高粱属牧草对土壤重金属镉的响应及富集效应的研究

论文摘要

我国是重金属污染问题突出、污染面较大、危害较严重的国家之一。镉(Cd)作为极具毒害性的重金属之一,其进入土壤后,常常累积于表层土壤,而很少发生输出性迁移,也不可能向有机污染物那样可能发生降解作用,而常常会因为植物的作用,发生向上的再迁移。高粱属牧草为一年生草本植物,世界各地均有栽培。高粱属牧草植株高大,茎叶繁茂,具有抗旱、耐涝、耐高温、耐瘠薄、耐盐碱、抗病虫害及抗倒伏等优良特性。本文研究土壤Cd对高粱属牧草生理特性、生长的影响,以及高粱属牧草对Cd的富集及分配效应,尝试从亚细胞层次探索高粱属牧草对重金属的反应机制,探讨Cd对高粱属牧草的毒害,高粱属牧草对土壤中Cd的移去效应。以期为土壤修复及食品安全方面提供部分理论依据。试验取得如下结果:1、土壤Cd在一定浓度范围内能刺激高粱属牧草株高、分蘖数、再生株高等形态学指标增长,而较高浓度的Cd则抑制高粱属牧草株高、分蘖数、再生株高等形态学指标的增长。2、Cd对叶绿素合成的影响主要表现在对叶绿素a合成的抑制;不同生育期内3种高粱属牧草根系活力在Cd胁迫下均显著下降;较低浓度Cd处理能够增加高粱属牧草叶片中脯氨酸的含量;3种高粱属牧草在重金属Cd胁迫下,其细胞膜通透性均显著增加。3、较低浓度Cd处理能够增加3种高粱属牧草叶片中MDA的含量,当处理浓度大于50 mg/kg时,MDA含量开始显著下降。不同浓度Cd胁迫处理后,高粱属牧草体内CAT、SOD、POD活性在不同生育期内均可见一定变化。但并未见到推想的类似一般逆境条件下保护酶系统活性普遍增加的现象,总体以苏丹草叶片中保护酶的活性高于高丹草和甜高粱。4、不同浓度Cd处理均能促进3种高粱属牧草根系、茎鞘和叶片中NPT、GSH、PCs含量的显著增加,Cd胁迫诱导下产生的非蛋白质态巯基化合物绝大部分为PCs。5、土壤低浓度的Cd处理能够增加3种高粱属牧草的鲜草产量和干物质产量,而高浓度Cd胁迫处理则显著降低3种牧草的鲜草产量和干物质产量。6、3种高粱属牧草叶片和茎鞘中Fe元素的含量在不同浓度Cd处理下均呈现先增加后降低;Mn、Cu元素的含量的变化表现出了与Fe元素相似的趋势;甜高粱和苏丹草叶片和茎鞘中Zn元素含量均随Cd处理浓度的增加先增加后减小。不同浓度Cd处理均不利于高丹草叶片中Zn元素的吸收。7、Cd在3种高粱属牧草不同组织中的富集量随着Cd处理浓度的增加而增加,3种高粱属牧草根系中Cd的富集量大于茎鞘和叶片中的富集量。Cd在高粱属牧草叶片、茎鞘和根系中各亚细胞组分中的分布表现为:细胞壁>可溶性部分>细胞核,叶绿体组分>线粒体。高粱属牧草各器官中大多以氯化钠提取态为首要形态,但是活性较强的乙醇提取态、水提取态和醋酸提取态所占比例也较高,而盐酸提取态和残留态的分配比例都较低。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 英文缩略表
• 第一章 文献综述
• 1.1 重金属污染的研究
• 1.1.1 重金属的概念
• 1.1.2 我国土壤 Cd 污染的情况
• 1.1.3 土壤 Cd 污染的来源
• 1.2 Cd 污染对动植物的毒害效应研究进展
• 1.2.1 Cd 对动物体的毒害
• 1.2.2 食物链中的镉
• 1.2.3 重金属对植物的毒害研究
• 1.2.3.1 重金属胁迫对植物生长发育的影响
• 1.2.3.2 重金属胁迫对植物光合作用和呼吸作用的影响
• 1.2.3.3 重金属胁迫对植物细胞膜的影响
• 1.2.3.4 重金属胁迫对植物抗氧化酶活性的影响
• 1.2.3.5 重金属胁迫对植物微量元素吸收的影响
• 1.3 植物对重金属胁迫的反应机制
• 1.3.1 络合机制
• 1.3.2 吸收与外排
• 1.3.3 区域化作用
• 1.3.4 抗氧化胁迫
• 1.4 植物对重金属吸收、富集、结合形态与分布
• 1.5 影响植物对重金属吸收的因素
• 1.5.1 植物种间及品种差异
• 1.5.2 土壤氧化还原情况
• 1.5.3 土壤pH 值
• 1.6 治理重金属污染的路径
• 1.6.1 植物修复
• 1.6.1.1 植物修复的定义
• 1.6.1.2 植物修复技术的原理
• 1.6.1.3 植物修复的展望
• 1.6.2 物理修复技术
• 1.6.3 化学修复技术
• 1.7 研究的目的和意义
• 第二章 试验研究
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 供试土壤
