重金属镉、铅胁迫对茭白生长发育的影响

论文摘要

茭白（Zizania latifolia Turcz.）作为中国原产的特色水生蔬菜,以前主要在我国长江流域及其以南地区种植。20世纪80年代以来,随着我国种植业结构的调整和蔬菜流通体制的改革,各地纷纷引种茭白,目前茭白产品已在全国大部分地区种植并消费,成为消费量最大的22种蔬菜之一。部分加工产品已出口到日韩、北美、欧盟和澳洲等多个国家和地区。镉（Cd）、铅（Pb）是重要的污染物质,随着工业的快速发展及三废的大量排放,水体中重金属Cd2+、Pb2+的含量越来越高,而水生蔬菜栽培需要大量的灌溉用水,且大都在主要水系周边区域种植,因此受随水系扩散的重金属污染的可能性要高于其他种类的农作物。本文以江苏省特色水生蔬菜茭白的代表性品种蒋墅茭（单季茭）和葑红早（双季茭）为试验材料,研究了Cd2+、Pb2+在不同栽培介质处理下,以及Cd2+、Pb2+的单一、复合胁迫在不同肥料处理下对茭白生长发育的影响,同时测定了茭白各器官中Cd2+、Pb2+的积累量。期望为重金属胁迫对茭白伤害机理的研究提供一些科学依据,同时也为水生蔬菜的安全生产提供部分理论依据。取得如下结果:1、低浓度Cd2+、Pb2+胁迫能促进两茭白品种株高、叶面积的增加,但随处理浓度的进一步增加而显著下降;茭白的分蘖数则随Cd2+、Pb2+处理浓度的增加而呈持续下降的变化趋势。不同栽培介质处理间以苇末基质栽培下茭白的株高、叶面积、分蘖数同比高于土壤栽培。品种间以葑红早的株高、叶面积同比高于蒋墅茭,而分蘖数则低于蒋墅茭。2、不同栽培介质处理时,低浓度Cd2+、Pb2+胁迫均能促进两茭白品种的可溶性蛋白含量、脯氨酸含量、叶绿素含量和净光合速率总体的增加,但随Cd2+、Pb2+处理浓度的进一步增加而显著下降;根系活力则随Cd2+、Pb2+处理浓度的增加而呈持续下降的变化趋势;细胞膜透性随Cd2+、Pb2+处理浓度的增加而持续上升;不同栽培介质处理间以苇末基质栽培下茭白的可溶性蛋白含量、叶绿素含量、净光合速率等指标同比高于土壤栽培,而脯氨酸含量、根系活力、细胞膜透性则低于土壤栽培。不同肥料处理间相比则以有机肥处理下茭白植株受Cd2+、Pb2+胁迫伤害的程度小于无机肥处理。单一、复合胁迫处理间以复合胁迫处理时茭白受Cd2+、Pb2+的胁迫伤害大于单一胁迫。Cd2+、Pb2+胁迫能显著降低茭白的产量。品种间各指标存在差异。3、低浓度Cd2+、Pb2+胁迫能促进两茭白品种倒三片功能叶中保护酶活性的增加,但均随Cd2+、Pb2+胁迫浓度的进一步增加而下降;苇末基质栽培和有机肥处理时,茭白叶片中的保护酶活性分别高于土壤栽培和无机肥处理。复合胁迫处理时,茭白叶片保护酶活性下降的幅度显著大于单一胁迫处理。品种间以葑红早叶片中保护酶的活性高于蒋墅茭,说明葑红早对Cd2+、Pb2+胁迫的忍耐性要强于蒋墅茭。4、Cd2+、Pb2+胁迫能显著降低两茭白品种叶片中DNA提取的量以及DNA增色效应的程度。单一、复合胁迫处理间则以复合胁迫处理下茭白叶片中DNA提取的量显著低于单一胁迫处理,而复合胁迫处理下茭白叶片DNA的增色效应下降的幅度显著大于单一胁迫处理。不同肥料处理间则以无机肥处理下茭白叶片DNA提取的量显著低于有机肥处理;而无机肥处理下叶片DNA增色效应下降的幅度显著大于有机肥处理。品种间以蒋墅茭同比高于葑红早。5、Cd2+、Pb2+的单一以及复合胁迫均能促进两茭白品种根系和叶片中NPT、GSH、PCs含量的显著增加,Cd2+胁迫时其增加的幅度大于Pb2+胁迫处理,复合胁迫处理时两茭白品种根系和叶片中NPT、GSH、PCs的含量均高于单一胁迫。无机肥处理时,其含量显著高于有机肥处理。根系中NPT、GSH、PCs的含量显著高于叶片。品种间以蒋墅茭同比高于葑红早。6、Cd2+、Pb2+在茭白各亚细胞组分中的分布表现为:细胞壁>可溶性部分>细胞器,细胞壁>原生质体。有机肥处理时,茭白各亚细胞组分中Cd2+、Pb2+的积累量明显低于无机肥处理。复合胁迫处理时,茭白叶、根亚细胞组分中Cd2+、Pb2+的积累量同比均高于单一胁迫。