外源氮对白三叶草的镉毒害缓解效果的研究

发布时间：2020-03-18 19:21

【摘要】：伴随全球经济飞速发展,人类生存环境污染不断加重,威胁到人类的健康,重金属污染是人类面对的主要污染问题之一。植物修复具有经济、环保等优点,但是修复效率较低,周期太长。因此,目前无法进行大规模的应用。所以人工干预以提升修复效果显得极为重要。已有研究表明,氮素能缓解重金属对植株的毒害。因此,在进行重金属污染土壤的植物修复时,合理施用氮肥能提高修复效率。但是氮素在植物对镉的解毒过程中是怎样起作用的?为探讨这个问题,本研究以白三叶草为材料,采用盆栽试验,开展了以下研究内容:(1)共设置6个不同浓度镉处理:0 mg/kg、12.5 mg/kg、25 mg/kg、50 mg/kg、75 mg/kg、100 mg/kg,研究重金属镉对白三叶草生长、生物量以及叶绿素含量的影响,并筛选造成植株受到毒害的镉浓度(75 mg/kg);(2)共设置8个镉胁迫下不同浓度氮处理:0mg/kg、1mg/kg、2mg/kg、4mg/kg、8mg/kg、12mg/kg、18mg/kg、24mg/kg,以及1组空白对照(不进行镉和氮处理),研究镉胁迫下施加氮对白三叶草生长的影响,并筛选能缓解植株镉毒害的氮素浓度(18mg/kg);(3)共设置四个处理:0mg/kg Cd+0mg/kg N、75mg/kg Cd+0mg/kg N、0mg/kg Cd+18 mg/kg N以及75mg/kg Cd+18 mg/kg N,研究了Cd胁迫下增施氮肥对植株光合荧光特性、抗氧化酶的活性、Cd含量、GSH和PCs含量的影响。试验结果如下:(1)低浓度Cd(≤50mg/kg)处理不会对白三叶草的叶片形态造成显著影响,并且能一定程度上促进植株生长,其生长量和叶绿素含量均随着镉处理浓度的提高而增加;当Cd处理浓度为75mg/kg时,植株生长受到影响,其生长量、生物量以及叶绿素含量降低至空白对照水平,甚至低于对照,说明此时镉对植株造成了重金属胁迫;而100mg/kg浓度的镉处理使得植株生长受到严重影响,植株叶片严重褪绿,主根长显著低于空白对照,其余指标与对照相比均降低,差异极显著。说明低浓度(≤50mg/kg)镉处理能促进白三叶草的生长发育,而当镉处理浓度达到75mg/kg时,植株受到镉胁迫,植株正常生长受到阻碍。因此,本人选取75mg/kg的镉处理浓度进行下一步的试验,研究75mg/kg浓度镉胁迫下,不同浓度外源氮对白三叶草生长的影响。(2)在镉胁迫(75mg/kg镉处理)下,施加一定浓度(0-24mg/kg)外源氮能够缓解白三叶草受到的生长抑制。植株生长量、生物量以及叶绿素含量均随着氮处理浓度的增加而提高。低浓度(≤12mg/kg)氮处理后,植株叶片的镉毒害症状仍然明显,叶片严重褪绿或者有大量白色斑点,植株生长无法恢复到正常生长(CK)水平。当氮施加浓度为18 mg/kg和24 mg/kg时,植株生长基本恢复正常,其生长量、生物量以及叶绿素含量与对照(CK)相比无显著差异,甚至优于空白对照组。结合生产实践的应用,本次试验选取相对较低用量(18 mg/kg)的有效氮素浓度,用于下一步的试验,研究镉胁迫下施加氮对白三叶草生长生理的影响及其在植物缓解镉毒害时发挥的作用。(3)单独镉处理(75mg/kg)显著降低白三叶草的抗氧化酶(POD、SOD和CAT)的活性,与对照相比分别降低了31.71%、32.91%和41.59%。此外,镉胁迫抑制了其光合荧光生理,影响光系统Ⅱ反应中心活性,使光合同化力下降,对其正常生长造成影响。单独氮处理能促进植株生长发育,但是合成的谷胱甘肽(GSH)植物络合素(PCs)含量与空白对照相比,无显著差异。而镉胁迫下施加氮能够缓解重金属镉对植株生长生理的抑制作用,促进植株有效利用光能,提高植株对镉的吸收能力,促进植株对谷胱甘肽的合成,提高植物络合素含量。说明氮素在白三叶草的重金属Cd解毒过程中发挥了重要作用,充足的氮供给不仅能够保证植株正常生长,消除重金属镉造成的氧化胁迫,而且能够合成螯合物质对重金属镉进行螯合,降低自由态镉浓度,从而减少重金属镉对植物的毒害作用。
【图文】：

三叶草,生物量,镉处理,叶绿素

图 1 不同浓度镉对白三叶草生物量的影响Fig. 1 Effects of different concentrations of cadmium on biomass of T. repens/( g·plant-1)注：图中数值为平均值±标准误。不同小写字母表示处理间差异显著（P＜0.05），不同大写字母表示处理间差异极显著（P＜0.01）。下同。Note：Datas in the figure are means±SE.Different lowercase letters indicate significant difference among the treatments （P < 0.05）; Differentcapital letters indicate extraordinarily significant difference among treatments （P < 0.01）.The same below.2.4 不同浓度镉对白三叶草叶绿素含量的影响由图 2 可知，当低浓度（≤50 mg/kg）镉处理时，白三叶草的叶绿素 a、叶绿素 b和总叶绿素含量均随着镉处理浓度的升高而增加，尤其当镉处理浓度为 25-50mg/kg时，叶绿素各指标均极显著高于空白对照，在 50mg/kg（A3）处理时达到最大值，分别比对照提高了 106%、77.14%和 96.70%。而当镉处理浓度高于 50mg/kg 时，叶绿素a、叶绿素 b 和总叶绿素含量均显著低于 A3 处理组（50mg/kg），甚至低于空白对照。由此说明，低浓度镉能提高白三叶草的叶绿素含量，而高浓度镉则抑制植株叶绿素的

三叶草,叶绿素含量,植物生长

图 2 不同浓度镉对白三叶草叶绿素含量的影响Fig. 2 Effects of different concentrations of cadmium on chlorophyll content of T. repens3 讨论对于植物来说，镉不是其正常生长所必需的元素。当重金属镉在植物体内积累到一定程度之后，，其生长生理会受影响，表现出镉毒害症状，甚至死亡。Cd 与植物生长中关键酶、含 N 和（S）基团及蛋白中心的巯基（-SH）结合，诱导体内脂氧合酶（LOX）和还原性辅酶 II（NADPH）氧化酶（NOX）活性升高[13]。进而导致硫代巴比妥酸反应物（TBARS）过量堆积及生物大分子损伤，从而抑制生长发育[14]。植物生长与形态学的适应特性通常是其适应环境最基本机制。本试验结果表明，较低浓度（≤50mg/kg）重金属镉处理，能促进白三叶草的生长，提高地上部高、主根长等生长指标，植株叶片形态基本正常；而较高浓度（75. 00mg/kg 和 100mg/kg）则显著抑制植株生长，降低生物量，造成叶片失绿甚至萎蔫。这种“低促高抑”现象与多数植物
【学位授予单位】：四川农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X173

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