杨树和柳树不同品种对Cd胁迫及增施Fe的生理响应

摘要

重金属镉(Cd)是存在于土壤和水体中的普遍污染物，威胁生态系统和人类健康;铁(Fe)是植物的必需的矿质元素之一，对Cd毒害具有一定的缓解作用。杨树和柳树具有遗传资源多样、生态适应性广、速生、生物量大等优良特性，能够吸收和富集重金属，具有重金属污染林木修复的潜力和优势。本研究利用杨树和柳树不同品种开展Cd胁迫和增施Fe肥调控其生长和生理的研究，对于杨树和柳树修复Cd污染及Fe肥调控具有创新性和实践意义。 本研究以50杨(Populus deltoides cv.'55/65')、Og杨(P.Xeuramerican cv.'Og(1)io')及2012杨(P.Xeuramerican cv.'Portugal')3个杨树品种和'Levante'(S.matsudana cv.'Levante')、'79026'(S.viminalis cl.'79026')及'790260'（S.viminalis cl.'790260')3个柳树品种1年生苗的茎干中下部截取15 cm插穗为试验材料，分别通过盆栽土培法和营养液水培法，研究土培下不同Cd处理浓度(50 mg·kg-1、100 mg·kg-1和200 mg·kg-1)及增施Fe（50 mg·kg-1）和营养液（含Fe为25μmol·L-1）水培下不同Cd处理浓度（10μmol·L-1、50μmol·L-1和100μmol·L-1）及增施Fe（25μmol·L-1）对苗木生长、光合相关生理以及根、茎、叶各部分Cd和Fe元素吸收的影响，以期了解杨树和柳树的Cd富集及耐性，明确不同品种对Cd胁迫生长和生理响应的差异，比较不同品种的Cd富集能力，并初步探讨增施Fe促进杨树和柳树Cd富集和耐性的可行性。现得到研究结论如下: 1.杨树和柳树不同品种对Cd胁迫及增施Fe的生长响应 随着Cd处理浓度的增大和处理时间的延长，杨树和柳树苗高、地径和根、茎、叶生物量的增长降低。杨树相同品种不同处理浓度间的差异不显著，增施Fe亦未改变其随着Cd浓度的增大和处理时间的延长而增长减弱的变化趋势。柳树相同品种不同处理浓度间差异显著，在处理后期，增施Fe在生长上观察到了其带来的积极效应，'Levante'在处理28 d时，Cd处理浓度为50μmol·L-1和100μml· L-1下，增施Fe比不增施Fe的苗高分别提高了49.9％和67.23％，地径分别提高了21.18％和12.80％，对应地，根、茎、叶生物量分别提高了24.41％和23.08％、23.08％和48.94％、29.03％和34.06％。 2.杨树和柳树不同品种对Cd胁迫及增施Fe的生理响应 Cd胁迫降低了杨树和柳树叶片叶绿素a和叶绿素b的含量，叶绿素a/b比值增大，Cd对叶绿素b的影响大于叶绿素a。杨树相同品种不同处理浓度间的差异不显著，但增施Fe在高Cd处理浓度时增加了叶片的叶绿素a和叶绿素b的含量，50杨在200 mg·kg-1时增施Fe比不增施Fe的叶绿素a增加了27.94％，叶绿素b增加了56.94％。柳树相同品种不同处理浓度间的差异显著，'Levante'在100 umol·L-1时增施Fe比不增施Fe的叶绿素a增加了32.22％，叶绿素b增加了37.5％。 Cd胁迫降低了杨树和柳树叶片的净光合速率，仅2012杨和'Levante'存在不同Cd处理浓度之间的差异;气孔因素影响净光合速率。增施Fe在一定程度上增加了杨树的净光合速率，相同品种不同浓度之间差异不显著，50杨在Cd浓度为200 mg·kg-1时增施Fe比不增施Fe的净光合速率显著提高了96.15％;在高浓度(100μmol·L-1)时增加了柳树的气孔导度和胞间CO2浓度，'Levante'在Cd浓度为100μmol·L-1时增施Fe比不增施Fe的气孔导度提高了366.67％，差异极显著(P＜0.01);对应地，胞间CO2浓度比不增施Fe增加了30.25％，差异显著（P＜0.05）。 3.杨树和柳树对Cd胁迫及增施Fe下Cd元素富集的响应 随着Cd处理浓度的增大，杨树和柳树根、茎和叶中Cd浓度增加，根中Cd浓度最高，50杨根中最大Cd浓度达1.15 g·kg-1，'Levante'达3.3 g·kg-1。相同Cd处理浓度时，杨树各部位Cd富集浓度排序为:根＞茎＞树皮＞上部叶＞下部叶，柳树为根＞叶＞茎，增施Fe比不增施Fe的茎中Cd浓度及富集量均增加。杨树茎中Cd富集量占整株的比例最高，50杨和2012杨因其生物量较大，整株总Cd富集量比Og杨的大;柳树根中Cd富集量最大，杨树和柳树对Cd的吸收和转运机制不同。 综上表明，Cd胁迫降低了杨树和柳树的苗高、地径生长量以及根、茎、叶和总生物量，叶片叶绿素a和b含量降低，叶绿素a/b比值增加;净光合速率、气孔导度和胞间C O2浓度降低;杨树和柳树根中Cd含量最大，杨树茎中和柳树根中Cd富集量占整株的比例最高;对Cd的富集存在浓度和品种间的差异性。增施Fe对杨树生长无显著影响，但对柳树生长有明显的增长效应;增施Fe增加了杨树和柳树茎中Cd浓度。低浓度和高浓度Cd下增施Fe对杨树和柳树的影响存在品种差异性，基于土壤环境中Cd浓度一般较低的事实，研究低浓度Cd处理对杨树和柳树生长和生理的影响，并通过增施Fe或N等肥料调控杨树和柳树的Cd富集可能更具实践意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．1．1 重金属污染及植物修复

