外源硒缓解烟草镉毒害及基因型差异的机理研究

摘要

镉(Cd)是环境中毒性较强的重金属元素之一，镉胁迫不仅严重影响作物的产量和品质，并且能够通过食物链的富集作用进而危害人类的健康。硒(Se)虽然不是高等植物生长所必须的营养元素，但适量硒能有效的提高植物对各种逆境胁迫的抵抗能力。本研究利用水培和土培实验方法，研究外源硒对镉胁迫下烟草生长、镉吸收与转运、光合特性、营养代谢、活性氧代谢以及烟叶品质等的影响及基因型差异，旨在探讨外源硒对烟草镉毒害的缓解效应及生理机制。本研究主要内容包括：
　　⑴以镉敏感烤烟基因型贵烟1号和耐镉基因型云烟2号为材料，进行盆栽土培试验，研究硒对镉胁迫下烟叶品质的影响及基因型差异。设4个处理：对照；Se,2.5mgkg-1 Se(Na2SeO3)；Cd,3mgkg-1Cd(CdCl2)；Cd+Se,2.5mgkg-1 Se+3 mg kg-1 Cd。结果表明，与对照相比，单独镉处理下，贵烟1号和云烟2号的烟叶总糖含量分别显著增加37.7％和29.3％，但烟碱、总氮、蛋白质含量却分别显著下降25.4％、40.2％、29.3％和23.6％、33.7％、26.4％;烟叶品质重要指标的‘糖碱比’和‘糖氮比’均偏离优质烟叶标准;外源硒显著缓解了镉胁迫对上述生理和品质指标的影响，与单独镉处理相比，贵烟1号和云烟2号的烟叶烟碱、总氮、蛋白质含量分别提高19.6％、44.8％、38.8％和18.5％、31.2％、27.2％，两基因型的‘糖碱比’和‘糖氮比’均趋正常，表明外源硒对镉胁迫下烟草的烟叶品质有明显的改善效应。
　　⑵水培镉、硒组合水培试验，研究了外源硒对镉胁迫下贵烟1号和云烟2号生长的影响及基因型差异，设4个处理:对照（BNS，基本营养液）、BNS+50μM Cd(Cd)、BNS+3μM Se(Se)和BNS+50μM Cd+3μM Se(Cd+Se)，处理7d后取样分析。结果显示，镉胁迫显著抑制烟草幼苗的生长，导致叶片黄化失绿，烟草幼苗的株高、根长以及生物量均显著下降，同时，镉胁迫对两烟草基因型的光合作用也有明显的抑制作用，表现为幼苗的叶绿素含量、净光合速率和PSⅡ原初光能转化效率(Fv/Fm)均显著下降。镉胁迫下外源添加硒(Cd+Se)显著缓解了镉胁迫对烟草幼苗生长的抑制，尤其是对镉敏感基因型贵烟1号的缓解效果更佳，与单独镉处理相比，贵烟1号和云烟2号地上部/地下部干重分别增加54.3％/28.6％和12.5％/15.9％;叶绿素含量、净光合速率和PSⅡ原初光能转化效率(Fv/Fm)分别提高187.3％、43.7％、9.8％和163.4％、38.5％、7.9％。
　　⑶水培镉、硒组合试验，研究了外源硒对镉胁迫下烟草幼苗地上部和地下部镉及其他矿质元素含量的影响。结果显示，单独镉胁迫条件下，与镉敏感基因型贵烟1号相比，耐镉基因型云烟2号的镉含量更高。镉胁迫下外源添加硒(Cd+Se)显著降低植株对镉吸收，与单独镉处理相比，贵烟1号和云烟2号地上部/地下部镉含量分别下降25.7％/37.2％和25.8％/22.1％，且镉敏感基因型贵烟1号下降的更多。此外，镉胁迫显著增加了两基因型地上部和地下部Cu、Fe、Mg的含量，同时降低了Zn、Mn、Ca的含量，而这些元素含量的变化在Cd+Se处理中同样也得到了明显的改善。
　　⑷研究了外源硒对镉胁迫下烟草活性氧清除系统的影响及基因型差异。结果表明，镉胁迫下，两烟草基因型植株O2·-、H2O2以及MDA均大量积累，且镉敏感基因型贵烟1号的积累量比耐镉基因型云烟2号更多。外源添加硒后(Cd+Se)，两基因型烟草叶片中的O2·-、H2O2以及MDA的积累量均显著降低，说明镉胁迫产生的的氧化损伤得到了明显的缓解;同时，Cd+Se处理显著提高植株根和叶片SOD、POD、CAT、APX、GR、GPX等抗氧化酶活性。进一步分析测定ATP酶活性，结果显示，镉胁迫显著抑制两基因型烟草H+-K+-、Na+-K+-和Ca2+-Mg2+-ATP酶的活性;外源添加硒，镉胁迫对3种ATP酶活性的抑制均得到明显的恢复，尤其是对镉敏感基因型贵烟1号的恢复效果更好。