品种间存在差异。7、随Cd2+、Pb2+胁迫处理时间的增加,其在茭白各营养器官中积累量呈显著增加的变化趋势;Cd2+、Pb2+在茭白不同营养器官间的积累量表现为:根>短缩茎>叶>产品器官;双季茭白品种葑红早在第2年采收的夏茭产品器官中Cd2+、Pb2+的残留量均显著高于当年的秋茭。苇末基质栽培和有机肥处理时茭白各器官中的残留量分别显著低于土壤栽培和无机肥处理。品种间以蒋墅茭对Pb2+的积累能力强于葑红早,而对Cd2+的积累能力则低于葑红早。8、随硫处理浓度的增加,茭白植株受Cd2+胁迫伤害的程度呈逐渐下降的变化趋势。当硫处理浓度达2 mmol·L-1时茭白的产量达最大,其后随硫处理浓度的增加而持续下降,但均高于不施硫的处理;非蛋白巯基、植物络合素则在12 mmol·L-1的硫处理时达最大,而6 mmol·L-1处理时达最小;随硫处理浓度的增加,两茭白品种根中Cd2+的积累量呈明显下降的变化趋势,而短缩茎、叶、肉质茎中Cd2+的积累量则有所增加。有机肥处理能降低Cd2+对茭白的胁迫伤害,且能降低其在茭白各器官中的积累。品种间存在差异。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 简缩词表
• 文献综述
• 1 茭白的研究概况
• 1.1 茭白的生产历史与现状
• 1.2 茭白的分布分类与品种
• 1.2.1 茭白种质资源的分布
• 1.2.2 茭白的分类
• 1.2.3 茭白的品种类型
• 1.2.3.1 单季茭品种及代表品种
• 1.2.3.2 双季茭品种及代表品种
• 1.3 茭白营养保健作用的研究
• 1.3.1 茭白营养价值的研究
• 1.3.2 茭白保健作用的研究
• 1.4 茭白黑粉菌的研究
• 1.4.1 茭白黑粉菌的命名与归属
• 1.4.2 茭白黑粉菌的生物学特性研究
• 1.5 茭白栽培技术概况
• 1.6 茭白病虫害防治的研究
• 1.7 茭白逆境胁迫的研究
• 2 重金属的研究
• 2.1 重金属的概念
• 2.2 土壤重金属污染情况
• 2+污染情况'>2.2.1 我国农田土壤Cd²⁺污染情况
• 2+污染情况'>2.2.2 我国农田土壤Pb²⁺污染情况
• 2.3 土壤重金属的来源和水平
• 2.3.1 土壤 Cd 污染的主要来源
• 2.3.2 土壤 Pb 污染的主要来源
• 2.4 重金属污染对动植物的毒性研究
• 2.4.1 重金属污染对动物的毒性研究
• 2+对动物体的毒害'>2.4.1.1 Cd²⁺对动物体的毒害
• 2+对人体的毒害'>2.4.1.2 Pb²⁺对人体的毒害
• 2.4.2 重金属污染对植物的伤害研究
• 2.4.2.1 重金属胁迫对植物生长发育的影响
• 2.4.2.1.1 种子萌发
• 2.4.2.1.2 营养性生长
• 2.4.2.1.3 植物发育
• 2.4.2.2 重金属胁迫对植物细胞分裂的影响
• 2.4.2.3 重金属胁迫对植物光合作用的影响
• 2.4.2.4 重金属胁迫对植物呼吸作用的影响
• 2.4.2.5 重金属胁迫对植物水分状况的影响
• 2.4.2.6 重金属胁迫对植物碳水化合物代谢的影响
• 2.4.2.7 重金属胁迫对植物内膜系统的影响
• 2.4.2.8 重金属胁迫对植物抗氧化酶系统的影响
• 2.4.2.8.1 重金属胁迫对植物SOD酶活性的影响
• 2.4.2.8.2 重金属胁迫对植物POD酶活性的影响
• 2.4.2.8.3 重金属胁迫对植物CAT酶活性的影响
• 2.4.2.9 重金属胁迫对植物氮素代谢的影响
• 2.4.2.10 重金属胁迫对植物核酸代谢的影响
• 2.4.2.11 重金属胁迫对植物激素的影响
• 2.5 植物对重金属胁迫的反应机制
• 2.5.1 络合解毒机制
• 2.5.1.1 PCs
• 2.5.1.1.1 PCs的一级结构和命名
• 2.5.1.1.2 PCs的合成及作用机理
• 2.5.1.1.3 研究 PCs 的意义
