镧、硒对镉胁迫下番茄、黄瓜产量品质及Cd含量的调控作用

摘要

镉(Cadmium，Cd)在自然界广泛存在，是一种重金属微量元素，也是土壤重金属主要污染物。在Cd、Hg、 As、Cr、Pb这五种重金属污染物中，Cd被列为首位，在联合国环境规划署提出的12种最具全球性意义的危险化学物质中Cd被列首位。据统计全球由工业废弃物、肥料施用及汽车尾气等释放到环境中的镉高达30000 t/年，其中进入到土壤中的镉占82％～94％。在中国，由工业废弃物排放到环境中的镉总量可达680 t/年，镉含量超过国家土壤环境质量二级标准的菜园土壤约占24.1％。镉已成为土壤和蔬菜重金属污染的主要种类之一。土壤Cd污染的治理包括工程法、植物修复法和农艺调控法等。近年来，利用竞争性阳离子与Cd2+的拮抗效应来抑制镉吸收或转移到作物可食部位中的农艺调控方法，已逐渐成为镉污染治理研究的焦点。镧(La)属于镧系元素，为稀土金属中最活泼的金属之一。硒(Se)是人体不可缺少的微量元素，硒缺乏或过量均会使人体产生多种病症，适量硒对人体有抗癌作用。目前，国内外对镧、硒与镉的交互作用研究较多，一般认为镧、硒对镉、铅、汞等重金属元素有拮抗作用。适宜浓度的镧、硒能缓解重金属对植物的毒害，提高植物抗逆境能力。但硒与镉之间的交互作用因报道不一，仍无定论。
　　番茄（Lycopersicon esculintum Mill.）和黄瓜（Cucumis sativus L.）是人们最常食用也是最喜爱的两种蔬菜，它们富含丰富的营养物质，但同时我们前期试验发现番茄、黄瓜果实中均能富集较高的重金属Cd，其含量远远高于国家对蔬菜中镉的限量标准(0.05 mg·L-1)。番茄和黄瓜Cd超标不仅严重影响口感和营养品质，还会通过食物链影响人体健康。在前期试验基础上，本文作者研究比较了2个番茄品种(4641和渝粉109)和2个黄瓜品种（燕白和津优1号）在土壤Cd污染(20mg·kg-1)环境下，叶面喷施LaCl3（0、10和20 mg·L-1）和Na2SeO3（0、0.5和1.0 mg·L-1)，对它们的生长发育、产量品质以及果实Cd形态和Cd积累量的影响，旨在为镉污染土壤上蔬菜生产的合理布局提供了理论依据。主要结果如下:
　　1.喷施La增加了2个番茄品种的植株、果实、根、茎及叶的干重。随La浓度增加，2个品种番茄根CAT活性、4641的根和叶SOD和POD活性先下降，在10 mg·L-1 La时达到最低值;随La浓度增加，4641叶CAT活性呈现降低趋势，渝粉109叶CAT和SOD活性则呈现上升趋势。番茄果实中的Cd以氯化钠提取态(FNaCl)＞乙醇提取态Cd(FE)＞醋酸提取态Cd(FHAC)＞盐酸提取态Cd(FHCl)＞残渣态Cd(FR)＞水提取态Cd(FW)。适量的La减少了番茄果实中Cd总提取量和各形态Cd含量。番茄Cd积累量以叶＞茎＞果实＞根。叶面喷施La使番茄叶、茎、根和果实中的Cd含量分别降低了13.7％～31.9％、9.5％～30.6％、10.8％～44.5％和19.4％～37.0％。无论喷La与否，果实的Cd含量及积累量以4641＞渝粉109，植株Cd总积累量以4641＜渝粉109。喷施外援La对2番茄品种的果实品质（维生素C、氨基酸、还原糖和硝酸盐）有一定程度上的影响，除了渝粉109的果实中维生素C含量和氨基酸含量以及2个番茄品种的果实中硝酸盐含量在20 mg·kg-1LaCl3时低于对照处理外，其余各品质在La处理下都要高于对照处理。
　　2.外源La提高了2个黄瓜品种叶和根的抗氧化酶（CAT、SOD和POD）的活性，增加了2个品种的叶、茎、根、果实干质量及植株总干质量。La对津优1号植株干物质量的影响大于燕白。外源La使黄瓜叶和根抗氧化酶活性升高可能是植株对镉的抗性增强、干质量增加的生理机制之一。La减少了2个品种果实中总Cd含量和不同形态Cd含量，但随着La浓度的增加，2个品种果实总Cd含量和残渣态Cd(FR)含量表现为先降后升的趋势。外源La使黄瓜叶、茎、根和果实中的Cd含量分别降低了6.0％～10.2％、8.9％～23.5％、4.0％～29.2％和32.0％～49.8％。喷La后，单株果实的Cd含量和Cd积累量、植株Cd全量均以津优1号＞燕白。随着La浓度的增加，2黄瓜品种的维生素C含量和燕白的果实中氨基酸含量也增加;燕白的果实中硝酸盐含量和津优1号的果实中氨基酸含量先上升后下降;2个黄瓜品种的果实中还原糖百分含量和津优1号的硝酸盐含量呈先下降后上升的趋势。
　　3.叶面喷施Se后，番茄植株总干重及根、茎、叶、果实均表现出先增后降趋势，在10 mg·L-1时到达最高值。2个番茄品种叶和根的CAT、SOD和POD活性呈现不同变化趋势。果实中的不同形态Cd的平均含量以氯化钠提取态（FNaCl）＞乙醇提取态Cd(FE)＞残渣态Cd(FR)＞醋酸提取态Cd(FHAC)＞盐酸提取态Cd(FHCl)＞水提取态Cd(FW)。Se可以减少2个番茄品种果实中的Cd总提取量和不同形态Cd含量，随着Se浓度的提高，2个番茄品种果实Cd总提取量呈现先下降后上升的趋势，在10mg·kg-1浓度时到达最低值，降幅达到8.8％和16.6％。无论喷Se与否，番茄果实中的Cd总提取量均以渝粉109＞4641。Se可以降低番茄叶、茎、根和果实中的Cd含量，降幅分别为7.3％～41.9％、9.8％～30.9％、24.5％～48.5％和14.4％～37.1％。但随Se浓度增加，番茄叶、茎、根和果实Cd含量表现出不同的变化趋势。本试验条件下，在有或无Se的处理中果实的Cd含量及Cd积累量以4641＞渝粉109。喷施Se对2个番茄品种的果实中维生素C含量和氨基酸含量的影响大致相同，均随着Se浓度的增加呈先增后减的规律，对番茄的果实中还原糖百分含量有促进作用，低浓度的Se降低了果实中硝酸盐含量。
　　4.叶面喷施Se后，黄瓜叶、茎、根、果实、植株干重，以及Cd含量和积累量在2个品种之间的差异达到了显著性水平。Se显著增加了两个品种黄瓜的叶、茎、根、果实、植株干重。随着Se浓度的增加，燕白叶的丙二醛(MDA)含量逐渐增加，津优1号叶的丙二醛(MDA)含量逐渐减少;燕白根的丙二醛含量先增后降，津优1号根的丙二醛含量先降后增。喷施Se后，黄瓜叶和根的CAT、SOD和POD活性呈现不同变化趋势。喷施Se降低了2个品种果实中各形态Cd含量。叶面喷施Se使黄瓜叶、茎、根和果实中的Cd含量分别下降了3.2％～17.9％、14.6％～28.2％、5.1％～18.5％和60.6％～75.8％。比较2个供试黄瓜品种，无论是否喷施Se，植株Cd全量均以燕白小于津优1号。供试2个黄瓜品种，喷施Se对其果实的维生素C含量、氨基酸含量、还原糖百分含量和硝酸盐含量产生不同的影响。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 前言

