土壤镉污染对小麦植物络合素合成的影响

发布时间：2017-09-23 12:19

  本文关键词：土壤镉污染对小麦植物络合素合成的影响

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【摘要】：自上个世纪中叶以来,我国工农业迅速发展,工厂排污、过度采矿、污水灌溉等一系列行为造成了大量污染物进入环境,而土壤因其疏松多孔的结构特点,长时间以来吸纳、积累了大量污染物,导致土壤质量急剧恶化。在土壤的各类污染源中,重金属由于其多源性、累积性、隐蔽性等特点,已经成为人类目前面临的而且亟待解决的一个严重的环境问题。土壤重金属污染持续时间长,污染物又不易被降解或从土壤中彻底分离,而随着植物根系对土壤重金属的吸收,重金属进入生态系统的食物链中传递和富集,最终危害人类健康。所以土壤重金属污染已经不再是一项单纯的环境污染问题,而是关乎人类身体健康与未来发展的一项大事。本研究选择在我国18种典型农田土壤的背景下,研究低浓度、长时间土壤重金属镉污染下小麦多个生理时期内小麦叶片中非蛋白巯基(TNP)、谷胱甘肽(GSH)、植物络合素(PCs)合成的规律,并探究了较长时间范围内土壤镉污染下小麦叶片中植物络合素(PCs)合成量的变化规律,最后对不同土壤理化性质与重金属镉污染下小麦不同生长时期叶片中植物络合素(PCs)合成量间的关系进行探索,得出以下主要结论:1长时间、低浓度土壤重金属镉污染下小麦叶片中非蛋白质类巯基化合物的合成情况(1)试验设定范围内,随着土壤中重金属镉(Cd)的浓度的增加,小麦分蘖期叶片中非蛋白巯基(TNP)的含量显著增加(P0.05)。即使重金属镉(Cd)未对小麦植物生物量造成显著的毒害时,小麦叶片中的非蛋白巯基(TNP)对土壤中重金属镉(Cd)的含量反应依旧敏感,两者间表现出了一定的正相关性。(2)随着土壤中重金属镉(Cd)的浓度的增加,小麦分蘖期叶片中谷胱甘肽(GSH)的含量显著减少(P0.05)。小麦叶片中谷胱甘肽(GSH)的合成虽然对土壤中重金属镉(Cd)含量的变化有一定反应,但变化幅度不大、反应规律不明显,因此很难通过检测小麦叶片中谷胱甘肽(GSH)的含量对土壤中重金属镉(Cd)的污染情况进行判断。(3)随着土壤中重金属镉(Cd)浓度的增加,小麦分蘖期叶片中植物络合素(PCs)的含量显著增加(P0.05),且在不同地带性土壤中增加规律表现稳定,随Cd浓度变化规律优于非蛋白巯基(TNP)与谷胱甘肽(GSH)。这表明即使重金属镉(Cd)未对小麦植物生物量造成显著的毒害时,小麦叶片中的植物络合素(PCs)对土壤中重金属镉(Cd)的含量反应更加敏感,两者浓度间表现出了一定的剂量-效应关系,在细胞层面上证明了一定条件下可通过检测小麦叶片中的植物络合素(PCs)含量来评价或预测农田土壤中重金属镉(Cd)的污染情况。(4)小麦分蘖期内叶片中植物络合素占非蛋白巯基的比例(PCs/TNP)随重金属镉(Cd)的施入有着显著的增加(P0.05),达到80%左右,与国内外相关研究结果相似,这一变化规律在全部供试土壤种类中均表现明显。这同样表明了面对土壤中重金属镉(Cd)含量增加时,植物络合素(PCs)合成量的大量增加,进一步证明了植物PCs含量与土壤中Cd污染浓度间的剂量-效应关系,进一步表明了植物络合素(PCs)是一种敏感的土壤重金属镉(Cd)污染的生物指示剂。2土壤镉污染下小麦不同生理时期叶片中植物络合素含量的变化规律(1)在低浓度、长时间的土壤镉暴露下,小麦叶片中植物络合素(PCs)的合成量在分蘖期形成了一个巨大的峰值,随生长周期的变化,小麦叶片中植物络合素(PCs)合成量的变化规律呈现“倒V字”型。(2)植物络合素(PCs)合成量在小麦分蘖期形成的峰值与该时期小麦生长速率达到小麦全生长周期的峰值在时间与变化规律上高度吻合,这进一步证明了植物络合素(PCs)是一种敏感的土壤重金属镉污染生物指示指标。3土壤理化性质与小麦植物络合素合成量的关系(1)在试验设定的范围内,pH≤7.5的土壤种类中,土壤有效态磷(AV.P)与小麦植物络合素(PCs)合成量之间呈现极显著负相关关系,随着土壤中有效态磷素的增加,小麦植物络合素的合成量显著降低。预测在这一大类土壤(pH≤7.5)中有效态磷的提高能够在一定程度内减弱重金属镉对小麦的生物毒性。