矿区本土锰超富集水（湿）生植物全生命周期对重金属持纳的机理、调控方法及在污染消除中的应用

Manganese mining activities discharge manganese and other toxic metals that pose serious environmental impacts on ecosystems and manganese-contaminated sediments and waters are becoming an environmental concern in China. Streams, lakes, ponds and wetlands are the sinks of those pollutants. Phytoremediation is attracting interest and attention from governments and enterprises as an effective but inexpensive technique to mitigate the pollution by phytoextraction and phytostabilization. A indigenous hyperaccumulator has been obtained from a mining area and more hyperaccumulators are expected to identified by field survey in Daxin Mn Mine, Guangxi, China.. Among the identified hyperaccumulators, 1 to 2 species that of the most significant capacity of manganese-accumulation will be studied further on the mechanism, mediation means and potential application of heavy metal accumulation /release during the life cycle, based on field survey and lab observation. The newly identified species may provide a potential new resource for the phytoremediation of Mn-contaminated sediments and as a specimen for exploring the certain mechanisms of Mn hyperaccumulation in aquatic plants.

含重金属废水对环境和生态造成的不良影响不容忽视。河流、湖塘和沼泽往往是锰和其他重金属的主要纳污场所。通过本土水（湿）生植物对重金属的吸收、吸附可以有效地消除锰及其他有害金属的污染，且对环境友好。项目申请人已在广西大新锰矿区获得一种本土生长的锰超富集水（湿）生植物，该植物不仅对锰有极强的吸收能力，水下叶片对锰的吸附能力也非常显著。项目申请人拟继续对本土生长的水（湿）生植物进行筛选，寻找更多的锰超富集水（湿）生植物，并针对富集量最大、耐受能力最强的1-2种植物，通过野外调查和实验室培养，拟从细胞、亚细胞以及分子层面研究其从幼苗至凋败全生命周期内对锰及其他重金属的吸收、吸附以及释放的规律、影响因素和发生机制，寻找可行的调控方法，在此基础上，探索植物在锰污染水体修复中的应用潜力。项目将为锰污染水体、沉积物的植物修复和探讨锰在水（湿）植物体内的超富集机理提供了一种新的种质资源。

本项目选取广西大新县锰矿区溪流为主要研究区域开展田野调查，获取大量本土溪流水（湿）生植物、微生物、沉积物样本。发现三种锰富集能力显著的水生植物，它们分别是狐尾藻、青叶和马唐，其中，狐尾藻和青叶属于锰超富集水生植物。水培时，狐尾藻主要累积锰的部位为叶片（最高达16140 mg Kg-1），富集系数（BCF）和转运系数（TF）值均大于1；爵床科沉水植物青叶是一种新发现的锰超富集水生植物，在60 mg/L锰胁迫条件下，沉水培养时该植株根、茎和叶中锰含量最高分别达：78254、22597和23888 mg Kg-1，挺水培养时根、茎、叶的锰含量最高分别为60862、18129和19331 mg Kg-1。这3种植物较耐寒。从水生植物体内、体表及根际分离到近80株细菌、2种真菌、4种微藻以及6种植物根际细菌，这些微生物具有很强的耐锰性能，其中还发现3株具有锰氧化能力的细菌，形成的生物氧化锰可以活化氧化剂增进高级氧化效率。研究发现水生植物体表生物膜由生物氧化锰、细菌、真菌、微藻以及生物分泌的天然有机化合物以及其他无机矿物复合而成，能够吸附水体中重金属离子，降低重金属对水生植物的伤害。此外，生物膜中的促生长细菌还能促进其附生的水生植物生长。研究结果表明利用水生植物耦合其体表附生生物膜建立一种良性的互生体系是调控植物生长、提升污染消除的理想手段。但水生植物腐解过程中，其残体对铅、锌表现出持纳能力，对锰虽可部分持纳，但也会向水体释放一定量的锰，锰的释放与持纳最终保持动态平衡。. 微生物-植物联合作用在锰矿区污染水体修复中具有良好的应用前景。. 研究过程中，还对其他领域予以涉及和拓展，建立了适合本项目的有机物液相色谱-质谱联用非靶向筛查数据库，还探索水中有机污染物的去除方法。. 首次报道了嗜水气单胞菌的锰氧化能力，为锰氧化细菌增加了一种新的种质资源。获得一项发明专利授权，4年共发表论文26篇，其中17篇被SCI收录，9篇发表在中文核心期刊。共12人，其中6名已经获得硕士学位，6名仍在读；指导11位本科生完成毕业论文。

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