1．1．2 杨树和柳树作为重金属污染土壤植物修复材料的潜力和优势

1．1．3 重金属Cd胁迫及增施Fe下杨柳生长及生理研究进展

1．1．4 Fe元素对植物的重要作用

1．1．5 Cd和Fe交互作用研究进展

1．1．6 Cd胁迫下增施Fe可行性研究进展

1．2 研究目的意义

1．3 研究目标和研究内容

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

1．4 研究技术路线

第二章 研究材料与方法

2．1 试验材料

2．1．1 杨树和柳树品种

2．1．2 杨树和柳树的培养

2．2 性状测定

2．2．1 生长指标

2．2．2 生物量

2．2．3 光合作用参数

2．2．4 叶绿素含量

2．2．5 植株各部位Cd和Fe浓度

2．3 统计方法

第三章 结果与分析

3．1 不同浓度Cd处理及增施Fe对3个杨树品种生长及生理的响应

3．1．1 对3个杨树品种不同时期苗高和地径的影响

3．1．2 对3个杨树品种不同时期根、茎和叶生物量的影响

3．1．3 对3个杨树品种叶片叶绿素含量及叶绿素a／b比值的影响

3．1．4 对3个杨树品种叶片净光合速率、气孔导度和胞间CO2的影响

3．1．5 对3个杨树品种根、树皮、茎、叶Cd和Fe浓度的影响

3．1．6 对3个杨树品种根、树皮、茎和叶及整株Cd富集量的影响

3．2 不同浓度Cd胁迫及增施Fe对柳树品种生长及生理的影响

3．2．1 对3个柳树品种不同时期苗高和地径的影响

3．2．2 对3个柳树品种不同处理时期的根、茎和叶生物量的影响

3．2．3 对3个柳树品种叶片叶绿素含量及叶绿素a／b比值的影响

3．2．4 对3个柳树品种叶片净光合速率、气孔导度及胞间CO2浓度的影响

3．2．5 对3个柳树品种根、茎、叶Cd和Fe浓度的影响

3．2．6 对3个柳树品种根、茎、叶及整株Cd富集量的影响

第四章 结论与讨论

4．1 结论

4．1．1 Cd胁迫及增施Fe对杨树和柳树生长的影响

4．1．2 Cd胁迫及增施Fe对杨树和柳树生理的影响

4．1．3 Cd胁迫及增施Fe对杨树和柳树Cd和Fe元素富集的影响

4．2 讨论

4．2．1 杨树和柳树对Cd胁迫及增施Fe下生长的响应

4．2．2 杨树和柳树对Cd胁迫及增施Fe下光合相关生理的响应

4．2．3 杨树和柳树对Cd胁迫及增施Fe下Cd元素富集的响应

4．3 展望

参考文献

在读期间的学术研究

致谢