多年生黑麦草对酸镉复合胁迫的生理生化响应及外源褪黑素的缓解效应

【摘要】：本次试验采用盆栽试验,研究了土壤酸化处理(pH7.0、pH5.0、pH4.5、pH4.0、pH3.5、pH3.0)及镉(0mg/L、5mg/L、10mg/L、20mg/L、30mg/L、50mg/L、75mg/L、100mg/L)单一胁迫对多年生黑麦草(perennial ryegrass)生物量积累的影响、酸镉(Cd)复合胁迫(50mg/L Cd+pH4.0、50mg/L Cd+pH3.0、100mg/L Cd+pH4.0、100mg/L Cd+pH3.0)对其生长代谢和营养元素吸收的影响及外源褪黑素(MT)(100μmol/L、200μmol/L、300μmol/L)的调控作用。本研究结果如下:(1)镉和土壤酸化单一胁迫试验结果表明,pH5.0和pH4.0处理促进了多年生黑麦草的生长,而pH3.5及pH3.0处理对多年生黑麦草的生长则有抑制作用。pH3.0处理对多年生黑麦草生长抑制最显著,同pH7.0处理相比,其地上部和地下部生物量分别下降了5.13%和7.31%。镉对多年生黑麦草的影响呈现出“低促高抑”的规律,当Cd处理浓度≤30mg/L时促进了多年生黑麦草的生长,但Cd处理浓度30mg/L时则抑制了其生长,其中100mg/L Cd对多年生黑麦草生长的抑制最显著,同0mg/L Cd处理相比,其地上部和地下部生物量分别下降了48.97%和51.33%。(2)酸镉复合胁迫试验结果表明,不同的酸镉复合胁迫处理对多年生黑麦草生长及代谢均产生了显著的影响,其中100mg/L Cd+pH3.0的酸镉处理对多年生黑麦草胁迫程度最大。试验结果表明,同100mg/L Cd处理相比,100mg/L Cd+pH3.0处理土壤中的有效态Cd含量上升48.15%,地上部和地下部Cd含量也分别上升10.97%和20.34%,且显著抑制了多年生黑麦草地上部和地下部的生长,其体内营养元素(N、P、K、Ca、Mg)的含量降低,超氧阴离子和丙二醛均显著升高。这些结果表明,酸化土壤导致土壤中Cd活性增强,从而进一步抑制多年生黑麦草的生长发育及营养元素的吸收。(3)外源褪黑素(MT)缓解试验结果表明,不同浓度的外源褪黑素均能有效缓解酸镉胁迫对多年生黑麦草的伤害,其中200μmol/L褪黑素的缓解效果最为显著。同100mg/L Cd+pH3.0处理相比,多年生黑麦草地上部Cd含量降低了48.02%,地上部和地下部生物量、叶绿素含量、矿物质营养元素(N、P、K、Ca、Mg)含量均显著升高,而超氧阴离子和丙二醛含量显著降低。这些结果表明褪黑素可能通过清除多年生黑麦草体内过量的活性氧自由基,抑制Cd从地下部向地上部的运输,从而有效地缓解重金属Cd对多年生黑麦草的胁迫。