不同辣椒品种镉积累差异及外源物质对镉富集的调控效应

摘要

重金属微量元素镉(Cadmium，Cd)在自然界广泛存在，在Cd、Hg、As、Cr、Pb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种具全球性意义的危险化学物质中Cd被列为首位。目前我国受Cd等重金属污染的耕地面积近2000万hm2，约占总耕地面积的1/5。土壤中Cd含量的增加，严重影响农作物的生产及食用安全。辣椒(CapsicumannumL.)是人们较喜欢的蔬菜和调味品，为高Cd富集的一类蔬菜，辣椒Cd超标在影响辣椒口感、降低其营养价值和品质的同时，还会影响人体健康。辣椒产品中的Cd含量超标很大程度上限制了无公害辣椒的生产和辣椒产品的出口。由于不同辣椒种类和品种对Cd耐性和富集能力的差异性，为在镉污染土壤上进行农业生产的合理布局提供了依据。目前，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，Cd污染农艺调控方法—叶面控制技术，以不会破坏土壤结构及土壤微生物环境，不容易引发“二次污染”，操作简便，易大规模的运用等优势目前越来越受到研究者的关注。
　　 目前，关于耐镉辣椒品种的筛选及机理的研究报道较少，通过叶面喷施Si、P、Zn对不同辣椒品种Cd吸收和富集影响更是鲜见报道。本文作者研究比较了不同Cd浓度对8个辣椒品种幼苗生长、叶绿素含量、抗氧化酶活性、植株Cd含量和积累量的影响，初步探讨不同品种辣椒对Cd抗性及富集差异及相关生理特性，以期为高抗性、低富集型品种的选育提供资料积累。并探讨了叶面喷施Si、P、Zn对不同辣椒品种Cd吸收和富集影响及叶面控制技术的机理。以期为蔬菜Cd污染防治及提高蔬菜安全性提供理论依据。主要结果如下:
　　 1.液培试验中，Cd(≥20mg·kg-1）对辣椒的生长具有抑制作用，8种辣椒品种的株高、根长和根、茎、叶及总干重随着Cd浓度的增加，均表现出降低趋势，以PE39和PE4品种株高、根长及总干重优于其它品种，但Cd对其影响较大，对品种PE5和PE37影响最小。Cd污染导致辣椒叶片中叶绿素总量下降，随Cd浓度的增加，辣椒叶绿素总含量明显的降低，其中品种PE39叶绿素下降幅度最大，可知该品种叶绿素结构受Cd的影响最大;随着Cd浓度增加，8种辣椒幼苗的POD、CAT和SOD活性随着Cd浓度的增加基本上都表现为上升趋势。8个辣椒品种的根、茎和叶的Cd含量表现为根＞茎＞叶，Cd主要积累于辣椒幼苗的根部，其次是茎,叶积累量最低，8个辣椒品种中以PE39和PE4对Cd的富集能力最强，而PE37和PE5品种对Cd的富集能力较弱。
　　 2.盆栽试验中，在Cd污染土壤(10mg·kg-1)上，叶面喷施有机Si和无机Si(2.5mmol·L-1)对2个辣椒品种的影响不同。喷施Si增加了世农朝天椒果实干重，较对照分别增加了28.1％、11.4％，效果以有机Si＞无机Si，但喷施Si处理反而导致其果实干质量的下降，较对照分别降低了32.3％、55.1％，效果以无机Si＞有机Si;喷施Si提高了辣椒叶片POD和CAT的活性，且效果以有机Si＞无机Si;辣椒果实中不同形态Cd的提取量以FNaCl＞FHAc＞FE＞FHCl＞FW＞Fr。叶面上喷施Si降低了世农朝天椒果实Cd总提取量，但增加了艳椒425的总的Cd提取量;辣椒中Cd积累量以茎＞根和叶＞果实，叶面上喷施Si明显减少Cd在2个辣椒品种果实中富集，艳椒425和世农朝天椒果实Cd积累量降幅分别为19.1％、23.3％和13.4％、26.1％;在相同处理条件下，辣椒果实中Cd的含量和积累量均以艳椒425＞世农朝天椒。
　　 3.盆栽试验中，在Cd污染土壤(10mg·kg-1)上，在辣椒叶面上喷施P(0、0.3％、0.5％)能够促进世农朝天椒的生长，但叶面上喷施P反而抑制了艳椒425的生长;喷施P使2种辣椒叶CAT活性呈先增加后下降的趋势，艳椒425叶SOD及POD活性呈上升趋势，而世农朝天椒2种酶呈下降趋势;辣椒果实中不同形态Cd的提取量以FNaCl＞FHAc＞FE＞Fr＞FHCl＞FW。辣椒叶片上喷P使艳椒425品种Cd提取总量较对照降低，但世农朝天椒反而增加;Cd在辣椒体内的积累为根＞茎＞叶＞果实。在辣椒叶面上喷P（0.3％和0.5％）能降低艳椒425品种果实及其植株对Cd的积累，分别较对照降低了47.7％、58.5％和5.5％、13.1％，喷施0.5％的P使世农朝天椒果实的Cd积累量较对照降低了23.6％。
　　 4.盆栽试验中，在Cd污染土壤（20mg·kg-1）上，辣椒叶面喷施≤400μmol·L-1的Zn时，辣椒的生物量会随着Zn浓度的增加不断升高，但高浓度的Zn(600μmol·L-1)导致辣椒生物量下降;辣椒叶片喷施低浓度Zn时（≤400μmol·L-1）时，其叶片内POD、CAT和SOD酶活性下降，而高浓度Zn(600μmol·L-1)时3种酶的活性有上升趋势;Cd在辣椒果实中的主要存在形式是氯化钠提取态，其次为醋酸提取态，最小的为乙醇和去离子水提取态。叶面上喷施Zn后，果实中的Cd总提取量、乙醇提取态及去离子提取态的Cd含量较对照均有明显的下降;辣椒叶面喷施Zn，降低了辣椒根、茎和果实中Cd含量，与对照相比分别降低了7.5％～28.1％、2.7％～5.4％和7.6％～21.8。

