镉对大豆的毒害效应及不同大豆品种耐镉差异性研究

论文摘要

在我国土壤镉污染是一个非常严重的环境危胁。高效吸收和高耐镉植物已经被成功地用于镉污染土壤的修复。本论文的主要研究目的是：（ⅰ）研究不同浓度Cd对大豆幼苗生长发育、激素含量及主要逆境生理指标的影响；（ⅱ）Cd在大豆体内的分布、运转规律以及对氮、磷、钾、锌等主要营养元素吸收的影响；（ⅲ）不同类型土壤中Cd的化学形态及其与大豆Cd生物有效性的关系；（ⅳ）不同大豆品种Cd毒害效应及耐Cd差异性；（ⅴ）植物生长调节剂NAA和微量营养元素Zn对大豆Cd毒害的调控效应。结果如下：1．营养液培养试验表明，短时间（5d）低浓度Cd(0.25mg·L-1)胁迫可促进大豆株高及生物产量的积累，但差异不明显，对大豆幼苗生长素（IAA）、赤霉素（GA3）和玉米素（Z）的合成有一定的促进作用。随着Cd浓度的增加和胁迫时间的延长，大豆株高和生物产量明显降低，3类激素的合成作用均受到抑制。不同浓度Cd处理均可促进大豆幼苗ABA的合成，且随Cd浓度的升高促进作用加强。2．土壤盆栽试验表明，Cd胁迫抑制大豆叶片IAA和Z的合成，且随Cd浓度的升高，抑制效应加强。对GA3合成的影响则表现为低浓度下的刺激效应和高浓度下的抑制效应。至花荚期时，大豆叶片Z含量低于幼苗期，而IAA和GA3含量高于幼苗期，使大豆在生育前期仍保持一定的生长势。对ABA合成的影响表现为明显的刺激效应，且随Cd浓度的升高和胁迫时间的延长而加强。3．大豆不同器官中的Cd浓度以根系最高，根系吸收转运到地上部的Cd主要分布在茎和叶中，荚壳和籽粒中相对较少。除对照外，红壤不同浓度Cd处理大豆根、茎、叶、荚壳、籽粒中Cd浓度比为1：0.48～0.81：0.48～0.80：0.09～0.34：0.09～0.40；河潮土则为1：0.25～0.75：0.22～0.69：0.08～0.33：0.06～0.22。从土壤中Cd的化学形态分析结果看，红壤水溶交换态Cd和生物有效态Cd含量显著高于河潮土，故红壤加Cd处理，大豆表现Cd中毒症状的浓度低于河潮土，表明河潮土的Cd环境容量高于红壤。4．从大豆籽粒中N、P、K、Zn含量的分析结果看，低浓度Cd(≤0.50mg·L-1)处理，P—Cd之间表现为协同作用，Cd浓度升高则转变为拮抗作用。N—Cd之间在不同浓度Cd处理下均表现为拮抗作用。籽粒中K—Cd在低浓度Cd胁迫下为拮抗作用，但根系中K—Cd却表现为协同作用。籽粒中Zn—Cd在不同浓度Cd处理下均表现为协同作用，但叶片中Zn—Cd则表现为拮抗作用。5．营养液培养试验表明，低浓度Cd刺激了大豆的根系活力，根系对Cd的吸收及Cd向茎叶的转运能力加强，Cd浓度增加，大豆根系活力降低，吸收和转运Cd的能力下降，根系中Cd积累量增加。相关分析表明，当Cd处理浓度≤1.00mg·L-1时，大豆根系活力（5d）与茎叶和根系中Cd浓度之间具有极显著的正相关关系，其相关系数r分别为0.996**和0.979**（n=4）。当Cd处理浓度≥2.50 mg·L-1时，大豆根系活力（5d）与茎叶和根系中Cd浓度之间则表现为极显著的负相关关系，其相关系数r分别为-0.995**和-0.993**（n=3）。6．土壤盆栽试验表明，河潮土和红壤加Cd处理，大豆幼苗期和花荚期叶片丙二醛（MDA）和脯氨酸（PRO）含量在Cd处理浓度低于或等于2.50 mg·kg-1时随Cd浓度的升高而增加，继续增加Cd浓度，其含量降低，但仍高于对照。红壤加Cd处理，大豆叶片POD活性随Cd处理浓度的升高而增加，至Cd浓度为2.50 mg·kg-1时，POD活性达最大值，以后又随Cd浓度的升高而下降。河潮土加Cd浓度小于或等于0.50 mg·kg-1时，大豆叶片POD活性低于对照，增加Cd浓度，POD活性随Cd浓度的升高而增加，且明显高于对照。尽管Cd胁迫导致大豆叶片内MDA含量的增加，但由于POD活性的提高和ABA及PRO含量的增加，使大豆在低浓度Cd胁迫时表现一定的适应能力。7．主成分分析结果表明，Cd胁迫后大豆叶片叶绿素含量的降低率、根系活力、POD活性的增加率以及茎叶、根系中Cd含量能较好地反映不同大豆品种的耐Cd能力，可作为选育抗Cd大豆品种的参考指标。Cd的化学形态分析表明，大豆叶片和根系中的Cd主要以NaCl提取态形式存在，其分别占总提取态Cd量的87.64％和88.40％，其他形态的Cd含量较少。