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小白菜镉积累及毒害生理机制的研究

孙光闻

  本试验以较易受重金属镉(Cd)污染的小白菜(Brassica campestris ssp.chinensis(L.)Makino)为材料,系统研究了小白菜对Cd的吸收累积基因型差异和亚细胞分布规律及Cd对小白菜生长及生理代谢的影响,并对小白菜Cd积累及毒害的生理机制进行了深入探讨。取得了如下主要结果:1 镉对小白菜生长、镉积累及矿质养分吸收影响的基因型差异研究营养液中Cd含量为0.5mg/L时,显著降低了小白菜根和地上部干重、鲜重、总生物学产量。Cd处理后,小白菜地上部Cd含量为13.3-74.9μg/gDW,根中的Cd含量为163.1-574.7μg/g DW。地上部及根中Cd含量和Cd积累量基因型间存在显著差异。Cd主要累积在小白菜的根中。Cd影响小白菜对营养元素的吸收及分配,地上部K含量降低,根部K含量增加;地上部Mg、P、Mn、B、Fe含量增加,根中这些元素含量减少。无论地上部还是根中,Ca、S、Zn含量都增加。除S外,对其它元素吸收总量无明显影响。2不同镉水平对小白菜生长及营养元素含量的影响培养液中添加Cd抑制两个小白菜品种生长,降低叶绿素含量。两个小白菜品种地上部及根中Cd含量随培养液中镉浓度增加而极显著增加,且植株从培养液中吸收的Cd主要积累在根中。Cd影响小白菜对营养元素的吸收和转运,这种影响随着不同元素、不同植株部位及Cd离子在介质中的浓度不同而不同,基因型间存在一定的差异。3镉污染土壤对小白菜生长及镉和养分含量的影响盆栽试验研究表明:中度(3mg/kg)、重度(6mg/kg)Cd污染土壤不影响或刺激小白菜植株生长,但基因型间存在很大差异;小白菜地上部Cd含量和Cd积累量随着土壤中Cd浓度的增加而显著增加,且基因型间存在显著差异。Cd影响小白菜地上部营养元素含量,这种影响依元素种类、品种及Cd处理浓度而不同。4 不同基因型小白菜镉和钙的亚细胞分布及钙、镉互作的研究摘要两个小白菜品种的Cd吸收和亚细胞分布及Ca、Cd互作关系研究表明:Cd主要积累在小白菜的根中,杭州油冬儿地上部Cd含量显著高于沪青1号,但根中Cd含量相反。小白菜地上部亚细胞各组分中Cd含量随着营养液中Cd浓度增加而增加,Cd主要积累在细胞质组分中,其次为细胞壁组分,积累Cd量最少的是细胞器组分,两品种间存在差异,杭州油冬儿细胞壁组分的分配比率大于沪青1号。Ca也主要分布在细胞质组分中,0.lm留LCd处理时,细胞质及细胞壁中的Ca、Cd为协同作用;lm留LCd处理时,二者为拮抗作用。5不同福水平对小白菜生长及抗氧化酶活性的影响不同Cd水平对两个品种小白菜生长及抗氧化酶活性影响研究结果表明:lm叭Cd对两品种生长及叶绿素含量无显著影响(除杭州油冬儿地上部干勤,10m留L Cd显著抑制植株生长(除沪青1号根干勤,阳氏叶绿素含量。Cd可诱导叶片中活性氧q一、玩q的产生,引起膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)的累积。lm叭Cd显著增加沪青1号过氧化物酶POD)、过氧化氢陶CAr)及杭州油冬儿抗坏血酸过氧化物嗽妙均活性。10m幼犯d显著降低两品种叶片超氧化物岐化酶SOD)、CAr、A卫X及沪青1号POD活性,显著增加两品种脱氢抗坏血酸还原酶口R)和谷胧甘肤还原酶以)活性。6福对小白菜氮吸收及氮代谢有关酶活性的影响Cd对小白菜氮吸收及氮代谢相关酶活性的影响研究表明:营养液中添加10m留毛Cd显著抑制两个小白菜品种植株的生长,阳氏叶绿素含量及蒸腾速率。Cd毒害症状包括叶片变小、失绿,根系丛生、变褐。Cd使两个小白菜品种地上部N含量阳氏,根中N含量表现不同趋势。Cd显著阳氏了两品种地上部和根中氮吸收量,叶片NO3,-N含量阳氏,N凡气N含量增加。两品种硝酸还原酶(NR)、谷胺酞氨合成酶GS)及杭州油冬儿的谷氨酸合成酶GOGA均显著降低,谷氨酸脱氢酸GD玛则显著升高。7福对小白菜光合作用及叶绿素荧光参数的影响不同Cd水平对两个品种小白菜光合作用及叶绿素荧光影响研究结果表明:lm叭Cd对两个小白菜品种叶绿素及类胡萝卜素含量无显著影响,rom留L Cd显著阳氏其叶绿素及类胡摘要一---..-.-..一..--~---.-.~.~.---~~.-....~.一--一.~.~.~~-~.~~~一.一萝卜素含量。小白菜净光合速率任恤)随Cd处理浓度增加而显著降低,Cd处理后两品种气孔导度(Gs)和蒸腾速率(功下降,胞间二氧化碳浓度(Ci)显著增加,且随浓度增加而幅度加大。10m留LCd处理显著阳氏两个小白菜品种Psll光化学效率任劝下m)、光合电子传递量子效率(中Psll)、光化学淬灭系数(qP)及PSll光合电子传递效率伍TR);对非光化学淬灭系数(哟没有显著影响。8福对小白菜根细胞液泡膜、质膜H人A”ase和caZ+-A”ase及液泡膜H+-PPase活性的影响研究了cd对两个小白菜品种根细胞质膜H十一柳ase、caz+一柳ase及液泡膜H十一柳ase、H+一ase和caz+消Tpase活性的影响。结果表明:lm叭cd处理对两品种的根细胞质膜及液泡膜上的酶活性无显著影响;rom留L cd处理显著阳氏两品种根细胞液泡膜H+沪J,ase及质膜H+一八Tpase和caz+……