混种少花龙葵嫁接后代对枇杷镉积累的影响

发布时间：2017-05-28 09:00

  本文关键词：混种少花龙葵嫁接后代对枇杷镉积累的影响，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：针对枇杷园土壤镉污染的修复问题,本研究从生态系统的生物物种多样性出发,通过对当地果园杂草中筛选出的潜在镉超富集植物少花龙葵(Solanum photeinocarpum)进行嫁接,再将少花龙葵嫁接后代与枇杷混种,研究混种对两种植物的生理生态特性、DNA甲基化模式及镉积累特性的影响,以期筛选出能显著降低枇杷果实镉含量的少花龙葵嫁接后代植株,并揭示少花龙葵嫁接后代对枇杷镉积累量的可能生态调控机制。该研究对枇杷乃至其它水果产区的果园镉污染修复具有重要的科学意义和应用价值。主要研究结果如下：1.采用土壤高浓度镉污染筛选法从11种果园优势杂草中筛选出了6种镉超富集植物或镉富集植物,筛选效率高,其中,鼠麴草(Gnaphalium affine)、牛膝菊(Galinsoga parviflora)和红果黄鹌菜(Youngia erythrocarpa)是镉超富集植物,少花龙葵(Solanum photeinocarpum)是潜在镉超富集植物,碎米荠(Cardamine hirsuta)和猪殃殃(Gatium aparine)是镉富集植物。2.通过不同浓度梯度的镉污染(0～20 mg/kg)处理一年生枇杷实生幼苗的结果表明,随土壤镉浓度的增加,枇杷实生幼苗的根系生物量、茎杆生物量、叶片生物量、地上部分生物量及叶绿素含量呈降低的趋势,但未表现出明显的毒害症状,说明一年生枇杷实生幼苗对土壤镉胁迫具有较强的耐性。一年生枇杷实生幼苗的镉含量在各个器官的分布为：根系茎杆地上部分叶片。随土壤镉浓度的增加,一年生枇杷实生幼苗植株的镉含量呈增加的趋势,而地上部分的镉积累量呈先增加后降低的趋势(最大值出现在土壤镉浓度约为10mg/kg)。因此,枇杷实生幼苗可以作为果园镉污染土壤的修复材料,用于土壤镉浓度为10 mg/kg以内的果园镉污染土壤的修复。3.将筛选出的生物量较大的镉超富集植物牛膝菊、红果黄鹌菜和少花龙葵秸秆施入镉污染土壤(10 mg/kg)并种植枇杷实生幼苗,结果表明,枇杷实生幼苗的生物量大小为：少花龙葵秸秆牛膝菊秸秆未施用红果黄鹌菜秸秆,镉含量的大小顺序为：少花龙葵秸秆红果黄鹌菜秸秆牛膝菊秸秆未施用。两种枇杷实生幼苗的植株镉积累量最大值均为少花龙葵秸秆处理。因此,少花龙葵秸秆是提高枇杷实生幼苗修复果园镉污染土壤能力的最佳材料。4.采用不同砧木对少花龙葵进行嫁接,分别为：不嫁接(UG)、自根同株嫁接(SG)、自根异株嫁接(DG)和野生马铃薯砧木嫁接(PG)。结果表明,与UG相比,SG、DG和PG地上部分生物量均降低,这是由于本试验种植的时间较短造成的。与UG相比,SG和DG均提高了少花龙葵植株镉含量,而PG降低了其镉含量。嫁接提高了少花龙葵DNA甲基化率,大小顺序为PGDGSGUG,而DNA甲基化模式变化以过甲基化为主,相对于UG的大小顺序为PGDGSG,这有利于提高少花龙葵对镉胁迫的抗性。5.通过对少花龙葵嫁接后代的镉积累特性研究表明,嫁接没有引起少花龙葵后代(第-代)的基因变异,但提高了其生物量、镉含量及镉积累量,相应的叶绿素含量、抗氧化酶活性(SOD、POD及CAT)、光合作用也得到提高,其大小顺序为：PG1DG1SG1UG1。少花龙葵嫁接后代(第一代)的DNA甲基化水平及DNA甲基化模式的变化与嫁接当代一致,说明嫁接导致的变化后的DNA甲基化传递到了少花龙葵后代中。少花龙葵嫁接后代(第二代、第三代)的生物量、镉含量就镉积累量与其第一代的变化趋势相同,说明嫁接引起的表观遗传变异能够比较稳定地在少花龙葵后代中传递。因此,嫁接能够提高少花龙葵后代的镉修复能力,是一种改良超富集植物的新方法。6.少花龙葵嫁接后代(第一代)混种枇杷实生幼苗研究表明,混种后,两种植物的生物量均得到提高,地上部分镉含量及镉积累量也得到提高,相应的叶绿素含量、抗氧化酶活性(SOD. POD及CAT)、光合作用、可溶性糖含量、全磷含量、全钾含量均高于单种。这些结果说明,少花龙葵嫁接后代(第一代)混种枇杷实生幼苗的搭配方式合理,促进了两种植物生长与镉修复能力的提高。