镉胁迫对水稻光合生理特征及相关营养元素吸收影响研究

论文摘要

水稻是主要粮食作物,随着工农业生产和城市化发展,工业“三废”排放量增加,农田土壤镉污染加剧,镉成为稻田主要的重金属污染元素,直接影响水稻产量和品质,影响人类健康。本文在前期研究基础上,选取有代表性的水稻材料和品种,通过水培试验研究Cd胁迫对苗期叶片Cd的吸收积累和光合特征指标的影响,并分析相关营养元素的变化,探讨苗期Cd耐性和胁迫反应的评价特征指标,同时进行亲本组合及子代对Cd的抗性对比研究,为筛选抗Cd钝感和敏感型优良的水稻育种材料提供依据。（1）Cd处理浓度对水稻叶片Cd含量影响大,不同材料间存在显著差异。Ⅱ-32B和R527叶片Cd含量积累较低,积累指数显著低于D83B和R498；随着Cd处理浓度的增大,保持系更易积累Cd；亲本组合对杂交子代叶片Cd含量有较大影响,Ⅱ-32B能够组配得到耐Cd的杂交子代Ⅱ优498,子代叶片Cd含量较亲本更低,积累指数最小；Cd处理时间延长时,各材料和杂交子代受叶片Cd积累量增加。（2）Cd处理对叶绿素含量影响大,使叶绿素a、b和总量下降,不同材料与品种间的差异显著。保持系Ⅱ-32B受Cd影响较D83B小,叶绿素含量更稳定,胁迫指数更低；恢复系受Cd处理浓度影响大、程度深,R527叶绿素含量下降幅度和Chla/Chlb增大程度均较R498小,且胁迫指数较R498小；保持系Ⅱ-32B及其子代Ⅱ优498在不同浓度Cd处理下,叶绿素含量都比恢复系R498高,高Cd浓度处理下,Ⅱ优498叶绿素含量胁迫指数最低,具有相对良好的抗性能力；D83B和R498受Cd处理时间影响较大,叶绿素含量降低幅度大。（3）水稻叶片Rubisco活性受Cd胁迫效应明显,各水稻育种材料与品种间差异大。D83B在不同Cd处理水平下,叶片Rubisco活性降低幅度均比Ⅱ-32B大,胁迫指数高；恢复系材料在不同Cd处理水平下,R527叶片Rubisco活性降低幅度远小于R498,胁迫指数最小,Rubisco活性较稳定；子代Ⅱ优498在不同Cd水平下表现出较高的叶片Rubisco活性,体现出一定的抗Cd能力。（4）不同Cd浓度处理下,营养元素含量较对照均有所降低,各材料下降幅度各不相同。保持系D83B较Ⅱ-32B降低幅度大,恢复系材料R498较R527下降幅度大,且随着Cd处理时间的延长,营养元素受Cd影响程度逐渐加深,各元素胁迫指数逐渐加大；Ⅱ优498在不同浓度Cd处理下,叶片营养元素含量较对照降低幅度较小,Cd胁迫指数较低。从元素来看,各材料和品种中,受Cd影响最大的元素是Mn,其次为Fe、Mg元素,Cu、Zn元素受Cd影响最小。（5）Cd胁迫下,水稻叶片Cd吸收量与叶绿素含量成负相关关系,与Chla/Chlb比值成正相关关系,与Rubisco活性成负相关,叶绿素含量与叶片Mg、Fe、Zn营养元素吸收的正相关关系显著,叶片Rubisco活性与叶片Mg、Fe、Cu元素吸收成显著性正相关,随着处理时间的延长,其相关性越来越显著。叶片Mg、Fe、Zn吸收变化的情况可以反映Cd胁迫下叶绿素含量的变化,Mg、Fe、Cu元素受Cd影响的情况可以反映叶片Rubisco活性受Cd影响程度,不同Cd浓度处理下Mg、Fe两种元素的变化能同时反映叶绿素含量和叶片Rubisco活性高低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 研究背景及意义
• 2 国内外研究现状
• 2.1 重金属Cd在土壤中的化学特性