• 2.5.1.2 金属硫蛋白
• 2.5.2 区域化
• 2.5.3 外排与富集
• 2.5.4 应激物质
• 2.5.4.1 应激乙烯
• 2.5.4.2 应激蛋白
• 2.5.5 抗氧化胁迫
• 2.6 植物对重金属吸收、积累、形态与分布
• 2+吸收、积累、形态与分布'>2.6.1 植物对Cd²⁺吸收、积累、形态与分布
• 2+吸收、积累、形态与分布'>2.6.2 植物对Pb²⁺吸收、积累、形态与分布
• 2.7 影响植物对重金属吸收的主要因素
• 2.7.1 植物的种间及品种间差异
• 2.7.2 土壤pH 值
• 2.7.3 土壤氧化还原状况
• 2.8 重金属复合胁迫的研究
• 2.9 治理重金属污染的途径
• 2.9.1 植物修复
• 2.9.1.1 植物修复的定义
• 2.9.1.2 植物修复技术的原理
• 2.9.1.2.1 植物提取
• 2.9.1.2.2 植物挥发
• 2.9.1.2.3 植物固定
• 2.9.1.2.4 植物转化
• 2.9.1.2.5 植物促进
• 2.9.1.3 植物修复的展望
• 2.9.2 增施稀土微肥、有机肥
• 2.9.3 土壤改良
• 3 本研究的目的、意义
• 第一章 重金属镉、铅胁迫对茭白植物学性状的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 方法
• 1.2.1 种植管理
• 1.2.2 测定指标及方法
• 2 结果与分析
• 2.1 不同浓度镉、铅胁迫对茭白不同时期株高的影响
• 2.2 不同浓度镉、铅胁迫对茭白不同时期叶面积的影响
• 2.3 不同浓度镉、铅胁迫对茭白分蘖数的影响
• 3 小结与讨论
• 第二章 重金属镉、铅胁迫对茭白生理生化指标及产量的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 种植管理
• 1.2.1 不同栽培介质处理
• 1.2.2 不同肥料处理
• 1.3 取样及样品处理
• 1.4 测定方法
• 1.4.1 生理指标的测定
• 1.4.2 膳食纤维及粗纤维含量的测定
• 1.4.3 产量的测定
• 2 结果与分析
• 2+、Pb²⁺胁迫对茭白生理生化指标的影响'>2.1 不同栽培介质处理下Cd²⁺、Pb²⁺胁迫对茭白生理生化指标的影响
• 2+、Pb²⁺及其复合胁迫在不同肥料处理下对茭白生理生化指标的影响'>2.2 Cd²⁺、Pb²⁺及其复合胁迫在不同肥料处理下对茭白生理生化指标的影响
• 2+、Pb²⁺及其复合胁迫在不同肥料处理下对茭白膳食纤维的影响'>2.3 Cd²⁺、Pb²⁺及其复合胁迫在不同肥料处理下对茭白膳食纤维的影响
• 2+、Pb²⁺及其复合胁迫在不同肥料种类下对茭白产量的影响'>2.4 Cd²⁺、Pb²⁺及其复合胁迫在不同肥料种类下对茭白产量的影响
• 3 小结与讨论
• 2+、Pb²⁺胁迫对茭白生理生化的影响'>3.1 Cd²⁺、Pb²⁺胁迫对茭白生理生化的影响
• 2+、Pb²⁺的单一及其复合胁迫对茭白生理生化指标影响的差异'>3.2 Cd²⁺、Pb²⁺的单一及其复合胁迫对茭白生理生化指标影响的差异
• 2+、Pb²⁺胁迫对茭白生理生化指标的影响'>3.3 不同栽培介质下Cd²⁺、Pb²⁺胁迫对茭白生理生化指标的影响
• 2+、Pb²⁺胁迫对茭白生理生化指标的影响'>3.4 不同肥料形态下Cd²⁺、Pb²⁺胁迫对茭白生理生化指标的影响
• 第三章 重金属镉、铅胁迫对茭白抗氧化酶活性的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 种植管理
• 1.3 取样及样品处理
• 1.4 测定方法
• 1.4.1 超氧化物歧化酶活性测定
• 1.4.2 过氧化物酶活性测定
• 1.4.3 过氧化氢酶活性测定
• 1.4.4 多酚氧化酶活性的测定
• 1.4.5 苯丙氨酸解氨酶活性的测定
• 2 结果与分析
• 2.1 不同栽培介质处理下重金属镉、铅胁迫对茭白保护酶活性的影响