(2)在试验设定的范围内,pH≤7.5的土壤种类中,土壤阳离子交换量(CEC)与小麦植物络合素(PCs)合成量之间呈现显著负相关关系,表明随着土壤中阳离子交换量的升高,小麦植物络合素的合成量显著降低。推测在这一大类土壤(pH≤7.5)中提高土壤阳离子交换量在一定程度内可以减轻重金属镉对小麦的生物毒性。(3)在试验设定的范围内,pH≤7.5的土壤种类中,土壤游离氧化铁(Free ir.oxide)与小麦植物络合素(PCs)合成量之间呈现显著正相关关系,表明随着土壤中游离氧化铁含量的升高,小麦植物络合素的合成量显著增加。猜想植物络合素(PCs)可能参与到了维持小麦体内游离铁离子动态平衡的过程中。(4)在多变且复杂的土壤理化性质介质下,证明了植物络合素(PCs)对土壤重金属镉浓度的敏感反映,进一步说明了植物络合素(PCs)在预测土壤重金属镉污染趋势中的作用。
【关键词】：农田土壤 镉污染 植物络合素 土壤理化性质
【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】：2016
【分类号】：X53
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-23
• 1.1 研究背景和意义12-13
• 1.2 植物络合素（PCS）以及其在重金属抗性中的功能13-16
• 1.2.1 植物络合素（PCs）的结构13-14
• 1.2.2 植物络合素（PCs）的合成14-15
• 1.2.3 植物络合素酶（phytochelatin synthase，， PCS）15
• 1.2.4 植物络合素（PCs）在植物重金属抗性中的功能15-16
• 1.3 镉胁迫下植物络合素合成及土壤理化性质对其影响的研究概况16-23
• 1.3.1 重金属胁迫下植物络合素合成的研究方法17-19
• 1.3.2 重金属胁迫下植物络合素合成的研究内容19-21
• 1.3.3 重金属胁迫下植物络合素合成的影响因素21-23
• 第二章 研究内容及方法23-32
• 2.1 研究内容23
• 2.2 研究方法及技术路线23-24
• 2.3 试验材料与方法24-32
• 2.3.1 供试土壤24-30
• 2.3.2 供试小麦30
• 2.3.3 主要实验仪器30
• 2.3.4 实验处理30-31
• 2.3.5 植物样品的测定31
• 2.3.6 数据分析31-32
• 第三章 不同土壤镉浓度对小麦叶片中植物络合素合成的影响32-43
• 3.1 引言32-33
• 3.2 结果与讨论33-41
• 3.2.1 小麦分蘖期叶片中非蛋白巯基、谷胱甘肽、植物络合素对重金属镉的响应33-38
• 3.2.2 重金属镉作用下小麦分蘖期叶片中植物络合素在非蛋白巯基中的分布比例38-41
• 3.3 小结41-43
• 第四章 长时间土壤镉污染下小麦植物络合素含量的变化规律43-48
• 4.1 引言43
• 4.2 结果与讨论43-47
• 4.3 小结47-48
• 第五章 土壤理化性质与小麦植物络合素合成量的关系48-55
• 5.1 引言48
• 5.2 结果与讨论48-54
• 5.2.1 小麦幼苗期土壤理化性质与叶片中植物络合素合成量的关系49-51
• 5.2.2 小麦分蘖期土壤理化性质与叶片中植物络合素合成量的关系51-53
• 5.2.3 关于土壤理化性质与小麦叶片中植物络合素合成量关系的讨论53-54
• 5.3 小结54-55
• 第六章 结论与展望55-58
• 6.1 主要结论55-56
• 6.1.1 长时间、低浓度土壤重金属镉污染下小麦叶片中非蛋白质类巯基化合物的合成55
• 6.1.2 长时间土壤镉污染下小麦叶片中植物络合素含量的变化规律55-56
• 6.1.3 酸性土壤条件下土壤理化性质与小麦植物络合素合成量的关系56
• 6.2 本文创新点56
• 6.3 不足之处56-57
• 6.4 展望57-58
• 参考文献58-63
• 致谢63-64
• 作者简介64

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