此外,混种后,枇杷实生幼苗的DNA甲基化水平均得到提高,大小顺序为：混种(PGl)混种(DGl)混种(SG1)混种(UG1)单种；而DNA甲基化模式变化以过甲基化为主,相对于单种而言的大小顺序为：混种(PG1)混种(DG1)混种(SG1)混种(UG1)。这些结果说明混种提高了枇杷实生幼苗的抗性。7.少花龙葵嫁接后代(第一代)混种枇杷嫁接苗及结果树的盆栽试验和小区试验研究表明,混种后,枇杷嫁接苗及结果树的根系及嫩枝镉含量均低于其单种,而老枝的镉含量则高于其单种。混种后,枇杷果实的果皮、果肉及种子镉含量均低于单种,其大小顺序均为：单种混种(UG1)混种(SG1)混种(DG1)混种(PG1),枇杷果肉镉含量的降低幅度8.97%-50.65%,但未达到绿色食品的限量标准(0.03mg/kg),这与土壤镉含量及枇杷品种有关。混种后的枇杷果实的单果重、纵径及横径与单种没有明显变化,而总酸含量均低于单种,Vc含量、可溶性固形物含量及总糖含量高于单种,表明混种少花龙葵嫁接后代(第-代)提高了枇杷果实的营养品质。混种枇杷嫁接苗及结果树均能够提高少花龙葵嫁接后代(第一代)的镉修复能力,修复效果明显,其大小顺序为：PG1DG1SG1UG1。综上所述,针对镉污染土壤的枇杷园,少花龙葵嫁接后代(第一代)混种枇杷是一种有效的植物修复方式,其中以混种马铃薯砧木的少花龙葵嫁接后代的效果最佳,其次为混种自根异株嫁接的少花龙葵嫁接后代。
【关键词】：超富集植物 嫁接后代 混种 枇杷 镉
【学位授予单位】：四川农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S667.3
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 嫁接及混种对重金属植物修复的研究进展14-24
• 1.1 重金属污染治理技术14
• 1.2 超富集植物的筛选方法14-15
• 1.3 重金属在植物体内的分布特点15-16
• 1.4 嫁接导致变异在植物育种中的应用16-18
• 1.4.1 嫁接对植物重金属吸收的影响16
• 1.4.2 嫁接导致植物变异的机理16-17
• 1.4.3 嫁接导致变异在植物育种中的应用17-18
• 1.5 植物嫁接与表观遗传18-19
• 1.6 间(混)种对植物重金属积累及养分吸收的影响19-20
• 1.7 研究目的意义、内容与技术路线20-24
• 1.7.1 研究目的意义20-21
• 1.7.2 研究内容21-22
• 1.7.3 技术路线22-24
• 第二章 基于土壤高浓度镉污染的果园杂草超富集植物筛选24-32
• 2.1 材料与方法24-26
• 2.1.1 土壤高浓度镉污染筛选法24-25
• 2.1.2 筛选试验25-26
• 2.1.3 浓度梯度鉴定试验26
• 2.1.4 数据处理方法26
• 2.2 结果与分析26-30
• 2.2.1 土壤高浓度镉污染筛选法试验结果26-27
• 2.2.2 浓度梯度鉴定试验27-30
• 2.3 讨论30-32
• 2.3.1 超富集植物筛选方法30
• 2.3.2 镉对超富集植物生长的影响30-31
• 2.3.3 镉超富集植物的确定与应用31-32
• 第三章 枇杷实生幼苗对镉的积累特性研究32-39
• 3.1 材料与方法32-33
• 3.1.1 试验材料32
• 3.1.2 试验设计与方法32-33
• 3.1.3 数据处理方法33
• 3.2 结果与分析33-37
• 3.2.1 枇杷实生幼苗生物量33-34
• 3.2.2 枇杷实生幼苗叶绿素含量34-35
• 3.2.3 枇杷实生幼苗的镉含量35-36
• 3.2.4 枇杷实生幼苗的镉积累量36-37
• 3.3 讨论37-39
• 3.3.1 镉胁迫对枇杷实生幼苗生物量的影响37-38
• 3.3.2 镉胁迫对枇杷实生幼苗光合色素含量的影响38
• 3.3.3 镉胁迫对枇杷实生幼苗镉积累量的影响38-39
• 第四章 超富集植物秸秆对枇杷实生幼苗镉积累的影响39-49
• 4.1 材料与方法40-41
• 4.1.1 试验材料40
• 4.1.2 试验设计40-41
