姜对土壤铅和镉毒害的生理响应特性

发布时间：2019-04-23 23:15

【摘要】：为明确土壤Pb、Cd等重金属对姜生长、产量的影响及其对姜植株毒害的时间、剂量效应,本文以‘莱芜大姜’为试材,采用污灌方式外施Pb(NO3)2、Cd Cl2.2.5H2O溶液,研究了不同水平Pb、Cd胁迫对姜生长、活性氧代谢、光合碳同化及氮代谢的影响,并探讨了外源H2S缓解姜Pb、Cd胁迫的生理机制,以期为Pb、Cd对姜毒害的生产检测和调控提供理论依据,为姜优质高效安全生产提供技术支撑。主要结果如下:1姜对轻度Pb胁迫存在一定的适应性,胁迫前期,150 mg.kg~(-1)Pb处理可刺激姜株高、地上部及根茎生长量的积累;但胁迫后期,尤其是至根茎膨大期,Pb胁迫显著抑制姜生长和各器官生物量的积累,且随Pb水平的增加,抑制程度加重,根系活力显著下降。与此同时,Pb胁迫对姜的毒害作用存在器官差异,即Pb污染对姜根系毒害最重,并显著抑制姜茎的生长,从而造成植株茎干瘦弱。2 Cd胁迫显著抑制了姜株高及茎粗,尤其是胁迫后期同时伴随着分枝数和叶片数的下降,此外,姜地上和地下部生物量亦降低,尤其是根系在幼苗期受Cd胁迫即呈显著的剂量效应,根系活力显著受抑。3随Pb、Cd胁迫水平的升高及胁迫时间的延长,姜叶片中O_2?.生成速率和H_2O_2含量显著升高,但过高浓度Pb胁迫则使其降低;Pb、Cd胁迫均导致了姜叶片中MDA含量和电导率的持续增加。胁迫40 d(幼苗期),SOD、POD、CAT、GR、APX、MDHAR、DHAR等抗氧化酶活性均被Pb、Cd胁迫所诱导增强,As A、GSH、酸溶性SH、植物络合素等抗氧化物质含量显著升高,As A/DHA、GSH/GSSG比值显著增加;随着胁迫的持续进行,Pb胁迫下,抗氧化酶活性及抗氧化物质含量多以150 mg·kg~(-1)的轻度Pb胁迫的较高,过高浓度的Pb胁迫则使其显著降低,表明As A-GSH循环遭受严重破坏,同时,随Cd胁迫浓度和时间的增加,相关保护酶活性及抗氧化物质含量均显著降低,表明姜对胁迫40 d或轻度Cd胁迫具有适应性,但胁迫120 d或较为严重的Cd胁迫严重损伤了姜叶片抗氧化系统,使活性氧代谢失调,叶片膜系统遭到严重伤害。4虽然低浓度Pb处理短期内可刺激了叶片色素含量的增加,但高浓度Pb、Cd胁迫均可导致姜叶片色素含量在整个生育期的显著下降,降低姜叶片对光能的利用,引起Pn、Gs、Fv/Fm及ΦPSⅡ等的显著下降,导致可溶性糖含量的增加,且幼苗期Pb、Cd污染引起的光合速率的下降主要是气孔限制,但发棵期和根茎膨大期,施Pb、Cd处理的姜叶片光合速率的下降主要是由于非气孔限制。5姜叶片中氮代谢相关酶活性在短期Pb、Cd胁迫下可被诱导,形成一种自我保护的特性;但随着胁迫的持续,NR、GS、GOGAT活性显著受到抑制,铵平衡被打破,且胁迫后期姜植株过量的内源铵主要通过GDH途径清除;Pb、Cd均可直接抑制姜根系对硝态氮的吸收同化作用,引起根系和叶片中硝态氮的显著下降,造成铵态氮的积累,诱导可溶性蛋白的降解,刺激游离氨基酸含量尤其是脯氨酸含量的显著增加。6外施Na HS可增强Pb、Cd胁迫前期对抗氧化酶活性的刺激作用,减缓胁迫后期酶活性的下降幅度,并抑制了AAO活性的显著增加,从而提高了姜清除O_2-.和H_2O_2的能力,维持较低水平的ROS含量,减缓MDA含量的增加速率,显著诱导姜植株内H2S含量。7外施Na HS可有效提高Pb、Cd胁迫下姜叶片色素含量,有效缓解Pb、Cd胁迫下姜叶片Pn、Fv/Fm、ΦPSⅡ的下降幅度,延缓了胁迫下姜叶片中Ci的上升速度和Ls的下降速率,使非气孔限制得以延后,有效缓解了NPQ的显著增加,保护PSⅡ的生理功能,诱导了姜叶片在光下的气孔开放,维持了一定的蒸腾速率,且在处理第10 d时,13:00时的对照、Pb T1、Pb T3、Cd T1、Cd T3姜叶片Pn较11:00时分别下降了27.25%、34.58%、58.48%、27.38%、36.75%,而Pb T2、Cd T2仅降低了15.24%、21.96%,表明外施H2S可有效缓解姜叶片‘光合午休’现象,有利于提高姜叶片Pn,减小Pb、Cd胁迫下强光对姜叶片Pn的影响。
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【学位授予单位】：山东农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S632.5

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