重金属镉与干旱双重胁迫对小麦及麦长管蚜生态学参数影响的研究

发布时间：2020-06-03 10:51

【摘要】：人类生产活动致使大量的重金属Cd被排放到自然环境中,造成了全球环境污染。作为一种环境胁迫因子,Cd对自然环境中的生物体构成了强大的选择压力。在自然环境中,Cd往往和其它环境胁迫因子构成双重甚至多重胁迫,干旱胁迫为其中的一种。麦长管蚜是小麦上一种常见的害虫,其属于r对策者,对环境的适应能力比较强,故而是研究环境变化的理想材料之一。关于重金属Cd与干旱单一胁迫对小麦及麦长管蚜影响的研究,前人多有报道,但重金属Cd与干旱双重胁迫对小麦及麦长管蚜的影响及两种胁迫之间的交互作用还不清楚。因此,本研究以麦长管蚜作为研究对象,探究重金属Cd与干旱双重胁迫下,Cd在土壤-小麦-蚜虫上的转移规律、小麦干物质积累量、麦长管蚜种群参数变化以及小麦与麦长管蚜体内主要几种抗氧化酶及解毒酶活性的变化,从而为多重胁迫下小麦及麦长管蚜的应对及防御机制及麦长管蚜的遗传进化、种群动态与综合治理等研究提供一定的理论依据。主要研究结果如下:1、干旱胁迫抑制了Cd从土壤向根部的转移和根部Cd的累积,但促进了Cd从根部到茎部的转移和茎部Cd的累积;而从叶片到麦长管蚜的转移系数大于1且明显大于其它的转移系数,,说明Cd在麦长管蚜体内产生了显著的富集作用。此外,在麦长管蚜体内,中度干旱胁迫增加了其体内Cd的累积量,而重度干旱胁迫则降低了其体内的Cd累积量。2、本研究中,在同一土壤Cd浓度下,随着干旱胁迫程度的加大,小麦根部干物质积累量逐渐增加,而茎部及叶部的干物质积累量逐渐减少;重金属Cd与干旱胁迫之间的交互作用对于小麦干物质积累量影响不显著,且重金属Cd对小麦总的干物质积累量的影响较小。3、对于麦长管蚜种群参数r_m(内禀增长率),?(周限增长率),T(平均世代周期),Cd与干旱胁迫之间存在着显著的交互作用,且重金属Cd对种群参数的影响要大于干旱胁迫。重金属Cd与干旱双重胁迫下的种群参数变化规律与单一胁迫下的变化规律存在一定差异。在当存在重金属Cd胁迫时,中度干旱胁迫相比于无干旱胁迫更有利于麦长管蚜种群的发展。4、小麦及麦长管蚜酶活性受Cd及干旱胁迫影响显著,且Cd与干旱胁迫之间存在着显著的交互作用。在小麦中,干旱胁迫对其酶活的影响大于Cd,在同一Cd处理浓度下,随着干旱胁迫程度的加重,小麦抗氧化酶活性逐渐降低,且重度干旱胁迫下的酶活显著低于中度干旱胁迫及无干旱胁迫。在麦长管蚜中,Cd胁迫对其酶活的影响要大于干旱胁迫。当无干旱胁迫及中度干旱胁迫时,随着Cd浓度的增大,SOD、POD、CAT及GSTs活性呈现相似的变化规律。当中度干旱胁迫时,100mg/Kg土壤Cd浓度处理的所有酶活性要高于重度干旱胁迫,而当重度干旱胁迫时,100mg/Kg土壤Cd浓度处理的所有酶活性显著低于重度干旱胁迫。综上所述,重金属Cd、干旱胁迫以及两者的共同胁迫都对小麦及麦长管蚜的各项生态学参数及酶活造成了不同的影响,且双重胁迫下,各项生态学参数及酶活的变化规律与单一胁迫存在着差异,而且干旱胁迫与重金属Cd之间的交互作用并非简单的协同或拮抗作用,不同程度的干旱胁迫与不同浓度的重金属Cd之间的交互作用存在着不同。
【图文】：

蚜虫,小麦根,双重胁迫,重金属Cd

小麦根、茎、叶及蚜虫体内的 Cd 含量变化见图2-1。从图可以看出，在小麦根部（图 2-1 (a)），当土壤中的 Cd 浓度为 100mg/Kg 和200mg/Kg 时，随着干旱程度的加深，根部的重金属含量逐渐降低，且无干旱胁迫时，小麦根部 Cd 含量要显著高于重度干旱胁迫（p<0.05）。在同一干旱胁迫程度下，土壤Cd 浓度为 200mg/Kg 处理的小麦根部的 Cd 含量要显著的高于土壤 Cd 浓度为 100mg/Kg的处理（P<0.05）。图 2-1 重金属 Cd 与干旱双重胁迫下小麦根茎叶及蚜虫体内的 Cd 含量，（a）：根；（b）：茎；（c）：叶；（d）：蚜虫。不同小写字母和大写字母分别表示土壤 Cd 浓度为 100 mg/Kg 和 200mg/g 时处理的显著差异（P<0.05）。“*”表示同一干旱胁迫程度下不同土壤 Cd 浓度处理间的显著差异（P<0.05）。Fig.2-1 The Cd concentrations in root, stem, leaf and aphid under un

干物质积累量,重金属Cd,干旱胁迫,显著性差异

17图 3-1 重金属 Cd 与干旱双重胁迫对小麦干物质积累量的影响，（a）：根；（b）：茎；（c）：叶，不同小写字母表示同一重金属 Cd 浓度下不同干旱胁迫处理的显著性差异，不同大写字母表示同一干旱程度下不同浓度重金属 Cd 浓度处理的显著性差异（Student-Newman-Keul 检验 P<0.05,one-wayANOVA）。Fig. 3-1 The effect on the dry matter accumulation of wheat under the dual stress of heavy metal Cdand drought stress, (a): root; (b): stem; (c): leaf, Different lowercase letters indicate significant differenceunder different degree of drought stress with the same concentration of Cd, while different capital lettersindicate significant difference under different concentration of Cd with the same degree of drought(Student-Newman-Keul test P<0.05,one-way ANOVA).在同一土壤 Cd 浓度下，，茎部和叶部的干物质积累量，随着干旱胁迫程度的增大，其干物质积累量逐渐减少（3-1 (b), 3-1 (c)），其中叶部干物质积累量在不同干旱胁迫下有着显著的差异。且茎部和叶部的干物质积累量在同一干旱胁迫程度下，不同土壤 Cd浓度下，其干物质积累量没有显著的差异。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S512.1;S435.122.2;S423;X503.223

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