• 2.1.2 供试试剂
• 2.1.3 供试植物品种
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 试验设计
• 2.2.2 不同浓度梯度 Cd 污染土壤的配制
• 2.3 测定项目和方法
• 2.3.1 植物学性状测定指标和方法
• 2.3.2 生理生化测定指标和方法
• 2.3.2.1 叶绿素含量的测定
• 2.3.2.2 根系活力的测定
• 2.3.2.3 脯氨酸含量测定
• 2.3.2.4 细胞膜通透性的测定
• 2.3.3 抗氧化酶活性的测定方法
• 2.3.3.1 超氧化物歧化酶（SOD）活性测定
• 2.3.3.2 过氧化物酶（POD）活性的测定
• 2.3.3.3 过氧化氢酶（CAT）活性的测定
• 2.3.3.4 丙二醛（MDA）活性的测定
• 2.3.4 植物络合素的测定
• 2.3.4.1 非蛋白巯基含量的测定
• 2.3.4.2 谷胱甘肽含量的测定
• 2.3.4.3 植物络合素合成量的测定
• 2.3.5 营养成分含量的测定
• 2.3.5.1 鲜草和干物质产量的测定
• 2.3.5.2 营养成分含量的测定
• 2.3.6 高粱属牧草微量元素含量的测定
• 2.3.7 吸收分配、亚细胞分布和结合形态的测定方法
• 2.3.7.1 Cd 在高粱属牧草不同器官中的富集量
• 2.3.7.2 Cd 在高粱属牧草中的亚细胞分布
• 2.3.7.3 Cd 在高粱属牧草中的结合形态
• 2.4 结果与分析
• 2.4.1 重金属 Cd 胁迫对高粱属牧草植物学性状的影响
• 2.4.1.1 对高粱属牧草不同时期株高的影响
• 2.4.1.2 对高粱属牧草毒害指数
• 2.4.1.3 对高粱属牧草分蘖数的影响
• 2.4.1.4 对高粱属牧草再生高度的影响
• 2.4.2 重金属 Cd 胁迫对高粱属牧草生理生化的影响
• 2.4.2.1 对叶绿素含量的影响
• 2.4.2.2 对根系活力的影响
• 2.4.2.3 对叶片脯氨酸含量的影响
• 2.4.2.4 对细胞膜通透性的影响
• 2.4.3 重金属 Cd 胁迫对高粱属牧草抗氧化酶活性的影响
• 2.4.3.1 对叶片超氧化物歧化酶（SOD）活性的影响
• 2.4.3.2 对叶片过氧化物酶（POD）活性的影响
• 2.4.3.3 对叶片过氧化氢酶（CAT）活性的影响
• 2.4.3.4 对叶片丙二醛（MDA）活性的影响
• 2.4.4 重金属 Cd 胁迫对高粱属牧草植物络合素合成的影响的影响
• 2.4.4.1 对非蛋白巯基含量的影响
• 2.4.4.2 对谷胱甘肽含量的影响
• 2.4.4.3 对植物络合素合成量的影响
• 2.4.5 重金属 Cd 胁迫对高粱属牧草营养品质的影响
• 2.4.5.1 对鲜草及干物质产量的影响
• 2.4.5.2 对粗蛋白含量的影响
• 2.4.5.3 对粗灰分含量的影响
• 2.4.5.4 对酸性洗涤纤维含量的影响
• 2.4.5.5 对中性洗涤纤维含量的影响
• 2.4.5.6 对钙元素含量的影响
• 2.4.5.7 对磷元素含量的影响
• 2.4.6 重金属 Cd 胁迫对高粱属牧草金属元素吸收的影响
• 2.4.6.1 对铁元素吸收的影响
• 2.4.6.2 对锰元素吸收的影响
• 2.4.6.3 对铜元素吸收的影响
• 2.4.6.4 对锌元素吸收的影响
• 2.4.7 不同高粱属牧草品种对 Cd 吸收分配、亚细胞分布和结合形态差异
• 2.4.7.1 高粱属牧草不同器官中 Cd 积累量的比较
• 2.4.7.2 高粱属牧草不同器官中 Cd 的亚细胞分配差异
• 2.4.7.3 高粱属牧草不同器官中 Cd 的结合形态差异
• 2.5 讨论
• 2.5.1 重金属 Cd 对高粱属牧草生长的影响
• 2.5.2 重金属 Cd 对高粱属牧草生理生化指标的影响
• 2.5.3 重金属 Cd 对高粱属牧草抗氧化酶活性的影响
• 2.5.4 重金属 Cd 对高粱属牧草植物络合素合成的影响
• 2.5.5 重金属 Cd 对高粱属牧草营养品质的影响
• 2.5.6 重金属 Cd 对高粱属牧草金属元素吸收的影响
• 2.5.7 高粱属牧草对 Cd 的富集效应
• 2.5.8 Cd 在高粱属牧草中亚细胞分布及结合形态
• 主要结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介