柑橘镉胁迫耐受性及其生理研究

摘要

镉(Cd)是动植物非必需的有毒重金属，容易通过土壤-植物体系迁移并进入食物链，对人体健康构成威胁。柑橘作为我国栽植面积最大的果树，部分果园土壤已受到Cd威胁，柑橘的多年生特性增加其累积镉的可能性，从而影响柑橘正常生长发育和果品安全。然而，生产上柑橘植株几乎全部由地下的砧木品种和地上的接穗品种嫁接而成，砧木对土壤Cd的耐受性及其吸收、运输、累积等特性很大程度上决定了整个柑橘植株的相关特性。开展柑橘砧木苗及其嫁接幼树Cd胁迫研究，探索Cd胁迫对砧木生长、细胞膜渗透和光合作用等的影响，以及Cd在植株体内的富集和分布规律，有助于了解柑橘Cd胁迫耐性和Cd在植株器官组织中的累积特点，筛选耐Cd能力强或富集能力弱的柑橘砧木和接穗品种，为柑橘的无公害和绿色生产提供依据。
　　本研究共分三个部分，第一部分为“9种柑橘砧木实生苗的镉耐受性及其迁移富集研究”，第二部分为“4种常用柑橘砧木的镉耐性生理研究”，第三部分为“镉胁迫下2种柑橘嫁接幼树的镉迁移和富集研究”，各部分的研究结果如下。
　　1、9种柑橘砧木实生苗的镉耐受性及其迁移富集研究
　　9种柑橘砧木分别为枳(Poncirus trifoliata)、红橘(Citrus reticulata Blanco cv.Tangerina)、资阳香橙(Citrus junos Sieb.ex Tanaka)、卡里佐枳橙(C.sinensis Osb.×P.trifoliate Raf)、宜昌橙(lchangensis(Ichang papeda)）、枳柚(citrumelo)、枸头橙[Goutou sour orange(C.aurantium L.)]、巴西酸橙[Brazil Sour orange(C.aurantium L.)]和印度酸桔[Cleopatra mandarin(C.reticulate Blanco.)]。以4月龄实生苗为材料，研究镉浓度0 mg·L-1、2.5 mg·L-1、10 mg·L-1、20 mg·L-1、50 mg·L-1、100 mg·L-1(简称Cd0、Cd2.5、Cd10、Cd20、Cd50、Cd100)水培处理下砧木苗生长、植株地上部分和地下部分镉含量，以及镉转移和富集系数，筛选耐镉或对镉吸收少的砧木品种，结果表明:
　　(1)镉胁迫水培30天，Cd0、Cd2.5、Cd10处理的9种柑橘砧木苗均未死亡，其余镉胁迫处理随着Cd浓度的升高死亡率升高，Cd100处理植株全部死亡。
　　(2)镉胁迫抑制幼苗生长，镉浓度越高抑制作用越强;幼苗生长量较对照下降20％时的临界镉浓度大小依次为:印度酸橘＜巴西酸橙＜枳柚＜资阳香橙＜卡里佐枳橙＜枸头橙＜宜昌橙＜红橘＜枳。
　　(3)9种柑橘砧木实生苗地下部分为镉积累主要组织;除Cd50处理，资阳香橙和枸头橙地下部分镉含量显著下降(p＜0.05)外，组织镉含量随处理浓度升高而升高。地下部分镉含量平均是地上部分的48～487倍。
　　(4)9种柑橘砧木实生苗对镉的迁移能力随处理浓度上升而上升，富集能力则呈相反规律。低浓度Cd2.5处理下，迁移系数最低为枳柚0.20％，其次是枳和宜昌橙为0.23％，最高为资阳香橙0.97％;而在高浓度Cd50处理下，迁移系数最低为枳柚1.92％，其次是红橘最低为2.87％，最高为枸头橙达6.71％。低镉胁迫下，枸头橙镉的富集能力是其它品种的1.7-7.7倍。但随着镉浓度的增加，各品种间富集能力差异逐渐降低。
　　(5)总体来看，枳对镉的吸收及富集能力弱，生长受抑制程度低，表现良好耐镉性;枸头橙对镉的吸收及迁移能力较强，生长受抑制程度一般，表现一定耐镉性;资阳香橙和印度酸橘对镉的吸收和富集能力强，生长受抑制程度高，耐性弱;其余5种品种耐性差异特征不显著。
　　2、4种常用柑橘砧木的镉耐性生理研究
　　4种柑橘砧木分别为枳(Poncirus trifoliate)、红橘(Citrus reticulata Blanco cv.Tangerina)、卡里佐枳橙(C.sinensis Osb.×P.trifoliate Raf.)和资阳香橙（CitrusjunosSieb.ex Tanaka）。以4月龄实生苗为材料，研究镉浓度0和2.5 mg·L-1（简称“枳-CK、红-CK、卡-CK和资-CK”和“枳-Cd2.5、红-Cd2.5、卡-Cd2.5和资-Cd2.5”）水培处理下砧木叶片细胞膜透性、光合指标、抗氧化酶活性以及渗透调节物质变化，探索柑橘砧木幼苗耐镉生理机制，结果表明:
　　(1)镉胁迫诱导4种柑橘砧木实生苗叶片膜脂过氧化作用，随处理时间的延长，枳叶片MDA含量呈现上升趋势，红橘、卡里佐枳橙和资阳香橙则表现为先上升后下降。4种柑橘砧木幼苗叶片相对电导率胁迫处理显著高于对照106.4％、8.1％、25.7％和10.1％。
　　(2)镉胁迫后4种柑橘砧木实生苗叶片叶绿素(Chl a、Chl b)含量和叶绿素荧光显著低于对照(P＜0.05)，试验初期叶片叶绿素荧光下降缓慢后期迅速。
　　(3)镉胁迫引起4种柑橘砧木实生苗叶片抗氧化酶活性的变化。SOD、POD和CAT酶活性在试验初期有一定的上升，但随试验处理时间的延长，抗氧化酶活性变化规律不一致。总体而言，试验初期枳SOD和POD酶活性相对较高，后期红橘相对较高。
　　(4)镉胁迫导致4种柑橘砧木实生苗叶片细胞膜透性物质脯氨酸和可溶性蛋白质含量发生变化。脯氨酸含量上升的有枳、红橘和卡里佐枳橙，而资阳香橙则表现为先上升后下降;4种柑橘砧木可溶性蛋白质变化各异，枳表现为上升，红橘和资阳香橙呈先上升后下降，而卡里佐枳橙无明显变化。
　　3、镉胁迫下2种柑橘嫁接幼树的镉迁移和富集研究
　　2种嫁接幼树为卡里佐枳橙砧(C.sinensis Osb.×P.trifoliate Raf.)凤晚脐橙（Citrus sinensis Osbeck'Fengwan'）和卡里佐枳橙砧(C.sinensis Osb.×P.trifoliateRaf.)兴津温州蜜柑(Citrus unshiu cv.Okitsu wase)。研究土壤镉处理0 g/2m2、15g/2m2、30 g/2m2、60g/2m2（简称CK、Cd1、Cd2、Cd3）后柑橘嫁接树不同器官的富集及迁移规律，结果表明:
　　(1)2种柑橘嫁接幼树叶片镉含量随处理时间的延长呈上升趋势;试验结束时，Cd1、Cd2、Cd3处理下风晚脐橙叶片镉含量为兴津温州蜜柑的2.9、2.7和2.1倍。
　　(2)2种柑橘嫁接幼树组织镉富集量表现为根系＞叶片＞木质部＞韧皮部＞果皮＞果肉，所有处理果肉镉含量均未超标(0.05 mg·kg-1FW)。
　　(3)通过果肉和土壤镉含量推算符合国家卫生标准的柑橘果实(＜0.05mg·kg-1FW)的土壤镉阈值分别为:风晚脐橙果园土壤全镉7.6 mg·kg-1，有效镉含量为5.7 mg·kg-1;兴津温州蜜柑全镉22.2 mg·kg-1，有效镉含量为17.9 mg·kg-1。

