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《湖南农业大学》 2006年
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镉对大豆的毒害效应及不同大豆品种耐镉差异性研究

黄运湘  
【摘要】: 在我国土壤镉污染是一个非常严重的环境危胁。高效吸收和高耐镉植物已经被成功地用于镉污染土壤的修复。本论文的主要研究目的是:(ⅰ)研究不同浓度Cd对大豆幼苗生长发育、激素含量及主要逆境生理指标的影响;(ⅱ)Cd在大豆体内的分布、运转规律以及对氮、磷、钾、锌等主要营养元素吸收的影响;(ⅲ)不同类型土壤中Cd的化学形态及其与大豆Cd生物有效性的关系;(ⅳ)不同大豆品种Cd毒害效应及耐Cd差异性;(ⅴ)植物生长调节剂NAA和微量营养元素Zn对大豆Cd毒害的调控效应。结果如下: 1.营养液培养试验表明,短时间(5d)低浓度Cd(0.25mg·L~(-1))胁迫可促进大豆株高及生物产量的积累,但差异不明显,对大豆幼苗生长素(IAA)、赤霉素(GA_3)和玉米素(Z)的合成有一定的促进作用。随着Cd浓度的增加和胁迫时间的延长,大豆株高和生物产量明显降低,3类激素的合成作用均受到抑制。不同浓度Cd处理均可促进大豆幼苗ABA的合成,且随Cd浓度的升高促进作用加强。 2.土壤盆栽试验表明,Cd胁迫抑制大豆叶片IAA和Z的合成,且随Cd浓度的升高,抑制效应加强。对GA_3合成的影响则表现为低浓度下的刺激效应和高浓度下的抑制效应。至花荚期时,大豆叶片Z含量低于幼苗期,而IAA和GA_3含量高于幼苗期,使大豆在生育前期仍保持一定的生长势。对ABA合成的影响表现为明显的刺激效应,且随Cd浓度的升高和胁迫时间的延长而加强。 3.大豆不同器官中的Cd浓度以根系最高,根系吸收转运到地上部的Cd主要分布在茎和叶中,荚壳和籽粒中相对较少。除对照外,红壤不同浓度Cd处理大豆根、茎、叶、荚壳、籽粒中Cd浓度比为1:0.48~0.81:0.48~0.80:0.09~0.34:0.09~0.40;河潮土则为1:0.25~0.75:0.22~0.69:0.08~0.33:0.06~0.22。从土壤中Cd的化学形态分析结果看,红壤水溶交换态Cd和生物有效态Cd含量显著高于河潮土,故红壤加Cd处理,大豆表现Cd中毒症状的浓度低于河潮土,表明河潮土的Cd环境容量高于红壤。 4.从大豆籽粒中N、P、K、Zn含量的分析结果看,低浓度Cd(≤0.50mg·L~(-1))处理,P—Cd之间表现为协同作用,Cd浓度升高则转变为拮抗作用。N—Cd之间在不同浓度Cd处理下均表现为拮抗作用。籽粒中K—Cd在低浓度Cd胁迫下为拮抗作用,但根系中K—Cd却表现为协同作用。籽粒中Zn—Cd在不同浓度Cd处理下均表现为协同作用,但叶片中Zn—Cd则表现为拮抗作用。 5.营养液培养试验表明,低浓度Cd刺激了大豆的根系活力,根系对Cd的吸收及Cd向茎叶的转运能力加强,Cd浓度增加,大豆根系活力降低,吸收和转运Cd的能力下降,根系中Cd积累量增加。相关分析表明,当Cd处理浓度≤1.00mg·L~(-1)时,大豆根系活力(5d)与茎叶和根系中Cd浓度之间具有极显著的正相关关系,其相关系数r分别为0.996~(**)和0.979~(**)(n=4)。当Cd处理浓度≥2.50 mg·L~(-1)时,大豆根系活力(5d)与茎叶和根系中Cd浓度之间则表现为极显著的负相关关系,其相关系数r分别为-0.995~(**)和-0.993~(**)(n=3)。 6.土壤盆栽试验表明,河潮土和红壤加Cd处理,大豆幼苗期和花荚期叶片丙二醛(MDA)和脯氨酸(PRO)含量在Cd处理浓度低于或等于2.50 mg·kg~(-1)时随Cd浓度的升高而增加,继续增加Cd浓度,其含量降低,但仍高于对照。红壤加Cd处理,大豆叶片POD活性随Cd处理浓度的升高而增加,至Cd浓度为2.50 mg·kg~(-1)时,POD活性达最大值,以后又随Cd浓度的升高而下降。河潮土加Cd浓度小于或等于0.50 mg·kg~(-1)时,大豆叶片POD活性低于对照,增加Cd浓度,POD活性随Cd浓度的升高而增加,且明显高于对照。尽管Cd胁迫导致大豆叶片内MDA含量的增加,但由于POD活性的提高和ABA及PRO含量的增加,使大豆在低浓度Cd胁迫时表现一定的适应能力。 7.主成分分析结果表明,Cd胁迫后大豆叶片叶绿素含量的降低率、根系活力、POD活性的增加率以及茎叶、根系中Cd含量能较好地反映不同大豆品种的耐Cd能力,可作为选育抗Cd大豆品种的参考指标。Cd的化学形态分析表明,大豆叶片和根系中的Cd主要以NaCl提取态形式存在,其分别占总提取态Cd量的87.64%和88.40%,其他形态的Cd含量较少。不同化学形态Cd含量的大小顺序在叶片和根系中均为F_(NaCl)>F_(HAC)>F_(H2O)>F_(乙醇)。大豆的耐Cd能力不仅与植株体内Cd的含量有关,也与Cd的化学形态关系密切。在不同Cd化学形态中,乙醇提取态和水提取态Cd含量低的品种,抗Cd能力较强,含量高的品种抗Cd能力相对较弱。 8.外施NAA可提高大豆叶片中硝酸还原酶(NR)活性,降低叶片中游离脯氨酸(PRO)和丙二醛(MDA)含量,可减轻膜脂的过氧化作用和蛋白质的分解。施用锌肥也可降低Cd伤害大豆幼苗丙二醛和脯氨酸含量,对缓解大豆的Cd毒害具有积极的调控作用。
【学位授予单位】:湖南农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:S565.1

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【引证文献】
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