氯化镉对霞多丽(Vitis vinifera)幼苗生理影响及镉的形态分布

摘要

镉(Cadmium)是一种剧毒、迁移性强、易积累的重金属元素。近年来,由于环境污染、农药和化肥等化工产品的长期大量使用以及不当的管理方式(如污水灌溉、污泥和矿渣改土、使用含Cd的有机肥料等),很多农业用地已受到不同程度的镉污染,其中以蔬菜用地和果园用地较为严重。
　　 土壤镉污染可以直接导致植物呼吸强度降低,叶绿素合成受阻,光合作用减弱,核酸和蛋白质合成受阻,抑制气孔开放,影响水分代谢,干扰叶片氮代谢,扰乱营养元素吸收平衡,造成植物新陈代谢混乱,养分失调,植物正常生长发育受阻,进而造成农产品品质下降,减产甚至绝收,给农户带来严重的精神和经济损失。更重要的是,镉还可以通过植物进入食物链,对人和动物的健康造成威胁。人或动物若长期食入受污染植物或农产品,镉会在人体和动物体积累,进而引发骨质疏松,骨痛病,肾损伤等一系列病症,并具有极强的致癌、致畸作用。
　　 霞多丽(Chardonnay的音译,又译:莎当尼)原产自勃根第,是目前全世界最受欢迎的酿酒葡萄,属早熟型品种。由于适合多种类型气候,耐冷,产量高且稳定,容易栽培,几乎已在全球各产酒区普遍种植。随着葡萄酒行业在我国的蓬勃发展,霞多丽作为我国主栽酿酒品种之一,面临着多种多样的病虫害侵害和自然灾害(冻害、旱涝)威胁,为了提高霞多丽葡萄品质,生产优质葡萄酒,葡萄抗性砧木嫁接栽培也成为研究热点。
　　 基于上述认识,本课题采用霞多丽(Chardonnay)自根苗和嫁接苗为试材,通过添加外源镉和镉吸收抑制剂,探讨镉对葡萄的毒害机理以及自根苗和嫁接苗对镉毒害的响应,以及氯化钙对氯化镉吸收和毒害作用的抑制缓解效果,为葡萄科学栽培和生产无公害产品提供参考和理论依据。
　　 本实验以霞多丽自根苗、霞多丽砧SO4、霞多丽砧5BB为试材,采用CdCl2·H2O+1/2Hoagland根部灌入的方法,研究了镉对霞多丽幼苗的生理影响及其形态积累分布。结果表明:①高浓度的镉(3mmol/L)可以抑制霞多丽幼苗的萌发、节间伸长和变粗、新梢的伸长,减小叶面积,显著降低新梢的生长速率。
　　 ②不同浓度镉处理对霞多丽幼苗的抗氧化酶活性影响不同。低镉(0.5、1mmol/L)可以刺激酶的表达,提高酶活性和根系活力,增加可溶性蛋白含量和氧自由基产生速率,降低MDA含量,高镉(4mmol/L)则起到抑制作用。酶活性降低,可溶性蛋白和自由基产生速率下降,MDA含量上升,引起植物体内ROS大量积累,造成氧化伤害。
　　 ③1mmol/L镉胁迫下,随着处理时间的延长,霞多丽幼苗的保护酶活性和相对电导率呈先升后降趋势,在镉胁迫3d时,SOD和POD酶反应灵敏,活性升高显著,是主要清除活性氧的酶类,在处理7d后,CAT和APX活性开始升高,表明二者是协助清除酶类。
　　 ④镉在霞多丽幼苗中的积累规律为根＞茎＞叶柄＞叶片＞新梢。这体现了霞多丽幼苗根茎对镉的强截留作用。镉在霞多丽幼苗根系和叶片中的亚细胞分布规律为细胞壁＞可溶性部分＞细胞器。细胞壁中积累50％以上的镉,可能是霞多丽幼苗对镉耐性机制之一。
　　 ⑤在霞多丽幼苗根系中,镉主要是以氯化钠提取态存在。其次为乙酸提取态,再次为盐酸提取态、乙醇提取态,去离子水提取态含量最少。随着处理浓度的增加,各提取态含量变化不一,其中氯化钠提取态和乙酸提取态呈现上升趋势。
　　 ⑥氯化镉胁迫下,霞多丽幼苗根系中硝态氮和氨态氮含量显著降低,叶片中两种形态氮含量的升高,可能是因为镉降低幼苗根系活力和硝酸还原酶活性,降低霞多丽幼苗根系对硝态氮和铵态氮的吸收,干扰氮代谢,阻止氮同化作用引起,造成叶片中大量铵态氮的积累,从而引发铵中毒。
　　 ⑦添加外源钙可以明显抑制镉的吸收和运输,提高根系中氯化钠提取态含量,促进根系活力和保护酶表达,增加可溶性蛋白含量,降低MDA含量,起到了明显的缓解毒害效应,其中添加5mmol/L,CaCl2时效果更佳。

目录

文摘

英文文摘

第1章 引言

1.1 镉的认识

1.2 霞多丽

第2章 文献综述

2.1 我国土壤污染现状

2.2 镉对植物的生理形态毒害

2.2.1 镉对植物生长发育形态的影响

2.2.2 镉对植物体内保护系统的影响

2.2.3 镉对植物氮代谢的影响

2.3 镉在植物体内的存在形态及累积分布

2.3.1 镉在植物体内存在的化学形态

2.3.2 镉在植物体内的积累分布

2.4 植物对镉的耐性机制

2.4.1 限制镉的吸收和转运

2.4.2 细胞壁对镉的固定作用

2.4.3 螯合作用

2.4.4 液泡的区室化作用

2.5 添加外源物质对镉毒害的缓解

第3章 实验材料与方法

3.1 试验材料

3.2 实验设计

3.3 实验方法

3.3.1 主要指标测定方法

3.3.2 实验试剂与器材(见附表3、4)

3.4 数据分析

第4章 实验结果与分析

4.1 氯化镉对霞多丽幼苗生长的影响

4.1.1 氯化镉对霞多丽幼苗萌芽及新梢生长的影响

4.1.2 氯化镉对霞多丽幼苗节间粗度的影响

4.1.3 氯化镉对霞多丽幼苗第五节叶片面积的影响

4.2 不同浓度CDCL2处理对霞多丽/SO4嫁接苗的影响

4.2.1 不同浓度镉处理对根系活力的影响

4.2.2 不同浓度镉对叶片中可溶性蛋白、MDA、O2-产生速率的影响

4.2.3 不同浓度镉对叶片中抗氧化酶活性的影响

4.3 霞多丽两种嫁接幼苗随镉处理时间的生理变化

4.3.1 根系活力的变化

4.3.2 根系和叶片相对电导率的变化

4.3.3 叶片中可溶性蛋白含量的变化

4.3.4 叶片保护酶活性的变化

4.4 镉在霞多丽幼苗中存在形态及分布

4.4.1 镉在霞多丽幼苗器官中的分布规律

4.4.2 镉在霞多丽自根苗各器官中的积累

4.4.2 镉在霞多丽自根苗亚细胞中的分布

4.4.3 镉对霞多丽幼苗根系和叶片中NO3-N和NH4-N影响

第5章 讨论

5.1 镉对霞多丽幼苗的生长发育的影响

5.2 镉对霞多丽幼苗抗氧化系统的影响及其毒害缓解

5.3 镉在霞多丽幼苗中的积累形态及亚细胞分布

第6章 结论

参考文献

论文说明:缩略词

附录

致谢

硕士期间发表论文情况