目录

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论文说明

摘要

第1章 文献综述

1．1 土壤重金属镉污染概况

1．1．1 土壤重金属镉污染分布情况

1．1．2 土壤重金属镉的来源

1．1．3 我国柑橘园镉污染概况

1．2 重金属镉危害

1．2．1 镉污染对土壤微生物影响

1．2．2 镉污染对植物的毒害

1．2．3 镉污染对人体的危害

1．3 植物对镉的吸收和积累

1．3．1 植物对镉的吸收和转运

1．3．2 植物对镉的积累和分布

1．4 植物对镉胁迫的抗性机理研究

1．4．1 植物氧化应激降低镉毒害研究

1．4．2 植物区室化作用降低镉毒害研究

1．4．3 植物对镉螯合作用机理研究

第2章 绪论

2．1 研究背景及意义

2．2 研究目的

2．3 研究的主要内容

2．4 拟解决的关键问题

2．5 预期结果

第3章 9种柑橘砧木实生苗的镉耐受性及其迁移富集研究

3．1 材料与方法

3．1．1 试验所用砧木材料

3．1．2 砧木实生苗的水培

3．1．3 柑橘砧木苗的镉胁迫处理

3．1．4 样品采集与样品前处理

3．1．5 植株生长指标测定方法

3．1．6 柑橘组织镉含量测定方法

3．1．7 数据统计与分析

3．2 结果与分析

3．2．1 镉胁迫对柑橘砧木苗死亡率的影响

3．2．2 镉胁迫对植株生物量增量比率的影响

3．2．3 柑橘砧木耐镉临界浓度

3．2．4 镉胁迫对柑橘砧木组织镉含量的影响

3．2．5 镉胁迫对柑橘砧木组织镉积累量的影响

3．2．6 镉胁迫对9种柑橘砧木幼苗镉迁移及富集效率的影响

3．2．7 9种砧木镉耐性聚类分析

3．3 讨论

3．4 结论

第4章 4种常用柑橘砧木的镉耐性生理研究

4．1 材料与方法

4．1．1 试验设计

4．1．2 试验材料及培养

4．1．3 样品采集

4．1．4 柑橘叶片细胞膜透性指标测定方法

4．1．5 叶片光合指标测定方法

4．1．6 柑橘叶片抗氧化酶活性测定

4．1．7 柑橘叶片渗透调节物质测定

4．1．8 数据统计与分析

4．2 结果与分析

4．2．1 镉胁迫对柑橘砧木实生苗叶片细胞膜透性的影响

4．2．2 镉对柑橘砧木实生苗叶片光合作用的影响

4．2．3 镉胁迫对柑橘砧木实生苗叶片抗氧化酶活性的影晌

4．2．4 镉胁迫对柑橘砧木叶片渗透调节物质的影响

4．3 讨论

4．4 结论

第5章 镉胁迫下2种柑橘嫁接幼树镉迁移和富集研究

5．1 材料与方法

5．1．1 试验材料与镉处理

5．1．2 样品采集

5．1．3 样品前处理方法

5．1．4 样品镉含量测定方法

5．1．5 数据统计与分析

5．2 结果与分析

5．2．1 柑橘叶片镉累积规律

5．2．2 镉胁迫对柑橘不同组织镉含量的影响

5．2．3 土壤镉含量的阈值

5．2．4 果实成熟时土壤中镉含量的差异

5．3 讨论

5．4 结论

参考文献

致谢