土壤与大气双重胁迫下苋菜幼苗对铅的累积与生理响应
发布时间：2021-12-23 15:46
土壤污染被普遍认为是农作物Pb的主要来源,但是针对大气沉降与土壤对作物胁迫效应的研究相对较少。通过喷洒Pb溶液和Pb污染土壤盆栽试验,模拟研究大气和土壤不同Pb污染源胁迫对苋菜幼苗生长发育和生理生化特征的影响,以及Pb在其体内的累积和化学形态。结果表明,大气和土壤Pb胁迫都能显著提高苋菜幼苗Pb含量,其中土壤影响占62.64%,大气影响占32.89%。不溶性磷酸盐和果胶、蛋白结合态是Pb的主要化学形态。单独大气Pb胁迫促进了苋菜幼苗的生长和可溶性蛋白质的合成,而土壤Pb胁迫则为抑制作用,主要表现为H2O2和MDA含量增加,造成细胞膜系统损伤。抗氧化酶（SOD、POD、CAT）和抗氧化剂（AsA、GSH）对土壤和大气Pb胁迫均表现出积极有效的响应。研究结果可为大气和土壤重金属共同胁迫地区农作物的环境风险评价以及污染防治提供重要的科学依据。
【文章来源】：生态学报. 2020,40(24)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
不同浓度土壤和大气胁迫下苋菜幼苗体内铅的含量和化学形态
表5 苋菜生长参数双因素方差分析结果Table 5 Results of two-factor analysis of variance for Amaranthus tricolor L. seedlings growth parameters 源Source 土壤Soil 大气Air 土壤×大气Soil×Air F P F P F P 根长Root length 19.96 0.00 1.09 0.38 3.32 0.06 株高Plant height 15.12 0.00 0.38 0.70 1.15 0.39 鲜重Fresh weight 132.88 0.00 1.12 0.37 11.37 0.00 干重Dry weight 162.88 0.00 1.54 0.27 20.45 0.00 含水量Water conten 0.21 0.81 0.00 1.00 0.01 1.00 耐受指数Tolerance index 14.66 0.00 0.80 0.48 2.44 0.12SOD能将超氧阴离子转化为H2O2和O2,是植物抗氧化系统的第一道防线,此外POD和CAT在植物细胞清除H2O2中也起重要作用[41]。在本研究中(图2),SOD活性随土壤和大气浓度先增加(29%—34%)后下降(10%—13%),但都高于对照组。POD活性随土壤和大气浓度上升而增加(16%—50%),在高浓度土壤胁迫(HS、HSLA、HSHA处理组)下达到最大活性。CAT活性在Pb胁迫下也都有所增加(35%—49%)。其他研究发现Pb胁迫对荞麦、印度苋菜和鱼腥草体内抗氧化酶的活性同样具有提高作用[35,42- 43]。Pb胁迫下植物通过提高三种抗氧化酶活性清除过量的超氧自由基和H2O2保护细胞免受活性氧侵害,SOD活性降低的原因可能是H2O2与酶的相互作用或Pb离子与其活性位点的结合导致失活[35]。POD和CAT在Pb胁迫下表现出相似的响应模式,说明它们在清除H2O2方面可能具有协同效应,从而降低植物的氧化损伤。AsA含量随土壤和大气浓度增加而上升(25%—69%),相比于大气沉降,土壤胁迫下植物AsA含量增加更为显著(图2)。植物GSH含量在土壤与大气单独胁迫下均无明显变化,但土壤与大气共同胁迫对GSH含量提升作用显著(40%—71%)(图2)。AsA和GSH是植物细胞中重要的氧化还原因子,通过清除活性氧调节植物的氧化应激反应,维持氧化还原平衡。AsA和GSH含量的增加可以促进植物细胞AsA-GSH循环,加速H2O2的清除[42]。同时,GSH中的巯基(-SH)作为高效电子供体/受体能与重金属结合形成螯合物。GSH在植物螯合素(PCs)的合成中也起着重要的作用,植物螯合素可以与重金属结合并以络合物的形式转移到液泡中,降低Pb的毒性[44]。