不同化学形态Cd含量的大小顺序在叶片和根系中均为FNaCl＞FHAC＞FH2O＞F乙醇。大豆的耐Cd能力不仅与植株体内Cd的含量有关，也与Cd的化学形态关系密切。在不同Cd化学形态中，乙醇提取态和水提取态Cd含量低的品种，抗Cd能力较强，含量高的品种抗Cd能力相对较弱。8．外施NAA可提高大豆叶片中硝酸还原酶（NR）活性，降低叶片中游离脯氨酸（PRO）和丙二醛（MDA）含量，可减轻膜脂的过氧化作用和蛋白质的分解。施用锌肥也可降低Cd伤害大豆幼苗丙二醛和脯氨酸含量，对缓解大豆的Cd毒害具有积极的调控作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言（绪论）
• 1 研究的目的和意义
• 2 国内外研究进展
• 2.1 镉在植物体内的分布
• 2.2 镉污染对作物生长及细胞分裂的影响
• 2.3 镉对细胞结构的影响
• 2.4 镉对植物生理生化的影响
• 2.5 植物的耐镉机理
• 2.6 影响植物镉毒性的因素
• 2.7 值得进一步研究的问题
• 第一章 镉对大豆生长及主要生理指标的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 供试材料
• 1.2 幼苗培养与处理
• 1.3 取样与分析
• 2 结果与分析
• 2.1 不同浓度镉处理对大豆株高及生物产量的影响
• 2.2 镉处理对大豆幼苗叶片激素含量的影响
• 2.3 镉处理对大豆幼苗丙二醛（MDA）含量的影响
• 2.4 镉处理对大豆幼苗过氧化物酶（POD）活性的影响
• 2.5 镉处理对大豆幼苗根系活力的影响
• 2.6 镉处理对大豆幼苗吸镉量及镉分布的影响
• 3 讨论
• 第二章 土壤加镉处理对大豆生长及氮、磷、钾、锌含量的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 供试材料
• 1.2 土壤盆栽培养试验
• 1.3 分析方法
• 2 结果与分析
• 2.1 镉处理对大豆生长发育的影响
• 2.2 镉处理对大豆吸镉量及镉分布状况的影响
• 2.3 镉处理对大豆氮、磷、钾、锌吸收及分布的影响
• 2.4 土壤镉形态分析研究
• 3 讨论
• 第三章 镉处理对大豆激素含量及主要逆境生理指标的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 供试材料
• 1.2 土壤盆栽培养试验
• 1.3 分析方法
• 2 结果与分析
• 2.1 镉处理对大豆主要逆境生理指标的影响
• 2.2 镉处理对大豆叶片激素含量的影响
• 2.3 镉处理对大豆叶片激素平衡的影响
• 3 讨论
• 第四章 不同大豆品种镉毒害效应及耐镉差异性研究
• 1 材料与方法
• 1.1 供试材料
• 1.2 幼苗培养与处理
• 1.3 取样与分析
• 2 结果与分析
• 2.1 镉处理对不同大豆品种株高及生物产量的影响
• 2.2 镉处理对不同大豆品种叶绿素含量的影响
• 2.3 镉处理对大豆根系活力的影响
• 2.4 镉处理对丙二醛（MDA）含量的影响
• 2.5 镉处理对过氧化物酶（POD）活性的影响
• 2.6 镉处理对大豆吸镉量及镉形态的影响
• 2.7 镉处理对大豆不同品种主要生理变化指标的主成分分析
• 3 讨论
• 第五章 缓解大豆镉毒害作用的调控研究
• 1 材料与方法
• 1.1 供试材料
• 1.2 幼苗培养与处理
• 1.3 取样与分析
• 2 结果与分析
• 2.1 不同处理对大豆根系活力的影响
• 2.2 不同处理对大豆叶片硝酸还原酶（NR）活性的影响
• 2.3 不同处理对大豆叶片过氧化物酶（POD）活性的影响
• 2.4 不同处理对大豆叶片脯氨酸（PRO）含量的影响
• 2.5 不同处理对大豆叶片丙二醛（POD）含量的影响
• 3 讨论
• 第六章 结论
• 1 全文小结
• 1.1 不同浓度 Cd对大豆激素含量及激素平衡的影响
• 1.2 不同浓度 Cd对大豆生长发育及对 N、P、 K、Zn等吸收的影响
• 1.3 不同浓度 Cd处理对大豆主要逆境生理指标的影响
• 1.4 不同品种大豆耐 Cd差异性及抗 Cd机理研究
• 1.5 大豆 Cd毒害效应的调控措施研究
• 2 创新点
• 3 前景与展望
• 参考文献
• 缩写词表
• 致谢
• 作者简历