目录

声明

摘要

第1章 文献综述

1．1 前言

1．2 我国农业土壤重金属污染现状

1．3 土壤重金属污染的来源

1．3．1 大气沉降

1．3．2 金属矿开采

1．3．3 污水灌溉

1．3．4 污泥农用

1．3．5 农业活动

1．4 镉污染对土壤-植物系统的危害

1．4．1 镉污染对土壤微生物影响

1．4．2 镉影响植物生长的毒性机理

1．4．3 镉在植物体内的吸收和转运

1．5 镉在植物体内富集特征

1．5．1 镉富集的种间和种内差异

1．5．2 镉在不同器官富集差异

1．5．3 植物对Cd的吸收、累积

1．6 外源物质对植物吸收镉的调控

1．6．1 硅对植株镉吸收的影响及生理效应

1．6．2 磷对植株镉吸收的影响及生理效应

1．6．3 锌对植株镉吸收的影响及生理效应

1．7 结语

第2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3章 不同辣椒品种镉富集差异研究

3．1 材料与方法

3．1．1 供试材料

3．1．2 实验设计

3．1．3 样品的采集与制备

3．1．4 样品分析测定方法

3．1．5 统计分析方法

3．2 结果分析

3．2．1 镉对辣椒幼苗生长的影响

3．2．2 镉对辣椒幼苗叶绿素含量影响

3．2．3 镉对辣椒幼苗抗氧化物酶活性的影响

3．2．4 镉对辣椒幼苗镉吸收和积累的影响

第4章 外源物质对辣椒吸收富集镉的调控机制研究

4．1 材料与方法

4．1．1 供试材料

4．1．2 供试土壤

4．1．3 实验设计

4．1．4 样品的采集与制备

4．1．5 样品分析测定方法

4．1．6 统计分析方法

4．2 结果分析

4．2．1 外源物质硅对辣椒的影响

4．2．2 外源物质磷对辣椒的影响

4．2．3 外源物质锌对辣椒影响

第5章 讨论

第6章 结论

参考文献

致谢

发表论文情况

参与课题情况