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Cu、Cd单一及复合污染对油菜生长发育的影响

刘春艳  
【摘要】:随着工业化、城市化、农业现代化的发展,向土壤中排放的重金属逐年增加,土壤重金属污染已经成为威胁人类健康和影响人类生活质量的环境问题和社会问题。本研究以我国普遍种植的油料作物油菜(Brassica napus L.)为实验材料,采用水培和盆栽土培等方法,研究了Cu、Cd单一及复合污染对油菜种子萌发、幼苗生长、菜籽产量等生长发育全过程的影响以及Cu、Cd在油菜体内的积累分布规律,探讨了重金属污染对油菜产量和品质的影响,为污染农田中油菜作物的种植提供参考。本研究的主要结果如下: (1)通过水培实验研究了重金属Cu、Cd单一及复合污染对油菜种子萌发和生长的影响。单Cu污染下,与对照相比,油菜种子萌发和幼芽幼根生长各指标(发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、根长、芽长、总长、根鲜重、芽鲜重、总鲜重、有丝分裂指数等)在低浓度Cu(0-5mg·L-1)污染下大多具有一定的促进作用,随着Cu浓度的升高(5-100mg·L-1),上述各指标又表现出逐渐下降的趋势(P0.05);而种子外渗液电导率则逐渐升高(P0.05)。因为重金属Cu是植物生长的必需元素,但过量Cu又会阻碍植物生长,故存在“较低浓度下的刺激效应和高浓度下的抑制效应”的现象。单Cd污染下,随着Cd浓度的增大(0-50mg·L-1),与对照相比,油菜种子萌发和生长各指标(发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、根长、芽长、总长、根鲜重、芽鲜重、总鲜重、有丝分裂指数等)均表现出抑制效应,整体呈下降趋势(P0.05);而种子外渗液电导率则逐渐升高(P0.05)。这是由于重金属Cd会毒害种子阻碍其生长。Cu、Cd复合污染时,随着复合浓度的增大(5/1-100/50mg·L-1),与对照相比,油菜种子萌发和生长各指标(发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、总长、芽长、根长、总鲜重、芽鲜重、根鲜重、有丝分裂指数等)呈现逐渐降低的趋势(P0.05);而种子外渗液电导率则逐渐升高(P0.05)。并且上述种子萌发和生长的指标值大多数低于相同浓度的单一Cu、Cd污染时的指标值,表现为Cu、Cd复合污染的协同作用。 同时发现,重金属Cu、Cd单一及复合污染对油菜种子根的伤害作用大于芽。 (2)通过盆栽土培实验研究了重金属Cu、Cd单一及复合污染对油菜幼苗生长和抗氧化酶系统的影响。单Cu污染下,低浓度Cu(0-50mg·kg-1)污染下油菜幼苗根茎叶鲜重、可溶性蛋白含量、叶片色素含量、SOD活性、CAT活性比对照略微升高,但随着Cu浓度升高(50-800mg·kg-1),上述各指标又呈逐渐下降趋势(P0.05);而叶片细胞膜透性、丙二醛(MDA)含量、脯氨酸含量、POD活性则随浓度升高呈持续上升的趋势(P0.05)。其表现为低Cu浓度的促进作用和高Cu浓度的抑制作用。单Cd污染下,与对照相比,油菜幼苗期根茎叶鲜重、可溶性蛋白含量、叶片色素含量、SOD活性、CAT活性等指标随着Cd浓度升高总体呈下降趋势(P0.05),而叶片细胞膜透性、MDA、脯氨酸含量、POD活性则随浓度升高呈持续上升的趋势(P0.05)。因为重金属Cd的毒害,植物体受到损伤,引起一系列生理生化紊乱,表现为抑制作用。Cu、Cd复合污染下,随着复合浓度的增大,与对照相比,油菜根茎叶鲜重、叶片蛋白质含量、叶绿素含量、SOD活性、CAT活性大多呈先升后降的趋势,叶片电导率、MDA含量、脯氨酸含量大多呈现逐渐上升的趋势(P0.05)。在Cu、Cd低浓度复合污染(50/1mg·L-1)时,植株根茎叶鲜重、蛋白质含量等指标值高于相关浓度的单Cd污染下的值,叶片色素含量、SOD活性、CAT活性和POD活性等各指标值高于相关浓度单一Cu或Cd污染下的指标值,而电导率和MDA含量则低于单Cu或Cd污染下的指标值。说明重金属在Cu、Cd低浓度复合污染(50/1mg·L-1)下产生拮抗作用,对油菜的毒害减轻,而随着复合浓度(50/1-800/40mg·L-1)的增加两者产生协同作用,对油菜的毒害作用加重。 (3)通过盆栽实验研究了重金属Cu、Cd单一及复合污染下对油菜产量的影响及重金属在油菜体内的富集。 a. Cu、Cd单一及复合污染下,与对照相比,单株角果数、角果宽、角果表面积、每角果籽粒数等指标值,随着Cu、Cd单一及复合浓度增加总体呈降低的趋势(P0.05);油菜的角果长、千粒重虽随Cu、Cd单一及复合浓度的增加虽有增减变化但趋势不明显。相关性分析发现角果表面积和每角果籽粒数呈极显著相关。油菜单株角果数的减少可以降低其籽实量,角果宽的抑制减小了角果表面积,达到减小角果库容量和减少同化物质进入角果内,进而降低角果内籽粒数以致籽粒产量减少。 b. Cu、Cd单一及复合污染下,油菜幼苗期根、茎、叶中重金属Cu、Cd含量和富集系数均为根叶茎,Cu、Cd复合污染中Cu含量高于单一Cu污染中Cu含量,Cu、Cd复合污染中Cd含量低于单一Cd污染重金属含量。成熟期单一Cu污染和复合污染中根茎叶Cu含量及富集系数均为根叶茎,单一Cd污染和复合污染中根茎叶Cd含量及富集系数均为根茎叶,Cd的富集性比Cu的强。并且成熟期油菜体内Cu、Cd含量均大于幼苗期各指标。


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