冬小麦对土壤钼污染的响应及其耐钼机制研究

摘要

钼是植物、动物和微生物必需的微量元素之一，同时也是非常重要的战略资源。目前对钼的研究主要集中在钼缺乏对农作物产量与品质的影响，事实上，钼污染对生态系统的影响也不容忽视，土壤中过量的钼可通过食物链传递导致动物或人体病害。研究植物对土壤钼污染的响应特征及其耐高钼的调控机制，不仅可为钼耐性植物及钼超富集植物的筛选提供理论指导，也可为土壤钼污染修复提供技术支撑。本文通过土壤培养和营养液培养试验研究了冬小麦对土壤钼污染的响应特征及其耐钼的生理机制。主要研究结果如下:
　　1.采用土壤培养和营养液培养试验研究了不同钼水平对冬小麦生长发育的影响。结果表明:轻度钼污染（添加钼量0.15～500 mg·kg-1）对冬小麦产量影响不显著，严重钼污染（添加钼量1000～2000 mg·kg-1）显著抑制产量的形成。随钼污染水平的提高，冬小麦叶绿素含量、净光合速率(Pn)、蒸腾速率（Tr）、气孔导度(Gs)呈下降趋势，而胞间CO2浓度(Ci)和Gs呈下降趋势，推测钼污染条件下气孔限制可能是Pn下降的原因之一;随着钼污染水平的提高，叶绿素a/b值呈上升趋势，推测叶绿素a向叶绿素b转化受阻。钼过量可引起内囊体排列紊乱，线粒体嵴变形;极端钼污染条件下（3000～4000 mg·kg-1）冬小麦不能完成其生命周期。
　　2.采用土壤培养试验，研究了钼污染条件下冬小麦对钼的吸收与分配规律。结果表明:钼污染条件下，冬小麦各部位钼含量高低顺序为根＞叶片＞茎＞颖壳＞籽粒;随着钼污染水平的提高，钼在籽粒和颖壳等生殖器官中累积分配比例下降，在一定范围(100～1000 mg·kg-1)冬小麦地上部的钼更多积累于茎中，严重钼污染下(1000～2000 mg·kg-1)叶片成为过量钼的积累部位，推测随钼水平的提高钼从营养器官向生殖器官的转移的比例降低，但冬小麦籽粒中钼含量仍可高达6.43～320.19μg·g-1，人体健康风险指数为0.98～48.67，且籽粒中钼含量与土壤有效钼呈现指数相关的关系，方程为y=0.942e0.009x(r=0.881 p＜0.01)，说明钼污染条件下的冬小麦通过食物链威胁人体健康的风险较大。
　　3.采用土壤培养和营养液培养试验初步研究了冬小麦耐高钼污染的生理机制。结果表明:钼污染条件下，冬小麦细胞壁和液泡钼含量和分配比例显著提高，表明冬小麦吸收的过量钼主要分布在细胞壁和液泡中，这可能是冬小麦耐高钼的原因之一;冬小麦的MDA含量随钼水平的提高呈现上升趋势且与适量施钼(0.15 mg·kg-1)相比差异显著，推测随着钼污染水平提高膜结构会有一定程度损伤，细胞膜结构完整性易被破坏;同时脯氨酸含量呈现先升高后下降的趋势，推测轻度钼污染条件下冬小麦可通过脯氨酸的积累降低细胞水势，维持体内水分平衡，保持植物正常生长，重度钼污染条件下由于细胞膜氧化损伤而对脯氨酸合成有一定的抑制作用;随着钼污染水平的提高，冬小麦抗氧化酶(SOD、POD、CAT、APX)活性基本稳定，推测其活性氧清除系统尚未被破坏，这可能也是冬小麦耐高钼污染的原因之一。
　　4.采用营养液培养试验研究过量钼对冬小麦代谢物质变化的影响。结果表明:过量钼产生的差异代谢物主要包括有机酸、脂肪酸、氨基酸及植物激素等几类化合物，参与冬小麦TCA循环、脂肪酸代谢、氨基酸代谢和植物信号传导等生物过程;钼污染条件下，苹果酸、花生四烯酸、皮质脂酮、雄甾酮、MG、DG、cAMP、茉莉酸甲脂、γ-氨基丁酸等化合物含量变化幅度较大，可作为冬小麦耐受过量钼胁迫的候选代谢标识物，需在后续研究中逐步进行验证和分析。

目录

论文说明

声明

摘要

缩略词表(ABBREVIATION)

1 文献综述

1．1 土壤中钼的生物有效性

1．2 植物对钼的吸收、转运和分配

1．3 植物钼污染研究进展

1．3．1 我国土壤钼污染现状及其生态风险

1．3．2 我国钼污染对植物生长发育的影响

1．3．3 钼对植物毒害阈值及其影响因素

1．3．4 植物对钼污染的耐性机制

2 研究背景、目标、内容及技术路线

2．1 研究背景和意义

2．2 研究目标

2．3 研究内容

2．4 技术路线

3 钼污染对冬小麦生长发育的影晌

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 供试材料

3．2．2 试验方案

3．2．3 测定项目及方法

3．2．4 数据处理

3．3 结果与分析

3．3．1 钼污染对冬小麦长势的影响

3．3．2 钼污染对冬小麦产量的影响

3．3．3 钼污染对冬小麦产量构成因子的影响

3．3．4 钼污染对冬小麦叶绿素含量的影响

3．3．5 钼污染对冬小麦光合作用参数的影响

3．3．6 钼污染对冬小麦叶绿体、线粒体超微结构的影响

3．4 讨论

3．5 小结

4 冬小麦对过量钼的吸收与分布

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．2．1 供试材料

4．2．2 试验设计与方法

4．2．3 测定项目及方法

4．2．4 数据处理

4．3 结果与分析

4．3．1 钼污染对冬小麦各部位钼含量的影响

4．3．2 钼污染对冬小麦地上部钼累积量的影响

4．3．3 钼污染对冬小麦各器官钼累积分配比率的影响

4．3．4 钼污染对人体健康危害的风险估计

4．4 讨论

4．5 小结

5 冬小麦耐高钼的生理机制研究

5．1 引言

5．2 材料与方法

5．2．1 供试材料

5．2．2 试验设计与方法

5．2．3 测定项目及方法

5．2．4 数据处理

5．3 结果与分析

5．3．1 钼污染对冬小麦亚细胞钼含量的影响

5．3．2 钼污染对冬小麦花青素含量的影响

5．3．3 钼污染对冬小麦巯基含量的影响

5．3．4 钼污染对冬小麦膜脂氧化程度的影响

5．3．5 钼污染对冬小麦抗氧化酶活性的影响

5．3．6 钼污染对冬小麦渗透调节物质的影响

5．4 讨论

5．5 小结

6 冬小麦LC-MS代谢组学分析

6．1 引言

6．2 材料与方法

6．2．1 供试材料

6．2．2 试验设计与方法

6．3 数据信息及分析内容

6．3．1 基本信息

6．3．2 材料试剂

6．3．3 样本处理

6．3．4 LC／MS分析

6．3．5 数据分析内容

6．4 原始色谱图的可视化检查

6．5 多元统计分析

6．5．1 PCA分析

6．5．2 PLS-DA分析

6．5．3 OPLS-DA分析

6．5．4 N-E之间差异性代谢产物的挖掘及鉴定

6．6 总差异物代谢通路归属分析

6．7 结果讨论

6．8 小结

7 全文总结

8 展望

参考文献

攻读硕士学位期间已发表和待发表论文

致谢