为进一步研究不同浓度土壤和大气胁迫下植物对Pb的累积和响应,对植物Pb含量、生长参数和生理指标进行了主成分和Pearson相关性分析。如图3和表5所示,前两个主成分共解释了80.92%的总方差,其中PC1占58.58%,PC2占22.35%。土壤浓度与植物Pb、MDA、AsA、GSH含量和POD活性呈显著正相关(P<0.05),说明植物体内Pb含量随土壤浓度增加,同时植物受到氧化胁迫程度增加,细胞膜受损。植物鲜重、干重、株高与可溶性蛋白含量呈显著正相关(P<0.05),说明植物蛋白对其生长发育有重要作用。高、低浓度的大气胁迫对植物的生长都表现为促进作用,这可能是因为大气喷洒Pb溶液浓度较低,而低浓度的重金属胁迫能促进植物生长。大气浓度与植物Pb含量、生长参数和生理指标相关性较低,说明大气沉降对植物的影响较小。主成分分析还区分了不同Pb胁迫对植物的影响,其中LA、HA处理组影响相似,LS、LSLA、LSHA处理组影响相似,HS、HSLA、HSHA处理组影响相似,所有处理组均与对照组显著不同。说明土壤和大气Pb胁迫对苋菜幼苗的Pb含量和生长发育都有显著影响,其中土壤胁迫的影响较大,而大气胁迫的影响有限。3 结论
【参考文献】：
期刊论文
[1]铅锌尾矿库土壤和蔬菜重金属污染特征及健康风险评价[J]. 张浩,王辉,汤红妍,温嘉伟,徐仁扣. 环境科学学报. 2020(03)
[2]陕西某铅锌冶炼区土壤重金属污染特征与形态分析[J]. 刘智峰,呼世斌,宋凤敏,赵佐平,李琛,葛红光. 农业环境科学学报. 2019(04)
[3]铅胁迫对中华常春藤生长和生理特性的影响[J]. 李琬婷,黄轩,程小毛,黄晓霞. 云南农业大学学报(自然科学). 2019(01)
[4]上海典型燃烧源铅和汞大气排放趋势分析[J]. 杨静,陈龙,刘敏,孟祥周,张希. 环境科学. 2018(09)
[5]大气沉降对萝卜地上和地下部分铅镉汞砷积累的影响[J]. 王京文,谢国雄,章明奎. 土壤通报. 2018(01)
[6]类芦对铅胁迫的生理响应[J]. 韩航,陈雪娇,陈顺钰,侯晓龙,刘爱琴,蔡丽平. 森林与环境学报. 2017(04)
[7]株洲市大气降尘中元素特征及来源分析[J]. 王世豪,张凯,柴发合,钟学才,周广柱,杨晴,柯馨姝. 环境科学. 2017(08)
[8]大气颗粒物对水芹和白菜可食部位铅镉砷累积的影响[J]. 孙洪欣,赵纪舒,付洁,刘文菊,王雪君,高志岭,杨铮铮. 环境科学学报. 2017(09)
[9]铅锌尾矿污染区3种菊科植物体内重金属的亚细胞分布和化学形态特征[J]. 朱光旭,肖化云,郭庆军,张忠义,杨曦,孔静. 环境科学. 2017(07)
[10]11种广义景天属植物对Cd的耐性和积累特性[J]. 吴彬艳,邵冰洁,赵惠恩,万小铭,雷梅. 环境科学学报. 2017(05)
硕士论文
[1]蔬菜重金属累积特征及生物炭施用影响效应研究[D]. 阳丹萍.西南大学 2017
本文编号：3548753
【文章来源】：生态学报. 2020,40(24)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
不同浓度土壤和大气胁迫下苋菜幼苗体内铅的含量和化学形态
表5 苋菜生长参数双因素方差分析结果Table 5 Results of two-factor analysis of variance for Amaranthus tricolor L. seedlings growth parameters 源Source 土壤Soil 大气Air 土壤×大气Soil×Air F P F P F P 根长Root length 19.96 0.00 1.09 0.38 3.32 0.06 株高Plant height 15.12 0.00 0.38 0.70 1.15 0.39 鲜重Fresh weight 132.88 0.00 1.12 0.37 11.37 0.00 干重Dry weight 162.88 0.00 1.54 0.27 20.45 0.00 含水量Water conten 0.21 0.81 0.00 1.00 0.01 1.00 耐受指数Tolerance index 14.66 0.00 0.80 0.48 2.44 0.12SOD能将超氧阴离子转化为H2O2和O2,是植物抗氧化系统的第一道防线,此外POD和CAT在植物细胞清除H2O2中也起重要作用[41]。在本研究中(图2),SOD活性随土壤和大气浓度先增加(29%—34%)后下降(10%—13%),但都高于对照组。POD活性随土壤和大气浓度上升而增加(16%—50%),在高浓度土壤胁迫(HS、HSLA、HSHA处理组)下达到最大活性。CAT活性在Pb胁迫下也都有所增加(35%—49%)。