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《山东农业大学》 2008年
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砷对玉米产量、品质及生理特性的影响

郝玉波  
【摘要】: 本试验于2006~2007年在山东农业大学玉米科技园和作物生物学国家重点实验室进行。本研究采用大田和盆栽相结合,田间试验和室内生理生化测定相结合的技术路线。通过对两种类型玉米(普通玉米郑单958、糯玉米京紫糯218)进行重金属元素砷(As)胁迫,在多浓度砷处理条件下,系统研究产量、品质、光合特性、抗性酶系统及微观结构,主要研究结果如下: 1砷对玉米产量和叶片光合性能的影响 生物产量和子粒产量在砷作用下有类似规律,低浓度处理(A2),生物产量和子粒产量不同程度的升高;高浓度处理条件下(A3、A4),则呈现下降趋势,处理浓度越高则下降越多,A3、A4处理产量显著低于CK。最高生物产量和子粒产量都出现在处理浓度A2。当土壤砷浓度达到200mg/kg以上,玉米种子萌发和幼苗的生长受到严重影响,干物质积累量极低,不能开花结实,甚至死亡。在低浓度砷(A2)条件下,刺激玉米植株生长和提高光合性能,具体表现为:叶片叶绿素总量增加,玉米叶面积指数增大,穗位叶光合速率提高,实际光化学效率和电子传递速率增加。随着砷浓度的提高(A3、A4),抑制玉米的光合性能,具体表现为:叶片叶绿素总量减少,玉米叶面积指数降低,穗位叶光合速率下降,同时实际光化学效率和电子传递速率显著降低。 2砷对玉米子粒品质影响 砷对玉米子粒品质影响显著。粗蛋白、粗脂肪和淀粉总量随着砷浓度的提高先增加后降低,支链淀粉和直链淀粉比例降低。砷对玉米子粒RVA的高峰黏度、低谷黏度、最后黏度和反弹值影响较大,而对糊化温度影响较少。砷对两个品种的RVA特性影响结果不一致,这可能与品种淀粉性质不同造成的。 砷显著影响玉米淀粉粒度分布。砷胁迫严重抑制淀粉粒发育充实,小体积淀粉粒组增加,大体积淀粉粒组显著减少,大粒径淀粉粒数目减少。 3砷对玉米生育特性和植株性状的影响 低浓度的(A2)砷刺激玉米植株的生长发育,株高、茎粗增加,叶面积指数升高。高浓度砷胁迫下,玉米植株矮小,穗位高、茎粗降低,根系发褐发黑,叶片失绿发黄,植株长势弱;玉米穗分化过程缓慢,雄穗抽出困难甚至被叶片包裹,开花期后移,花期缩短,植株成熟期延迟。 4砷对玉米幼苗活性氧代谢及膜脂过氧化的影响 砷进入细胞后,植株通过提高体内的活性氧清除酶的活性来减轻砷的毒害作用。砷胁迫下,玉米叶片抗氧化酶系统的SOD、POD、CAT活性变化规律相似,随着砷浓度的升高,呈单峰曲线变化,峰值出现在6-8mg/kg之间。根系SOD、POD活性随着砷浓度的升高逐渐增加,CAT活性先增加后降低,峰值出现在8mg/kg。根系POD、CAT活性高于叶片,反映出砷胁迫产生不同类型氧自由基,在根叶中有不同程度的清除作用。砷胁迫导致膜脂过氧化作用发生,处理浓度越高,则膜脂过氧化作用越强。MDA随着砷浓度的升高而增加,根系中MDA含量高于叶。 5砷对玉米超微结构的影响 砷胁迫下,玉米正常碳代谢过程紊乱,叶片中淀粉质体内淀粉的合成受到抑制,从而无法提供充足的有机物满足子粒灌浆的需要。高浓度的砷破坏叶肉细胞叶绿体结构,细胞内脂类小滴增多增大,叶绿体膜系统被破坏。砷胁迫下,植株细胞壁上积累大量的砷,阻碍凯氏带的生理功能,可能使叶片正常水分代谢和矿质离子运输紊乱,营养物质向外扩散。植物络合素(PCs)在砷的解毒机制中发挥较重要的作用。
【学位授予单位】:山东农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:S513

【引证文献】
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