水稻镉高积累材料镉积累及耐性特征研究

发布时间：2019-09-04 09:16

【摘要】：土壤重金属污染是中国乃至全球所面临的严重环境问题之一,其中镉(Cd)以高毒性和强移动性而备受关注。但现有的Cd超积累植物大多具有生物量小、生长缓慢和地域性强等特点,导致其难以大规模推广和应用。水稻Cd高积累材料是一种较理想的土壤Cd污染修复植物,因其具有生物量大、适应性强和遗传稳定等优势,是Cd污染农田潜在植物修复材料之一。本研究以水稻Cd高积累材料为研究对象,Cd低积累材料为对照,通过土培和水培试验,设置不同Cd处理浓度,研究水稻Cd高积累材料对Cd的积累、生理和耐性响应特征,主要研究结果如下：(1)当Cd处理浓度为20mg·kg-1 (Cd20)时,水稻Cd高积累材料(Lu527-8和Lu17-9)各生育期生物量、Cd含量均显著高于Cd低积累材料(Lu527-4)。Lu527-8和Lu17-9地上部和整株生物量随生育期的延长显著上升,具体表现为拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期上升幅度较大。同时,Lu527-8和Lu17-9地上部和整株生物富集量在灌浆期后趋于稳定,而地上部和整株Cd积累速率在灌浆期达最大值。Lu527-8和Lu17-9地上部和整株Cd积累量在拔节期、抽穗期和灌浆期上升显著且整株阶段性Cd积累量在拔节期-抽穗期和抽穗期-灌浆期分别占整个生育时期的15.30%、40.45%和39.70%、20.74%。Lu527-8和Lu17-9整株净化率在灌浆期时分别达4.88%和4.39%,为Lu527-4的2.44倍和2.21倍。水稻Cd高积累材料具有更强的Cd积累能力,灌浆期为水稻Cd高积累材料的最佳收获时期。(2)随着Cd处理浓度的增加,两类水稻材料可溶部分、细胞壁和细胞器Cd含量均显著上升,其中Lu527-8和Lu17-9亚细胞组分Cd含量显著高于Lu527-4。Lu527-8和Lu 17-9根部亚细胞组分Cd含量表现为可溶部分细胞壁细胞器,茎和叶亚细胞组分Cd含量表现为细胞壁可溶部分细胞器。在Cd20条件下,Lu527-8和Lu17-9叶片Cd含量在细胞壁所占比例最大,拔节期达68.86%和72.44%,灌浆期达67.12%和67.27%。两类水稻材料光合色素含量在拔节期和灌浆期随Cd处理浓度的增加均显著降低,Lu527-8和Lu17-9光合色素含量显著高于Lu527-4。Lu527-8和Lu17-9拔节期叶绿素a含量达1.94和1.88mg·g-1,叶绿素b含量达1.09和1.06mg·g-1,为Lu527-4的1.88倍和1.83倍。Lu527-8和Lu527-4类胡萝卜素含量均显著高于Lu527-4。同时,Cd胁迫增加水稻叶片丙二醛和可溶性糖含量,导致叶片中可溶性蛋白含量显著降低。Lu527-8和Lu17-9叶片丙二醛和可溶性蛋白含量显著高于Lu527-4,其可溶性糖含量则显著低于Lu527-4。表明,水稻Cd高积累材料具备更强的Cd区室化能力、抗氧化能力、光合色素合成能力以及细胞渗透调节能力。(3)Cd胁迫下两类水稻材料细分枝根、粗分枝根和不定根形态均受到不同程度的抑制,Lu527-8和Lu17-9根长、根表面积和根体积均显著高于Lu527-4。随着Cd处理浓度的增加,两类水稻材料根系总吸收表面积和活跃吸收表面积均显著降低。Lu527-8和Lu 17-9根系总吸收表面积达0.40-0.61和0.39-0.62 cm2·plant-1均显著高于Lu527-4。当Cd浓度为10 mg.L-1(Cd10)时,Lu527-8和Lu17-9根系活跃吸收表面积均为0.20 cm2·plant-1,为Lu527-4的2.00倍。同时,两类水稻材料根系氧化力和还原力均随Cd处理浓度的增加显著降低,并且Lu527-8和Lu17-9显著高于Lu527-4。在Cd10条件下Lu527-8和Lu17-9根系氧化力为Lu527-4的1.52倍和1.49倍；根系还原力为Lu527-4的1.28倍和1.31倍。表明,水稻Cd高积累材料具有更强的根系伸展、养分和水分吸收能力。(4)随着Cd处理浓度的增加,两类水稻材料各器官脯氨酸含量均显著上升,表现为茎根叶,Lu527-8和Lu17-9脯氨酸显著高于Lu527-4。Lu527-8口Lu17-9根系脯氨酸含量在Cd10达最大值,非蛋白巯基、谷胱甘肽、植物螯合肽含量均显著高于Lu527-4,并且各器官含量表现为茎根叶；Lu527-8和Lu17-9根系非蛋白巯基含量达7.19和6.85μg·kg-1,为Lu527-4的1.23倍和1.17倍；根系谷胱甘肽含量为3.19和3.03 gg-kg-1,为Lu527-4的1.32倍和1.26倍。当Cd浓度为2(Cd2)和5 mg-L-1(Cd5)时,Lu527-8和Lu17-9根系植物螯合肽含量显著高于Lu527-4。在Cd10条件下,Lu527-8和Lu17-9根系植物螯合肽含量与Lu527-4差异不显著。表明,水稻Cd高积累材料具有更强的PCs合成能力,缓解Cd对植物的毒害。
【图文】：

图１－１．技术路线图逡逑Ｆｉｇ邋１－１．邋Ｔｈｅ邋ｂｃｈｎｏｌｏｇｙ邋ｒｏａｄ邋ｍａｐ逡逑

图２－１高Ｃｄ条件下两类水稻材料各生育期地上部（Ａ）巧整株（Ｂ）生物ａ的变化逡逑Ｆｉｇ邋２－１邋Ｂｉｏｍａｓｓ邋ｉｎ邋ｓｈｏｏｔ邋（Ａ）邋ａｎｄ邋ｗｈｏｌｅ邋ｐｌａｎｔ邋（Ｂ）邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｔｗｏ邋ｒｉｃｅ邋ｃｕｌｔｉｖａｒｓ邋ａｔ邋ｅａｃｈ邋ｇｒｏｗｔｈ邋ｐｅｒｉｏｄ邋ｕｎｄｅｒ邋ｈｉｇｈ邋Ｃｄ邋ｔｒｅａｔｍｅｎｔ逡逑
【学位授予单位】：四川农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X53;S511

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本文编号：2531648