放射性核素Sr、Cs是核裂变的主要产物,其半衰期较长,进入环境难以清除,长时间积累会对土壤环境产生难以恢复的放射性污染。目前国内外研究者针对放射性核素污染植物修复的研究较热,但利用植物对土壤核素污染生物监测方面的研究鲜有报道。本文针对核素Sr、Cs污染土壤的植物监测技术,利用高等植物作为研究对象,通过种子发芽试验初步判断受试植物的种子敏感性,再通过水培方法筛选出对Sr、Cs敏感植物作为Sr和Cs指示植物;最后通过盆栽试验,模拟土壤Sr、Cs污染,验证植物对Sr和Cs的指示作用,进一步探究Sr、Cs对植物生长形态和生理生化方面的影响,运用皮尔逊相关性分析、因子分析和聚类分析对植物生长量指标、生理生化指标和植物累积指标进行筛选,确定敏感植物的生物标志物。主要结论如下:(1)通过发芽试验,以种子发芽率和种子活性指数受抑制程度来判断种子对Sr、Cs的敏感性。7种草本植物(紫花苜蓿、紫云英、鲁冰花、三叶草、蛇莓、早熟禾、马齿苋)种子对单一Sr、单一Cs和Sr+Cs复合胁迫的敏感性不同,表现为:Sr+Cs处理>单一Cs处理>单一Sr处理。蛇莓种子在单一Sr、单一Cs和Sr+Cs处理下,表现均极敏感,其种子发芽率分别从对照70.33%降至13.33%、6.67%和5.67%,受到严重抑制,种子活力指数分别比对照降低86.59%、89.68%和92.25%,种子的芽和根长势较弱,不适合用于Sr、Cs敏感指示植物筛选。(2)通过水培试验,以植物生长指标综合判断4种植物(紫云英、紫花苜蓿、三叶草和鲁冰花)对Sr、Cs的敏感性。在单一Sr处理下,当处理浓度为0.1~1.0 mg/L时,4种植物生长受到不同程度促进,当处理浓度为2.0 mg/L时,三叶草生长受到抑制,其余3种植物生长与对照无显著差异,4种植物生长状况表现为:紫云英>鲁冰花>紫花苜蓿>三叶草;当单一Cs处理浓度为0.1~2.0 mg/L时,鲁冰花和紫花苜蓿生长受影响较小。在处理浓度达0.1 mg/L时,三叶草生长受到显著抑制,在处理浓度达1.0 mg/L时,紫云英生长受到抑制。4种植物生长状况表现为:紫花苜蓿>鲁冰花>紫云英>三叶草;在Sr+Cs复合处理下,4种植物生长均受到不同程度抑制。在处理浓度达0.1 mg/L时,三叶草生长受到显著抑制。在处理浓度达1.0 mg/L时,紫云英生长受到明显抑制。在处理浓度为2.0 mg/L时,紫花苜蓿和鲁冰花生长受到抑制。4种植物生长状况表现为:紫花苜蓿>鲁冰花>三叶草>紫云英;综合3种处理下各植物生长情况并结合植物叶片表观形态特征,筛选出三叶草和紫云英为Sr、Cs敏感植物。(3)在水培条件下,单一Sr处理对4种植物生长影响较小,未出现大量叶片缺绿和黄化现象。在受到Cs和Sr+Cs胁迫时,4种植物均产生中毒症状,出现叶片黄化现象,且各种植物叶片黄化特征不同。其中紫云英和三叶草叶片黄化现象最普遍,紫云英叶片黄化特征表现为叶片失水萎蔫,逐渐缺绿黄化。三叶草叶片黄化特征显著,易于辨识,表现为叶片黄化从边缘逐渐向叶片中心蔓延,直至整个叶片黄化干枯。随着处理时间的增加,黄化程度逐渐加深。在土培条件下,三叶草和紫云英叶片在单一Sr、单一Cs和Sr+Cs复合处理下,叶片黄化现象更显著,均在3种处理浓度达到20 mg/kg时,出现不同程度黄化,且黄化程度随处理浓度的升高而逐渐加深,但黄化特征与水培条件下有所差异,叶片多呈斑状黄化,严重时导致植株死亡。因此利用叶片黄化特征作为敏感指示植物生物标志物有待进一步研究。(4)在土培条件下,植物株高对土壤Sr、Cs的胁迫反应存在一定时间累积效应和剂量浓度效应。在植物移栽处理55天时,紫云英和三叶草各项生长指标均随处理浓度的升高逐渐降低,表现为株高、根长、生物量、叶片数和单株叶面积受到抑制。在单一Cs和Sr+Cs复合处理浓度为60 mg/kg和80 mg/kg时,三叶草植株全部死亡。在单一Sr、单一Cs和Sr+Cs复合处理浓度分别达80 mg/kg、80 mg/kg和60 mg/kg时,紫云英植株全部死亡。随着3种处理浓度的升高,三叶草和紫云英生理水平表现出活性清除系统遭到破坏,细胞膜脂过氧化程度加重,叶绿素含量降低。无论植物生长表现还是生理水平响应,都证实了三叶草和紫云英对Sr、Cs敏感。(5)通过对各指标的统计分析,发现在水培和土培条件下,植物累积指标均与处理浓度之间存在显著正相关(相关系数大于0.8),植物体内Sr、Cs含量可量化Sr、Cs污染程度。在水培条件下,地上部干重更适合作为三叶草对Sr敏感的生物标志物。单株黄叶率、地上部鲜重和地上部干重更适合作为紫云英对Cs敏感的生物标志。单株黄叶率更适合作为三叶草对Cs敏感的生物标志物。植株冠径、单株黄叶率更适合作为紫云英对Sr+Cs复合污染敏感的生物标志。单株黄叶率更适合作为三叶草对Sr+Cs复合污染敏感的生物标志物。在土培条件下,由于与两种植物表现出更强的敏感性,植物对核素污染越敏感,其受胁迫程度越严重。植物生长状况相关指标更适合作为植物敏感的生物标志物,单株黄叶率、地上部干重、单株叶面积均适合作为植物生物标志物。