5 1 引言引言 1.1 土壤重金属污染及治理的研究进展土壤重金属污染及治理的研究进展 随着工业、城市污染的加剧和农用化学物质种类、数量的增加，土壤 重金属污染日益严重。重金属污染是造成土壤环境质量下降的重要原因之 一，和其他类型的污染物相比
15、，重金属污染的特殊性在于它不能被土壤微 生物降解而从环境中彻底消除，当其在土壤中积累到一定程度时，就会对 土壤植物系统产生毒害和破坏作用，并可能通过直接接触、食物链等途 径危及人类的生命和健康（龙新宪等，2002） 。尤为严重的是，重金属污 染具有隐蔽性、长期性和不可逆转性的特点，难降解、易积累、毒性大， 是影响生态系统安全的一类重要污染物质。因此，土壤重金属污染和防治 一直是国际上的难点和热点研究课题。 1.1.1 土壤中重金属的来源土壤中重金属的来源 （1）污水灌溉）污水灌溉 由于我国是一个水资源紧缺的国家，部分灌区常把污水作为灌溉水源 来利用。污水按其来源可分为城市生活污水、石油化工污水
16、、工业矿山污 水和城市混合污水等（崔德杰等，2004） 。城市生活污水中重金属含量很 少，但由于我国工业发展迅速，工矿企业污水未经分流处理而排入下水道 与生活污水混合排放，从而造成污灌区土壤 Hg、As、Cr、Pb、Cd 等重金 属含量逐年增加。据调查，淮阳污灌区土壤 Hg、Cd、Cr、Pb、As 等重金 属在 1995 年已超过警戒线（张书海等，2000） ，其他灌区部分重金属含量 也远远超过当地背景值。 （2）大气沉降）大气沉降 大气中的重金属主要来源于能源、运输、冶金和建筑材料生产产生的 气体和粉尘。除汞以外，重金属基本上是以气溶胶的形态进入大气，经过 自然沉降和降水进入土壤。运输，特别是汽车运输对大气和土壤造成严重 污染。主要以 Pb、Zn、Cd、Cr、Cu 等的污染为主。它们来自于含铅汽油 的燃烧和汽车轮胎磨损产生的粉尘，据有关材料报导，汽车排放的尾气中 茶皂素在土壤重金属镉、锌污染修复中的效应研究 6 含 Pb 量多达 20-50 gL-1，它们成条带状分布，因距离公路、铁路、城 市中心