• 2.2 Cd对植物的影响
• 2.2.1 Cd对植物生长的影响
• 2.2.2 Cd对植物养分吸收和利用的影响
• 2.2.3 Cd对植物产量和品质的影响
• 2.3 Cd对植物光合特征的影响
• 2.3.1 植物叶绿素的形成及Cd对其含量的影响
• 2.3.2 植物核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶的生理特性
• 2.3.3 植物叶绿素酶的生理特性
• 2.4 Cd对水稻的毒害作用
• 2.4.1 Cd对水稻种子萌发和幼苗生长的影响
• 2.4.2 Cd对水稻产量和稻米品质的影响
• 2.4.3 Cd对水稻光合作用相关特征的影响
• 3 材料与方法
• 3.1 供试水稻材料与品种
• 3.2 试验设计及方法
• 3.2.1 试验设计
• 3.2.2 供试种子催芽育苗
• 3.2.3 试验装置
• 3.2.4 营养液的配置
• 3.2.5 幼苗移栽及处理
• 3.3 样品的采集及预处理
• 3.4 指标测定与分析
• 3.4.1 光合指标测定
• 3.4.2 结果统计与分析
• 4 结果与分析
• 4.1 Cd胁迫对杂交稻及其亲本Cd吸收积累的影响
• 4.1.1 Cd胁迫对水稻保持系叶片Cd含量的影响
• 4.1.2 Cd胁迫对水稻恢复系叶片Cd含量的影响
• 4.1.3 Cd胁迫下杂交稻组合叶片Cd吸收积累的变化
• 4.1.4 Cd胁迫下水稻材料和品种叶片Cd积累指数的变化
• 4.1.5 小结
• 4.2 Cd胁迫对水稻叶片叶绿素含量的影响
• 4.2.1 Cd胁迫对保持系叶绿素含量的影响
• 4.2.2 Cd胁迫对恢复系叶绿素含量的影响
• 4.2.3 Cd胁迫对亲本组合及杂交稻叶片叶绿素含量的影响
• 4.2.4 Cd对不同水稻材料及品种叶绿素含量的胁迫指数变化
• 4.2.5 小结
• 4.3 Cd胁迫对水稻叶片核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶（Rubisco）活性的影响
• 4.3.1 Cd胁迫对保持系材料叶片Rubisco活性的影响
• 4.3.2 Cd胁迫对恢复系材料叶片Rubisco活性的影响
• 4.3.3 Cd胁迫下亲本及其组合叶片Rubisco活性的变化
• 4.3.4 Cd对不同水稻材料及品种叶片Rubisco活性的胁迫指数的差异
• 4.3.5 小结
• 4.4 Cd胁迫对水稻叶片光合特征相关营养元素含量的影响
• 4.4.1 Cd胁迫对保持系材料叶片光合特征相关营养元素含量的影响
• 4.4.2 Cd胁迫对恢复系材料叶片光合特征相关营养元素含量的影响
• 4.4.3 Cd胁迫下亲本组合及杂交稻叶片营养元素含量的差异
• 4.4.4 Cd对不同水稻材料及品种叶片营养元素含量的胁迫指数变化
• 4.4.5 小结
• 4.5 Cd胁迫下水稻光合特征变化与相关营养元素吸收间的关系
• 4.5.1 水稻Cd吸收积累与光合特征相关营养元素吸收间的关系
• 4.5.2 水稻Cd吸收积累与光合特征指标间的关系
• 4.5.3 Cd胁迫下水稻光合特征与相关营养元素吸收间的关系
• 4.5.4 小结
• 5 结论与讨论
• 5.1 Cd胁迫对水稻叶片Cd含量的影响
• 5.2 Cd胁迫对水稻材料叶片光合生理特征的影响
• 5.3 Cd胁迫对杂交稻叶片光合生理特征的影响
• 5.4 Cd胁迫对水稻光合特征及相关营养元素吸收的影响
• 参考文献
• 致谢