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《浙江大学》 2010年
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大麦铬与盐、铝的互作和减轻铬毒害的化学途径研究

Shafaqat Ali  
【摘要】:铬是地球和地壳岩石中第7和第21位多的元素。某些肥料含有一定量的铬。同时,工业上大量利用铬,由于不善管理而导致污染。环境中铬污染已成为农业生产中的一大问题。另一方面,植物通常面临多种环境胁迫,包括盐、重金属、干旱和高温等。这些非生物胁迫的影响并非简单累加。而迄今大多数有关重金属的研究多为针对单因子。铬毒害在自然界往往与盐和铝等胁迫同时发生。因此,研究铬和其它非生物胁迫因子对植物生长发育的互作具有重大的意义。 目前,对铬污染土壤的管理或修复曾提出过一些对策,其中一种方法是利用一定的化学物质缓解铬的毒害效应。本研究于2007-2010年在浙江大学进行了系列试验,研究铬和盐、铝的互作效应和利用氮肥、硅及硫化氢缓解铬的毒害。主要结果如下。 (1)铬和盐胁迫对耐盐性不同的大麦吸收矿质养分的影响。盐胁迫减少大麦植株组织中的K、K, Mg, Ca, Fe, Zn, Mn和Cu浓度,但减少程度因基因型而异,耐盐品种CM72减少程度要轻于盐敏感品种Gairdner。铬对矿质养分浓度和积累与铬水平有关:在高铬水平(50μM)下,所有矿质养分的浓度和积累均显著减少,而在低铬水平(10μM)下,以上养分的浓度和积累有所增加。又之,低铬水平下,盐分对养分浓度和积累的影响程度较轻。高铬水平和盐胁迫组合对矿质养分的减少程度要重于这两个因子的单独处理。 (2)铬和盐胁迫对耐盐性不同的大麦基因型生长和抗氧化酶活性的影响。盐胁迫抑制植物生长、光合作用、气孔开度,增加大麦SOD和POD活性及MDA含量,并表现为耐盐品种CM72受影响要小于盐敏感品种Gairdner。铬对植物生长和抗氧化酶活性的影响因铬水平而异:低铬水平(10μM)缓解盐的抑制效应。高铬水平和盐胁迫组合处理对植物生长、光合作用以及气孔开度的影响也大于这两个因子的单独处理。 (3)pH、铝和铬对耐铝性不同的两个大麦基因型矿质养分吸收的影响。铝敏感基因型Shang 70-119的铬和铝浓度显著高于耐铝品种Gebeina,根内的铬和铝浓度显著高于地上部。pH 4.0处理的植株铬浓度显著高于pH 6.5处理的植株。铝胁迫减少根内P, Ca Mg, S, Cu, Mn, Zn和B的浓度,抑制K和Fe从根系向地上部的转运;在pH 6.5下,铬胁迫减少根内P, K, Mg, S, Fe, Zn和Mn的浓度,而在pH4.0下,铬胁迫P,减少地上部K, Ca, Mg, S, Zn和Mn浓度。所有养分从根向地上部的转运受铬毒害的抑制,但钙在pH 6.5下受影响较小。所有养分浓度均为pH4.0低于pH 6.5。总体上,铬和铝组合处理减少养分的吸收明显要重于这两个因子的单独处理。又之,铬和铝胁迫减少养分的程度因基因型而异,敏感品种降低较重。 (4)铝和铬对耐铝性不同的大麦基因型生长和光合能力的影响。铝胁迫减少植物生长、生物量、叶绿素含量、光合活性,且铝敏感品种Shang 70-119的减少程度大于耐性品种Gebeina。铬胁迫导致大麦生长和光合能力明显下降。低pH(4.0)下以上测定值的降低程度要大于高pH(6.0)。总体上,铝和铬组合处理对大麦生长和光合能力的降低作用要大于这两个因子的单独处理,且耐铝品种的减少程度相对较轻。 (5)铝和铬单独和组合处理对根系脱氢酶、氧化胁迫及抗氧化酶的影响。铝或铬减少植物生长、根系脱氢酶活性,导致氧化胁迫,表现为MDA和过氧化氢含量增加。在铝或铬胁迫下,植物组织中SOD、POD、APX, GR和CAT等抗氧化酶活性显著增加,且耐铝品种Gebeina增加程度要小于铝敏感品种Shang 70-119.铬引起的氧化胁迫程度因培养液的pH而异,低pH条件下氧迫较重。铬和铝组合处理对根系脱氢酶活性、MDA的过氧化氢含量以及抗氧化酶活性的影响要大于这两个因子的单独处理。另外,两个供试品种在铬或铝胁迫下抗氧化酶活性的增加程度存在着显著的差异。 (6)氮肥形态对大麦铬胁迫下的生长、生理和生化性状的影响。处理有三种铬水平(0,75 and 100μM)和三种氮形态((NH4)2SO4,尿素和Ca(NO3)2)组成。无铬条件下,氮形态对大麦生长、生理和生化性状的影响有一定的差异。硝态氮处理的植株生长快于其它两种氮形态处理的植株。铬胁迫显著减少植株的生物量,但这种减少程度因氮形态而异,硝态氮的减少程度较少。铬毒害导致氧化胁迫,但硝态氮处理的植株氧化胁迫程度较轻,表现为EL值较小,MDA、H2O2和超氧物含量较低。另外,硝态氮处理的植株有较高的可溶性蛋白质、脯氨酸和游离氨基酸含量,较高的抗氧化酶活性以及非酶类抗氧化物含量。还有,硝氮氮处理植株各组织中氮含量较高、铬含量较低。以上结果说明,在铬污染土壤中,大麦用硝态氮要优于铵态氮或尿素。 (7)硅对大麦铬胁迫下的生长、光合作用、超结构及铬吸收的影响。处理有三种硅水平(0,1和2 mM)和两种铬水平(0和100μM)组成。结果表明,施用硅促进大麦的生长的光合能力,且对减轻铬的毒害效应有明显作用,2 mM硅处理要优于1 mM硅处理,表现为硅处理后SPAD值、净光合速率、细胞内二氧化碳浓度、气孔导度、蒸腾速率、光合效率明显增加。又之,铬毒害造成叶片超结构破坏,如叶绿体不均匀膨胀、类囊体膜支解和淀粉粒数量增多、变大等。同时,铬毒害也引起根超结构破坏,如液泡增大、核崩解等。处源硅处理减轻以上超结构的破坏。显然,硅对铬有拮抗效应,可以缓解铬的毒害作用。 (8)硫化氢对大麦生长、光合能力、超结构及铬吸收的影响。处理有三种H2S水平(0,100 and 200μM)和两种铬水平(0 and 100μM)组成。结果表明,H2S对大麦生长和光合能力有一定的促进作用。在铬胁迫条件下,H2S处理可缓解生长和光合能力的抑制作用,且本试验条件下以高H2S水平效果较好。H2S还能减少所有植株组织中的铬浓度,亦以高水平H2S处理的较低。外源加入NaHS (H2S发生剂)减轻地上部及根组织的超结构破坏程度。根据以上结果,可以认为,H2S是一种可用于改善铬胁迫下植物生长发育的气体分子。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:S512.3

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