生长素类物质对镉胁迫下玉米幼苗生长及生理特性的影响

摘要

镉是植物生长发育的非必需元素，极小浓度即可产生较大危害。生长素是植物体内合成的对植物生长发育和生理生化有着重要影响的微量有机质，能促进细胞分裂和伸长以及新器官的分化和形成，对植物的生长发育和生理生化有着重要影响，减轻逆境条件下自由基活性氧对植物的伤害，增强植物对严寒、干旱、高温、过量重金属等非生物胁迫的适应性。本研究以玉米幼苗为材料，采用水培试验通过测定植物生物量、镉含量、丙二醛（MDA）、超氧自由基（·O2-）产生速率、过氧化氢（H2O2）及超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性和抗氧化物质游离脯氨酸（Pro）、谷胱甘肽（GSH）和胡萝卜素（Car）等指标，研究镉胁迫下外源吲哚-3-乙酸（IAA）、吲哚丁酸（IBA）和α-萘乙酸（NAA）对玉米幼苗生长、镉吸收、光合作用及氧化-抗氧化系统的影响，探讨不同外源生长素类物质对镉胁迫下玉米幼苗生长及生理特性的影响，揭示不同外源生长素类物质对植物镉解毒的差异，为缓解植物镉毒害研究的发展提供理论依据。结果表明：
　　1.0.5mg·L-1Cd胁迫使玉米幼苗根系变细变短，且抑制了玉米幼苗根部和地上部的生长。添加不同浓度生长素类物质对玉米幼苗根系生长和生物量的影响不尽相同，IAA和IBA促进根毛生长，且IBA使根毛变粗，但NAA抑制根的生长；此外，适当浓度的生长素类物质显著提高镉胁迫下玉米幼苗根系总体积；所有 IAA和10μmol·L-1IBA处理显著提高镉胁迫下玉米根和地上部的生物量，但NAA处理显著抑制了玉米幼苗生长。
　　2.不同浓度外源生长素对镉胁迫下玉米幼苗对镉吸收和累积的影响也不同。与单独镉处理相比，50μmol·L-1IAA和10μmol·L-1IBA显著提高根部和地上部镉含量，除50μmol·L-1 IBA处理外，其他IAA和IBA处理均显著提高玉米幼苗根部和地上部镉累积量，NAA显著降低玉米幼苗根部和地上部的镉含量和累积量；此外，除30μmol·L-1NAA处理外，其他处理的转运系数均低于单独镉处理。
　　3.0.5mg·L-1Cd使玉米幼苗叶片叶绿素a（Chla）、叶绿素b（Chlb）和总叶绿素（Chl）含量显著降低，但使玉米幼苗细胞间隙 CO2浓度（Ci）显著提高。不同浓度的外源生长素类物质对镉胁迫下玉米幼苗叶绿素含量和光合参数的影响存在差异。镉胁迫下，10μmol·L-1IAA、30μmol·L-1IBA和10μmol·L-1NAA处理均提高叶绿素含量，并显著提高叶绿素（Chla/Chlb）；所有IAA和IBA处理均显著降低玉米幼苗Ci，但显著提高净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）和蒸腾速率（Tr），而所有NAA处理使Ci和Gs均显著降低。
　　4.0.5mg·L-1Cd显著提高了玉米幼苗·O2-产生速率、玉米幼苗H2O2含量和MDA含量，使玉米幼苗产生氧化伤害。镉胁迫下，10μmol·L-1IAA、所有IBA和NAA处理显著降低·O2-产生速率，但30μmol·L-1IAA和50μmol·L-1IAA显著提高·O2-产生速率；IAA、IBA和NAA处理均可显著降低H2O2含量，但50μmol·L-1IAA和10μmol·L-1NAA处理显著增加H2O2含量。另外，10μmol·L-1IAA、50μmol·L-1IAA和所有IBA均使玉米幼苗MDA含量显著低于单独镉处理，但所有NAA处理均显著高于单独镉处理。说明镉胁迫促进了ROS的产生和MDA的积累，添加适当浓度外源生长素可抑制因镉胁迫造成的ROS的产生和MDA的积累。
　　5.0.5mg·L-1Cd降低了玉米幼苗POD和CAT，略提高SOD，而10μmol·L-1IAA使玉米幼苗叶片SOD、POD和CAT活性提高，但IBA和NAA均使上述3种酶活性降低。另外，3种外源生长素均可显著提高玉米幼苗叶片 Pro含量，并显著降低 GSH含量，10μmol·L-1IAA和10μmol·L-1NAA处理显著增加Car，而10μmol·L-1IBA显著降低Car。相关分析显示，玉米幼苗叶片MDA与POD显著负相关，·O2-产生速率与Pro极显著负相关，但·O2-和H2O2与GSH显著正相关，H2O2含量与Car显著正相关。推测外源生长素作用下引起的POD变化在镉胁迫下玉米幼苗抗氧化系统中有重要的作用，其所引起的Pro的积累、GSH和Car的减少有利于活性氧的清除。

目录

封面

声明

目录

中文摘要

英文摘要

第一章 文献综述

1.1 Cd污染现状

1.2 Cd在植物体内的吸收、运输和积累

1.3 Cd对植物的毒害效应

1.4 植物对Cd的抗性及其分子生物学基础

1.5 外源物质对植物重金属毒害效应的影响

第二章 引言

2.1 研究背景

2.2 研究目的与意义

2.3 研究内容

2.4 技术路线

第三章 材料与方法

3.1 实验材料

3.2 实验设计

3.3 实验方法

3.4 数据处理

第四章 结果与讨论

4.1 生长素类物质对镉胁迫下玉米幼苗生长的影响

4.2生长素类物质对玉米幼苗镉及矿质元素的吸收和累积特征

4.3 生长素类物质对镉胁迫下玉米幼苗叶绿素含量和光合特性的影响

4.4 生长素物质对镉胁迫下玉米幼苗氧化-抗氧化系统的影响

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2不足与研究展望

参考文献

致谢

发表论文及参与课题