目录

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论文说明

致谢

缩略词表

摘要

第一章 文献综述

1．1 镉胁迫对植物生长发育的影响

1．1．1 镉胁迫对植物生长的影响

1．1．2 镉胁迫对植物体新陈代谢的影响

1．2 植物对镉胁迫的响应

1．2．1 非活性部位对镉的固定作用和区域化解毒机制

1．2．2 外排作用与超富集解读机制

1．2．3 植物体ROS的清除与抗氧化系统

1．2．4 离子交互作用

1．2．5 渗透调节物质的保护作用

1．2．6 植物根系分泌物

1．3 镉胁迫对烟草的影响

1．3．1 镉胁迫对烟草生长的影响

1．3．2 镉胁迫对烟草光合作用的影响

1．3．3 镉对烟草元素吸收的影响

1．4 硒

1．4．1 硒对人体中的作用及影响

1．4．2 硒对植物生长发育影响

1．4．3 硒与重金属胁迫

1．5 本试验的研究目的和意义

第二章 外源硒对镉胁迫下烤烟烟叶品质的影响

2．1 材料和方法

2．1．1 盆栽土培试验

2．1．2 烟碱含量的测定

2．1．3 元素含量的测定

2．1．4 总蛋白和总氮含量的测定

2．1．5 碳水化合物含量测定

2．2 结果与分析

2．2．1 外源硒对镉胁迫下烟叶烟碱和总蛋白含量的影响及基因型差异

2．2．2 外源硒对镉胁迫下烟叶各元素含量的影响

2．2．2 外源硒对镉胁迫下烟叶四种碳水化合物含量的影响

2．2．3 外源硒对镉胁迫下烟叶品质相关指标的影响

2．3 讨论

第三章 外源硒对镉胁迫下烟草生长及光合特性的影响

3．1 材料和方法

3．1．1 幼苗培养、试验设计

3．1．2 生长性状调查

3．1．3 元素含量测定

3．1．4 氨基酸含量测定

3．1．5 可溶性蛋白含量测定

3．1．6 叶绿素含量及光合参数的测定

3．1．7 叶绿素荧光参数测定

3．2 结果与分析

3．2．1 外源硒对镉胁迫下烟草生长的影响

3．2．2 外源硒对镉胁迫下烟草叶绿素含量的影响

3．2．2 外源硒对镉胁迫下烟草光合、荧光参数的影响

3．2．3 外源硒对镉胁迫下烟草镉及其它微量元素积累的影响

3．3 讨论

第四章 外源硒对镉胁迫下烟草活性氧代谢的影响

4．1 材料和方法

4．1．1 幼苗培养、试验设计

4．1．2 O2·-和H2O2组织化学染色

4．1．3 H2O2含量和膜脂过氧化水平的测定

4．1．3 抗氧化酶和ATP酶活性的测定

4．2 结果与分析

4．2．1 外源硒对镉胁迫下不同基因型烟草活性氧累积的影响

4．2．2 外源硒对镉胁迫下不同烟草基因型抗氧化酶活性的影响

4．2．3 外源硒对镉胁迫下不同烟草基因型ATP酶活性的影响

4．3 讨论

参考文献

图表目录

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