• 2+、Pb²⁺及其复合胁迫在不同肥料处理下对茭白保护酶活性的影响'>2.2 重金属Cd²⁺、Pb²⁺及其复合胁迫在不同肥料处理下对茭白保护酶活性的影响
• 3 小结与讨论
• 第四章 重金属镉、铅胁迫对茭白 DNA 交联的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 种植管理
• 1.3 取样及样品处理
• 1.4 测定方法
• 2 结果与分析
• 2.1 重金属胁迫对茭白叶片DNA 提取量的影响
• 2.2 重金属胁迫对茭白叶片DNA 增色效应的影响
• 3 小结与讨论
• 第五章 重金属镉、铅胁迫对茭白植物络合素（PCs）合成的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 种植管理
• 1.3 取样及样品处理
• 1.4 测定方法
• 1.4.1 非蛋白巯基含量测定
• 1.4.2 谷胱甘肽含量的测定
• 1.4.3 植物络合素的测定
• 2 结果与分析
• 2+、Pb²⁺的单一及其复合胁迫对茭白非蛋白巯基含量的影响'>2.1 Cd²⁺、Pb²⁺的单一及其复合胁迫对茭白非蛋白巯基含量的影响
• 2+、Pb²⁺的单一及其复合胁迫对茭白谷胱甘肽含量的影响'>2.2 Cd²⁺、Pb²⁺的单一及其复合胁迫对茭白谷胱甘肽含量的影响
• 2+、Pb²⁺的单一及其复合胁迫对茭白植物络合素合成量的影响'>2.3 Cd²⁺、Pb²⁺的单一及其复合胁迫对茭白植物络合素合成量的影响
• 3 小结与讨论
• 第六章 重金属镉、铅在茭白体内的亚细胞分布
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 种植管理
• 1.3 取样及样品处理
• 1.4 测定方法
• 1.4.1 植物亚细胞组分的分离
• 2+、Pb²⁺的测定'>1.4.2 植物亚细胞组分中Cd²⁺、Pb²⁺的测定
• 2 结果与分析
• 2+积累量'>2.1 茭白各亚细胞组分中Cd²⁺积累量
• 2+积累量'>2.2 茭白各亚细胞组分中Pb²⁺积累量
• 3 小结与讨论
• 第七章 不同茭白品种对镉、铅吸收分配的差异
• 1 材料与方法
• 1.1 材料及处理
• 1.1.1 品种选择
• 1.1.2 试验设计
• 1.1.2.1 不同栽培介质处理
• 1.1.2.2 不同肥料处理
• 1.1.3 取样及样品处理
• 1.2 测定方法
• 2 结果与分析
• 2+、Pb²⁺的积累量比较'>2.1 不同栽培介质处理下茭白各器官中Cd²⁺、Pb²⁺的积累量比较
• 2+积累量的比较'>2.1.1 不同栽培介质下茭白各营养器官中Cd²⁺积累量的比较
• 2+、Pb²⁺残留量的比较'>2.1.2 不同栽培介质下茭白产品器官中Cd²⁺、Pb²⁺残留量的比较
• 2+、Pb²⁺残留量的比较'>2.1.3 苇末基质栽培下2004 年秋茭和2005 年夏茭葑红早产品器官中Cd²⁺、Pb²⁺残留量的比较
• 2+、Pb²⁺残留量的比较'>2.2 不同肥料处理下在茭白各器官中Cd²⁺、Pb²⁺残留量的比较
• 3 小结与讨论
• 第八章 镉硫交互处理对茭白生长发育的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 种植管理
• 1.3 取样及样品处理
• 1.4 测定方法
• 2 结果与分析
• 2.1 镉硫交互作用对茭白生理生化指标以及产量的影响
• 2.1.1 镉硫交互作用对茭白生理生化指标的影响
• 2.1.2 镉硫交互作用对茭白产量的影响
• 2.2 镉硫交互作用对茭白膳食纤维的影响
• 2.3 镉硫交互作用对茭白植物络合素（PCs）合成的影响
• 2.4 镉硫交互作用对不同品种茭白对镉吸收分配差异的影响
• 3 小结与讨论
• 主要结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士期间发表的论文情况