1．2 我国农业土壤Cd污染现状

1．3 土壤Cd污染的来源

1．3．1 工业“三废”

1．3．2 含镉肥料的施用

1．3．3 污水灌溉

1．4 镉对植物生长发育的影响

1．5 镉在植物体中的累积、分布和形态

1．6 镉污染土壤的治理与修复方法

1．6．1 碱性改良剂对土壤镉污染的影响

1．6．2 土施磷钾肥对土壤镉污染的影响

1．6．3 土壤有机质对土壤镉污染的影响

1．6．4 外援物质对植物吸收镉的调控

1．7 展望

第二章 绪论

2．1 研究背景及意义

2．2 研究目标

2．3 研究内容

2．4 技术路线

第三章 La对番茄和黄瓜吸收富集镉的调控机制研究

3．1 材料与方法

3．1．1 供试作物

3．1．2 供试土壤

3．1．3 盆栽试验

3．1．4 测试方法

3．2 La对番茄结果分析

3．2．1 番茄生物量

3．2．2 番茄根和叶的抗氧化酶活性

3．2．3 番茄果实Cd形态及含量

3．2．4 番茄Cd积累量及含量

3．2．5 番茄果实品质

3．3 La对黄瓜结果分析

3．3．1 黄瓜干质量

3．3．2 黄瓜叶和根的丙二醛含量

3．3．3 黄瓜叶和根的抗氧化酶活性

3．3．4 黄瓜果实Cd形态

3．3．5 黄瓜Cd积累量

3．3．6 黄瓜果实品质

第四章 Se对番茄和黄瓜吸收富集镉的调控机制研究

4．1 材料与方法

4．1．1 供试作物

4．1．2 供试土壤

4．1．3 盆栽试验

4．1．4 测试方法

4．2 Se对番茄结果分析

4．2．1 番茄生物量

4．2．2 番茄叶和根的抗氧化酶活性

4．2．3 番茄果实Cd形态及含量

4．2．4 番茄Cd积累量

4．2．5 番茄果实品质

4．3 Se对黄瓜结果分析

4．3．1 黄瓜生物量

4．3．2 黄瓜根和叶的丙二醛含量

4．3．3 黄瓜叶和根的抗氧化酶活性

4．3．4 黄瓜果实Cd形态及含量

4．3．5 黄瓜Cd积累量

4．3．6 黄瓜果实品质

第五章 讨论

5．1 La对不同品种番茄生长发育、产量品质、果实Cd化学形态及Cd积累量的影响

5．2 La对不同品种黄瓜生长发育、产量品质、果实Cd化学形态及Cd积累量的影响

5．3 Se对不同品种番茄生长发育、产量品质、果实Cd化学形态及Cd积累量的影响

5．4 Se对不同品种黄瓜生长发育、产量品质、果实Cd化学形态及Cd积累量的影响

第六章 结论

6．1 外源La对不同品种番茄生长发育、产量品质、果实Cd化学形态及Cd积累量的影响

6．2 外源La对不同品种黄瓜生长发育、产量品质、果实Cd化学形态及Cd积累量的影响

6．3 外源Se对不同品种番茄生长发育、产量品质、果实Cd化学形态及Cd积累量的影响

6．4 外源Se对不同品种黄瓜生长发育、产量品质、果实Cd化学形态及Cd积累量的影响

参考文献

致谢

发表论文情况

参与课题情况