• 4.1.3 数据处理方法41
• 4.2 结果与分析41-46
• 4.2.1 超富集植物秸秆对枇杷实生幼苗生物量的影响41-42
• 4.2.2 超富集植物秸秆对枇杷实生幼苗镉含量的影响42-43
• 4.2.3 超富集植物秸秆对枇杷实生幼苗镉积累量的影响43-44
• 4.2.4 超富集植物秸秆对土壤pH值的影响44
• 4.2.5 超富集植物秸秆对土壤有效态镉含量的影响44-45
• 4.2.6 超富集植物秸秆对土壤酶活性的影响45-46
• 4.3 讨论46-49
• 4.3.1 超富集植物秸秆对枇杷实生幼苗生物量的影响46-47
• 4.3.2 超富集植物秸秆对枇杷实生幼苗镉积累量的影响47-48
• 4.3.3 超富集植物秸秆对土壤酶活性的影响48-49
• 第五章 嫁接对少花龙葵镉积累的影响49-79
• 5.1 材料与方法49-57
• 5.1.1 嫁接处理49-50
• 5.1.2 少花龙葵嫁接当代的镉积累特性研究50-53
• 5.1.3 少花龙葵嫁接当代及后代的DNA变异鉴定53
• 5.1.4 少花龙葵嫁接后代(第一代)的镉积累特性53-56
• 5.1.5 少花龙葵嫁接后代(第二代、第三代)的镉积累特性56-57
• 5.1.6 数据处理方法57
• 5.2 结果与分析57-72
• 5.2.1 嫁接对少花龙葵生长及镉积累特性的影响57-62
• 5.2.2 少花龙葵嫁接当代及后代的DNA变异鉴定62
• 5.2.3 少花龙葵嫁接后代(第一代)的生长及镉积累特性62-69
• 5.2.4 少花龙葵嫁接后代(第二代、第三代)的镉积累特性69-72
• 5.3 讨论72-79
• 5.3.1 嫁接对少花龙葵生长及镉积累的影响72-75
• 5.3.2 嫁接对少花龙葵后代基因变异的影响75
• 5.3.3 少花龙葵嫁接后代(第一代)的生长及镉积累的特性75-77
• 5.3.4 少花龙葵嫁接后代(第二代、第三代)的生长及镉积累的特性77-79
• 第六章 少花龙葵嫁接后代对枇杷实生幼苗镉积累的影响79-112
• 6.1 材料与方法79-82
• 6.1.1 少花龙葵嫁接后代混种枇杷实生幼苗79-81
• 6.1.2 少花龙葵嫁接后代秸秆对枇杷镉积累的影响81-82
• 6.1.3 数据处理方法82
• 6.2 结果与分析82-108
• 6.2.1 混种对枇杷实生幼苗镉积累的影响82-93
• 6.2.2 混种对少花龙葵嫁接后代镉积累的影响93-100
• 6.2.3 少花龙葵嫁接后代混种枇杷实生幼苗对土壤养分有效性的影响100-102
• 6.2.4 少花龙葵嫁接后代秸秆对枇杷实生幼苗镉积累的影响102-108
• 6.3 讨论108-112
• 6.3.1 混种对植物生长的影响108
• 6.3.2 混种对植物镉积累的影响108-110
• 6.3.3 混种对植物生理生态的影响110
• 6.3.4 混种对植物DNA甲基化的影响110
• 6.3.5 混种对植物土壤环境及养分吸收的影响110-112
• 第七章 少花龙葵嫁接后代对枇杷嫁接苗及结果树镉积累的影响112-127
• 7.1 材料与方法112-115
• 7.1.1 少花龙葵嫁接后代混种枇杷嫁接苗112-114
• 7.1.2 少花龙葵嫁接后代混种枇杷结果树114-115
• 7.1.3 数据处理方法115
• 7.2 结果与分析115-125
• 7.2.1 盆栽试验的少花龙葵嫁接后代混种枇杷嫁接苗115-117
• 7.2.2 小区试验的少花龙葵嫁接后代混种枇杷嫁接苗117-119
• 7.2.3 盆栽试验的少花龙葵嫁接后代混种枇杷结果树119-122
• 7.2.4 小区试验的少花龙葵嫁接后代混种枇杷结果树122-125
• 7.3 讨论125-127
• 第八章 结论、创新点及展望127-129
• 8.1 结论127
• 8.2 创新点127
• 8.3 展望127-129
• 参考文献129-139
• 附图139-145
• 致谢145-146
• 攻读博士学位期间的主要成果146-150

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本文编号：402271