绵毛水苏对Cd和NaCl的生理响应及K+、Na+、Cd2+亚细胞分布研究

摘要

随着城市化和工业化的不断推进，城市中的工业区、苗圃、河道和绿地土壤同时存在镉(Cd)和盐渍化污染的双重威胁。发掘既耐盐又能积累Cd的优质植物资源、探究盐分对植物吸收积累Cd的影响机制，可为盐分和Cd复合污染区域植被的恢复和重建提供理论依据和实践基础。因此，本试验选择具有一定耐盐性和抗重金属潜力的多年生草本植物绵毛水苏（Stachys lanata）为研究材料，采用盆栽试验法，系统地研究了4个梯度氯化钠(NaCl)(0、0.1％、0.2％、0.3％)和不同浓度Cd2+(0、10、30、50mg·kg-1)单一及复合处理，对绵毛水苏幼苗生长、主要渗透调节物质含量、抗氧化酶活性、光合生理及钾(K+)、钠(Na+)、Cd2+吸收、转运和亚细胞分布的影响。研究表明:
　　(1)0.1％oNaCl和10mg/kg Cd2+胁迫，对绵毛水苏幼苗干重、株高、根表面积、根体积和根系平均直径具有一定促进效益，但0.3％NaCl和50mg/kg Cd2+复合处理对绵毛水苏幼苗的生长具有明显抑制作用，且NaCl和Cd2+对根系的伤害作用具有协同效应。
　　(2)NaCl和Cd2+单一及复合处理，丙二醛含量和相对电导率增加;0.2％NaCl和≤30mg/kg Cd2+处理，可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量增加，超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性上调，表明绵毛水苏通过增加主要渗透调节物质的含量和提高3大抗氧化酶活性，来维持渗透平衡和活性氧代谢平衡。
　　(3)NaCl胁迫下，绵毛水苏幼苗净光合速率（Pn）、气孔导度(Gs)、胞间二氧化碳浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)逐渐下降，且气孔限制是光合速率下降的主要原因;随NaCl浓度的增加最大光化学效率(Fv/Fm)、有效光化学效率(Fv'/Fm')、实际光化学效率(ΦPSⅡ)、光合电子传递速率(ETR)和光化学淬灭系数(qP)显著下降(p＜0.05)，表明NaCl胁迫使光系统Ⅱ(PSⅡ)复合体结构受到破坏，光合电子传递速率下降，光能转换受阻。Cd2+胁迫下叶绿素含量增加，Pn和Tr逐渐上升，Cd2+胁迫下Fv/Fm、Fv'/Fm'、ΦPSⅡ、qP和ETR呈先升后降趋势，30mg/kg Cd2+处理以上参数有最大值，表明绵毛水苏对Cd2+具有一定的光合适应性。0.3％NaCl和50mg/kg Cd2+复合处理下，除非光化学淬灭系数(NPQ)外各叶绿素荧光参数值均低于对照(CK)且低于单一NaCl和Cd处理，表明NaCl和Cd对绵毛水苏幼苗PSⅡ具有协同毒害效应，且NaCl是主要毒害因子。
　　(4)绵毛水苏吸收的K+、Na+、Cd2+主要积累在根部;NaCl胁迫下，K+、Na+、Cd2+含量上升，表明NaCl促进了绵毛水苏对K+、Na+、Cd2+的吸收;绵毛水苏幼苗叶和根中K+和Na+亚细胞分布顺序为可溶组分(F3)＞细胞壁(F1)＞＞细胞器(F2);Cd2+在叶片中的分布顺序为F3＞F1＞F2，根部的分布顺序为F1＞F3＞F2，表明绵毛水苏吸收的K+、Na+、Cd2+主要积累在细胞壁和可溶组分中。
　　综上认为，绵毛水苏具有一定耐盐性和抗Cd性，在土壤中NaCl≤0.2％和Cd2+≤30mg/kg的复合污染区可以正常生长且保持较大的生物量，可作为绿化草本应用于Cd污染的盐土区域。

目录

声明

摘要

1文献综述

1．1城市土壤镉污染和盐渍化概况

1．1．2城市土壤盐渍化污染概况

1．1．3城市土壤镉与盐渍化复合污染概况

1．2园林植物抗镉性研究进展

1．2．1镉对园林植物的影响

1．2．2园林植物对镉胁迫的抗性机制

1．3园林植物耐盐性研究进展

1．3．1盐胁迫对园林植物的影响

1．3．2园林植物对盐胁迫的耐性机制

1．4镉与盐复合胁迫对园林植物吸收Cd的影响

1．5绵毛水苏的生物学特性及研究现状

2研究的目的、意义和研究内容

2．1研究的目的、意义

2．2研究内容、材料和方法

2．2．1研究内容

2．2．2试验材料

2．2．3试验设计

2．2．4测定指标及方法

2．2．5数据处理

3结果与分析

3．1 Cd2+和NaCl对绵毛水苏生长的影响

3．1．2 Cd2+和NaCl对绵毛水苏根系形态参数的影响

3．1．3 Cd2+和NaCl对绵毛水苏对干重和株高的影响

3．2．2 Cd2+和NaCl对绵毛水苏相对电导率的影响

3．3 Cd2+和NaCl对绵毛水苏主要渗透调节物质含量的影响

3．3．2 Cd2+和NaCl对绵毛水苏可溶性蛋白含量的影响

3．3．3 Cd2+和NaCl对绵毛水苏游离脯氨酸含量的影响

3．4 Cd2+和NaCl对绵毛水苏3大抗氧化酶活性的影响

3．4．2 Cd2+和NaCl对绵毛水苏POD活性的影响

3．4．3 Cd2+和NaCl对绵毛水苏CAT活性的影响

3．5 Cd2+和NaCl对绵毛水苏光合生理的影响

3．5．2 Cd2+和NaCl对绵毛水苏气体交换参数的影响

3．5．3 Cd2+和NaCl对绵毛水苏叶绿素荧光参数的影响

3．6 Cd2+和NaCl对绵毛水苏吸收、转运K+、Na+和Cd2+的影响

3．6．2 Cd2+和NaCl对绵毛水苏Cd含量及Cd富集特征的影响

3．7 Cd2+和NaCl对绵毛水苏叶和根K+、Na+、Cd2+亚细胞分布的影响

3．7．2 Cd2+和NaCl胁迫下绵毛水苏叶和根Na+亚细胞分布特征

3．7．3 Cd2+和NaCl胁迫下绵毛水苏叶和根Cd2+亚细胞分布特征

4讨论

4．1 Cd和NaCl对绵毛水苏生长及生理的影响

4．2 Cd和NaCl对绵毛水苏吸收和转运K+、Na+、Cd2+及离子亚细胞分布的影响

5结论与展望

5．1结论

5．2展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的文章