其他研究发现Pb胁迫对荞麦、印度苋菜和鱼腥草体内抗氧化酶的活性同样具有提高作用[35,42- 43]。Pb胁迫下植物通过提高三种抗氧化酶活性清除过量的超氧自由基和H2O2保护细胞免受活性氧侵害,SOD活性降低的原因可能是H2O2与酶的相互作用或Pb离子与其活性位点的结合导致失活[35]。POD和CAT在Pb胁迫下表现出相似的响应模式,说明它们在清除H2O2方面可能具有协同效应,从而降低植物的氧化损伤。AsA含量随土壤和大气浓度增加而上升(25%—69%),相比于大气沉降,土壤胁迫下植物AsA含量增加更为显著(图2)。植物GSH含量在土壤与大气单独胁迫下均无明显变化,但土壤与大气共同胁迫对GSH含量提升作用显著(40%—71%)(图2)。AsA和GSH是植物细胞中重要的氧化还原因子,通过清除活性氧调节植物的氧化应激反应,维持氧化还原平衡。AsA和GSH含量的增加可以促进植物细胞AsA-GSH循环,加速H2O2的清除[42]。同时,GSH中的巯基(-SH)作为高效电子供体/受体能与重金属结合形成螯合物。GSH在植物螯合素(PCs)的合成中也起着重要的作用,植物螯合素可以与重金属结合并以络合物的形式转移到液泡中,降低Pb的毒性[44]。
为进一步研究不同浓度土壤和大气胁迫下植物对Pb的累积和响应,对植物Pb含量、生长参数和生理指标进行了主成分和Pearson相关性分析。如图3和表5所示,前两个主成分共解释了80.92%的总方差,其中PC1占58.58%,PC2占22.35%。土壤浓度与植物Pb、MDA、AsA、GSH含量和POD活性呈显著正相关(P<0.05),说明植物体内Pb含量随土壤浓度增加,同时植物受到氧化胁迫程度增加,细胞膜受损。植物鲜重、干重、株高与可溶性蛋白含量呈显著正相关(P<0.05),说明植物蛋白对其生长发育有重要作用。高、低浓度的大气胁迫对植物的生长都表现为促进作用,这可能是因为大气喷洒Pb溶液浓度较低,而低浓度的重金属胁迫能促进植物生长。大气浓度与植物Pb含量、生长参数和生理指标相关性较低,说明大气沉降对植物的影响较小。主成分分析还区分了不同Pb胁迫对植物的影响,其中LA、HA处理组影响相似,LS、LSLA、LSHA处理组影响相似,HS、HSLA、HSHA处理组影响相似,所有处理组均与对照组显著不同。说明土壤和大气Pb胁迫对苋菜幼苗的Pb含量和生长发育都有显著影响,其中土壤胁迫的影响较大,而大气胁迫的影响有限。3 结论
【参考文献】：
期刊论文
[1]铅锌尾矿库土壤和蔬菜重金属污染特征及健康风险评价[J]. 张浩,王辉,汤红妍,温嘉伟,徐仁扣. 环境科学学报. 2020(03)
[2]陕西某铅锌冶炼区土壤重金属污染特征与形态分析[J]. 刘智峰,呼世斌,宋凤敏,赵佐平,李琛,葛红光. 农业环境科学学报. 2019(04)
[3]铅胁迫对中华常春藤生长和生理特性的影响[J]. 李琬婷,黄轩,程小毛,黄晓霞. 云南农业大学学报(自然科学). 2019(01)
[4]上海典型燃烧源铅和汞大气排放趋势分析[J]. 杨静,陈龙,刘敏,孟祥周,张希. 环境科学. 2018(09)
[5]大气沉降对萝卜地上和地下部分铅镉汞砷积累的影响[J]. 王京文,谢国雄,章明奎. 土壤通报. 2018(01)
[6]类芦对铅胁迫的生理响应[J]. 韩航,陈雪娇,陈顺钰,侯晓龙,刘爱琴,蔡丽平. 森林与环境学报. 2017(04)
[7]株洲市大气降尘中元素特征及来源分析[J]. 王世豪,张凯,柴发合,钟学才,周广柱,杨晴,柯馨姝. 环境科学. 2017(08)
[8]大气颗粒物对水芹和白菜可食部位铅镉砷累积的影响[J]. 孙洪欣,赵纪舒,付洁,刘文菊,王雪君,高志岭,杨铮铮. 环境科学学报. 2017(09)
[9]铅锌尾矿污染区3种菊科植物体内重金属的亚细胞分布和化学形态特征[J]. 朱光旭,肖化云,郭庆军,张忠义,杨曦,孔静. 环境科学. 2017(07)
[10]11种广义景天属植物对Cd的耐性和积累特性[J]. 吴彬艳,邵冰洁,赵惠恩,万小铭,雷梅. 环境科学学报. 2017(05)
硕士论文
[1]蔬菜重金属累积特征及生物炭施用影响效应研究[D]. 阳丹萍.西南大学 2017
本文编号：3548753
本文链接：https://www.wllwen.com/nykjlw/yylw/3548753.html
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